（接2019年4月刊《草廬對話（一）》）

　　3. 壓縮機(jī)設(shè)計標(biāo)的與其具體途徑

　　G君：壓縮機(jī)客戶的個性化需求，是制造壓縮機(jī)之標(biāo)的，當(dāng)然也是壓縮機(jī)設(shè)計標(biāo)的。壓縮機(jī)設(shè)計過程中所采納的具體途徑，是為達(dá)到制造標(biāo)的、設(shè)計標(biāo)的這樣的目標(biāo)，而優(yōu)選的手段。

　　J君：是啊！目標(biāo)和手段不可混淆，更不能把手段視同目標(biāo)。這在邏輯關(guān)系上，原本是很清楚、很清楚的事呀。不幸的是，數(shù)十年來，在壓縮機(jī)設(shè)計實(shí)踐過程中，卻不時出現(xiàn)目標(biāo)和手段混淆，甚至把手段推崇為目標(biāo)的不正常狀態(tài)。著實(shí)令人心痛！

　　G君：正本清源，明確邏輯關(guān)系，糾正壓縮機(jī)設(shè)計中的此種被扭曲的怪胎，真是太有必要了！

　　J君：壓縮機(jī)設(shè)計標(biāo)的，絕非以最高標(biāo)準(zhǔn)為最佳，而是以貼切地符合客戶實(shí)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(biāo)準(zhǔn)”，勢必導(dǎo)致資源浪費(fèi)、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(jī)設(shè)計標(biāo)的大致涵蓋范疇若何？

　　G君：以予一管之見，壓縮機(jī)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(shù)，皆屬設(shè)計標(biāo)的范疇。有的客戶還會對主機(jī)/機(jī)組外形尺寸、主機(jī)/機(jī)組質(zhì)量（重量）有限制，甚至達(dá)到苛求的程度。不可否認(rèn)，客戶的“苛求”一般皆非空穴來風(fēng)，而是受制于運(yùn)行場所的具體條件。譬如，艦艇用、科考勘測船用壓縮機(jī)，其外形尺寸、質(zhì)量要求，往往難倒不少壓縮機(jī)專業(yè)制造企業(yè)。其對壓縮機(jī)的縱傾、橫傾運(yùn)行要求，又是陸用壓縮機(jī)不予考慮的。艦船用壓縮機(jī)所在機(jī)艙的環(huán)境溫度之高，也遠(yuǎn)非陸用壓縮機(jī)可比擬。

　　J君：您剛才說到了艦船用壓縮機(jī)，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?cè)温氂趽P(yáng)子江畔壓縮機(jī)主力制造企業(yè)，在觀察分析了中歐艦用中歐產(chǎn)壓縮機(jī)后，H總感嘆曰：這臺壓縮機(jī)的設(shè)計，連一根管子都無法改動。

　　G君：噢，這臺壓縮機(jī)乃世界壓縮機(jī)名企所產(chǎn)。之所以連一根管子都無法改動，既證實(shí)了其設(shè)計細(xì)致入微，也說明了艦船用壓縮機(jī)雄踞壓縮機(jī)技術(shù)高端的地位。當(dāng)然，該名企地處重要軍港，對艦用壓縮機(jī)的了解太深刻了。

　　J君：當(dāng)下，完全可以毫不含糊地說，國產(chǎn)艦船用壓縮機(jī)，業(yè)已達(dá)到毫不含糊的水準(zhǔn)，位居世界艦船用壓縮機(jī)技術(shù)第一梯隊(duì)。

　　G君：和壓縮機(jī)設(shè)計緊密關(guān)聯(lián)的諸結(jié)構(gòu)參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、行程、氣缸直徑、轉(zhuǎn)子直徑、轉(zhuǎn)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(shù)與段數(shù)、冷卻方式等，及其導(dǎo)出參數(shù)——活塞平均速度、高速性系數(shù)、轉(zhuǎn)子圓周速度、葉輪圓周速度等，都是為實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)標(biāo)的之設(shè)計途徑，是手段、方法，而絕非終極目標(biāo)。

　　J君：這就是合乎邏輯的，目標(biāo)和手段、方法的關(guān)系啊！

　　G君：遠(yuǎn)逾百年無數(shù)臺壓縮機(jī)的運(yùn)行實(shí)際，都雄辯地證明了這一點(diǎn)，即根據(jù)壓縮機(jī)的導(dǎo)出參數(shù)——諸如活塞平均速度、轉(zhuǎn)子圓周速度、葉輪圓周速度，基本可以預(yù)判壓縮機(jī)性能（如能耗）之優(yōu)劣。

