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草廬對話(二)

   【壓縮機網】(接2019年4月刊《草廬對話(一)》)
 
  3. 壓縮機設計標的與其具體途徑
  G君:壓縮機客戶的個性化需求,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,而優選的手段。
  J君:是啊!目標和手段不可混淆,更不能把手段視同目標。這在邏輯關系上,原本是很清楚、很清楚的事呀。不幸的是,數十年來,在壓縮機設計實踐過程中,卻不時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。著實令人心痛!
  G君:正本清源,明確邏輯關系,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實際需要為根本。
  G君:“符合性”才是最佳境界,才是客戶的根本要求。如若盲目追求“最高標準”,勢必導致資源浪費、制造成本過高等等,這些是非客戶所需的意外傷害。
  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,壓縮機的流量、壓力、安全性、可靠性、能耗、振動、噪聲、排氣溫度、壽命等性能參數,皆屬設計標的范疇。有的客戶還會對主機/機組外形尺寸、主機/機組質量(重量)有限制,甚至達到苛求的程度。不可否認,客戶的“苛求”一般皆非空穴來風,而是受制于運行場所的具體條件。譬如,艦艇用、科考勘測船用壓縮機,其外形尺寸、質量要求,往往難倒不少壓縮機專業制造企業。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境溫度之高,也遠非陸用壓縮機可比擬。
  J君:您剛才說到了艦船用壓縮機,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,在觀察分析了中歐艦用中歐產壓縮機后,H總感嘆曰:這臺壓縮機的設計,連一根管子都無法改動。
  G君:噢,這臺壓縮機乃世界壓縮機名企所產。之所以連一根管子都無法改動,既證實了其設計細致入微,也說明了艦船用壓縮機雄踞壓縮機技術高端的地位。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,國產艦船用壓縮機,業已達到毫不含糊的水準,位居世界艦船用壓縮機技術第一梯隊。
  G君:和壓縮機設計緊密關聯的諸結構參數,如轉速、行程、氣缸直徑、轉子直徑、轉子型線(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、方法的關系啊!
  G君:遠逾百年無數臺壓縮機的運行實際,都雄辯地證明了這一點,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)之優劣。
  J君:這確實可以稱得起是鐵律呀!
  G君:平衡點優選恰當的相關結構參數,往往可使壓縮機獲取多方面的優異表現。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,則可兼收節能、形小、量輕、節材和高可靠性等綜合效益。這對客戶和壓縮機專業制造企業,就是雙贏效果。
  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。
  J君:此種以商業利益為出發點的炒作,所虧欠的是科學精神,不妨另題切磋之。
 
  4. 壓縮機的轉速與運行可靠性的關系
  J君:實事求是地說,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次數成正比。故而人們把壓縮機的轉速和可靠性緊緊地關聯在一起,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,可靠性無從談起。
  G君:是啊!的確不能單純以壓縮機轉速的高低來判斷其運行可靠性。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進步之舉嗎?原材料消耗增大,加工工時增加,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,務應客觀地看待和擇定轉速這一重要結構參數。不能以自我的市場、商業利益,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。
 
  5. 壓縮機技術發展進程中,經典力學之導引力
  G君:壓縮機技術的最重要基礎支柱之一,就是經典力學。不可否認的是,經典力學之導引力,極其深刻地促進了壓縮機技術的進步。這些進步,有時是跨越式的,有時甚至可以毫不夸張地說是跳躍式的。
  J君:確實如此。就拿回轉式壓縮機中的滾動活塞壓縮機來說,其工作原理早在十九世紀就業已問世,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,又因結構簡單、制造成本低而在小型制冷壓縮機領域獨領風騷。但從技術角度看,滾動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活塞壓縮機。它的兩個活塞體相位差是180°,恰好將旋轉慣性力完全平衡,消除了最主要的機械振動源。畢竟此二活塞體是在同一根主軸上的緊鄰位置啊!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,經典力學的影響力更是壓倒性的。
  J君:是啊!且不說最初的單列、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,經典力學的影響有目共睹。在消減往復及旋轉慣性力與力矩的機理和實際效果方面,經典力學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,其外形之減小、重量(質量)之減輕、振動的消減,皆甚為顯著。
  J君:在全球普遍采用對稱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,“完全對稱平衡型”終于脫穎而出。
  “完全對稱平衡型”的相對兩列,其氣缸中心線雖然也是水平臥置,但其兩列氣缸中心線及傳動部件的中心線卻是重合的,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。在現實生產實際中,此類“完全對稱平衡型”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。經典力學的指導意義和產生的實際效果,實在喜人、驚人!
 
  6. 壓縮氣體無油化與材質變革對壓縮機技術的深刻影響
  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,實在是很無奈的事。除去動力式壓縮機(含透平式及噴射式壓縮機),在容積式壓縮機發展的初級階段,其壓縮容積部分產生相對運動摩擦的零件,皆為金屬材質,不得已才注入起減磨作用的潤滑油。而注入潤滑油的方式,并非后來的壓力潤滑,而是飛濺式或者用油杯。當壓縮機吸氣時,油杯中的潤滑油,依賴重力和吸氣時產生的極小負壓,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;二是壓縮氣體在管道內的流速所激發的靜電效應,特別是當壓縮氣體中含有細微固體顆粒時。
  其次,當壓縮氣體中含有能稀釋潤滑油的成分時,易造成摩擦副不能獲得正常潤滑而非正常破損。
  第三,潤滑不足或潤滑過度,都會破壞壓縮機的正常運行。
  G君:為實現壓縮氣體無油化,將壓縮機排出的壓縮氣體凈化是一個方面,而最根本的措施是研發氣缸(壓縮容積)無油潤滑壓縮機。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,以及用石墨活塞環接觸并密封氣缸的接觸環式氣缸無油潤滑壓縮機。及至二十世紀五、六十年代,隨著“塑料王”——聚四氟乙烯的逐步降價(由等同黃金價下降)和工業性應用,填充若干減磨、骨架性材料的填充聚四氟乙烯,遂得以用作活塞環的材質。此后,碳纖維的問世,聚醚醚酮(PEEK)的采用,也都促進了氣缸無油潤滑壓縮機技術的進步。在工作可靠性、耐磨性與長壽命(更換期)、氣密性諸多方面,皆有長足提高。
  J君:材質變革不僅推動了氣缸(壓縮容積)無油潤滑壓縮機技術的發展,也影響了傳動部件的革命,還深刻推動了氣、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,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性能的跨越。
  G君:是啊!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片、填料密封環;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壓縮機技術進步的非凡魔力呀!
  J君:熱切期盼新穎材質應用于壓縮機,越早、越多越好!
  (全文完)

來源:本站原創

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