本技术采用椭圆型线修正星轮和螺杆齿槽的型面，使星轮齿侧面的接触区域扩大到整个星轮侧面，大幅提高星轮的耐磨性。特别是采用这种型线后，星轮齿可在螺杆齿槽内悬浮啮合，确保星轮与螺杆不发生接触，从而提高效率，增加寿命。 2010年国内螺杆空气压缩机产值超过200亿。单螺杆压缩机具有比螺杆压缩机更高的效率、更低的噪声，解决了星轮的设计和寿命问题后，完全可以替代双螺杆压缩机。采用这种技术的星轮寿命讲不比双螺杆转子寿命低。更重要的是，这样的单螺杆压缩机可以在更高的压力下工作。作为工艺气体压缩机和制冷压缩机有广泛的应用前景。

本项目团队依靠在压缩机领域的深厚基础，历时数年，解决了加氢站压缩机多场耦合工作过程、典型故障失效机理等关键科学问题，突破了增压过程无损重构方法、多维信号多向诊断机制等关键技术，研发了加氢站压缩机全生命周期健康管理系统、便携式故障诊断仪等核心产品，攻克了传统监测方法在高压氢环境下无法应用的难题。 一、项目进展 创意计划阶段 二、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 李雪莹 能源与动力工程/动力工程及工程热物理 2020年9月 计泽灏 能源与动力工程/动力工程 2020年9月 任鹏 能源与动力工程/动力工程及工程热物理 2020年9月 三、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 彭学院 能源与动力工程/压缩机工程系 教授 加氢站压缩机及其关键技术 贾晓晗 能源与动力工程/压缩机工程系 教授 加氢站压缩机及其关键技术 陈立斌 创新创业学院 副院长 四、项目简介 在能源安全和“双碳”战略目标的双重背景下，党中央明确提出，为加快能源清洁化、智能化和电动化转型，“十四五”将推动构建以可再生能源为主体的能源体系，氢能成为当前能源技术创新的热点领域。加氢站作为氢能供应体系的重要组成部分和交通用氢能的关键基础设施。 本项目团队依靠在压缩机领域的深厚基础，历时数年，解决了加氢站压缩机多场耦合工作过程、典型故障失效机理等关键科学问题，突破了增压过程无损重构方法、多维信号多向诊断机制等关键技术，研发了加氢站压缩机全生命周期健康管理系统、便携式故障诊断仪等核心产品，攻克了传统监测方法在高压氢环境下无法应用的难题。不但为加氢站了提供多种增压设备故障诊断与健康管理的解决方案，更大幅度简化了增压设备监测诊断步骤和流程，缩短了人工巡检的时间成本，充分提高加氢站运行效率。 作为“科技冬奥”的重要环节，已经实现国内首套加氢站隔膜压缩机健康管理系统的设计、安装和调试工作，在冬奥会加氢站中完成服役； 便携式故障诊断仪多次在加氢站、压缩机厂、研究所使用，准确诊断故障；往复压缩机全生命周期健康管理系统应用于新疆油田呼图壁储气库（中国最大天然气储气库），完成线上测试。

空气压缩机为燃料电池提供电化学反应所需要的氧气。将空气压缩到一定压 力（通常在 1.3~3.2bar 范围内），有助于提高电堆的功率密度，是燃料电池汽 车降低成本、实现轻量化的重要技术手段。为了满足燃料电池最高功率，空气压 缩机应保证足够的流量，根据估算，100 kW 的电堆功率大约需要 300 Nm3·h-1 的空气。除了保证一定的压力和流量外，燃料电池车用空气压缩机还需要满足其 他要求，包括压缩气体绝对无油，以防止催化剂中毒；压缩效率高，减少压缩气 体需要的额外能耗；能对启停、加速、刹车、制冷、供热等各种工况变化做出准 确、快速响应，具有良好的工况适应性；在极端工况和气候条件下，具有良好的 可靠性和长久的寿命，且维护简便；结构紧凑，体积小，重量轻。对效率、可靠 性、工况与环境的适应性、体积与重量等指标的综合要求，特别是对压缩气体绝 对无油的严格限制，使得燃料电池车用空气压缩机的产品研发及其产业化存在不 可忽视的技术挑战。

针对当前车用无油涡旋空压机加工精度要求高、涡旋盘容易磨损的问题，本 项目团队提出了水冷无油涡旋空气压缩机技术。采用这一技术可将涡旋盘最高温 度控制在 120℃以内，从而降低动静盘热变形，提高压缩机的可靠性与效率。

