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第四章 机械

第一节 通用机械


安徽通用机械的生产始于50年代初期,1953年试制出安徽第一台30马力空气压缩机,1954年生产出仿苏K型单级离心泵,1956年研制成W型6立方米移动式空气压缩机。“大跃进”期间,随着大办钢铁和小化肥工业上马,安徽的工业泵、阀门、风机等通用机械也相应得到发展。在调整时期,产量虽大幅度下降,但品种与水平有所发展,1965年形成年产800吨合成氨化肥成套设备生产能力,能生产年产3000吨合成氨化肥成套设备的关键容器。
1969年,第一机械工业部通用机械研究所迁入安徽,该所在压缩机、风机、冷冻机、泵、阀门等通用机械的研制开发上具有丰富经验;在高压、超高压容器的设计和结构强度的试验研究,以及密封技术与压力容器的CAD软件开发等方面,取得多项研究成果,推动了安徽通用机械行业不断提高产品水平。
70年代省通用机械行业不断开发新产品,研制成800毫米大口径低压阀门、500毫米以上口径阀门的电动装置以及高压阀门,生产出W型真空泵、蒸汽往复泵、耐腐蚀泵、旋涡泵等多种工业用泵,开发了各种规格列管式散热器、塔器等新产品,可生产年产5000吨合成氨的氨合成塔、铜液洗涤塔及其它高压容器。
进入80年代以后,通用机械行业加速了老产品的更新换代,发展节能、高效、大型、成套产品,不断提高产品水平。研制的主要新产品有天然气压缩机、高温耐腐蚀循环泵、节能风机系列和节能离心水泵等。通用机械行业的发展推动了全国化肥生产和石油化学等重大成套工程的开发。
一、气体压缩机
〔透平压缩机〕
1970年,合肥通用所等单位蒋其昂等研制的“5万标准立方米/小时循环氢气压缩机”,是为炼油厂石油加氢而设计的。它由汽轮机直接驱动,转速高达1万转/分钟。该机器的密封为浮环结构,在国内是第一次将浮环密封应用于产品上。在湖北荆门五七炼油厂使用中解决了密封漏失等缺陷,基本满足了使用要求。
〔各种气体活塞式压缩机〕
1979年,合肥通用所等单位黄隆厚等研制的“L 3.5-20/7型空气压缩机”,是动力用往复压缩机系列的更新换代产品。它具有体积小、重量轻、结构紧凑、运转平稳、工艺性好、使用维修方便、外型美观等优点。其比功率和比重量两项技术经济指标已达到国内外先进水平。
1981年,蚌埠第二空压机厂等单位高致一等研制的“HPF 20-12/3.5滑片式压缩机油田气增压集气装置”,是针对大庆油田地处高寒地区,为满足低压油田气集气需要而设计制造的。它由滑片式压缩机、电气控制、计量仪表、管路附件和野外营房等几部分组成,其工艺流程合理,无需冷却水,适用于油田边远地区低压油田气的集输。该设备在试验阶段运行4000小时,集气312万立方米,收回了全部投资,具有显著的经济效益。
〔螺杆压缩机试验台〕
1982年,合肥通用所孙开滨等完成的“螺杆压缩机试验台的建立”,是开展螺杆压缩机试验研究的基础手段。使用该试验台,能够进行螺杆压缩机变转速、变水量试验及全性能试验,功能比较齐全,测试数据符合压缩机试验方法国家标准与国际标准。试验台的直流电源部分具有通用性,略加变换即可用作其它容积式压缩机试验电源。
〔全无油润滑压缩机〕
1985年,合肥通用所韩俊英等完成“新型全无油润滑压缩机研制”。这种压缩机不用液体润滑剂,密封元件采用优质的填充聚四氟乙烯自润滑材料,传动部分采用密封滚动轴承,因此系统不受油雾污染,是医药、化工、轻纺、电子等要求纯净压缩空气的部门提高产品质量的关键设备。该机突破传统技术,采用了气缸中心线不共面结构;在国内率先将100毫米缸径的舌簧阀用在产品上;并基本解决气缸的防锈和抗磨问题。其密封结构合理,输气系数达0.75~0.775。
〔压缩机技术研究〕
