2001『中國大陸第三屆國際壓縮機技術研討會』紀要

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『中國大陸第三屆國際壓縮機技術研討會』紀要

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張鈺炯　撰

一、前言

　　國際壓縮機技術研討會(International Compressor Technique Conference簡稱為ICTC)為由中國大陸-西安交通大學化工與環工系所主辦，原則上為每四年舉辦一次，西元1993年在陝西之西安交通大學舉辦第一屆，1997年在四川成都市舉辦第二屆，本次研討會為第三屆，舉辦地點在無錫市，時間為2001年8月15日(星期三)~18日(星期六)。

　　此研討會可謂為大陸壓縮機界的盛會，每次研討會，中國大陸的各大壓縮機廠或有研究壓縮機的大陸重點大學相關學系，皆會派人參加與發表論文，當然，國際間，美、日、歐、韓的大壓縮機廠也會有工程師前來與會，雖然規模比不上每兩年一次由美國普渡大學機械系 Ray W. Herrick 實驗室主辦之國際壓縮機工程研討會，但在國際壓縮機界，此研討會可謂為第三大的壓縮機技術研討會了（第二大為每兩年一次由英國倫敦的City University所主辦之國際壓縮機系統研討會）。

　　在此次的研討會，國內只有瑞智精密(股)公司與工業技術研究院能資所壓縮機計畫二單位，派人前往參加與發表三篇論文。本文便是簡介此行的心得與發表之論文的內容摘要。在此行之初，作者經由業界的引介，有機會前往廣東參觀了松下萬寶壓縮機廠及TCL空調機廠，本文也將簡述參觀所帶回之資訊，以作為提供台灣相關業界的參考。

9 W6 r$ w/ d1 b二、第三屆國際壓縮機技術研討會簡介

　　此次研討會大會主席-郁永章教授，為西安交通大學環境與化學工程學院院長，可說是大陸壓縮機界的龍頭，曾經來台灣拜訪相關學界與業界，也是大陸在渦卷式壓縮機研究的權威人士，於1997年，其師門曾彙整了相關研究成果於一本著作：『渦旋壓縮機及其它渦旋機械』。是研究渦卷式壓縮機頗具參考的資料。
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　　大會榮譽主席Raymond Cohen是美國普渡大學國際壓縮機研討會的主席，可說是目前世界壓縮機界的學術龍頭。
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2 y& K; Y) @1 W　　此次研討會地點選在江蘇省無錫市的「山明水秀大飯店」舉行，靠近中國大陸華中地區三大湖之一的〝太湖-風景區〞，圖1所示便為此次會議地點之外觀。參加開幕式人數約200人，分組發表論文時約120人，各國主要壓縮機廠都有派人參加，圖2所示為此次研討會議的開幕情形。


　　本次發表論文總計有75篇，其中往復式壓縮機17篇，渦卷式壓縮機13篇，迴轉式壓縮機10篇，冷媒與冷凍油7篇，DC馬達2篇，其他包括螺旋式壓縮機、系統設計、其他壓縮機等。發表論文的國別，可統計如表1所示。由表中可知，此次研討會乃以大陸的學界或業界所發表之論文為主，佔約70％強，其中在學術界與產業界的分佈則如表2之統計，其中以以西安交通大學所發表的論文數最多，並且主要以郁永章教授帶領的環工與化工系及束鵬程教授帶領的能源與動力系為兩大支柱。在產業界則以上海日立電氣公司的發表論文數最多。其他的學校則皆比較零星，不過，仍可看出北京科技大學-環境與能源工程系及清華大學-建築科學系，有部份教授開始進行節能空調與變頻空調方面的研究。
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. J8 N, Z  O0 [$ M　　整體而言，所發表的論文內容中，較具參考價值的論文主題，摘錄如表3所示，其中有三篇為國內瑞智公司及工研院所發表，此三篇文章分別為：
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" V0 r7 `1 o) O9 N, I* }Family Design of the Scroll Compressor-A Case Study.
' `( v- K; F+ C* {2 `Noise Reduction of Scroll Compressor by Improving Radial Compliance Mechanism.
Performance Improvement of a Surface-Mounted Permanent Magnet Motor Used for Compressors.

