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【摘 要】流体机械是把原动机输送的机械能转换成流体能（空气、水等）的机械。由于流体机械种类繁多，实际工作中，对其具体的发展应用研究就显得尤其重要。
【关键词】流体机械；压缩机；技术；发展
1、概述
中国是一个有悠久历史和灿烂文明的古国，在世界科技发展中谱写过光辉的篇章。流体机械发展历史也是源远流长。早在3000--4000年前，中国的祖先开始用兽皮加工制成“皮老虎”，用于压气鼓风从事冶炼。东汉以后，出现了名叫“水排”的水力鼓风设备和一直沿用至今的木制风箱，可以说是现代活塞式压缩机的渊源。公元前的商周两代，在农村先后出现了桔梅、水车等原始提水工具。到东汉和三国时期，进一步发展成为脚踏水车，成为现代水泵的前身。但是，由于长期的封建统治和闭关锁国的政策，使中国没有跟上世界近代工业革命的步伐，逐渐落后于世界科技的发展。之前的流体机械所达到的生产水平是十分低的。而现在其在一定程度上得到了很好的发展。
2、流體机械及压缩机技术的发展现状
2.1、流体机械发展现状
叶轮机械的内部流动理论，叶轮机械工作时先将机械能转变为气体的动能，动能的获得与气体的流动相关，而流动的形式表现为三维粘性非定常。所以，几十年来叶轮机械内部的非稳定流动现象一直是各国学者关注的热点。现代测试技术与仪器的发展及应用，极大地丰富了对叶轮机械工作过程的认识，借助LDV和Plv等现代测试仪器，可以直观地了解流动的内部及其变化规律；转子系统稳定性研究，上世纪90年代至今，高参数下转子系统稳定性研究取得了新的进展，对自睡激振动源的研究对象不再是单一的轴承，而是包括了轴承、密封和叶顶不均匀间隙等微小间隙约束，微小间隙约束自激源的力学模型也由线性模型向非线性模型发展。在密封激励力的研究方面，已考虑到非定常流场、偏心、变形、温度场及表面粗糙度等影响。
小扰动下轴承及轴系线性动力学的研究已比较完善；往复式压缩机，容积式流体机械的结构形式较多，在石油、化工等工艺流程，往复式压缩机仍是主要机型之一，这种容积式压缩机的惯性力平衡、密封填料的工作特性以及气阀运行规律等一直是研究的重点。在过去30年中，相关问题得到了较好的解决，往复式压缩机的性能与可靠性有了很大提高。
2.2、近年来，为了满足环保和市场的需要，国内电冰箱厂纷纷推出了CFCS工质替代的电冰箱，相应地，电冰箱压缩机厂也不断开发出CFCS工质替代的制冷压缩机，普遍使用的家用制冷机压缩机大多数使用旋转式电动机驱动活塞作往复运动，必须有一套将电动机的旋转运动转变为活塞直线往复运动的转换机构。通过对这类压缩机的动力学分析（以曲柄连杆机构为例）可见：作用在曲柄连杆机构上的力主要有三种----惯性力、气体力（负载）、摩擦力。惯性力又分为活塞往复运动所产生的惯性力、曲柄不平衡旋转质量所产生的离心惯性力、连杆运动所产的惯性力；压缩机的摩擦功率包括往复摩擦功率、旋转摩擦功率。其中曲柄不平衡旋转质量所产生的离心惯性力、连杆运动所产生的惯性力以及旋转摩擦功率都是因为使用旋转式电动机而直接带来能量损失的项目，而往复摩擦功率的损失则很大程度上是由曲柄造成的活塞所受到的径向力引起的。总之，这种机器总体体积庞大、传动效率低、噪声大、磨损利害、寿命短，因此活塞式制冷压缩机具有很大的改善潜力。对于家用冰箱的全封闭式压缩机，输入功率只有1/3得到有效利用（电效率约为30%），而在商用制冷设备中，这个比例也仅有1/3至1/2。
3、流体机械及压缩机技术的未来发展
3.1、叶轮机械
3.1.1、内流理论
