【壓縮機網(wǎng)】（接2019年4月刊《草廬對話(huà)（一）》）

 

　　3. 壓縮機設計標的與其具體途徑

　　G君：壓縮機客戶(hù)的個(gè)性化需求，是制造壓縮機之標的，當然也是壓縮機設計標的。壓縮機設計過(guò)程中所采納的具體途徑，是為達到制造標的、設計標的這樣的目標，而優(yōu)選的手段。

　　J君：是??！目標和手段不可混淆，更不能把手段視同目標。這在邏輯關(guān)系上，原本是很清楚、很清楚的事呀。不幸的是，數十年來(lái)，在壓縮機設計實(shí)踐過(guò)程中，卻不時(shí)出現目標和手段混淆，甚至把手段推崇為目標的不正常狀態(tài)。著(zhù)實(shí)令人心痛！

　　G君：正本清源，明確邏輯關(guān)系，糾正壓縮機設計中的此種被扭曲的怪胎，真是太有必要了！

　　J君：壓縮機設計標的，絕非以最高標準為最佳，而是以貼切地符合客戶(hù)實(shí)際需要為根本。

　　G君：“符合性”才是最佳境界，才是客戶(hù)的根本要求。如若盲目追求“最高標準”，勢必導致資源浪費、制造成本過(guò)高等等，這些是非客戶(hù)所需的意外傷害。

　　J君：壓縮機設計標的大致涵蓋范疇若何？

　　G君：以予一管之見(jiàn)，壓縮機的流量、壓力、安全性、可靠性、能耗、振動(dòng)、噪聲、排氣溫度、壽命等性能參數，皆屬設計標的范疇。有的客戶(hù)還會(huì )對主機/機組外形尺寸、主機/機組質(zhì)量（重量）有限制，甚至達到苛求的程度。不可否認，客戶(hù)的“苛求”一般皆非空穴來(lái)風(fēng)，而是受制于運行場(chǎng)所的具體條件。譬如，艦艇用、科考勘測船用壓縮機，其外形尺寸、質(zhì)量要求，往往難倒不少壓縮機專(zhuān)業(yè)制造企業(yè)。其對壓縮機的縱傾、橫傾運行要求，又是陸用壓縮機不予考慮的。艦船用壓縮機所在機艙的環(huán)境溫度之高，也遠非陸用壓縮機可比擬。

　　J君：您剛才說(shuō)到了艦船用壓縮機，使我不由自主地回想起了H總工程師在二十年前對我講的他的切身感受。H總任職于揚子江畔壓縮機主力制造企業(yè)，在觀(guān)察分析了中歐艦用中歐產(chǎn)壓縮機后，H總感嘆曰：這臺壓縮機的設計，連一根管子都無(wú)法改動(dòng)。

　　G君：噢，這臺壓縮機乃世界壓縮機名企所產(chǎn)。之所以連一根管子都無(wú)法改動(dòng)，既證實(shí)了其設計細致入微，也說(shuō)明了艦船用壓縮機雄踞壓縮機技術(shù)高端的地位。當然，該名企地處重要軍港，對艦用壓縮機的了解太深刻了。

　　J君：當下，完全可以毫不含糊地說(shuō)，國產(chǎn)艦船用壓縮機，業(yè)已達到毫不含糊的水準，位居世界艦船用壓縮機技術(shù)第一梯隊。

　　G君：和壓縮機設計緊密關(guān)聯(lián)的諸結構參數，如轉速、行程、氣缸直徑、轉子直徑、轉子型線(xiàn)（齒形）、葉輪直徑、葉片前傾或后傾或扭曲三維、壓縮級數與段數、冷卻方式等，及其導出參數——活塞平均速度、高速性系數、轉子圓周速度、葉輪圓周速度等，都是為實(shí)現壓縮機標的之設計途徑，是手段、方法，而絕非終極目標。

　　J君：這就是合乎邏輯的，目標和手段、方法的關(guān)系??！

　　G君：遠逾百年無(wú)數臺壓縮機的運行實(shí)際，都雄辯地證明了這一點(diǎn)，即根據壓縮機的導出參數——諸如活塞平均速度、轉子圓周速度、葉輪圓周速度，基本可以預判壓縮機性能（如能耗）之優(yōu)劣。

　　J君：這確實(shí)可以稱(chēng)得起是鐵律呀！

　　G君：平衡點(diǎn)優(yōu)選恰當的相關(guān)結構參數，往往可使壓縮機獲取多方面的優(yōu)異表現。例如往復活塞式壓縮機轉速適當高、行程適當短，從而使活塞平均速度不甚高時(shí)，則可兼收節能、形小、量輕、節材和高可靠性等綜合效益。這對客戶(hù)和壓縮機專(zhuān)業(yè)制造企業(yè)，就是雙贏(yíng)效果。