3 r8 `( e& j. u8 A- U　　本文將針第一篇論文的內容重點簡介之，至於其他的論文，有興趣的讀者可蒐集參閱之。
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. e7 n- n7 i0 u1 U9 Q2 s# O! C, P　　在此次研討會中，主辦單位另有安排參觀無錫壓縮機廠，此壓縮機廠以生產大型往復式空壓機及中型螺旋式空壓機為主，圖3所示為此行參觀的主要內容。

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- t' [+ h% J/ x三、渦卷式壓縮機的族群設計簡介

; F- c9 K. `- Q- D; G　　此篇論文為工研究能資所的研究成果，主要為針對渦卷式壓縮機進行族群設計最佳化的研究探討。所謂壓縮機族群設計，意即在特定的冷房能力範圍之產品系列規格內，壓縮機可以設計使用同一外徑的外殼，如此一來，在此系列冷房規格內的壓縮機商品，許多零件共用、模具可共用，不但可使設計簡單化、零件品質管理簡單化，更能使量產低成本化，是一般大量產型的壓縮機開發時，非常重要的商品設計觀念與設計技術。
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表4所示為本文選定的商品設計規格，表5所示則為壓縮機的運轉條件，圖4所示為此壓縮機的架構圖。

2 ~' d( _" S, r5 L7 e& x- y　　在進行族群設計時，首先要進行商品企劃，同時，確認在此系列冷房的壓縮機馬達尺寸是否已固定，意即馬達供應商，可能已經有現成的馬達定轉子矽鋼片模具，如此，將可依此務實方面的限制，訂定了此族群壓縮機的外殼，在本文中便是訂定147mm為馬達定子矽鋼片的外徑尺寸。
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7 r/ |( `! ?# h/ E) P7 e  t% @0 [$ L% j
8 Z4 `, M# }. ?; h　　當馬達定子外徑尺徑訂定後，本文提出可依以下之步驟進行渦卷式壓縮機的族群設計：
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$ X, [8 o& T2 h3 x( v& ^. O7 S步驟一：由壓縮機模擬分析軟體計算在如表4及表5所示之規格條件下的壓縮機排氣量。
步驟二：與相關零件製作及壓縮機組裝單位，共同討論確認渦卷加工與組裝的各項限制。
# X( ?5 p  N/ `* ~* f! w4 ]8 \9 C　　在本文中為設定
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4 ?7 _6 }5 ^0 c5 b, N　　其中Gw為渦卷片之剛性係數，h為渦片高度，t為渦卷厚度，Gt為刀具的剛性係數，P為渦片的節距，Do max為渦卷組的最大外徑，Dmotor為馬達的外徑，δ為組裝所需之裕度量。

. j0 _$ G" T% Q2 L2 E$ z( G' {: Y　　本文中的設計限制如表6所示。
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步驟三：針對各項限制與運用最佳化的運算法則，改變相關設計參數，進行反覆運算。
　　有關渦卷式壓縮機的設計參數可整理如下：
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  U; ~! S* N+ V& F/ {5 r, v　　渦卷的排氣量為：

+ E2 d9 b% v9 m　　由上二式可知主要設計參數為P, t, h and φE，此四參數在渦卷的幾何意義如圖5所示。

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) A  d! H% X. R+ j0 o+ f　　由漸開線理論可知：
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9 T. j1 V! p" Z' \# [1 ~% Y0 W　　由能源效率比公式知：

　　上式中Ｐcomp為壓縮耗功，與渦卷洩漏有關，Ｐfriction為磨擦損失功，與各元件於運轉條件下的機械磨擦損失相關，Ｐbearing為軸承耗功，與吸入過熱度相關。
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　　由以上各參數之定義，便可依限制條件進行各設計參數的變更，進行最佳化的模擬分析。
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( C/ }# \; {+ {$ C* h步驟四：將所分析的數據，本文則經由圖解法可尋找出可用的最佳化區域，最後整理可得此族群設計的最佳區域設計值。
　　經由步驟一至步驟二的設計運算，可得表7所示之本設計的初始數據，在選定渦卷片厚度後，可得此系列之各冷房規格下的渦卷片高度可用設計值之區域，如圖6所示。經由步驟三與步驟四，可針對符合設計限制的設計參數，進行壓縮機性能計算，如式(7)~式(9)所示，最後可得如圖7所示之〝★〞位置，即符合表4之設計規格的各設計參數的最佳解。
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　　整理後，可得如表8所示之此系列冷房規格的渦卷式壓縮機之性能，表9所示則為在此渦卷式壓縮機的族群中，可共用的零件分配與策略。由表中可知，經由此族群設計，零件共用率可達80%以上，而且皆能符合設計規格需求。
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　　以上為此論文的簡介，但願對壓縮機族群設計有所引導。
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# S! Z; Q* k2 N$ W9 ^' c四、拜訪其他廠商的內容簡介
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8 \. ]; v3 A# E1 p8 m8 x　　在此次前往中國大陸的行程中，感謝業界的協助，得以有機會在前往無錫參加壓縮機技術研討會之前，能前往廣東訪問松下萬寶壓縮機廠與TCL空調機廠，以下便針對此行程所帶回的資訊分享之。

