离心与螺杆压缩机应用领域优势探讨

　　【买空压机网】现代化工业生产和高品质生活都离不开压缩空气，空压机作为压缩空气的搬运工，对于各行各业的使用者来说都非常重要。谈论空压机离不开三大性能参数：压力﹑流量（排气量）、功率的表现。由于空压机是耗能大户，且其广泛使用于工业生产的各个领域，因此空压机的降耗增效意义非常重大，得到业内及客户一致认可。笔者通过《带您发现压缩空气节能秘密》的十个章节从设计、制造、使用和服务（售前﹑中﹑后）来阐述压缩空气节能秘密，希望大家有所收获。本文为第十章，本章节主要针对离心机在Class0和非Class0压缩空气需求进行分析探讨；对于大流量、无油品质，离心机优势巨大，随着成本降低，中小流量的市场会被介入。

　　一、空压机分类

　　空压机有很多分类，从结构来说，通常我们把空压机分成：容积式空压机和动力式空压机。

　　1.容积式空压机工作原理：空气被吸入一个或多个压缩腔后，腔体与进气口的关联关闭。随着压缩腔的容积逐渐缩小，压力增大，从而得到有一定压力的压缩空气。

　　容积式空压机按其主机润滑方式，可分为有油润滑和无油润滑，因此得到的压缩空气为有油和无油。

　　市场上绝大部分容积式空压机为螺杆空压机（见图2）。

　　2.动力式空压机工作原理：空气被吸到高速旋转的压缩叶轮的叶片之间，加速至高速后进入扩压器，气体的动能在扩压器中转变为静压，动能增加，压力升高，从而得到有一定压力的压缩空气。

　　动力式空压机主机无需润滑油，因此得到的压缩空气为无油。

　　市场上绝大部分动力式空压机为离心空压机（见图3）。

　　二、压缩空气含油指标

　　压缩空气在全世界各行各业广泛使用，随着社会进步和工业发展，越来越多的用户除了对压缩空气流量、压力、功耗有要求外，还对气体品质（含尘、水、油）有不同的要求。

　　在课程《压缩空气品质与节能》讲到压缩空气的品质取决于：空气中水，油，尘含量。按ISO8573-1标准标定（见图4）。

　　从2010版开始，Class 0的指标开始提出：即压缩空气品质要求高于Class 1以上的指标。通常称为“无油”。

　　由于压缩空气中油主要来自空压机，而空压机由于结构不同，其润滑方式也不同。此时，得到的压缩空气可以分为：Class 0和非Class 0。根据客户对气体品质的要求：

　　Class 0：在常规压力下，7～10bar，无油容积式与动力式空压机均可达到。如高档食品、饮料、药品、芯片、太阳能电池、纺织等行业的需求。

　　非Class 0：在常规压力下，7～10bar，容积式与动力式空压机均可达到（见图5）。

　　三、衡量压缩空气品质Class 0的三个指标

　　1.尘颗粒物≤0.1μ。

　　2.残油含量≤0.01mg。

　　3.压力露点≤-70℃

　　四、压缩空气Class 0的获取方式

　　由于越来越多的行业需要无油的压缩空气。我们可以从以下两种方式来获取：

　　1.物理性无油

　　对于空压机来说，空气在压缩腔内被压缩时没有油的参与。俗称：先天性无油。

　　从物理性无油市场需求份额（气量需求）来看，干式无油螺杆式空气空压机和离心式空气空压机的需求是最大的。

　　干式无油螺杆式空压机与离心式空压机特点比较：

　　①空压机主机压缩腔内均无需润滑油，压缩空气品质可以达到Class0.

