【壓縮機(jī)網(wǎng)】綠色制造是對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)的一次升級(jí)，在保證機(jī)械制造標(biāo)準(zhǔn)的前提下，通過(guò)資源環(huán)?？刂评砟睿訌?qiáng)資源效率的管理，從而提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的和諧發(fā)展。壓縮機(jī)作為工業(yè)生產(chǎn)中的核心設(shè)備，與綠色制造是緊密相關(guān)的。在壓縮機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料技術(shù)、加工制造、運(yùn)行維護(hù)和節(jié)能改造等方面通過(guò)技術(shù)升級(jí)以及新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，可實(shí)現(xiàn)綠色制造，z*終實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的協(xié)調(diào)優(yōu)化。

 

　　引言

 

　　綠色制造，又稱(chēng)環(huán)境意識(shí)制造、面向環(huán)境的制造等。它是一個(gè)綜合考慮環(huán)境影響和資源效益的現(xiàn)代化制造模式，其目標(biāo)是使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)生命周期中，廢棄資源和有害排放物z*小，符合環(huán)境保護(hù)要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，節(jié)約資源和能源，使資源利用率z*高，能源消耗z*低。綠色制造是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在制造業(yè)中的體現(xiàn)，也就是說(shuō)，綠色制造是現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式。

 

　　中國(guó)制造業(yè)總量已超過(guò)美國(guó)，居世界第一。但是工業(yè)裝備運(yùn)行故障多、效率低是影響中國(guó)制造業(yè)大部分企業(yè)效益的重要原因之一。我國(guó)不能總是依靠擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模來(lái)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的，必須落實(shí)安全生產(chǎn)和節(jié)約優(yōu)先的方針，充分發(fā)揮現(xiàn)有裝備的作用，實(shí)施工業(yè)裝備全壽命綠色化和智能化工程科技發(fā)展戰(zhàn)略快速增長(zhǎng)。壓縮機(jī)特別是工業(yè)用壓縮機(jī)作為提供壓縮氣體的高效節(jié)能設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。以離心壓縮機(jī)（圖1）為例，在重大化工裝置、氣體輸送和液化等領(lǐng)域，離心壓縮機(jī)都是z*關(guān)鍵的核心設(shè)備之一，已經(jīng)成為體現(xiàn)國(guó)家裝備制造業(yè)水平的一個(gè)標(biāo)志。

 

 

　　在壓縮機(jī)的制造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)綠色制造，是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)，通過(guò)綠色制造，可以促使企業(yè)不斷開(kāi)發(fā)高性能、高可靠性的壓縮機(jī)產(chǎn)品，積極開(kāi)發(fā)和應(yīng)用綠色材料；同時(shí)，應(yīng)用綠色加工技術(shù)來(lái)提高材料的利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，減少加工過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染；努力發(fā)展綠色再制造技術(shù)，降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的協(xié)調(diào)優(yōu)化。

 

　　本文從壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)、材料、加工制造、運(yùn)行維護(hù)以及節(jié)能改造等方面，對(duì)綠色制造在壓縮機(jī)產(chǎn)品中的應(yīng)用進(jìn)行了多方面的闡述。在總結(jié)了現(xiàn)有技術(shù)的同時(shí)，也展望了今后壓縮機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，為今后綠色制造在壓縮機(jī)產(chǎn)品中更好地應(yīng)用指明了方向。

 

　　1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

 

　　1.1 節(jié)能高效

 

　　大型機(jī)組的耗功向10萬(wàn)kW等級(jí)發(fā)展，如果機(jī)組效率能夠提高一個(gè)百分點(diǎn)，耗功指標(biāo)就會(huì)減少1000kW，用戶每年就會(huì)多出幾百萬(wàn)元的利潤(rùn)，所以節(jié)能降耗是企業(yè)的生存之本，同時(shí)也是提高企業(yè)自主創(chuàng)新能力的基本著力點(diǎn)。站在壓縮機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)的角度，需要考慮z*大限度地減少流動(dòng)損失、漏氣損失、機(jī)械損失等各類(lèi)損失。而為了減少這些損失，則需要從多方面努力，才能達(dá)到壓縮機(jī)的節(jié)能高效。

 

　　1）模型級(jí)開(kāi)發(fā)方面

 