1984年,合肥通用所完成了“空气压缩机中间冷却器的研究”。研究成果分两个部分:设计、安装的中温组合风洞试验台是各种气—液换热器的测试及试验设备,其性能优于日本标准JIS 8330的规定;针对3L-10/8压缩机设计了8种中间冷却器试件,通过风洞试验台测试分析,筛选出椭圆管异形片、椭圆管平片等高效传热元件。该冷却器与在用元件相比减少能耗3%左右。
二、工业泵与阀门
〔计量泵〕
1974年,合肥通用所等单位李代志等研制的“158-Ⅱ工程高精度计量泵”,包括一种隔膜计量泵和2种柱塞计量泵。在相对行程60%~100%的范围内,柱塞计量泵的精度达±0.3%,隔膜计量泵的精度为±0.5%,达到国内外的先进水平。该类泵配带有电磁调速异步电动机,并由电机稳速控制仪控制,使电机的稳速精度达到±0.001,排除了电网频率、电压波动及负荷变化对电机转速的影响,从而确保并提高了泵的计量精度。
1980年,合肥通用所麦启祖等研制的“J-ZQ 160、J-ZQ 160/20计量泵”,是J系列计量泵的一个分支。该课题是对气动控制装置在计量泵上的应用进行研究,完成了气动执行器在中机座计量泵上的中间试验和初步负荷试验,为气动控制计量泵的发展和应用提供了有效的数据,填补了国内的一项技术空白。
〔高粘液泵〕
1975年,合肥通用所等单位麦启祖等研制的“158-Ⅱ工程转子型高粘液泵”,是一种在不停车情况下偏心距可无级调节的三元转子泵,具有体积小、结构简单、运转平稳、吸上性能较好、能计量输送高粘度物料等特点。该泵的流量为150升/小时,排出压力8公斤/平方厘米,可输送粘度为3万CP的液体。在一分钟计量的条件下,高粘液泵的计量精度在±1%以内。
〔真空泵〕
1979年,合肥工业大学胡焕林等研制的“2H-30型滑阀式真空泵”,其极限真空试验达7×10-5托(毫米汞柱),成批生产后规定为5×10-4托,高于机械部标准要求的8×10-4托,在国内具有先进水平。该泵在浙江真空设备厂投产后,已用于真空冶炼、真空干燥、真空浸渍等方面。处理丝绸产品的真空设备选用该泵后,提高了丝绸质量,增加了出口。
1986年,合肥工业大学等单位胡焕林等研制的“W-300型往复式节能真空泵”,广泛用于化工、医药、印染、冶金、电器等行业的真空蒸馏、浓缩、输送、干燥、浸渍、过滤等工艺过程。该泵具有极限真空高、抽气效率高、抽速曲线平稳、能耗低等特点。整机结构紧凑,外形美观,其综合技术性能指标达到和超过机械部标准JB 2962-81的规定要求,功率消耗指标接近国外80年代同类产品的先进水平。
〔国内往复泵生产技术研究〕
1985年,合肥通用所张妙玲等完成“国内往复泵生产技术水平概况”研究。该课题对国内的高压泵、计量泵、蒸汽泵、船用泵、超高压泵、试压泵等多种往复泵的生产技术水平和发展趋势作了系统分析,对各类泵的技术关键与易损部件(阀、柱塞、填料等)作了详细阐述和对比分析。该成果为科研、设计、制造与使用部门提供了重要参考资料。
〔阀门〕
1980年,合肥通用所项美根等完成“阀门电动装置系列设计”。该系列产品采用并改进了计数器式行程控制机构和蜗杆串动式单弹簧双向转矩限制机构,动作可靠,行程控制机构的结构和性能达到国际先进水平,改变了现有国产电动阀门经常“打不开、关不严”的落后状况。研制成的阀门专用电机具有起动力矩大、体积小、惯性小、噪声低等优点。该成果对提高我国石油、化工、电站等工业部门的自控、程控和自动化水平起很大作用。
1981年,合肥通用所刘厚福等完成“模拟容器移动床用分配阀及控制的研究。”该分配阀主要由定盘、密封板、转盘、阀罩和液(气)动执行机构组成,其主要特点是可以按预定程序准确无误地接通、切断几种不同流量和压力的介质或进行换向,一台分配阀可代替几十台、甚至上百台通用阀门,使工艺流程、设备和控制系统大大简化。该所研制成的Φ300毫米分配阀经1000小时的工业运转,性能良好,成功地应用于制富氧装置。