电冰箱压缩机的生产属于大规模生产类型。在其生产线上需要许多自动化程度较高的设备。二十余年来北京科技大学已经成功开发出多套用于压缩机生产的自动装置。用于国内多家企业，产生了良好的经济和社会效益。下面介绍几种典型的装置： 密封壳体全自动焊接机是用于焊接压缩机上下壳的自动设备。设备采用可编程序控制器（PLC）控制，气压驱动，直流调速，自动气保焊机，双机械手搬运，仿形靠模等技术。班产600台。设备由机械系统、焊接电源、气压传动和电气控制系统等组成；机械系统又分为双机械手部件、工作台旋转部件、仿形滑台部件、上料台和出料台等组成。焊接速度快、质量高、焊缝美观、密封性能好、自动化程度高。在国内近十家著名压缩机公司推广使用以来，收到了显著的经济效益和社会效益。其性能达到或超过了意大利同类进口设备，而造价仅为进口设备的四分之一。。这种技术也适用于其它密封壳体焊接的生产领域。项目曾获北京市科技进步二等奖。 缸盖螺栓自动装配机是针对压缩机曲轴箱气缸端盖的装配工序而研制的。设备主要由气动扳手组件、缸盖夹具体、下料机构、导向滑道、主滑道和支座等几部分组成。气动扳手选用日本进口产品，型号为UNR60L，在5Kgf/cm²的气压下，最高转速610rpm，最大扭矩13.0Nm,最大空气消耗量0.65m3/min。四个螺栓的力矩误差控制在±0.15Nm 。这种螺栓装配机也适用于汽车、摩托车、家电等自动装配生产线。保证各螺栓的紧固力矩趋于一致，提高产品的装配质量和整机性能。其特点是速度快、质量稳定、全气压控制、结构紧凑、密封效果好。 缸体毛刺刷光机是用于电冰箱压缩机缸体各个孔口及缸盖安装面刷光去毛刺的全自动化设备。设备有两个工位，左工位为孔刷工位，清理上下三个孔的毛刺；右工位是端刷工位。清理缸盖安装面的毛刺。机械部分主要由三个主轴箱、机械手、工作导轨、立柱、底盘等组成；采用PLC控制和气动驱动，生产效率高、运行稳定可靠、使用效果超过进口设备水平，且结构简单、成本低、操作维修方便。

旋叶式汽车空调压缩机是第三代汽车空调压缩机，已被列为我国汽车空调压缩机的发展目标。它具有结构紧凑、体积小、重量轻、效率高、工作可靠、启动性能好、新旧工质（R12和R134a）兼用等特点。汽车空调装置是汽车关键配件之一，压缩机又是空调系统的心脏部件。通过“八五”规划，我国已形成年产汽车空调压缩机85万台的能力，但至2000年每年仍缺口160万台。在已形成的规

双环型回转式活塞压缩机结合了常规活塞式压缩机和回转式压缩机的结构优点，将活塞的直线运动改为回转运动、消除了活塞的惯性力，且保持了活塞压缩机压比高的特点以及回转式压缩机运行效率高的特点。另外，该压缩机制作方便、成本低，如下图一所示为双环回转式活塞压缩机工作原理图。 两个气缸的横截面形状均呈圆环形状，左气缸3与右气缸4相交。在两个圆环形气缸交汇处的空间连通。左气缸3内设置有圆弧形左活塞1，右气缸4内设置有圆弧形右活塞2，左右活塞分别在左右圆环形气缸空间内作回转运动且运转方向相反。 两环相交的上交汇点处，开有排气口6；下交汇点处则开有吸气口5。图1所示状态为右气缸压缩、左气缸吸气时的情形，此时上交汇处被左活塞1占据，而在右气缸4中，右活塞2与左活塞1的圆弧面外侧形成压缩空间，右活塞2的逆时针运动形成先压缩、后排气过程；下交汇处被右活塞2占据，在左气缸中，左活塞1与右活塞2的圆弧面外侧形成吸气空间，左活塞1的顺时针运动形成吸气过程，气体从吸气口5进入气缸。同样可形成左气缸压缩、右气缸吸气的过程。 经过产品化设计，已经制造出样机，并进行了试验，证明运转可靠、噪音低。该样机排量0.15m3/min。

参数项目 参数要求 适用场合 加氢站 压缩介质 符合GB/T37244《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》标准的高纯氢气 驱动型式 液压活塞式 防爆等级 Ex dII CT4 总压缩级数 二级 进气压力（Mpa） 5~35 进气温度（℃） ＜45 最大排气压力（MPa） 45.0 排气温度（℃） ≤环境温度+10 排气量 ≥650Nm³/h@12.5MPa进气压力，2级压缩 冷却方式 闭式水冷（配套提供冷水机组） 润滑方式 无油润滑 压缩气含油量(mg/m³) 无油 主电机功率（KW） ≤45kw 噪音（关闭橇门，离橇1米） ≤75dB 控制方式器 PLC+触摸屏+软启动 安装方式 撬装式 