　　為了提高效率，減少機(jī)組功率消耗，為用戶節(jié)約運(yùn)行成本，需要增加模型級(jí)的“密度”，減少模型級(jí)系列在流量系數(shù)變化的步長(zhǎng)，從而使壓縮機(jī)的每一級(jí)都能選到高效率基本級(jí)，進(jìn)而提高整機(jī)的計(jì)算效率；不只開(kāi)發(fā)通用模型級(jí)，還要針對(duì)從輕到重不同分子量的介質(zhì)、不同的機(jī)組類(lèi)型開(kāi)發(fā)不同的專(zhuān)用模型級(jí)，使模型級(jí)的效率優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致；通過(guò)拓寬模型級(jí)曲線范圍，使壓縮機(jī)機(jī)組具有更寬廣的操作范圍，使得機(jī)組在變工況下運(yùn)行時(shí)效率水平不發(fā)生明顯的降低，提高機(jī)組多工況運(yùn)行的適應(yīng)能力。

 

　　2）靜止部件優(yōu)化

 

　　通過(guò)對(duì)流道中各靜止部件的優(yōu)化，減少因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致額外增加的流動(dòng)損失、分離損失，從而減少額外的功率消耗。其中包括：進(jìn)氣蝸殼、排氣蝸殼、加氣蝸殼、抽氣蝸殼、管路變徑、彎道整流、以及支撐、筋板等結(jié)構(gòu)件對(duì)流動(dòng)的影響。

 

　　3）關(guān)注級(jí)間影響的研究

 

　　對(duì)于一臺(tái)完整的壓縮機(jī)組來(lái)說(shuō)，如果相鄰兩級(jí)的性能匹配不好，就不可能做到整機(jī)的高效率。所以對(duì)于模型級(jí)葉輪，不能僅僅考慮單級(jí)性能，要考慮級(jí)與級(jí)的連接對(duì)整機(jī)性能的影響。尤其要考慮上一級(jí)出口流場(chǎng)品質(zhì)對(duì)下一級(jí)產(chǎn)生影響的程度，盡量將不均勻性降到z*小。

 

　　4）機(jī)組氣動(dòng)方案優(yōu)化

 

　　一臺(tái)壓縮機(jī)產(chǎn)品的氣動(dòng)選型方案不是w*的，需要通過(guò)周密的綜合考慮，為用戶提供能耗z*低、成本z*小的解決方案：

 

　　a.等溫壓縮時(shí)壓比分配與冷卻次數(shù)的設(shè)定及成本對(duì)比研究；

 

　　b.不同機(jī)型方案功耗與成本對(duì)比研究；

 

　　c.同種機(jī)型時(shí)應(yīng)用不同模型級(jí)匹配方案的對(duì)比研究；

 

　　d.同種機(jī)型不同級(jí)數(shù)方案成本對(duì)比及轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性研究；

 

　　方案優(yōu)化可以通過(guò)利用設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)不同方案對(duì)比來(lái)得到，也可以通過(guò)選型軟件的優(yōu)化算法自動(dòng)得到。

 

　　5）降低泄漏損失

 

　　密封泄漏與壓縮機(jī)機(jī)組氣動(dòng)方案、結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化一樣，也是影響離心壓縮機(jī)機(jī)組效率的關(guān)鍵因素。與眾多影響因素比較而言，采用先進(jìn)密封技術(shù)，通過(guò)降低密封泄漏量來(lái)提高效率是z*直接也是z*有效的手段。

 

　　a.工程塑料密封

 

　　工程塑料密封(如圖2所示)的應(yīng)用將迷宮密封從金屬材料時(shí)代跨入非金屬材料時(shí)代，采用工程塑料，并通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可使密封的性能得到顯著提升。利用工程塑料的低硬度、高彈性及強(qiáng)度適中的特點(diǎn)，密封間隙較軟,金屬密封間隙進(jìn)一步降低。該密封z*大的優(yōu)點(diǎn)是密封間隙的維持，即當(dāng)梳齒與轉(zhuǎn)子碰撞時(shí)，塑料梳齒可發(fā)生暫時(shí)的彈性變形，然后恢復(fù)到原有的幾何狀態(tài)，這樣梳齒和轉(zhuǎn)子不會(huì)被磨損，間隙得以維持。性能對(duì)比測(cè)試結(jié)果顯示，利用工程塑料密封，單級(jí)效率可提高0.5%～1%。

 