1983年,合肥通用所等单位徐克俭等研究出“压缩机环状阀设计新方法”。研究人员通过大量的试验研究,测定出阀片的运动规律,当控制阀片的冲击速度不大于4米/秒时,才能避免阀片非正常损坏;降低阀隙的气流速度,降低气流在气阀中的阻力,可以达到节能降噪的目的;采用等温油淬火的热处理工艺,保证了弹簧的使用寿命;通过设计合适的阀腔,控制气流脉动,避免了阀片震颤。采取一系列技术措施后,使气阀连续使用寿命由几十、几百小时提高到4000小时以上。
三、制冷机、过滤机与风机
〔制冷机〕
1981年,合肥通用所等单位吴进发等研制的“3XZⅡ-150型蒸汽双效溴化锂吸收式制冷机”,以蒸汽为热源,以溴化锂溶液为工质,制取空调用冷水。该制冷机能两次利用蒸汽热能,因而热效率高,实测热力系数达1.4。同时,该机适应工况变化的范围宽,当蒸汽压力为2.5~8.0公斤/平方厘米、冷却水温度为摄氏25~40度、冷却水出口温度为摄氏7~15度时都能正常运行。
1981年,合肥通用所罗哲等研制的“240万大卡/小时透平制冷压缩机”,是F-12系列压缩机中的典型产品。该机设计时采用多项新技术、新结构:高速摩擦联轴节、差速式机械密封、浮动式气封、钴合金轴承、喷射-引射回油装置、长短均布叶片、三螺钉叶轮连接、单筒-夹套式开孔蒸发-冷凝器,这8种新结构不少为国内首次使用。该机效率高,实测绝热效率(ηOQ)为0.821,达到国际先进水平;单位轴功率制冷量(Ke值)实测达3331.74。设计中采用流通损失法计算的设计点和实际情况相符,可将此方法用于其它类产品的设计。该机的研制成功,为F-12系列制冷机打下了基础,从而提高了零部件的通用性。
1985年,合肥通用所王德魁等研制的“冷藏用小型半封闭制冷压缩机”,其主要性能指标单位功率制冷量比国内相应冷量范围的制冷压缩机(2F 6.5与2F 4.8)提高20%以上,节能效果显著,技术上达到80年代初期国际水平。若以该产品全部取代国内食品冷冻和冷藏中广泛使用的2F 6.5与2F 4.8两种落后机型,每年可节电1500万度。
〔过滤机〕
1983年,合肥通用所肖承明等完成“带式压滤机结构性能研究”。带式压滤机是一种新型过滤设备,该项研究成果所设计、试制的DY 0.45-1.6型带式压滤机,采用真空过滤与挤压过滤相结合的方法,脱水效果好。在带式压滤机上采用真空脱水方法在国内属首次。安徽印染厂使用带式压滤机处理印染污泥,测定的数据表明,该机功耗低,噪声小,操作维修方便。该项研究工作为今后开展过滤机理研究,进行过滤机选型设计提供了技术资料。
1984年,合肥通用所金敏宽等完成了“离心机、分离机、过滤机国外专利汇编”。该汇编收入的200篇国外专利,是从1975~1982年美、英、德、日、俄等15个国家数千件专利中挑选、译编而成的。该汇编汇集了各种原理、各种型式的离心机、分离机、过滤机,内容有单机、系统、控制机构、零部件结构等。如过滤机中就包括有板框压滤机、带式压榨过滤机、真空转鼓过滤机、加压过滤机、盘式过滤机、动态过滤机等机种。该汇编为企业科技人员了解国外发展动态、进行产品更新、开展技术引进提供了借鉴。
〔风机〕
1985年,合肥通用所吕玉民等完成“新型高效暖风机的研制”。该暖风机采用方框形盘管包壳式布置,使用低温水(约摄氏80度)为热源,电机和风扇置于盘管之中,空气由径向吸入,被风扇抽出射向采暖空间。此结构具有进风速度场均匀,散热面积利用率高,空气阻力小等特点。可将暖风机悬挂至屋顶,以消除室内温度梯度,回收本身吹出后依靠浮力上飘的热空气,使采暖空间形成暖空气循环流动。