　　J君：這確實(shí)可以稱得起是鐵律呀！

　　G君：平衡點(diǎn)優(yōu)選恰當(dāng)?shù)南嚓P(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)，往往可使壓縮機(jī)獲取多方面的優(yōu)異表現(xiàn)。例如往復(fù)活塞式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速適當(dāng)高、行程適當(dāng)短，從而使活塞平均速度不甚高時，則可兼收節(jié)能、形小、量輕、節(jié)材和高可靠性等綜合效益。這對客戶和壓縮機(jī)專業(yè)制造企業(yè)，就是雙贏效果。

　　J君：偏執(zhí)地狂熱鼓吹壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)X r/min、活塞平均速度高達(dá)X m/S、轉(zhuǎn)子或葉輪圓周速度高達(dá)XX m/S才是先進(jìn)壓縮機(jī)的論調(diào)，雖然早已淪為歷史笑柄，但其余毒猶在，蓋因壓縮機(jī)基礎(chǔ)理論的普及與深入遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠也！

　　G君：在運(yùn)行可靠性日益深入人心的當(dāng)下，和鼓噪“高、高、高”參數(shù)相反，不時有鼓吹“低、低、低”參數(shù)者。其意在宣揚(yáng)己方的低轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)運(yùn)行如何可靠，怎樣節(jié)能，又怎樣先進(jìn)。

　　J君：此種以商業(yè)利益為出發(fā)點(diǎn)的炒作，所虧欠的是科學(xué)精神，不妨另題切磋之。

　　4. 壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速與運(yùn)行可靠性的關(guān)系

　　J君：實(shí)事求是地說，設(shè)計合理、制造靠譜的壓縮機(jī)，它的運(yùn)行是可靠的，且不論其轉(zhuǎn)速的具體值為若干。這樣的實(shí)例真是太多了。

　　G君：轉(zhuǎn)速值的平方和慣性力成正比，轉(zhuǎn)速值還和壓縮機(jī)的工作循環(huán)次數(shù)成正比。故而人們把壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和可靠性緊緊地關(guān)聯(lián)在一起，不足為怪。

　　J君：轉(zhuǎn)速低的壓縮機(jī)，其可靠性就高嗎？不一定。當(dāng)其設(shè)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(jī)轉(zhuǎn)速的高低來判斷其運(yùn)行可靠性。譬如，只要是設(shè)計、制造精良的透平壓縮機(jī)，在每分鐘逾數(shù)萬轉(zhuǎn)的高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，依然輕松、平穩(wěn)、可靠，被許多單系列工藝流程或裝置所欣然接納。

　　J君：轉(zhuǎn)速莫名降低難道是壓縮機(jī)技術(shù)進(jìn)步之舉嗎？原材料消耗增大，加工工時增加，壓縮機(jī)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(shù)。

　　G君：所以啊，務(wù)應(yīng)客觀地看待和擇定轉(zhuǎn)速這一重要結(jié)構(gòu)參數(shù)。不能以自我的市場、商業(yè)利益，把轉(zhuǎn)速這項(xiàng)參數(shù)扭曲了，卻套上莫須有的桂冠，忽悠那些不可能對壓縮機(jī)有深入了解的客戶。

　　5. 壓縮機(jī)技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中，經(jīng)典力學(xué)之導(dǎo)引力

　　G君：壓縮機(jī)技術(shù)的最重要基礎(chǔ)支柱之一，就是經(jīng)典力學(xué)。不可否認(rèn)的是，經(jīng)典力學(xué)之導(dǎo)引力，極其深刻地促進(jìn)了壓縮機(jī)技術(shù)的進(jìn)步。這些進(jìn)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(shí)如此。就拿回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)中的滾動活塞壓縮機(jī)來說，其工作原理早在十九世紀(jì)就業(yè)已問世，當(dāng)二十世紀(jì)六、七十年代機(jī)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(jié)構(gòu)簡單、制造成本低而在小型制冷壓縮機(jī)領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。但從技術(shù)角度看，滾動活塞壓縮機(jī)的輝煌期卻是在二十世紀(jì)九十年代甚為活躍的雙滾動活塞壓縮機(jī)。它的兩個活塞體相位差是180°，恰好將旋轉(zhuǎn)慣性力完全平衡，消除了最主要的機(jī)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(zhuǎn)慣性力矩還是存在的。

