作者：赵远扬 李连生 束鹏程

一、前言

     压缩机是用来提高气体压力和输送气体的机械,属于将原动机的动力能转变为气体压力能的工作机。它的种类多、用途广,有“通用机械"之称。目前,除了活塞式压缩机,其他各类压缩机机型,如离心式、双螺杆式、滚动转子式和涡旋式等均被有效地开发和利用,为用户在机型的选择上提供了更多的可能性。随着经济的高速发展,我国的压缩机设计制造技术也有了长足进步,在某些方面的技术水平也已经达到国际先进水平。

二、压缩机的技术现状及发展趋势

    1.透平压缩机
      在石化领域,目前国内离心压缩机在高技术和特殊产品等方面还不能满足国内的需要。另外在技术水平、质量、成套性等方面与国外还有差距。随着我国石化生产规模的不断扩大,离心压缩机在大型化方面将面临新的课题,国内在设计制造这些大型气体压缩机上还没有成熟的经验。离心式压缩机需要向大容量发展,以满足我国石化生产规模不断扩大的要求,同时随着新技术的发展、新型气体密封、磁力轴承和无润滑联轴器的出现,透平压缩机的发展趋势主要表现为:不断开发高压和小流量产品;进一步研究三元流动理论,将其应用到叶轮和叶片扩压器等元件的设计中,以期达到高效机组;低噪声化,采用噪声防护以改善操作环境。
     在制冷空调领域,目前透平压缩机在大冷量范围内仍保持优势。离心式压缩机的运动零件少而简单,且制造精度低,所以其制造费用相对低且可靠性高。由于受到螺杆式压缩机和吸收式制冷机的影响,离心式制冷压缩机的发展相对较为缓慢。在目前的技术条件下,离心式制冷压缩机主要用于大型建筑内的空气调节,需求量较少。近几年由于大型基建项目纷纷上马,离心式制冷压缩机又成为关注的热点。

    2.往复式压缩机
     在石化领域,往复式压缩机主要是向大容量、高压力、低噪声、高效率、高可靠性等方向发展z不断开发变工况条件下运行的新型气阀,提高气阀寿命,在产品设计上,应用热力学、动力学理论,通过综合模拟预测压缩机在实际工况下的性能,强化压缩机的机电一体化,采用计算机自动控制,实现优化节能运行和联机运行。
     在动力领域,活塞式压缩机目前占有主要市场。但随着人们对使用环境及能耗、环保等方面要求的提高,螺杆和涡旋空气压缩机开始占有一定的市场。
     在制冷空调领域,往复式制冷压缩机作为一种传统的制冷压缩机,适用于制冷量较广范围内的制冷系统。量然目前它的应用还比较广泛,但市场份额正逐渐减小。
     目前冰箱(包括小型冷冻与冷藏装置)制冷系统的主机仍以往复式压缩机为主。经过多年设计改进和技术进步,往复式冰箱压缩机效率大大提高。同时在与环境保护密切相关的制冷剂替代技术上也取得了可喜的进步。进一步提高往复式冰箱压缩机的效率、降低系统噪声是它的主要发展方向。
     (1)线性(直线)压缩机线性压缩机是往复式压缩机的一种型式,由于电动机的直线运动可以直接带动活塞的往复运动,从而避免了曲柄连杆机构的复杂性和由此带来的机械功耗。线性压缩机关键技术是压缩机油路系统的设计、电动机线性位移极限点的有效控制,以及相应的防撞技术。
     (2)斜盘式压缩机斜盘式压缩机也是往复式压缩机的一种变型结构,主要用于车用空调系统。经过几十年的发展,斜盘式压缩机已经成为一种非常成熟的机型,在车用空调压缩机市场占有70%以上的份额。但它的效率低于回转式压缩机,且体积较大。由于斜盘式汽车空调压缩机的工艺成熟,加上技术的进一步改进,在可预见的将来,仍将保有一定的市场份额,但在一定的排量范围内被逐渐替代是必然之路。

