早在三、四千年前,我們的祖先便掌握了壓氣鼓風(fēng)從事冶煉的技術(shù),最早是由獸皮做成"皮老虎";公元三十一年,東漢的杜詩創(chuàng)造了用水力鼓風(fēng)的設(shè)備——水排;一直沿用到現(xiàn)在的木制"風(fēng)箱",可以說是現(xiàn)代活塞式壓縮機的雛形。
到1757年英國人威爾肯松( Wilkinson )提出的一個叫做"金屬風(fēng)箱"的,它有兩個氣缸,由水輪機驅(qū)動。1777年瓦特( Watt )進一步設(shè)計了由蒸汽驅(qū)動的壓縮機。上述的機器都是單級的,主要也是用作冶煉鼓風(fēng)。
1829年和1830年在英國和法國相繼提出了多級結(jié)構(gòu)的壓縮機,但當(dāng)時的多級壓縮機都無級間冷卻。多級壓縮機采用級間冷卻是1849年由馮·雷遜( Von Rathen )建議的。
活塞壓縮機作為一種工業(yè)設(shè)備是陸續(xù)進入各個領(lǐng)域的。
1834年,醫(yī)生潘根( Perking )發(fā)明了第一臺活塞制冷機,壓縮機進入人工制冷的領(lǐng)域,當(dāng)時用的制冷劑是;而第一臺工業(yè)用的氨壓縮式制冷機,又經(jīng)過40年后才由林德( Linde )創(chuàng)造出來。
1877年,宋梅婁( Sommeiler )發(fā)明了風(fēng)鉆,開始了用壓縮空氣作為傳遞力能的介質(zhì),為壓縮機的應(yīng)用開辟了廣寬的天地。
1877年,第一次通過壓縮、冷卻及膨脹實現(xiàn)了氧的液化;1892年,實現(xiàn)空氣的液化,從此為分離空氣獲得氧、氮及其他稀有氣體創(chuàng)造了條件。
1911年,第一套合成氨裝置投入生產(chǎn),從此壓縮機進入化學(xué)工業(yè)的領(lǐng)域,并且是化工廠中極其重要的設(shè)備。
1939年,第一臺超高壓壓縮機問世,其排氣壓力為1500×105N/m2,用于高壓聚乙烯的生產(chǎn)。
可是在一個相當(dāng)長的時期內(nèi),活塞式壓縮機的可靠性是與其重要性不相稱的。特別關(guān)鍵的是氣閥,因為它的可靠與否對機器有很大影響,為此人們對氣閥的制造和研究一直非常重視。早在1894年,賀爾碧格( Hoerbiger )制造了著名的賀爾碧格閥﹣﹣網(wǎng)狀閥。1950年柯史塔格略蘭( Costagliola )建立了氣閥運動的微分方程,盡管當(dāng)時限于條件,實用尚困難,但卻為以后定量研究氣閥閥片運動的規(guī)律,打下了良好的基礎(chǔ),現(xiàn)在許多的研究工作,都是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。
活塞式壓縮機中另一個被關(guān)注的問題是滑動密封。滑動密封問題包括兩個方面:其一是密封元件的耐久性——壽命;其二是密封元件因需用油潤滑而帶來的氣體被污染問題。對于前者是致力于研究摩擦、磨損和潤滑問題;而后者,人們卻又因此創(chuàng)造出了許多新型的、氣體不為油污染的壓縮機。
1916年,柯勃林( Corblin )發(fā)明了膜式壓縮機,并于1922年在他自己的工廠制造成功。這種壓縮機不僅氣體不被油污染,而且能做到不漏氣,一級壓縮達25×105 N /m2;但排氣量很小,一般不超過100m3/h。
1934年,采用有自潤滑性能的石墨作密封元件,實現(xiàn)了氣缸不用油潤滑;但石墨比較脆,石墨磨損后的粉塵也能污染氣體。
1935年,蘇爾壽( Sulzer )公研制成了利用曲折密封原理的迷宮式壓縮機,它去除了金屬密封元件,也實現(xiàn)了氣缸無油潤滑;但這種結(jié)構(gòu)制造要求高,并且嚴重的泄漏使其熱效率較一般壓縮機低。
1952年,具有自潤滑性的塑料聚四氟乙烯開始用于壓縮機作密封元件。由于聚四氟乙烯經(jīng)過適當(dāng)改制后的巨大*性,因此很快得到了推廣,已成為現(xiàn)在實現(xiàn)氣缸無油潤滑的主要手段。
活塞式壓縮機在本世紀四十年代末到七十年代這幾十年中,隨著世界生產(chǎn)的發(fā)展,科學(xué)技術(shù)及工藝的進步,它也獲得了很大的發(fā)展和進步。在技術(shù)方面,它所取得的成果是:
1.現(xiàn)代壓縮機的可靠性和耐久性已大大提高,可以連續(xù)運行8000小時而中間無需修理,每年的開工率達95%以上;
2.由于采取了低的閥隙流速和大的緩沖容積,使壓縮機功率消耗進一步降低;
3.在中、大型范圍內(nèi),由于采用了對動式等動力平衡性能好的結(jié)構(gòu)型式,使壓縮機轉(zhuǎn)速成倍的提高,從而使壓縮機的尺寸和重量相對大大減小。
4.在一定的壓力范圍內(nèi),氣缸能比較容易地實現(xiàn)無油潤滑,使被壓縮的氣體不再為油所污染。
近年來,在中、小型范圍內(nèi),壓縮機普遍實現(xiàn)機組化,撬裝化,使機器的安裝和基建費用都顯著降低。
隨著人們對環(huán)境噪聲污染的嚴格控制,努力使壓縮機噪聲限制在85dB( A )以下,在這面也取得了很大成績。
最近,優(yōu)化設(shè)計理論取得了很大進展,并且已開始進入壓縮機的設(shè)計領(lǐng)域,它必將推動壓縮機向更新的水平前進。目前,150T活塞力4M型壓縮機,迷宮壓縮機,隔膜壓縮機,低溫乙烯及BOG壓縮機均已實現(xiàn)國產(chǎn)化。
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