 

　　b.機(jī)械用碳密封

 

　　機(jī)械用碳密封是以改性機(jī)械用碳材料作為密封功能材料的一種密封，密封采用金屬與機(jī)械用碳一體的方式制作。利用機(jī)械用碳材料的低硬度、自潤(rùn)滑性能實(shí)現(xiàn)密封的低間隙運(yùn)轉(zhuǎn)，減少氣體泄漏量。利用金屬材料的強(qiáng)度保證密封的整體剛性。機(jī)械用碳密封的泄漏量遠(yuǎn)低于普通梳齒密封。

 

　　6）降低機(jī)械損失

 

　　機(jī)械損失也是影響整機(jī)效率的因素之一，降低機(jī)械損失可以從多個(gè)方面入手，以軸承為例，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)達(dá)到節(jié)能降耗的目的：

 

　　A.注重?zé)o油綠色軸承的應(yīng)用

 

　　電磁軸承(圖3)和動(dòng)壓氣體軸承(圖4)均屬于非機(jī)械接觸式軸承，具有不需油潤(rùn)滑、綠色環(huán)保無(wú)污染、損失小等一系列優(yōu)點(diǎn)。目前這兩類(lèi)軸承在小功率的鼓風(fēng)機(jī)方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

 

 

　　b.改進(jìn)傳統(tǒng)軸承結(jié)構(gòu)，減小潤(rùn)滑油量，降低功耗通過(guò)開(kāi)發(fā)節(jié)油軸承系列，改進(jìn)軸承進(jìn)油和噴油方式，改善了軸承的散熱條件，降低了軸承的潤(rùn)滑油量，減少了功率損失，降低了軸瓦溫度。例如沈鼓集團(tuán)目前應(yīng)用的節(jié)油軸承，與傳統(tǒng)軸承相比，其潤(rùn)滑油量可減少25%～35%，功率損失可減少30%～40%，推力軸承的瓦溫下降z(mì)*高可達(dá)15℃。

 

　　1.2 安全可靠

 

　　從綠色制造的概念里可以看出，產(chǎn)品的功能和質(zhì)量是綠色制造的前提和基礎(chǔ)。一個(gè)無(wú)法保證安全平穩(wěn)運(yùn)行的產(chǎn)品談不上綠色環(huán)保。設(shè)備能夠安全可靠的運(yùn)行不僅能夠降低維修成本，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用周期，更是提升了安全指數(shù)，避免惡性事故的發(fā)生。可以說(shuō)，只有在保證了設(shè)備的安全可靠，才能真正的實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的共同提升。

 

　　API標(biāo)準(zhǔn)中要求，離心壓縮機(jī)產(chǎn)品（包括輔助設(shè)備）的設(shè)計(jì)和構(gòu)成應(yīng)確保其z*短使用壽命為20年，不間斷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間至少為5年。一般來(lái)說(shuō)，在生產(chǎn)流程里離心壓縮機(jī)是w*的動(dòng)力設(shè)備，一旦壓縮機(jī)有故障，整個(gè)生產(chǎn)裝置不得不停產(chǎn)。

 

　　壓縮機(jī)的安全可靠體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是安全，要保證機(jī)組的服役周期和使用壽命；二是平穩(wěn)，要保證組振動(dòng)等一系列動(dòng)力學(xué)指標(biāo)限制在一定水平之下。為了達(dá)到這樣一個(gè)目標(biāo)，除了借助于產(chǎn)品設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)以外，相應(yīng)的分析驗(yàn)證不可忽略。在壓縮機(jī)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，在安全可靠性分析方面需要關(guān)注的問(wèn)題大致可分為兩個(gè)方面：

 

　　1）關(guān)鍵零部件完整性評(píng)估

 

　　葉輪、機(jī)殼、管路等壓縮機(jī)關(guān)鍵零部件需要進(jìn)行強(qiáng)度和變形分析以滿足其強(qiáng)度和剛度要求。對(duì)于這部分分析，在具備成熟的一般性分析技術(shù)的同時(shí)，也需要不斷開(kāi)發(fā)新的分析技術(shù)，以滿足不同機(jī)組的運(yùn)行要求、滿足解決新問(wèn)題的特定要求（圖5）。

 

 