本发明公开了一种气缸随转子转动的滑片式压缩机，包括筒形机壳，在筒形机壳内设有动气缸且与筒形机壳同轴，在动气缸内设有转子且与动气缸偏心设置，在机壳的左端面上设有进气口和出气口，进气口和出气口分别位于动气缸与转子之间月牙形的间隙区域内沿转子转动方向上由小变大和由大变小的位置，在转子上均匀分布≥8偶数条轴向矩形沟槽，且在矩形沟槽内设有至少2个径向通孔，在矩形沟槽内嵌入滑片且将1块宽滑片嵌入动气缸的内壁，其余滑片在压缩弹簧的作用下与动气缸的内壁相抵触，由于动气缸跟随转动，压缩机具有摩损小、效率高的优点。

、新型无连杆压缩机（十字滑块压缩机）的研发，该压缩机在制冷空调、天然气等方面具有很好的应用价值。 2、空调制冷方面的研究工作，尤其善长大型集中式空调机组及系统的设计、工艺计算和自动控制等方面的工作。项目概况 十字滑块压缩机的研究在我国开始于九十年代中期，虽然起步较晚，但也取得了一定的成果，本人深入分析了这种压缩机的工作原理、结构特点及其动力特性，设计开发出国内第一台无油十字滑块压缩机试验样机，针对十字滑块压缩机开发中存在的问题,进行了大量的理论和实验研究，提出采用聚醚醚酮(PEEK)材料的直线滑动轴承代替直线滚动轴承，并针对影响PEEK摩擦副寿命的两个主要因素:摩擦副表面温度、工作载荷,采用有限元法对十字压缩机滑道体变形进行了分析,建立了滑道体二维计算模型,建立了滑道-滑块副表面温度计算模型,给出了工作载荷的计算式。依据所取得的理论和实验成果，在高压有油十字滑块压缩机的实际应用方面已经取得了一定的成果，如2005～2007年与安瑞科（蚌埠）压缩机有限公司合作开发H型滑块式空气压缩机，排气压力35MPa,排气量为66 m3/h。该机器运行良好，达到设计要求，已作为定型产品。另外，我们还在高压无油十字滑块压缩机方面做了大量的理论和试验工作，也取得了一定的成果。今后拟在高压有油十字滑块压缩机的推广应用及高压无油十字滑块压缩机的研发方面寻求合作伙伴。 、新型无连杆压缩机（十字滑块压缩机）的研发，该压缩机在制冷空调、天然气等方面具有很好的应用价值。 2、空调制冷方面的研究工作，尤其善长大型集中式空调机组及系统的设计、工艺计算和自动控制等方面的工作。 在滑块压缩机中，将曲轴的回转运动转化为活塞往复运动的运动转换机构，是以正弦机构原理工作的，其特点表现为：①振动小，工艺性好。如上图所示，四个气缸共面使压缩机工作中产生的往复惯性力为定值，方向始终指向曲柄，因而可用两个平衡块精确地加以消除，使压缩机运行平稳，振动小噪声低。四个活塞呈十字形处于同一平面内，加工时易于保证四个气缸孔的相互位置精度。②结构紧凑，机械效率高。装配好的框架-活塞组件在其轴向处于自由状态，靠每一对活塞在气缸中自动对中定位，运动阻力小。由于没有连杆，滑块沿着滑道可以自由移动，故侧向力也很小；加之曲轴与电机轴合为一体，因而结构紧凑，机械效率高。③由于这种压缩机的吸气阀可以位于活塞顶部，气体从活塞内部的吸气通道经气阀直接进入气缸，而排气阀则位于气缸盖上，故吸气预热少，进一步提高了压缩机的效率，吸气阀的开闭靠活塞运动的惯性力完成，不受阀腔内气流脉动影响，转速变化范围广，并且低速性能良好，可得到较高的容积效率，很适于采用变频调速来调节气量。滑块压缩机的发展也是随着各个相关学科的发展而逐步走向成熟。目前，在从微型、中压、有油压缩机发展为小型、高压、无油压缩机的发展过程中，更应对上述诸问题作深层次的研究，以期此种新型压缩机早日在我国获得开发应用。市场前景十字滑块压缩机虽具有上述的优点，但要真正成为产品，必需解决诸如滑块-滑道副、滑块-曲柄销副的摩擦磨损及运动机构受力、受热变形等一系列问题。解决好以上问题要涉及到摩擦学、材料学、力学及机械加工工艺学等许多跨学科的专门知识，并且有些问题的解决，还有待于新材料、新工艺的出现。因此，十字滑块压缩机的发展也是随着各个相关学科的发展而逐步走向成熟。目前，在从微型、中压、有油压缩机发展为小型、高压、无油压缩机的发展过程中，更应对上述诸问题作深层次的研究。该压缩机在航空、航天、舰船、天然气开发利用等诸多领域具有广阔的应用前景。