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摘要：伴随着气体动力学、工程热力学、结构力学、转子动力学、材料学、加工制造工艺和安全防护等技术的发展，离心压缩机逐渐成为加工处理易燃、易爆及有毒等特殊气体优先选择的装备。特别是近四十多年来，伴随着石油天然气、石油化工、化肥和新型煤化工等行业的迅猛发展，作为过程工业“心脏”设备离心压缩机的设计和制造技术也得到了巨大进步，压缩机种类越来越多，机型越来越大，结构越来越复杂，适用压力也越来越高。现代工业对于压缩机的安全性要求也越来越高，有关国际标准规定，压缩机的不间断运行周期最低为5年。一般来说，在生产流程里离心压缩机是唯一的动力设备，一旦压缩机有故障，整个生产装置不得不停产。通常离心压缩机是依据流程的工艺条件定制的，虽然它是通用机械，但通用性却不强。一般在新建工业项目投产阶段压缩机才具备开始运行的条件，一旦压缩机不适合，就需要改进甚至重新定制，而压缩机的交货周期大约为12~18个月。
关键词：我国离心压缩机；发展历程；未来技术；发展方向
引言
对我国离心压缩机的发展历程进行了详尽细致的讨论与分析。结合我国离心压缩机的发展历程特点，阐明了我国离心压缩机未来的技术发展方向，这些发展方向主要体现在压缩机核心部件性能的提升和新型离心压缩机的整体开发。
1国产压缩机技术发展历程
上世纪90年代中期以来，随着国内离心压缩机制造商的迅速崛起，国外制造商出于市场竞争的考量，不再对中国进行离心压缩机产品整体技术转让。国内离心压缩机制造商陆续从上世纪80年代后半段，通过与各大科研院校的合作，建立了自己的研发中心、实验中心，开发了自主知识产权的气动设计软件和转子动力学分析软件。国际上流体机械研发工具，例如压缩机设计软件、结构分析软件和转子动力学软件逐渐开始在中国销售，通过购买这些软件，加快了我国自主技术创新的步伐。1996~2000年，杭氧、沈鼓等压缩机制造商先后引进了NREC离心压缩机模型级开发设计软件。引进了NUMECA三维粘性流场分析软件，2004年，购买了转子动力学分析软件XLROTOR。使国内离心压缩机流场和结构分析设计技术和国外压缩机制造商处在同一个平台上。为国产离心压缩机进军压缩机高端市场奠定了基础。对于一些特殊离心压缩机应用领域，则以市场换技术。在政府有关部门的协调和国内客户的支持下，针对一个合同订单，通过国内压缩机制造企业和外资企业合作生产的方式，学习国外知名厂商的宝贵经验，间接掌握了一部分国外压缩机近些年的技术变化。经过以上几种方式的共同努力，上世纪90年代中期以来，国内压缩机企业逐年成长壮大起来。特别是在本世纪开始后十年左右，国内经济发展速度加快，已有大量技术储备国内企业开始发挥压缩机制造的主力军作用。近几年，有的国内企业的离心压缩机年产量逐渐跃居世界同行业首位。自主研制的离心压缩机开始广泛应用于工艺流程和气体输送等重要应用领域。在石油精炼领域：2003年，沈鼓为辽宁大连350万吨/年催化裂化装置研制了富气离心压缩机；2006年，为海南某炼油企业120万吨/年加氢裂化装置研制出连续重整离心压缩机；2011年，为甘肃兰州300万吨/年柴油加氢装置研制了循环氢气压缩机。在石油化工装置上：1998年，沈鼓为大庆单线24万吨/年乙烯装置研制出裂解气离心压缩机，首次在乙烯装置三大压缩机国产化方面实现“零”的突破。又和德国、日本的知名压缩机公司合作制造了丙烯压缩机、乙烯压缩机和二元制冷压缩机。2001年，上鼓与日本公司合作研制了北京66万吨/年乙烯工程中的丙稀制冷离心压缩机。2009年，沈鼓成功为天津百万吨级乙烯装置研制了裂解气压缩机组，为镇海百万吨级乙烯装置研制了丙烯离心压缩机组。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆2011年，成功为辽宁抚顺80万吨级乙烯装置研制了乙烯离心压缩机组。