对于叶轮机械的设计包括两种。一是，通过提前估计叶轮的形状及尺寸再进行叶轮内流场的分析，再通过分析数据对以设计的叶轮规格进行修改；二是先进行对叶轮内流场的分析，再确定叶轮的几何形状和尺寸。而流体机械的工作状态并不稳定，有时会偏离正常情况运转，如此一来，可能造成非稳定流动和压力波动变得更加剧烈，进而降低系统的效率极其可靠性，带来不可估计的经济损失，甚至威胁生命安全，引发安全问题。从另一个角度来说，市场对现代产品的品质要求越来越高，要求装备小型化、提高其环境适应能力，而机组则要在高速下依然平稳运行。这对流体机械的性能参数与工作寿命都提出了很大的挑战。而随着计算机技术的发展，使得研究其内部结构更加方便。
3.1.2、动静干涉与流固偶合。
作为会影响叶轮瘤体内不流动的要素，流、固体间的偶合、流动和传热之间的相互作用等都需要进行更有深度的探究。
3.1.3、微小间隙和轴系稳定性
轴承的微小间隙内的流体状态的参数与轴系稳定性息息相关。即使现代研究越来越完善，但大扰动下轴承及轴系非线性动力学的探索扔任重而道远。例如其特陛、瑞振以及失速时的影响都还是初步探索阶段，而应用系统动力学理论研究大型旋转机械的运行的可靠性也很不完善。
3.1.4、级间匹配
级间与整机的匹配是性能参数提高后的新要求，需要氏久的实践进行经验白勺积累，以进行更深入的研究与探索。
3.1.5、故障诊断与控制及可靠性运转
充分利用流体机械状态参数及其相关参数的数据进行分析，对机器的不良状态、故障及时发现及时解决，不然可能会导致整个机器的运转出现不稳定的情况，甚至发生安全事故，这些是流体机械发展中需要注意的问题，对于叶轮机械运转的可靠性有着很大的影响，也是研究者们进行技术革新所广泛关注的。
3.2、容积型机械
3.2.1、工作过程模拟与优化
提高容积型机械性能的方法有许多，其中较为常见的方法之一是对容积式压缩机的瞬间工作过程进行模拟，通过对机理的分析建立模型，优化设计。设计全新的压缩腔型线，并且利用有限元原理来探究零件由于热力的作用而形状变化以及其对密封间隙的作用，或者是利用气体流动的规律分析可能产生的损失。
3.2.2、变工况设计理论
设计工况是溶剂型压缩机设计的基础。压缩机的平稳运转离不开可靠性的工况，而压缩机的运行工况又与其环境的温度等密切相关，在工艺流程中的参数变化将会影响压缩机的运转状态。压缩机的实际运转状态时不定的，因此，对于这些问题进行工矿设计理论的研究很有必要
3.2.3、超长工况下的安全运行与控制
在工作环境较为恶劣的情况下，可能发生系统压力瞬时提升的超长工况，而高转速高参数也对压缩机的性能提出了更高的要求。容积型压缩机未来发展的基本特征之一也在于此。
3.2.4、新原理、新结构的开发
现在容积式压缩机的主要发展目标，还是对涡旋压缩机以及螺杆压缩机的技术研发。对于溶剂型压缩机的研究，主要任务是提高效率、优化结构与工艺性的完善。
3.2.5、无油润滑及特殊用途压缩机的开发
虽然大发展方向仍是对制冷压缩机的研发，但对燃烧电池所用的无油润滑压缩机，以及专门对食品进行保险用的制冷压缩机也需同时进行研究，以满足对这些特殊用途压缩机的需求。
参考文献：
[1]李连生.流体机械及压缩机技术的现状与发展[J].通用机械，2003，09：2-4.
[2]赵冬生，罗娅莉.流体机械及压缩机技术的现状与发展[J].环境与生活，2014，04：41-42.
[3]严天宏，梁嘉麟，李青.压缩机的现状、发展及新型技术展望[J].压缩机技术，2011，01：52-58.
[4]李连生，赵远扬，杨启超，王智忠，束鹏程.制冷与空调压缩机的技术现状与发展趋势[A].中国制冷学会.制冷空调新技术进展——第三届制冷空调新技术研讨会论文集[C].中国制冷学会：，2005：7.