　　目前，CAE軟件在工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用，壓縮機(jī)各零部件在常規(guī)載荷下的動(dòng)力和靜力學(xué)特性可以比較容易得到，包括：應(yīng)力、變形、彈塑性、固有頻率等一系列結(jié)果。不同的壓縮機(jī)企業(yè)，依據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，確定相應(yīng)的判別校核準(zhǔn)則：通過(guò)校核，進(jìn)行后續(xù)的設(shè)計(jì)工作；若不能通過(guò)，再次進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，直至通過(guò)為止。

 

　　上述分析能夠滿足壓縮機(jī)的基本運(yùn)行要求，但隨著能源化工以及其它相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，常規(guī)分析已經(jīng)不能滿足壓縮機(jī)的安全性分析。對(duì)于大型化和高參數(shù)化的壓縮機(jī)組，與以往傳統(tǒng)壓縮機(jī)相比，在安全可靠性方面呈現(xiàn)兩個(gè)顯著特點(diǎn)：一是靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性發(fā)生了變化；二是結(jié)構(gòu)場(chǎng)、溫度場(chǎng)、流場(chǎng)、聲場(chǎng)等多場(chǎng)耦合效應(yīng)表現(xiàn)更為突出。這也帶來(lái)了有關(guān)機(jī)組服役壽命方面的新的問(wèn)題，這些問(wèn)題并不僅僅出現(xiàn)在個(gè)別壓縮機(jī)企業(yè)，而是全世界范圍內(nèi)的行業(yè)共性難題。比如：在流固熱耦合作用下以及寬運(yùn)行工況下的葉輪/葉片這樣核心做功部件的疲勞損傷問(wèn)題；在流聲固耦合作用下的管路的振動(dòng)問(wèn)題等等(圖6)。

 

 

　　2）轉(zhuǎn)子振動(dòng)分析

 

　　壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)問(wèn)題可能有如下的幾種表現(xiàn)形式：

 

　　a. 一般性振動(dòng)：無(wú)法避免，可以抑制；

 

　　b. 共振，包括：彎曲振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)以及彎扭耦合振動(dòng)。這類(lèi)振動(dòng)在轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)時(shí)是應(yīng)該避免的；

 

　　c. 動(dòng)力失穩(wěn)：轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性是指轉(zhuǎn)子在受到某種擾動(dòng)后能否恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)的能力。轉(zhuǎn)子振動(dòng)異常并不僅僅變現(xiàn)為振動(dòng)幅值的加大，還會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)定子碰磨、軸承損壞、連鎖停機(jī)以及轉(zhuǎn)子疲勞破壞等嚴(yán)重后果。

 

　　對(duì)于轉(zhuǎn)子振動(dòng)分析，在理論分析的同時(shí)加以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，基于成熟的轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性分析軟件，在設(shè)計(jì)階段即可預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性；同時(shí)采用包括阻尼軸承、阻尼密封、阻旋柵、反旋流裝置等技術(shù)手段可以有效提高轉(zhuǎn)子的運(yùn)行穩(wěn)定性（圖7、8）。

 

 

　　1.3 減振降噪

 

　　噪聲是壓縮機(jī)的排放物之一，它不能避免，但可以抑制。透平機(jī)械的噪聲是體現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)。

 

　　一般情況下，一個(gè)完整的聲學(xué)系統(tǒng)由聲源、傳播介質(zhì)、接收者三個(gè)部分組成。為了降低透平機(jī)械噪聲，需要進(jìn)行以下三個(gè)方面研究工作：

 

　　“源”，即深入研究透平機(jī)械噪聲產(chǎn)生的機(jī)理。

 

　　“傳”，即深入研究透平機(jī)械噪聲傳播的機(jī)理。

 

　　“控”，在深入了解“源”和“傳”機(jī)理的基礎(chǔ)上有針對(duì)性的提出降噪措施。

 

　　圍繞這三方面研究工作，重點(diǎn)提高低噪聲設(shè)計(jì)、制造工藝和測(cè)試分析技術(shù)水平。通過(guò)整機(jī)和關(guān)鍵部件聲學(xué)計(jì)算與仿真技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能設(shè)計(jì)與減振降噪基礎(chǔ)理論相結(jié)合，提高設(shè)備低噪聲設(shè)計(jì)水平。

 

　　2 材料技術(shù)

 

