中国螺杆压缩机的发展历程

2019-09-16 100

1、薄弱的工业基础

    压缩机行业蹒跚起步,众所周知,建国初期我国工业基础极其薄弱。为了满足工业化中对燃料和钢铁的需求,迅速开发我国煤炭和矿山资源,国家急需大量的矿山开采设备,尤其是对空气压缩机等风动工具,这促成我国空气压缩机制造业的兴起。这一时期,国内压缩机制造只停留在简单仿制和修理阶段,设备简陋,无一家专业的压缩机制造厂。国家新建和转产成立了一批压缩机制造厂,由此才形成了中国压缩机制造业雏形。

2、从“0”到“1”我国螺杆压缩机的艰辛之路

    1934年,瑞典人发明了世界上第一台不对称齿形的螺杆压缩机以来,国外螺杆压缩机技术得到较快的发展。但我国因基础差,加上国外实行技术封锁,以及制造工艺上要求较高,进入六十年代以后,虽然国内某些企业开始了探索,但由于转子制造工艺没有解决,我国螺杆压缩机技术发展缓慢,直到1965年以后才得到一定发展。

而同期国外,特别是上世纪70年代制造螺杆压缩机的公司数目成倍增长,几乎所有原来生产往复活塞压缩机的主要公司都逐渐开始生产螺杆压缩机。

    1965年,上海压缩机厂(后改名上海东方压缩机厂)、上海第三压缩机厂和杭州透平机厂(后改名杭州汽轮机厂)等对螺杆压缩机进行了摸索和研究。上海第三压缩机厂按“反廓成形法”(即按照样机转子端面形状制成刀片,以加工实际转子相反的方向)仿制完成了排气量为40m³/min,排气压力为2公斤/cm²的40/2型螺杆压缩机在衢州化工厂投入使用,成为我国螺杆压缩机生产最早的厂家。

    1965年,北京第一通用机械厂和无锡压缩机厂还分别试制完成了排气量11.5m³/min,排气压力20公斤/cm²的丙烷压缩机和D6.5-10/2636型氢气循环压缩机。杭州透平机厂为大庆油田天燃气集输工程也生产了一台排气量40m³/min的螺杆空气压缩机。另外,一机部决定按首都钢铁厂从日本引进的冶金设备研制配套的6000m³/h空分设备,试制排气量38200m³/hLG63型大型螺杆空气压缩机,由上海压缩机厂承担了试制任务。于19683月完成了LG63C×263D大型螺杆压缩机的试制任务。该厂和西安交通大学合作,在一些前期工作的基础上,于当年十月完成了《加工螺杆压缩机转子成形铣刀设计资料》,这对我国螺杆压缩机的发展发挥了作用。并在翌年与中国科学院华东电子计算技术研究所合作,编制了LG63型压缩机转子成形铣刀的计算程序,完成了刀具的截形计算。又自行设计、制造了重达30吨的大型螺杆加工机床,解决了Ф600直径转子的加工难题等。这一系列工作为大型螺杆压缩机制造创造了条件。虽然有某些技术问题尚未得到解决,但却为我国大型螺杆压缩机的制造积累了经验。

    1966年,通用机械研究所组织上海第三压缩机厂、上海气阀厂、无锡压缩机厂、天津冷气机厂和重庆通用机械厂等单位,对瑞典PR600PR365LD型移动螺杆压缩机及日本产KS2370型移动式空气压缩机进行了性能测试、分析,在此基础上,1966年,转子型线为对称圆弧型线的10m³/min螺杆压缩机诞生,主要性能达到了进口样机的水平。并于1967年完成移动螺杆压缩机的设计和试制。

    1966年,无锡压缩机厂和上海第三压缩机厂先后仿制成功LC20l0/7型螺杆压缩机和LG2020/7型螺杆压缩机,性能接近国外样机水平。同年,柳州第二空压机厂也完成了LG20-10/7型螺杆压缩机的试制。但由于对称型线本身的缺陷,其功率消耗较往复活塞压缩机的同类产品高30%。为提高产品精度,各压缩机企业相继开展了铣刀精度提升和制造专用铣床的工作。柳州第二空压机厂首先采田靠模加工铣刀获得成功,无锡压缩机厂又将靠模放在光学曲线磨床上,用五十倍放大图成形磨削,并且用大型工具显微镜检查磨削结果,使铣刀精度得到提高。与此同时,通用机械研究所、上海第三压缩机厂、上海压缩机厂和天津冷气机厂组成联合设计组,对无锡压缩机厂设计制造的铣刀磨床再次加以改进,经过一系列的提高发展后,到上世纪七十年代已使铣刀精度达到最大误差在±0.005毫米以内(出现在曲线接点处),刃磨工时也从过去的手工操作4050分钟,缩短到2030分钟。七十年代以后,国外生产的螺杆压缩机转子型线已经迭代,使比功率大幅度下降。为了赶上国际先进水平。

    1973年,根据一机部下达的“螺杆压缩机降低比功率的试验研究”课题,由通用机械研究所、无锡压缩机厂联合,针对直接影响压缩机比功率的转子型线压出侧存在“漏气三角型”问题,进行了一系列试验研究,这项成果在LG2010/7型空气压缩机上应用获得成功,是我国螺杆压缩机发展史上的一次进步。