    3.回转式压缩机
     (1)擦动转子压缩机目前滚动转子压缩机广泛应用于家用空调器,在冰箱土也有一定应用。这种压缩机不需要吸气阀,使它适用于变速运行,从而可以通过变频控制提高系统性能。为了确保大功率(电动机输出功率2.2kW(3P))滚动转子压缩机的性能,国内于上世纪末开始研发双转子滚动转子压缩机,现已投放市场。
     在2.2kW(3P)以下的空调器中,暂时没有可以替代滚动转子压缩机的较好机型。所以提高压缩过程的效率、降低噪声、电动机变速控制,以及采用R410A等新制冷工质后的相关技术问题等,是滚动转子压缩机的研究方向。
     (2)滑片式压缩机滑片式压缩机属于回转式压缩机的一种,主要用来提供压缩空气,排气量一般在0.3~3m3/min,市场占有率较低。旋叶式压缩机是滑片式压缩机的一种改型结构,由于它的起动性能较好,压缩过程力矩变化亦不大,目前主要用于微型轿车和一些排量较小的工具车的空调系统。高速下的动力特性是这种压缩机的主要技术研究方向。
     (3)祸旋压缩机涡旋式压缩机在过去十年中得到了快速发展,构成了压缩机技术发展的新亮点。目前祸旋压缩机已在柜式空调领域占有绝对优势。在车用空调领域,涡旋压缩机的制冷系数已达2.0,显示出较强的竞争力。涡旋压缩机的发展在于扩大其制冷量范围,进一步提高效率,使用替代工质和降低制造成本等方面。
     (4)螺杆压缩机螺杆式压缩机具有尺寸小,重量轻,易维护等特点,是制冷压缩机中发展较快的一种机型。一方面,螺杆型线、结构设计有了长足的进步。另一方面,螺杆转子专用镜床特别是磨床的引进,提高了这对关键零件的加工精度与加工效率,使得螺杆压缩机的性能得到了有效提高。目前,螺杆压缩机主要应用于压缩空气和中型制冷热泵空调系统。由于螺杆式压缩机工作可靠性的不断提高,使之在中等制冷量范围内已逐渐替代往复式压缩机,并占据了离心式压缩机的部分市场。

三、压缩机的初步市场分析

    1.气体压缩机
     常用的气体压缩机有离心式气体压缩机和往复式气体压缩机。多年来,我国压缩机制造业攻克不少难关,取得重大突破。但我国离心压缩机在高技术、高参数、高质量和特殊产品等方面还不能满足国内需要,50%左右产品需要进口。国内中小型往复式压缩机已经能够基本满足国内石化行业需求,但大型往复式压缩机还不能满足市场需要,特别是技术含量高和特殊要求的产品还满足不了国内需求。预计“十一五"期间对大中型压缩机的总量需求会比“九五"“十五"期间的需求增幅较大,尤其是超大型及特种工艺压缩机更是如此。根据目前形势预测,今后五年的压缩机市场基本是稳中有升。

    2.家用空调压缩机
     目前,我国房间空调器的生产总量已经超过美国,居世界第一位。2004全年压缩机的表观消费量(即销量+进口量-出口量)为4200万台,而同期空调的产量高达4746万台,两者之间有近550万台的缺口。据估计,2005年全年将出现600万台的缺口空调压缩机的供给局面较为紧张。但随着空调压缩机企业的扩容和制冷空调企业的加人,我国空调压缩机产销量将在2006年达到7000万台,届时国内空调压缩机或将出现供大于求的局面。

    3.汽车空调压缩机
     目前汽车空调压缩机虽然型式多样,但仍以斜盘压缩机产量最多,回转式产量最少。回转式压缩机零件少、效率高,是汽车空调压缩机一个重要的发展方向。回转式汽车空调压缩机主要有旋叶压缩机和涡旋压缩机。旋叶压缩机主要以日本松下株式会社和日本精工精机株式会社为主,日本电装公司和杰克赛尔公司也都生产旋转叶片式压缩机。涡旋压缩机主要以日本三电公司,三菱重工公司和电装公司为主要生产厂。国内也有企业开始涉足回转式汽车空调压缩机。

    四、总结

     随着我国经济的发展,我国的压缩机设计制造技术也有了长足发展,在某些方面的技术水平也已经达到国际先进水平。但在一些方面与国际先进水平还存在一定差距。预计我国“十一五"期间的压缩机需求增幅较大,这对我们既是机遇也是挑战,需要广大压缩机工作者共同努力,推动我国压缩机技术的进步。