　　材料的使用對(duì)于制造技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)綠色制造而言是非常關(guān)鍵的，這是因?yàn)椴牧献鳛楫a(chǎn)品的物質(zhì)基礎(chǔ)，其特性是要跟隨產(chǎn)品的整個(gè)使用循環(huán)周期的。只有通過(guò)對(duì)高性能、低成本新材料開(kāi)發(fā)的不斷探索，才能更大限度的增大綠色制造技術(shù)的生態(tài)效益。

 

　　2.1 低成本高性能材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用

 

　　1）高強(qiáng)鋁合金葉輪材料

 

　　高強(qiáng)鋁合金材料用于離心葉輪的制備具有如下的優(yōu)勢(shì)：

 

　　a. 葉輪質(zhì)量輕，在大部分情況下可有效改善轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)特性；

 

　　b. 尺寸相同時(shí)，鍛件成本低;

 

　　c. 加工性好，加工成本低;

 

　　d. 超高比強(qiáng)度，葉輪可用于更高的周速;

 

　　e. 抗氫脆效果好。

 

　　在壓縮機(jī)產(chǎn)品上的應(yīng)用，確實(shí)起到了降低成本、減小消耗的作用；

 

　　2）耐腐蝕新材料研究

 

　　腐蝕介質(zhì)（如含濕硫化氫）下的機(jī)組通流部分性能保證，必須通過(guò)耐腐蝕材料的應(yīng)用來(lái)得到解決。腐蝕會(huì)顯著降低金屬材料的強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)性能，破壞金屬構(gòu)件的幾何形狀，縮短裝置的使用壽命，甚至造成災(zāi)難性事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民生產(chǎn)總值的2%～4%，每年由于金屬腐蝕造成的鋼鐵損失約占當(dāng)年鋼產(chǎn)量的10%～20%，美國(guó)每年因腐蝕要多消耗3.4%的能源。我國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家，這一情況顯然會(huì)更加嚴(yán)峻。

 

　　低成本耐腐蝕材料的應(yīng)用可以在不加大材料成本的前提下，有效降低腐蝕誘發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，避免損失。

 

　　3）超高強(qiáng)度鋼的研究和應(yīng)用

 

　　高強(qiáng)度材料具有更好的承載性能，該材料用于葉輪制造上，可進(jìn)一步提高葉輪周速，提高單級(jí)壓比，也使得壓縮機(jī)機(jī)組減少級(jí)數(shù)、縮小尺寸、降低成本成為可能。

 

　　2.2 材料制備新工藝的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

 

　　在大型及超大型金屬部件毛坯料制備過(guò)程中，如果采用傳統(tǒng)冶煉工藝，水口和冒口部分質(zhì)量差無(wú)法使用，每一個(gè)鋼錠水冒口均屬?gòu)U除部分。但是采用構(gòu)筑成型法(圖9)就可以完全避免該問(wèn)題，使材料利用率提升25%～30%。

 

 

　　2.3 涂層技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用

 

　　涂層可以保護(hù)材料基體不受傷害，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命和運(yùn)行穩(wěn)定性，是一種彌補(bǔ)材料基體性能劣勢(shì)的有效手段。它可以在不增加原材料成本的基礎(chǔ)上將材料的使用壽命和性能得到進(jìn)一步提升，提高資源利用率，是綠色制造概念不可缺少的表面改性方法。

 

　　耐腐蝕防結(jié)垢涂層(圖10)。具有良好的耐腐蝕性，優(yōu)異的抗污垢能力，它能使金屬表面特別光滑，不粘性可以降低有機(jī)/無(wú)機(jī)附著物的粘結(jié)，非常有利于保證產(chǎn)品的氣動(dòng)性能和機(jī)械性能。

 

 

　　耐磨涂層。表面強(qiáng)化耐磨涂層技術(shù)是提高材料耐磨、耐沖刷性的一個(gè)重要方法。根據(jù)不同介質(zhì)以及不同的使用要求?？梢杂卸鄠€(gè)涂層方案供選擇。有效降低粒子沖刷對(duì)葉輪葉片的磨損。

 

　　3 加工制造

 

　　3.1 加工工藝升級(jí)

 

　　不斷改進(jìn)原有的生產(chǎn)工藝，將過(guò)去高耗能、高污染的工藝進(jìn)行改良和替換，在產(chǎn)品制造過(guò)程中z*大限度地減少環(huán)境污染，降低能耗，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

 