1.參觀訪問『松下‧萬寶 壓縮機有限公司』：

　　松下‧萬寶壓縮機有限公司，位於廣州市番禺區鐘村鎮，為日本松下電氣集團與大陸萬寶集團合資的公司，日資股份比例較高，目前為中國大陸第二大的專業壓縮機製作廠，總產能可達360萬萬台/年，以生產單缸迴轉式壓縮機為主，也有提供AC變頻壓縮機於大陸空調市場。今年日本松下集團已關閉在美國之松下的壓縮機製造廠，所關閉的生產線便是移來此廠區，因此，目前此廠也正在擴線建設中，由美國移來的生產線有240萬台/年的產能，預計明年此公司的總產能將可達600萬台/年，將與目前中國大陸最大的壓縮機製造廠-上海日立公司相當。圖8所示即為此公司的外觀。
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! l# ?2 B" J! E  B! ]; _　　依據該公司人員表示，在大陸生產之產品不良率，並不亞於日本本土的生產能力，此現象是值得國人注意與探討的競爭力資訊；意即在中國大陸沿海經濟特區內，如此大量生產的製程與品質管理技術，已在日本各商社集團長期的訓練下，成長許多，未來不但可以達成低成本的商品能力，並且可以達成高品質的商品競爭力，此部份是國人相關企業應注意的訊息。

2.參觀訪問『TCL集團有限公司-空調研發中心』：

　　TCL集團有限公司，可謂為廣東省最大的企業。TCL為Today China Lion之意，1981年以生產錄音帶起家，目前主要產品為彩視與手機，2000年營業額達205億人民幣，目前集團的員工數達31,433人。2000年初接手SOVA(首華)的空調機生產線，開始跨足冷凍空調界，2001年上半年銷售30萬台(目標50萬台)，此行拜訪的為其空調研發中心，位於廣東省中山市南頭鎮南頭大道。圖9所示為此研發中心的外觀。
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: \0 J7 q) V8 o1 m# H1 [　　由於TCL公司有意與國內相關企業成為商業的策略伙伴，因此，此行召開了一場技術討論會議。圖10所示為討論會的情形。
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　　目前，該公司也已開始外包委託進行變頻機的開發，有十幾台正進行測試中。無電子膨脹閥，但具冷、暖功能，運轉頻率範圍為30~90hz，軟硬體皆由受託公司開發。
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　　經由討論知，大陸目前變頻家用空調機仍以低價為主，功能單純，強調恆溫、舒適，效率目前非其重點。就技術上而言，台灣已有能力協助開發此種機型，不過重點應放在生產成本降低上，以提升市場競爭力。

5 t4 n1 S5 u  F2 C4 J　　由此行參觀也可了解，TCL公司空調廠之測試與生產設備稍微老舊，同時，該公司對空調系統性能測試等設備與知識，皆頗缺乏，因此，其成員對台灣的先進測試設備，有高度興趣，將是可考慮洽談合作的方向。
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五、結語

; o5 r% o, K0 p( N  D! ~　　中國大陸的市場的確廣大，觀念也與國人有非常大的迥異，例如，以TCL公司的空調機研發中心產能，半年30萬台算是不如意，此產能對國內企業而言，已是台灣小型空調機市埸近50%的銷售量。因此，在與大陸人民談論數字時，也要特別注意，例如，此行中安排前往松下萬寶壓縮機廠時，是由東菀前往，由隨行引導人員口中得知應該距離很近，結果是開車需要二個多小時，而且是走高速公路，對國人而言，已可以由台北開車到彰化了，因此，在其觀念中的計量值，是國人與大陸企業談判時，應特別注意的。

! r' t: I6 ]$ H' b; C　　此行中的另一感想，大陸雖然工資較低，但是人才素質高，尤其在私有企業的員工，配合度頗高，此方面是臺灣技術人員將可能面臨的人事成本競爭之問題。經由此次ICTC2001的第三屆國際壓縮機技術研討會了解，雖然在論文品質方面尚不是良好，其產品開發與量產知識、性能測試診斷技術、系統匹配技術等皆尚不如國人，但在壓縮機的技術研究方面，由所提出之論文研究得知，各重點大學已開始進行部份前瞻技術的研究了，同時，由於材料資源豐富、日本企業的引導、及其市場的廣大，許多不會在台灣投資的關鍵零組件，如四方閥、電子膨脹閥、功率模組(IGBT)等，在此次研討會與大陸企業人士的談論中，聽說皆已開始有國際企業在大陸進行投資設廠。
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　　因此，如何立足台灣建立關鍵技術、運用大陸良好資源人力、放眼國際市場，將是國內企業近幾年定會面對且必須思考策略的重要課題。
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