    1974年,通用机械研究所和天津冷气机厂联合设计试制了LG20D40/7LG20D9/16型螺杆压缩机,并进行了最佳园周速度,特长导程和允许压力试验,给制订螺杆压缩机导程长径比、气量系列标准提供了实验依据。七十年代后期,无锡压缩机厂先后设计试验了立式筒体内安装卧式精分离器滤芯,卧式筒体上方安装立式精分离器滤芯,卧式筒体上方并列粗、精分离器滤芯等三种结构形式的油分离系统。油分离技术上的突破,使螺杆压缩机的整体水平有所提高,耗油量由150250mg/m³下降到30mg/m³左右。

    (单螺杆的情况:单螺杆压缩机主要是由螺杆、星轮叶片和机壳三部分组成,具有结构简单,运转可靠,振动小,噪声低等特点。这种机器是法国人辛麦恩(Zimmern1960年发明,上世纪七十年代开始正式投产。)

    1976年,七十年代中期,北京第一通用机械厂通过样本和一些资料的介绍,开始单螺杆压缩机的探索,终于在197611月试制成功我国首台单螺杆空气压缩机OG9/7型,其比功率为6.3kW/(m³/min)。之后,又试制了OG239/7型低噪声全罩式喷油单螺杆压缩机。这种机型在我国还仅是刚刚开始研究,在性能稳定特性等方面尚存在许多不足。这一时期,我国螺杆压缩机主要以仿制为主,在设计、制造水平上与国际先进水平相比尚存在较大的差距。

3、“改开”快车道,引进吸收,变化与变革

    改开之后,压缩机制造业进入转型升级、进步和壮大时期。在规模、技术水平和所有制等方面发生了巨大变化与深刻的变革。产业升级、产品结构先后经历了二次重大转型。第一次是始于上世纪80年代中至90年代中期完成的,以活塞压缩机为主单一产品结构向多种机型的产品结构转型升级,并由此造就了90年代以来往复活塞式、隔膜式、螺杆式压缩机三分天下的局面。第二次是始于90年代未至21世纪初,压缩机从以中、小型为主的产品开始向以大型为主的产品结构的转型升级,其后开创了新世纪压缩机市场的空前繁荣期。

    80年代中期开始,压缩机制造业以引进技术为突破口,通过消化吸收,极大地推动了全行业的技术进步,有力地促进了产品的升级换代。我国第一代和第二代螺杆压缩机,其型线分属对称圆弧型和单边不对称型,功率消耗较大,螺杆压缩机优点得不到充分发挥。而与此同时,国外的型线不断迭代,使螺杆压缩机在某些方面接近往复活塞压缩机的水平。

    80年代初,无锡压缩机厂根据国外资料,总结了国内螺杆压缩机的发展经验,认真分析了螺杆压缩机的多种型线,决定从5:6齿比的“星型”线入手(原螺杆压缩机齿比为4:6),通过变转速试验来选定其最佳转速。

    1982年,测试改型的LG2010/7型螺杆压缩机,比功率达6.06kW/m³/min),和LG20型压缩机相比,比功率约下降5.3%,使我国螺杆压缩机的研究又进了一步。上海压缩机厂也在1982年试制成功LG63C-430/3.8型二氧化碳螺杆压缩机,该机采用喷水内冷、汽轮机驱动等新技术,通过空气部分负荷和喷水冷却,进行性能模拟试验,试车功率达800千瓦,为大型螺杆压缩机性能试验研究工作打下了基础。

    1983年,通用机械设计技术成套公司和天津冷气机厂合作研制成功LGl6-5/3.5型螺杆负压压缩机,在中原油田投入使用。这期间,无锡压缩机厂、上海压缩机厂、柳州第二空压机厂等单位也研制成功一大批产品,使螺杆压缩机的应用领域逐年得到扩大。在往复活塞机方面,在引进国外先进技术、消化吸收的基础上,通过自主创新,攻克了不少难关,取得了重大突破,实现了炼油加氢、合成氨、煤化工装置中大中型往复式压缩机国产化,也不断发展了自有技术,使我国往复活塞式压缩机技术处于国际先进水平。民营企业自80年代异军突起。企业苛求每一个零件成本的降低,追求外观、装潢及外形分别符合不同欧美澳客户的喜好,扣紧产品运行寿命周期,使我国江、浙地区成为全球最大的微型往复压缩机制造基地。80年代未,凭借市场容量,劳动力成本和产业基础优势,我国成为承接国际压缩机产业转移的首选。正是这次大转移,国外许多知名的压缩机制造商纷纷来我国落户,有力地促进了我国压缩机制造业的转型升级。