【关键词】流体机械；压缩机；技术；发展
1、概述
中国是一个有悠久历史和灿烂文明的古国，在世界科技发展中谱写过光辉的篇章。流体机械发展历史也是源远流长。早在3000--4000年前，中国的祖先开始用兽皮加工制成“皮老虎”，用于压气鼓风从事冶炼。东汉以后，出现了名叫“水排”的水力鼓风设备和一直沿用至今的木制风箱，可以说是现代活塞式压缩机的渊源。公元前的商周两代，在农村先后出现了桔梅、水车等原始提水工具。到东汉和三国时期，进一步发展成为脚踏水车，成为现代水泵的前身。但是，由于长期的封建统治和闭关锁国的政策，使中国没有跟上世界近代工业革命的步伐，逐渐落后于世界科技的发展。之前的流体机械所达到的生产水平是十分低的。而现在其在一定程度上得到了很好的发展。
2、流體机械及压缩机技术的发展现状
2.1、流体机械发展现状
叶轮机械的内部流动理论，叶轮机械工作时先将机械能转变为气体的动能，动能的获得与气体的流动相关，而流动的形式表现为三维粘性非定常。所以，几十年来叶轮机械内部的非稳定流动现象一直是各国学者关注的热点。现代测试技术与仪器的发展及应用，极大地丰富了对叶轮机械工作过程的认识，借助LDV和Plv等现代测试仪器，可以直观地了解流动的内部及其变化规律；转子系统稳定性研究，上世纪90年代至今，高参数下转子系统稳定性研究取得了新的进展，对自睡激振动源的研究对象不再是单一的轴承，而是包括了轴承、密封和叶顶不均匀间隙等微小间隙约束，微小间隙约束自激源的力学模型也由线性模型向非线性模型发展。在密封激励力的研究方面，已考虑到非定常流场、偏心、变形、温度场及表面粗糙度等影响。
小扰动下轴承及轴系线性动力学的研究已比较完善；往复式压缩机，容积式流体机械的结构形式较多，在石油、化工等工艺流程，往复式压缩机仍是主要机型之一，这种容积式压缩机的惯性力平衡、密封填料的工作特性以及气阀运行规律等一直是研究的重点。在过去30年中，相关问题得到了较好的解决，往复式压缩机的性能与可靠性有了很大提高。
2.2、近年来，为了满足环保和市场的需要，国内电冰箱厂纷纷推出了CFCS工质替代的电冰箱，相应地，电冰箱压缩机厂也不断开发出CFCS工质替代的制冷压缩机，普遍使用的家用制冷机压缩机大多数使用旋转式电动机驱动活塞作往复运动，必须有一套将电动机的旋转运动转变为活塞直线往复运动的转换机构。通过对这类压缩机的动力学分析（以曲柄连杆机构为例）可见：作用在曲柄连杆机构上的力主要有三种----惯性力、气体力（负载）、摩擦力。惯性力又分为活塞往复运动所产生的惯性力、曲柄不平衡旋转质量所产生的离心惯性力、连杆运动所产的惯性力；压缩机的摩擦功率包括往复摩擦功率、旋转摩擦功率。其中曲柄不平衡旋转质量所产生的离心惯性力、连杆运动所产生的惯性力以及旋转摩擦功率都是因为使用旋转式电动机而直接带来能量损失的项目，而往复摩擦功率的损失则很大程度上是由曲柄造成的活塞所受到的径向力引起的。总之，这种机器总体体积庞大、传动效率低、噪声大、磨损利害、寿命短，因此活塞式制冷压缩机具有很大的改善潜力。对于家用冰箱的全封闭式压缩机，输入功率只有1/3得到有效利用（电效率约为30%），而在商用制冷设备中，这个比例也仅有1/3至1/2。
3、流体机械及压缩机技术的未来发展
3.1、叶轮机械
3.1.1、内流理论