　　J君：偏執地狂熱鼓吹壓縮機轉速高達X r/min、活塞平均速度高達X m/S、轉子或葉輪圓周速度高達XX m/S才是先進(jìn)壓縮機的論調，雖然早已淪為歷史笑柄，但其余毒猶在，蓋因壓縮機基礎理論的普及與深入遠遠不夠也！

　　G君：在運行可靠性日益深入人心的當下，和鼓噪“高、高、高”參數相反，不時(shí)有鼓吹“低、低、低”參數者。其意在宣揚己方的低轉速壓縮機運行如何可靠，怎樣節能，又怎樣先進(jìn)。

　　J君：此種以商業(yè)利益為出發(fā)點(diǎn)的炒作，所虧欠的是科學(xué)精神，不妨另題切磋之。

 

　　4. 壓縮機的轉速與運行可靠性的關(guān)系

　　J君：實(shí)事求是地說(shuō)，設計合理、制造靠譜的壓縮機，它的運行是可靠的，且不論其轉速的具體值為若干。這樣的實(shí)例真是太多了。

　　G君：轉速值的平方和慣性力成正比，轉速值還和壓縮機的工作循環(huán)次數成正比。故而人們把壓縮機的轉速和可靠性緊緊地關(guān)聯(lián)在一起，不足為怪。

　　J君：轉速低的壓縮機，其可靠性就高嗎？不一定。當其設計、制造不正確時(shí)，可靠性無(wú)從談起。

　　G君：是??！的確不能單純以壓縮機轉速的高低來(lái)判斷其運行可靠性。譬如，只要是設計、制造精良的透平壓縮機，在每分鐘逾數萬(wàn)轉的高轉速下運行，依然輕松、平穩、可靠，被許多單系列工藝流程或裝置所欣然接納。

　　J君：轉速莫名降低難道是壓縮機技術(shù)進(jìn)步之舉嗎？原材料消耗增大，加工工時(shí)增加，壓縮機重量、外形變大，都盡在不言中。而能耗降低嗎，可靠性提高嗎，卻是未知數。

　　G君：所以啊，務(wù)應客觀(guān)地看待和擇定轉速這一重要結構參數。不能以自我的市場(chǎng)、商業(yè)利益，把轉速這項參數扭曲了，卻套上莫須有的桂冠，忽悠那些不可能對壓縮機有深入了解的客戶(hù)。

 

　　5. 壓縮機技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中，經(jīng)典力學(xué)之導引力

　　G君：壓縮機技術(shù)的最重要基礎支柱之一，就是經(jīng)典力學(xué)。不可否認的是，經(jīng)典力學(xué)之導引力，極其深刻地促進(jìn)了壓縮機技術(shù)的進(jìn)步。這些進(jìn)步，有時(shí)是跨越式的，有時(shí)甚至可以毫不夸張地說(shuō)是跳躍式的。

　　J君：確實(shí)如此。就拿回轉式壓縮機中的滾動(dòng)活塞壓縮機來(lái)說(shuō)，其工作原理早在十九世紀就業(yè)已問(wèn)世，當二十世紀六、七十年代機械加工的精密性大幅提升之后，其工作腔氣密性大為改善，又因結構簡(jiǎn)單、制造成本低而在小型制冷壓縮機領(lǐng)域獨領(lǐng)風(fēng)騷。但從技術(shù)角度看，滾動(dòng)活塞壓縮機的輝煌期卻是在二十世紀九十年代甚為活躍的雙滾動(dòng)活塞壓縮機。它的兩個(gè)活塞體相位差是180°，恰好將旋轉慣性力完全平衡，消除了最主要的機械振動(dòng)源。畢竟此二活塞體是在同一根主軸上的緊鄰位置??！誠然，甚小的旋轉慣性力矩還是存在的。

　　G君：就往復活塞式壓縮機而言，經(jīng)典力學(xué)的影響力更是壓倒性的。

　　J君：是??！且不說(shuō)最初的單列、立式，單列、臥式之往復活塞式壓縮機，也不言單重（單曲拐）、雙重角度式往復活塞壓縮機中V型、W型、L型、扇型，僅就兩列、多列臥式往復活塞壓縮機而言，經(jīng)典力學(xué)的影響有目共睹。在消減往復及旋轉慣性力與力矩的機理和實(shí)際效果方面，經(jīng)典力學(xué)既是指路明燈也是定海神針。

　　G君：臥式壓縮機由單列到多列，由傳動(dòng)部件位于曲軸同側到位于曲軸兩側這些變革中，先后涌現了“刺刀式”、“對置式”、“奇數列”與“偶數列”的對稱(chēng)平衡型等等這些均屬臥式壓縮機定義范疇的結構型式。在構成為相同性能參數壓縮機時(shí)，其外形之減小、重量（質(zhì)量）之減輕、振動(dòng)的消減，皆甚為顯著(zhù)。