　　以三元閉式葉輪為例，采用整體加工工藝（葉輪整體銑制和電火花加工），與傳統(tǒng)的兩件焊接的葉輪相比，所用的鍛件材料僅為兩件焊接葉輪的一半。同時(shí)在加工效率、加工質(zhì)量以及后續(xù)的葉輪性能保證等方面都具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。有效控制了產(chǎn)品的成本。

 

　　近些年，3D打印技術(shù)迅速崛起并逐漸在制造業(yè)顯露頭角。美國(guó)《時(shí)代》周刊也將3D打印列為“美國(guó)十大增長(zhǎng)z*快的工業(yè)”。3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)的“減材制造”相比，從原理上它就貫徹了綠色制造的概念，基本實(shí)現(xiàn)了材料的零損耗，避免了傳統(tǒng)加工工藝因切削、成型而需要附加的成本和能源消耗，用料只有傳統(tǒng)工藝的1/3～1/2，制造速度卻快了3～4倍，實(shí)現(xiàn)了省材、節(jié)能、環(huán)保的目標(biāo)。圖11為采用3D打印技術(shù)制造的葉輪。

 

 

　　3.2 工藝仿真技術(shù)

 

　　采用工藝模擬技術(shù)將數(shù)值仿真、物理模擬、實(shí)驗(yàn)測(cè)試和專(zhuān)家系統(tǒng)相結(jié)合，確定z*佳工藝參數(shù)、確定z*優(yōu)工藝方案，預(yù)測(cè)不同工藝過(guò)程中可能產(chǎn)生的異常問(wèn)題，找到有效的控制措施，將隱患消滅在計(jì)算機(jī)模擬加工的反復(fù)試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中。就能有效控制和保證加工工件的質(zhì)量，達(dá)到綠色制造的目的。

 

　　數(shù)值仿真方法在規(guī)律性、趨勢(shì)性的研究方面具有準(zhǔn)確高效的優(yōu)勢(shì)。目前在材料制備、材料熱處理、焊接、切削加工等多個(gè)工藝過(guò)程中應(yīng)用了數(shù)值仿真手段。它對(duì)解決部件尺寸的大型化，縮短研究周期、減少材料使用、減少實(shí)驗(yàn)消耗、減少經(jīng)費(fèi)開(kāi)銷(xiāo)會(huì)起到極為關(guān)鍵的作用(圖12)。

 

 

　　4 運(yùn)行維護(hù)

 

　　壓縮機(jī)組各類(lèi)性能的實(shí)際表現(xiàn)要看現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的具體狀態(tài)，一個(gè)機(jī)組既要有優(yōu)良的先天的設(shè)計(jì)性能，又要有不打折扣的后天的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)表現(xiàn)。一旦壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常或發(fā)生突發(fā)故障，將導(dǎo)致生產(chǎn)線或生產(chǎn)設(shè)備停機(jī)，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重的甚至造成爆炸，對(duì)企業(yè)的人員和設(shè)備造成嚴(yán)重破壞后果。因此，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和故障診斷一直備受重視(圖13)。

 

 

　　對(duì)于機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估至少可以從兩個(gè)方面手：一個(gè)是通過(guò)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的指標(biāo)來(lái)評(píng)估機(jī)組是否在健康狀態(tài)運(yùn)行；二是通過(guò)熱力學(xué)參數(shù)來(lái)評(píng)估是否發(fā)揮了z*大的效能。

 

　　4.1 設(shè)備健康狀態(tài)在線監(jiān)控及故障診斷

 

　　壓縮機(jī)的機(jī)械性能故障主要表現(xiàn)為異常的響聲、振動(dòng)及過(guò)熱等?？赡艿漠a(chǎn)生原因有：轉(zhuǎn)子不平衡，半速渦動(dòng)及油膜振蕩、轉(zhuǎn)子不對(duì)中、共振、部件松動(dòng)、轉(zhuǎn)子與定子摩擦、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)缺陷與裂紋、軸承缺陷等。

 

　　通過(guò)遠(yuǎn)程在線故障檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)、信息共享。由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，機(jī)組事件觸發(fā)服務(wù)行動(dòng)，再經(jīng)過(guò)事件篩查、分析診斷、專(zhuān)家會(huì)診、生成解決方案、實(shí)施方案等服務(wù)環(huán)節(jié)，為用戶提供集成化、一站式服務(wù)。

 