　　G君：就往復(fù)活塞式壓縮機(jī)而言，經(jīng)典力學(xué)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(fù)活塞式壓縮機(jī)，也不言單重（單曲拐）、雙重角度式往復(fù)活塞壓縮機(jī)中V型、W型、L型、扇型，僅就兩列、多列臥式往復(fù)活塞壓縮機(jī)而言，經(jīng)典力學(xué)的影響有目共睹。在消減往復(fù)及旋轉(zhuǎn)慣性力與力矩的機(jī)理和實(shí)際效果方面，經(jīng)典力學(xué)既是指路明燈也是定海神針。

　　G君：臥式壓縮機(jī)由單列到多列，由傳動部件位于曲軸同側(cè)到位于曲軸兩側(cè)這些變革中，先后涌現(xiàn)了“刺刀式”、“對置式”、“奇數(shù)列”與“偶數(shù)列”的對稱平衡型等等這些均屬臥式壓縮機(jī)定義范疇的結(jié)構(gòu)型式。在構(gòu)成為相同性能參數(shù)壓縮機(jī)時，其外形之減小、重量（質(zhì)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(jī)主導(dǎo)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)復(fù)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(xiàn)實(shí)生產(chǎn)實(shí)際中，此類“完全對稱平衡型”壓縮機(jī)，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(shù)工藝用壓縮機(jī)性能參數(shù)之需求，而其轉(zhuǎn)速高達(dá)1490r/min卻運(yùn)行平穩(wěn)。

　　G君：不比不知道，一比嚇一跳。經(jīng)典力學(xué)的指導(dǎo)意義和產(chǎn)生的實(shí)際效果，實(shí)在喜人、驚人！

　　6. 壓縮氣體無油化與材質(zhì)變革對壓縮機(jī)技術(shù)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(qiáng)）的空氣及其它氣體。至于壓縮氣體中含有潤滑油油霧，實(shí)在是很無奈的事。除去動力式壓縮機(jī)（含透平式及噴射式壓縮機(jī)），在容積式壓縮機(jī)發(fā)展的初級階段，其壓縮容積部分產(chǎn)生相對運(yùn)動摩擦的零件，皆為金屬材質(zhì)，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(dāng)壓縮機(jī)吸氣時，油杯中的潤滑油，依賴重力和吸氣時產(chǎn)生的極小負(fù)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(diǎn)；二是壓縮氣體在管道內(nèi)的流速所激發(fā)的靜電效應(yīng)，特別是當(dāng)壓縮氣體中含有細(xì)微固體顆粒時。

　　其次，當(dāng)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(jī)的正常運(yùn)行。

　　G君：為實(shí)現(xiàn)壓縮氣體無油化，將壓縮機(jī)排出的壓縮氣體凈化是一個方面，而最根本的措施是研發(fā)氣缸（壓縮容積）無油潤滑壓縮機(jī)。僅就往復(fù)活塞壓縮機(jī)而言，早在二十世紀(jì)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(jī)，以及用石墨活塞環(huán)接觸并密封氣缸的接觸環(huán)式氣缸無油潤滑壓縮機(jī)。及至二十世紀(jì)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(yè)性應(yīng)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(huán)的材質(zhì)。此后，碳纖維的問世，聚醚醚酮（PEEK）的采用，也都促進(jìn)了氣缸無油潤滑壓縮機(jī)技術(shù)的進(jìn)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(zhì)變革不僅推動了氣缸（壓縮容積）無油潤滑壓縮機(jī)技術(shù)的發(fā)展，也影響了傳動部件的革命，還深刻推動了氣閥、填料的演化，以及回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的壓縮容積氣密零件的改進(jìn)，當(dāng)然還包括透平式壓縮機(jī)葉輪/轉(zhuǎn)子強(qiáng)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閥片、填料密封環(huán)；滑片式壓縮機(jī)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(jìn)壓縮機(jī)技術(shù)進(jìn)步的非凡魔力呀！

　　J君：熱切期盼新穎材質(zhì)應(yīng)用于壓縮機(jī)，越早、越多越好！

　　（全文完）