　　②主机转数：

　　干式无油螺杆式空压机主机线速度为60-120m/s,一般最高转速在10,000rpm；

　　离心式空压机主机线速度为400m/s,一般转速在40,000rpm左右。

　　③排气量影响：

　　干式无油螺杆空压机有强制输气的特点，排气量几乎不受排气压力的影响；

　　而离心式空压机排气量受排气压力影响很大。离心式空压机是一种流体机械，其压力升高与气体的流动是同时产生的。在高速叶轮的作用下，气体被加速，然后强迫其扩张减速，气流的速度就转化为压力。和容积式空压机相比，动力式空压机有一个特点：哪怕是工作压力有很小的变化，都会引起很大的流量变化（见图8）。

　　干式无油螺杆可以看出离心式压缩机的流量曲线与容积式压缩机的流量曲线绝然不同。离心式压缩机是恒压变流量，容积式压缩机则是变压恒流量。所以容积式压缩机即使在低速下，仍可以得到高压比，而离心式压缩机必须依赖高速运转且需要固定转速。另外，离心式压缩机每一种速度都有流量的上限和下限，下限意味着压缩机的背压大于其内压时，压缩机内会出现反流。反流引起喘振，噪音和机械损坏的危险。

　　④比功率：

　　干式无油螺杆空压机一般2级压缩，机组比功率好；离心式空压机一般2～3级压缩，流量越大机组比功率越好。

　　从SER的角度来分析，80m3/min是螺杆机和离心机的黄金分隔线。由于越小排气量，螺杆机的成本优势越明显。因此离心机的市场应该在大流量，压力平稳，持续用气的场合较有优势。

　　由于需要较高的技术要求和制造难度，无论是干式无油螺杆空压机还是离心式空压机，其采购价格和维护成本都是不菲的。

　　2.技术性无油

　　对于空压机来说，空气在压缩腔内被压缩时有润滑油的参与，但是可以在压缩空气系统中通过过滤或化学的方式去除油。

　　既然是选择了技术性无油，说明客户对压缩空气含油量有不同的要求：

　　①压缩空气含油量需求按ISO7183-1的0.01μ以下就行；

　　②Class0级就是高于Class1级，具体参数由供需双方商定；

　　③要求含油量等级越高，设备购买及使用成本越高；

　　④原则上选择Class0级的“技术性无油”并非真正地无油。

　　技术性无油的风险评估：

　　①如果喷油螺杆空压机油分离系统出问题的话，怎么办？

　　②如果管道除油系统饱和或失效了，怎么办？

　　③如果压缩空气温度变化，怎么办？（见图12）

　　五、离心式空压机的市场分析

　　1 物理性无油压缩空气市场需求

　　①高品质，高产量，高回报是物理性无油压缩空气市场的需求。

　　②离心式空压机的市场应该在大流量，压力平稳，持续用气的场合较有优势。主要抢占80m3/min以上（压力<1.0MPa）无油空压机市场；

　　③随者市场对Class 0需求的增加，螺杆机将优先满足中小流量需求。

　　④虽然IHI寿力已将离心空压机最小做到了其他品牌难以企及的65kW。而采用三级压缩型式，让空压机效率大大提升。但是量产后的成本是否能可以期待？毕竟价格是阻碍小型离心空压机市场推广最大的障碍。

　　⑤在物理性无油机市场，离心式空压机机只能与干式无油螺杆空压机争食。

　　⑥无油空压机的销售渠道已经成熟，客户群体也稳定，市场应该不存在死角，只有大品牌之间博弈了，小型离心空压机的出现，会让原有的无油空压机市场用户受益。

　　⑦80m3/min以下还是干式无油螺杆空压机的市场，120m3/min是离心空压机的天下。

　　2 技术性无油压缩空气市场需求

　　由于采用“物理性无油技术”采购或使用空压机的成本较高，对于一些用气量较小、行业对压缩空气风险要求不高或者是行业平均利润率不高的情况下，为了追求Class 0的气源时，可以采用喷油空压机+管道气体除油技术=技术性无油。