1986年,安徽省风机厂许成法等研制的“AGY 4-12-7.1型高效低噪声引风机”,突破了传统的风机结构,采用轴流-离心式混合叶轮,可减少气体分离和涡流损失。其最高效率大于80%(通常效率为68%),噪声L A为77分贝,比国家经委推荐的9- 26型风机低13.3分贝,配套电机由22千瓦改为18.5千瓦。
四、压力容器
〔高压容器的研制〕
50年代中期,国外高压容器的制造一般采用锻造法,需要多种大型设备,国内当时没有这类设备。合肥通用所等单位张诚文等着手进行“多层式高压容器的研制”工作,先后设计制造了年产800、3000、5000、25000吨合成氨的各种类型高压容器,并深入研究了深厚环焊缝的焊接工艺、探伤方法,制定了相应的技术条件。至1968年完成了年产8万吨合成氨厂多层式高压容器定型设计,采用国产15M nV低合金高强度钢,使容器重量比过去减轻一半。
1969年,合肥通用所等单位张立权等研制的“扁平绕带式高压容器”,是全国独创的一种新型高压容器,其特点是采用扁平钢带冷绕工艺,大倾角(15°~30°)交错绕制。该类容器与多层式压力容器一样安全可靠,且制造工序少,无深层环焊缝,不需大型探伤设备,也无需大型卷板机,材料利用率高,便于各地上小化肥工业。与原多层包扎式压力容器相比,扁平绕带式高压容器降低成本38%,节约材料30%,工时减少20%,工序由21道减少为12道。
〔压力容器的安全分析〕
1977年,合肥通用所等单位宗士英等完成“Φ1010毫米氨合成塔断裂力学安全分析。”Φ1010氨合成塔是8万吨/年合成氨的关键设备,曾有5台发现层板纵缝有环向裂纹。课题人员用断裂力学理论,通过建立断裂韧性测试系统,首次进行带裂纹模拟容器内压疲劳试验等一系列试验研究,确定了5台氨合成塔环向临界裂纹尺寸、现有裂纹的安全系数、容器的疲劳寿命,认定该5台氨合成塔可在工作压力(320个大气压)下工作20年,从而节约了大量资金和材料。
1980年,合肥通用所等单位李泽震等完成“尿素合成塔及670吨/时锅炉汽包八字裂纹断裂力学安全性评定”。该项成果对山东辛店电厂的670吨/时锅炉汽包及贵州化肥厂11万吨/年尿素合成塔同类型的八字裂纹进行了安全评定和多方面的分析、测试、试验。其研究报告中所提出的斜裂纹圆筒容器鼓胀效应修正系数、开裂压力、爆破压力、流变应力计算公式、斜裂纹疲劳扩展后的简化计算方法等内容,与试验结果基本相符。经鉴定认为,该成果有明显的经济效益,既可以保障工程的安全可靠,又可以减少因不必要的返修或判废而带来的经济损失,还为解决国内各制造厂类似的斜裂纹产品的安全评定提供了可资借鉴的依据,并为中国断裂力学在压力容器上的应用积累了经验。
〔液压疲劳试验〕
1980年,合肥通用所张厚俊等研制的“3500公斤/平方厘米液压疲劳试验装置”,是国内第一套该压力级的全自动液压疲劳试验系统,它为开展超高压聚乙烯成套设备及超高压技术的研究提供了重要的试验手段。该装置经受了不同工况下1000次以上的压力循环,研究中设计了关键设备超高压增压器,研制出国内第一台超高压压力继电器与超高压可控卸压阀,为超高压下直接实现自动控制提供了重要手段。
〔压力容器缺陷评定〕
1984年,合肥通用所等单位李泽震等研究制定了“压力容器缺陷评定规范。”研究中取得上万个基础试验数据,进行了数十台容器试验,写出了试验报告和论文近300篇。该评定规范包括中国压力容器常用钢种断裂参数的测试方法研究、大型宽板试验研究等8个分项;总结出适合中国压力容器常用钢种的流变应力计算公式,并给出压力容器塑性失稳判据的评定方法。该评定规范吸收了国外同类规范的优点并具有自己的特色,在理论分析、计算和试验方法等方面都有所创新,对容器的断裂事故、安全评定及寿命计算起着重要作用。
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