　　J君：在全球普遍采用對稱(chēng)平衡型為大型工藝壓縮機主導結構型式之后，為尋求更完美的慣性力平衡效果，“完全對稱(chēng)平衡型”終于脫穎而出。

　　“完全對稱(chēng)平衡型”的相對兩列，其氣缸中心線(xiàn)雖然也是水平臥置，但其兩列氣缸中心線(xiàn)及傳動(dòng)部件的中心線(xiàn)卻是重合的，盡管結構復雜、零件增多、制造成本升高，得到的則是慣性力、慣性力矩綜合平衡效果幾臻完美。在現實(shí)生產(chǎn)實(shí)際中，此類(lèi)“完全對稱(chēng)平衡型”壓縮機，其跨越的范疇甚為寬泛，從約45kN活塞力直到約630kN，可滿(mǎn)足絕大多數工藝用壓縮機性能參數之需求，而其轉速高達1490r/min卻運行平穩。

　　G君：不比不知道，一比嚇一跳。經(jīng)典力學(xué)的指導意義和產(chǎn)生的實(shí)際效果，實(shí)在喜人、驚人！

 

　　6. 壓縮氣體無(wú)油化與材質(zhì)變革對壓縮機技術(shù)的深刻影響

　　G君：壓縮空氣及其它氣體的根本目的，是提供符合要求壓力（壓強）的空氣及其它氣體。至于壓縮氣體中含有潤滑油油霧，實(shí)在是很無(wú)奈的事。除去動(dòng)力式壓縮機（含透平式及噴射式壓縮機），在容積式壓縮機發(fā)展的初級階段，其壓縮容積部分產(chǎn)生相對運動(dòng)摩擦的零件，皆為金屬材質(zhì)，不得已才注入起減磨作用的潤滑油。而注入潤滑油的方式，并非后來(lái)的壓力潤滑，而是飛濺式或者用油杯。當壓縮機吸氣時(shí)，油杯中的潤滑油，依賴(lài)重力和吸氣時(shí)產(chǎn)生的極小負壓，呈滴狀流入壓縮容積空間。

　　J君：很明顯，壓縮氣體中含油，并非需求方之要求，而是不得已才接受的。壓縮氣體含油有著(zhù)多方面的危害性。

　　首先，具有燃爆危險性：一是壓縮氣體溫度可能接近潤滑油之閃點(diǎn)；二是壓縮氣體在管道內的流速所激發(fā)的靜電效應，特別是當壓縮氣體中含有細微固體顆粒時(shí)。

　　其次，當壓縮氣體中含有能稀釋潤滑油的成分時(shí)，易造成摩擦副不能獲得正常潤滑而非正常破損。

　　第三，潤滑不足或潤滑過(guò)度，都會(huì )破壞壓縮機的正常運行。

　　G君：為實(shí)現壓縮氣體無(wú)油化，將壓縮機排出的壓縮氣體凈化是一個(gè)方面，而最根本的措施是研發(fā)氣缸（壓縮容積）無(wú)油潤滑壓縮機。僅就往復活塞壓縮機而言，早在二十世紀三十年代中期，中歐國家就率先推出了迷宮活塞不接觸氣缸的迷宮式壓縮機，以及用石墨活塞環(huán)接觸并密封氣缸的接觸環(huán)式氣缸無(wú)油潤滑壓縮機。及至二十世紀五、六十年代，隨著(zhù)“塑料王”——聚四氟乙烯的逐步降價(jià)（由等同黃金價(jià)下降）和工業(yè)性應用，填充若干減磨、骨架性材料的填充聚四氟乙烯，遂得以用作活塞環(huán)的材質(zhì)。此后，碳纖維的問(wèn)世，聚醚醚酮（PEEK）的采用，也都促進(jìn)了氣缸無(wú)油潤滑壓縮機技術(shù)的進(jìn)步。在工作可靠性、耐磨性與長(cháng)壽命（更換期）、氣密性諸多方面，皆有長(cháng)足提高。

　　J君：材質(zhì)變革不僅推動(dòng)了氣缸（壓縮容積）無(wú)油潤滑壓縮機技術(shù)的發(fā)展，也影響了傳動(dòng)部件的革命，還深刻推動(dòng)了氣閥、填料的演化，以及回轉式壓縮機的壓縮容積氣密零件的改進(jìn)，當然還包括透平式壓縮機葉輪/轉子強度的極大提升和氣動(dòng)性能的跨越。

　　G君：是??！42CrMoE之用于活塞桿，含Ti合金用于連桿、十字頭；多種新穎工程塑料之用于氣閥閥片、填料密封環(huán)；滑片式壓縮機的滑片由合金鑄鐵變化為粉末冶金、酚醛夾布膠木、多種工程塑料；凡此種種，皆深刻彰顯了材料變革促進(jìn)壓縮機技術(shù)進(jìn)步的非凡魔力呀！

　　J君：熱切期盼新穎材質(zhì)應用于壓縮機，越早、越多越好！

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