　　在技术性无油压缩空气市场中，离心空压机应该在大流量，压力平稳，持续用气的场合较有优势。主要抢占总用气量>120m3/min以上喷油螺杆空压机的市场。

　　3 非Class 0压缩空气市场需求

　　容积式和动力式空压机均可参与，在这个市场来说，气体品质指标要求排在流量、压力、耗功指标之后了。

　　①性价比的要求：

　　对于许多企业，使用压缩空气的质量不同，如果对含油量要求不高的客户去为离心空压机的“无油功能”买单是不划算的：

　　喷油螺杆2500元/m³；

　　离心机8000～20000元/m³。

　　②节能的要求：

　　120m3/min是螺杆空压机和离心空压机的比功率值的黄金分隔线。由于越小排气量，螺杆机的采购和使用成本优势越明显。因此离心机的市场应该在大流量，压力平稳，持续用气的场合较有优势。

　　③负载变化的要求：

　　从图17可以看出离心空压机的流量曲线与螺杆空压机的流量曲线绝然不同。离心空压机是恒压变流量，而螺杆空压机则是变压恒流量。因此，在变负载要求高的使用领域，螺杆空压机要优于离心空压机。

　　综合评估：

　　①对于气体品质要求不高（非Class0）的客户，负载用气变化大（一般工厂），建议使用喷油螺杆空压机+净化设备；

　　②对于气体品质要求不高（非Class0）的客户，负载平稳且用气大（如钢厂制氮用气），建议使用离心空压机+净化设备；

　　③对于气体品质要求高（Class0）的客户，负载用气变化大且行业利润率不高（制糖），建议使用喷油螺杆空压机+管道气体除油技术+净化设备；

　　④对于气体品质要求高（Class0）的客户，负载用气变化大或中小流量且行业利润率高（高端矿泉水，烟草），建议使用干式无油螺杆空压机+净化设备；

　　⑤对于气体品质要求高（Class0）的客户，负载用气变化平稳、大流量且行业利润率高（高端纺织），建议使用离心空压机+净化设备。

　　六、案例分析：

　　(一) 某国内著名的太阳能电池生产企业最初使用喷油螺杆空压机，其产品硅晶片表面含有少量油，出口德国被退货处理。后来该企业把喷油螺杆空压机全部改为无油螺杆空压机：

　　(二) 浙江某加弹厂用离心机227kW替换2台132和90kW喷油螺杆。使用一年后该企业每年节省电费约58.2万元。

　　(三)小型离心机与干式无油螺杆空压机在国际市场已经竞争了二十年，依然没有突破其分割线。

　　①离心机转子转速高，5万-6万转/分钟，启动时跨过临界转速，大型离心机一般低于临界转速;

　　②叶轮尺寸小，加工精度高，对动平衡要求苛刻，不停机运行尚可。如果叶轮上附着有灰尘等，停机后起动极易震动大，经常无法开机成功;

　　③轴承易损坏，轴承直径小，允许的震动值更小，但是转子运行时震动并不会相应减小，轴承寿命短;

　　④能耗高，一般来说560KW为离心机和螺杆机的能耗优势分界点，<500KW时无油螺杆更节能;

　　⑤对环境要求高，如果冷却效果差，排气温度过高，长期高温报警状态，机器非常不安全。

　　本章节主要针对离心机在Class 0和非Class 0压缩空气需求进行分析探讨；对于市场上应用占比较高的螺杆空压机和离心空压机讨论，离心空压机在无油、压力平稳、大流量、节能等方面应用优势巨大。但随着技术进步和工艺成熟，离心空压机的成本会逐步降低，中小流量的市场有可能被其介入！

　　作者简介

　　梁柳生，1968年，男，广西柳州，大学本科。

　　①高级工程师，1990开始从事空压机行业工作。有在国企、合资及外企工作经历，其中22年在AC集团工作。先后从事过空压机及后处理设备的产品设计、产品工艺、生产管理、产品质量跟踪服务等及全国销售总监并有在欧洲学习和工作的经历。2017年创办上善气体工作室，专业从事压缩空气系统研究，精益生产管理及销售的培训工作

　　②国家标准JBT10526-2005《一般用冷冻式压缩空气干燥器》第一起草人

　　③全国压缩机标准化技术委员会委员