自此，百万吨级乙烯“三机”全部研制成功，中国离心压缩机制造商终于跻身于世界上为数不多的百万吨乙烯“三机”成套供货商巨头之一。2008年，沈鼓为沈阳10万吨/年聚乙烯装置成功研制了SV4单级循环气压缩机；2012年，为武汉30万吨/年聚乙烯装置研制了SV50单级循环气压缩机。2008年，陕鼓为重庆60万吨/年PTA装置研制出国内首套大型轴流式压缩机+离心式压缩机+轴流式膨胀机组；2010年，沈鼓成功为江苏江阴120万吨/年PTA装置研制出国内首套大型组装式压缩机和向心膨胀机组。天然气管线压缩机：2002年，沈鼓研制了国产第一台天然气管线输送离心压缩机PCL303，经过了一年以上的工业运行；2009年，又与国外公司合作为西气东输工程制造了燃气轮机驱动的管线离心压缩机；2010年，沈鼓成功开发出国际先进水平的长输管线专用高效离心压缩机模型级；2012年在陕西高陵压气站成功实现西气东输项目20MW级电驱管线离心压缩机组工业化运行。
2压缩机未来技术发展的讨论
2.1高效率叶轮
随着三元粘性流场分析设计技术的发展，叶轮的压缩效率越来越高。根据实践经验和查阅这方面的文献资料，得出的结论是对中等流量系数的叶轮，在马赫数适合的情况下，效率最高可以达到96%，也就是说，在叶轮中只有4%的流动损失。当然，这并不是说高效率叶轮开发已经没有多少空间了，例如：大流量系数叶轮的采用，会大大减小压缩机的径向尺寸，降低制造成本；在压缩机气体密度变化较大的情况下，叶轮选型经常遇到的是最后几个叶轮会越来越窄，这时应该选择小流量系数叶轮以适当增加叶轮宽度，为制造工艺创造有利条件。因此说叶轮的开发还有很大空间可做。以下为开发高效率叶轮的几个方向：1）叶轮相对宽度特大和特小，或者是流量系数特大和特小。例如在制冷系统的压缩机设计时因为有中间过程加气很大，大流量系数基本级必不可少；在二氧化碳压缩机设计中，因密度变化大，末段体积流量很小，必须选用小流量系数叶轮否则带来效率大幅度降低。2）轮廓尺寸合理。一般情况是叶轮的轴向跨距尽可能小，叶轮的轮毂比要较大一些。这些都有利于转子的稳定性。特殊情况下如轴流加离心形式的压缩机，轮毂比可能要更大一些，为了和前面的轴流压缩段匹配；对于高压比小流量的压缩机，为了避免出现气流激振故障，设计时希望叶轮安装处的轴颈尽可能粗一些，也有必要开发一种适合的叶轮。
2.2高能头叶轮
当前压缩机市场竞争激烈，压缩机制造商们都在设法降低成本。在同样的设计参数下，减少压缩机叶轮数量进而缩短轴向跨距和减少缸体数目，都对产品的技术竞争力有益处。实现上述目的的有效办法是提高单级压比[53-61]。高压比离心叶轮过去广泛应用于航空领域，单个叶轮压比可以达到7~11。由于其内部流动增加了激波损失，开发高压比条件下的高效率叶轮具有挑战性。石油化工行业气体种类繁多，气体物性和压缩机压比关系很大。由于人们习惯于用能量头替代压比来衡量叶轮对气体做功的能力，所以说对于合成气压缩机的研发方向就是提高单级能量头。这些高能头叶轮基本上都是典型的跨音速叶轮，通道内部流动包涵复杂的激波结构及激波与边界层的相互作用。
结语
本文对我国离心压缩机的发展历程做了非常详尽细致的描述，从中讨论我国离心压缩机未来技术发展的方向。1）总的来说，我国离心压缩机技术的进步是健康的、可持续发展的，符合我国社会发展战略需求，已经完全走上自主发展的道路，可独立持续为我国的社会发展提供服务。2）我国离心压缩机技术未来的发展方向，主要体现在压缩机核心部件和关键工艺的进一步提升。另外，也需结合市场和节能环保需求，开发新型离心压缩机以服务于更为苛刻的工作条件和客户需求。
参考文献：
[1]徐伟，王彤，谷传纲.抽吸孔数目对孔式机匣处理方式效果的影响[J].机械工程学报，2011，47（18）：121-129.
论文作者:李敬红
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/22
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