▷1983年,无锡压缩机厂签约引进了瑞典阿特拉斯公司螺杆压缩机制造技术。

▷1983年,北京第一通用机械厂则引进了芝加哥风动工具(CP)公司的单螺杆压缩机的设计制造技术。

▷1987年,英格索兰在中国设立全资子公司。是第一家进驻中国大陆地区的国外一线压缩机品牌,同时也是首个将螺杆压缩机技术引进中国的外资企业。

阿特拉斯•科普柯公司1984年开始在中国设立办事处,之后,在中国相继成立了七个合资企业。1995年在无锡高新技术开发区成立了无锡阿特拉斯•科普柯公司。

▷寿力公司的亚洲总部于1994年成立美国寿力亚洲公司,位于蛇口,由中国南山开发(集团)股份有限公司和美国寿力公司合资组建。

 在技术引进的同时,压缩机制造厂也开始了引进先进机械加工设备,以便从根本上改变压缩机工业制造水平低、工艺水平落后的状态,如上海压缩机厂的螺杆转子加工铣床。

 同样源于市场的推动,催发行业第二次产品转型升级,即从中小型向大型和高端产品升级。

4、进入新世纪、蓬勃发展、高歌猛进

    进入2000年以后,国企改制重组,企业退市进园、加大技改投入,企业的自主创新能力不断提高,压缩机制造业得到快速发展,涌现一批进入世界压缩机制造业先进行列的企业。如上海大隆机器厂有限公司研制的2700KW大功率大气量螺杆压缩机2009年通过了上海市经济和信息化委员会鉴定验收。ф816mm大型转子螺杆压缩机 ,是国际上目前最大转子直径的螺杆压缩机,目前也只有德国曼、日本神户制钢公司等少数公司有此生产能力和技术。新世纪前10年行业主要经济指标基本都是以两位数增长速度发展,后5年保持适中增长水平,特别在“十一五”期间,压缩机行业平均增长18.6%,螺杆压缩机更是平均增长47.1%。

    大型、高附加值的工艺压缩机、螺杆压缩机生产量不断提高。国产工艺螺杆压缩机在炼油、石化装置上得到广泛使用。如:常减压装置常顶气、减顶气压缩机;炼油、化工装置火炬气压缩机;制氢装置原料气压缩机;PSA原料气、尾气压缩机;苯乙烯压缩机;丁二烯抽提压缩机;氯乙烯压缩机等。螺杆式膨胀机能量回收机组已在蒸汽余热、余压回收;天然气余压回收;热水ORC循环工程中推广应用。

    2002年之前,国内螺杆压缩机制造行业由于设备陈旧,机器性能差,没有形成规模化生产,螺杆压缩机市场几乎被国外企业垄断。国内螺杆压缩机制造企业通过引进国外先进技术,吸收消化再创新,涌现出一批能与国外厂商同台竞争的企业,逐步形成了多个产业集群,如:上海、江苏、浙江、广东等,螺杆压缩机制造业和市场需求同步进入快速发展阶段。在我国国民经济快速稳步发展的大环境下,国内螺杆压缩机行业生产制造技术愈加成熟,经过多年的发展,行业逐步实现由进口机头组装为主向自主设计制造为主的发展历程。经过多年的技术攻关和制造经验积累,通过螺杆型线的不断改进和购买先进的螺杆转子专用加工机床,我国螺杆主机核心技术水平得到明显提高,在螺杆主机转子型线、结构设计方面都有了长足进步,主机设计、制造已全面实现国产化。尤其是随着生产设备精密化、数控化发展,信息化技术和模拟仿真技术的推广和应用,螺杆主机制造业的加工手段(如螺杆转子专用铣床,特别是磨床的应用)的提高,使主机性能都得到有效保证。形成了一批螺杆主机的制造企业,尤其是空气动力用螺杆压缩机主机制造取得了长足的进步,产品技术也基本达到同外同类产品的水平,部分机型能效高于国外产品。

    目前,国内具备螺杆转子的自主设计、制造能力的主要有:无锡压缩机股份有限公司、上海大隆机器厂有限公司、浙江开山压缩机股份有限公司上海汉钟精机股份有限公司宁波鲍斯能源装备股份有限公司鑫磊压缩机股份有限公司、江苏通润机械有限公司、厦门东亚机械工业股份有限公司等十多家企业。有力的推动了国内螺杆压缩机国产化进程。到2015年国内螺杆压缩机占据了70%的以上市场份额。随着国内螺杆压缩机制造技术的日益成熟,国内企业通过自主创新,采用永磁变频和2级压缩技术,使螺杆压缩机的耗能大幅降低,许多产品达到和超过国家一级能效标准。

    在技术方面,经过多年的技术发展,国内螺杆压缩机在研发设计水平、加工工艺水平等方面也日趋成熟,特别是高精度的数控转子加工铣床(磨床)等先进生产设备的应用,使多种型线的加工变得更为容易实现,主机转子型线开发成果得到不断推广,并在应用中取得良好的市场反应。

    行业制造水平的提高,也使产品能够达到较高精度并被市场认同,特别在中低端市场具有明显优势,并逐步在高端领域与国际品牌竞争。

    随着行业技术的稳步发展,国内自主生产能力的逐步提高,其产能的提升已超过市场需求的提升。

    目前,国内螺杆压缩机制造行业已形成外购主机(螺杆机头)组装型企业和自主生产整机型企业并存的局面。到2018年,国内螺杆压缩机的产能已超过45万台。

 


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