对于叶轮机械的设计包括两种。一是，通过提前估计叶轮的形状及尺寸再进行叶轮内流场的分析，再通过分析数据对以设计的叶轮规格进行修改；二是先进行对叶轮内流场的分析，再确定叶轮的几何形状和尺寸。而流体机械的工作状态并不稳定，有时会偏离正常情况运转，如此一来，可能造成非稳定流动和压力波动变得更加剧烈，进而降低系统的效率极其可靠性，带来不可估计的经济损失，甚至威胁生命安全，引发安全问题。从另一个角度来说，市场对现代产品的品质要求越来越高，要求装备小型化、提高其环境适应能力，而机组则要在高速下依然平稳运行。这对流体机械的性能参数与工作寿命都提出了很大的挑战。而随着计算机技术的发展，使得研究其内部结构更加方便。
3.1.2、动静干涉与流固偶合。
作为会影响叶轮瘤体内不流动的要素，流、固体间的偶合、流动和传热之间的相互作用等都需要进行更有深度的探究。
3.1.3、微小间隙和轴系稳定性
轴承的微小间隙内的流体状态的参数与轴系稳定性息息相关。即使现代研究越来越完善，但大扰动下轴承及轴系非线性动力学的探索扔任重而道远。例如其特陛、瑞振以及失速时的影响都还是初步探索阶段，而应用系统动力学理论研究大型旋转机械的运行的可靠性也很不完善。
3.1.4、级间匹配
级间与整机的匹配是性能参数提高后的新要求，需要氏久的实践进行经验白勺积累，以进行更深入的研究与探索。
3.1.5、故障诊断与控制及可靠性运转
充分利用流体机械状态参数及其相关参数的数据进行分析，对机器的不良状态、故障及时发现及时解决，不然可能会导致整个机器的运转出现不稳定的情况，甚至发生安全事故，这些是流体机械发展中需要注意的问题，对于叶轮机械运转的可靠性有着很大的影响，也是研究者们进行技术革新所广泛关注的。
3.2、容积型机械
3.2.1、工作过程模拟与优化
提高容积型机械性能的方法有许多，其中较为常见的方法之一是对容积式压缩机的瞬间工作过程进行模拟，通过对机理的分析建立模型，优化设计。设计全新的压缩腔型线，并且利用有限元原理来探究零件由于热力的作用而形状变化以及其对密封间隙的作用，或者是利用气体流动的规律分析可能产生的损失。
3.2.2、变工况设计理论
设计工况是溶剂型压缩机设计的基础。压缩机的平稳运转离不开可靠性的工况，而压缩机的运行工况又与其环境的温度等密切相关，在工艺流程中的参数变化将会影响压缩机的运转状态。压缩机的实际运转状态时不定的，因此，对于这些问题进行工矿设计理论的研究很有必要
3.2.3、超长工况下的安全运行与控制
在工作环境较为恶劣的情况下，可能发生系统压力瞬时提升的超长工况，而高转速高参数也对压缩机的性能提出了更高的要求。容积型压缩机未来发展的基本特征之一也在于此。
3.2.4、新原理、新结构的开发
现在容积式压缩机的主要发展目标，还是对涡旋压缩机以及螺杆压缩机的技术研发。对于溶剂型压缩机的研究，主要任务是提高效率、优化结构与工艺性的完善。
3.2.5、无油润滑及特殊用途压缩机的开发
虽然大发展方向仍是对制冷压缩机的研发，但对燃烧电池所用的无油润滑压缩机，以及专门对食品进行保险用的制冷压缩机也需同时进行研究，以满足对这些特殊用途压缩机的需求。
参考文献：
[1]李连生.流体机械及压缩机技术的现状与发展[J].通用机械，2003，09：2-4.
[2]赵冬生，罗娅莉.流体机械及压缩机技术的现状与发展[J].环境与生活，2014，04：41-42.
[3]严天宏，梁嘉麟，李青.压缩机的现状、发展及新型技术展望[J].压缩机技术，2011，01：52-58.
[4]李连生，赵远扬，杨启超，王智忠，束鹏程.制冷与空调压缩机的技术现状与发展趋势[A].中国制冷学会.制冷空调新技术进展——第三届制冷空调新技术研讨会论文集[C].中国制冷学会：，2005：7.