　　4.2 壓縮機(jī)熱力性能監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)

 

　　壓縮機(jī)的熱力性能故障，如排氣量不足、壓力不常、溫度異常等，比機(jī)械性能故障發(fā)生的更為頻繁，這是壓縮機(jī)的故障診斷與旋轉(zhuǎn)機(jī)械相比所特有的一面關(guān)于這方面的問(wèn)題，已經(jīng)得到了包括壓縮機(jī)用戶、壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)、專(zhuān)家學(xué)者等在內(nèi)的方方面面越來(lái)越多的關(guān)注，通過(guò)壓縮機(jī)熱力性能遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)無(wú)疑是一條重要的解決途徑(圖14)。

 

 

　　以沈鼓集團(tuán)的在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)可以通過(guò)監(jiān)測(cè)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的熱力性能參數(shù)，通過(guò)預(yù)的特定算法，在線對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析評(píng)估，判斷機(jī)組是否在高效區(qū)運(yùn)行，同時(shí)給出如何提升機(jī)組運(yùn)行效能的解決方案，根據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，推薦z*佳效率工況，為系統(tǒng)優(yōu)化提供依據(jù)。

 

　　5 節(jié)能改造

 

　　壓縮機(jī)市場(chǎng)經(jīng)過(guò)多年長(zhǎng)期的發(fā)展，增量市場(chǎng)增速已經(jīng)明顯放緩，作為壓縮機(jī)制造企業(yè)，不論是從企業(yè)生存發(fā)展角度，還是從節(jié)能降耗的戰(zhàn)略角度，都必須高度重視存量市場(chǎng)，把近些年來(lái)的新技術(shù)應(yīng)用于已有機(jī)組的節(jié)能改造。

 

　　目前，大多數(shù)企業(yè)對(duì)節(jié)能改造技術(shù)重視不夠，特別是關(guān)鍵機(jī)組無(wú)備臺(tái)，節(jié)能改造風(fēng)險(xiǎn)較大。而有些企則對(duì)效率低下的機(jī)組成功進(jìn)行了綠色再制造，均在當(dāng)年回收成本，節(jié)能效果十分明顯。

 

　　節(jié)能改造案例一：某公司乙烯裝置擴(kuò)容改造，從64萬(wàn)噸/年到74萬(wàn)噸/年的擴(kuò)容改造，改造后的壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，整機(jī)效率照比原來(lái)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況提高了約6%，估算壓縮機(jī)改造后可以節(jié)省約1700kW，年運(yùn)行成本節(jié)省約952萬(wàn)元，節(jié)能效益顯著。

 

　　節(jié)能改造案例二：某公司進(jìn)口機(jī)組改造，機(jī)組改造成功后，壓縮機(jī)軸功率可以節(jié)省約3200kW,年運(yùn)行成本節(jié)省約1792萬(wàn)元，其節(jié)能效益十分可觀。改造前后性能對(duì)比如表1所示。

 

 

　　6 總結(jié)和展望

 

　　對(duì)綠色環(huán)保的追求是沒(méi)有止境的，對(duì)于機(jī)械行業(yè)來(lái)講，未來(lái)幾十年的z*大的發(fā)展趨勢(shì)就是綠色制造，這是挑戰(zhàn)，更是機(jī)遇。

 

　　壓縮機(jī)行業(yè)應(yīng)繼續(xù)秉承綠色制造的理念，結(jié)合國(guó)家的政策要求，持續(xù)開(kāi)展與重大技術(shù)裝備相關(guān)的綠色制造核心關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，加快綠色制造技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的速度。在今后，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下三個(gè)發(fā)展方向：

 

　　1）不斷推出節(jié)能高效的綠色產(chǎn)品。這是維系企業(yè)生存和發(fā)展需要永恒追求的目標(biāo)；

 

　　2）持續(xù)加強(qiáng)綠色制造技術(shù)創(chuàng)新。將綠色制造的理念落實(shí)到產(chǎn)品制造的每一個(gè)環(huán)節(jié)，不斷開(kāi)發(fā)新的技術(shù)；

 

　　3）大力擴(kuò)展產(chǎn)品在綠色環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用。關(guān)注國(guó)家的政策方針，不斷加強(qiáng)產(chǎn)品在新能源開(kāi)發(fā)、清潔能源開(kāi)采、能量回收以及綠色再制造等各類(lèi)環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用。