无油空压技术最新进展与产业升级
什么是无油压缩空气
【买空压机网】有人说无油压缩空气应该是百分百无油；有人说空气中还有油，怎么可能做到百分百呢？有人说通过过滤的方式把油除掉，但到百分百了没有？答案是：没有。
可见，大家对此都有争议。有争议往往意味着会有发展，而事物的发展都是在矛盾推动下发展的，所以行业给出了关于无油压缩空气的标准——ISO8573-1:2010《压缩空气第1部分：污染物和纯度级别》。
上表中最右边为油总含量和等级分类，根据标准规定，一级要求是0.01毫克每立方米，但标准对0级没有数字化要求，也没表示0级就百分百不含油，而是说厂家的标准或者客户的需求优于一级（含油量小于0.01的压缩空气）就可以称为无油空气了。
很多产品说Class Zero（0级）是小于0.01，这并不意味着百分百无油，也无需在概念上强调还有点油，因为对于0级就是这样定义的。对于无油概念有争议、有矛盾，也就推动了这样一个标准的诞生。
无油压缩机产品类型
活塞机是最早出现的压缩机形式，无油压缩技术最早也出现在活塞机上。目前我们在市场上已经很少看到活塞机了，但实际上活塞机的应用非常广。一些非常小的流量，还有一些压力非常高的场合，比如40公斤以上的特殊场合仍然有无油活塞压缩机的身影。
气量再大一点有无油涡旋压缩机，最早只是一两家有这种无油机，现在百花齐放，可以看到，很多厂家都有无油涡旋压缩机了。再大一点有无油旋齿压缩机、无油螺杆压缩机。最近这几年，市场上无油水润滑螺杆压缩机也非常多，水螺杆又分为单螺杆和双螺杆。水螺杆再往大一点有无油干式双螺杆压缩机，无油干式双螺杆也不新鲜了。以前，很多场合除非不得已才用无油干式螺杆压缩机，因为价格比较贵。这两年价格也在往下走，这是因为有很多国产品牌开始在做。
再往大有离心式压缩机，大流量甚至高压力的时候也可以用离心式无油压缩机。目前，市场上的离心机压力可以从2.5公斤以下做到30公斤以上。如果是深冷空分离心压缩机，比如循环压缩机可以做到40公斤，无非多加一些叶轮，进行多级压缩。
离心压缩机的趋势
1.离心机小型化
离心压缩机的趋势是往两端做，离心机最早的界限是100立方每分钟，意思是100立方每分钟以上最好用离心机。但是现在离心机已经小型化了，甚至可以做到二十几立方。20立方到100立方是用的最多的一段气量范围，在各个应用领域都有广泛应用。
关于离心压缩机的第一个公式叫能量头，和压力有关。离开叶轮的气流流速越高，获得的压力会越高。第二个公式与流量有关，叶轮越大获得的流量越大；叶轮小了获得流量小。
理论能量头：
叶轮出口理论流量：
因为离开叶轮的速度决定了最大的排气压力，离心机小型化会面临一个问题：如果要获得的压力不变，同时流量要小，但是叶轮的线速度不能降。在不能降线速度的条件下，叶轮还变小，只能提高转速，也就是说每分钟的转速要提高。
那需要提高多少？我们来看上边的公式。n是转速，要把流量降一半，叶轮的转速要变成原来的4倍。比如流量从100立方降到50立方，叶轮转速是之前的4倍；如果从100降到二十多立方，它是正常转速的4-6倍，达到30万转甚至以上，所以高转速就会给离心机带来“高速驱动如何实现”的挑战。
2.高速驱动
传统的离心压缩机高速驱动需要一个高速齿轮箱，很大的叶轮带一个很大的轴，齿轮带一个小齿轮。对小型化的离心压缩机不需要小的齿轮箱，而是用永磁电机，可让永磁电机转速到十几万转以上。
离心压缩机如果按速度来讲是不能变频的，但是永磁电机的启动和调速一定要有变频器，这就是为什么现在很多离心压缩机有了变频器。
3.高速轴承
高转速对轴承带来了挑战，之前的滑动轴承已经不太适用这种几十万转的高转速了，需要空气轴承、磁悬浮轴承来满足高转速。我们在市场上看到的更多的是磁悬浮轴承，因为空气轴承的控制难度比较大，但是空气轴承成本低一些，也可以用氮气和其它特殊气体来支撑轴承。
以上就是离心机目前的几个热点：小型化、永磁电机加变频器高速驱动、磁浮轴承。
干式无油螺杆产品
干式无油螺杆产品最早是整机式进口的品牌，发展到第二阶段，进口主机+国产组装。就是某些国产品牌购买进口的国际品牌的主机，然后在国内组装。目前，国内品牌已经开始做无油螺杆的主机了。
干式无油螺杆主机的无油螺杆需要特殊涂层，比如聚四氟乙烯、二硫化钼、特氟龙，这些涂层都要加石墨等物质实现自润滑。
1.水润滑无油单螺杆压缩机
无油水润滑螺杆压缩机有两种，一种是单螺杆，另一种是双螺杆。目前市场上特别流行水润滑无油单螺杆压缩机，流量范围为1-40m3/min，其结构是一个螺杆带两个星轮，需要注意的问题有三个：螺杆与星轮啮合的应力与密封；不锈材料；轴承密封。
螺杆与星轮啮合的应力与密封问题，需要通过优化型线来解决。不仅仅螺杆有型线，薄薄的星轮叶片也需要型线。由于螺杆与星轮长期接触水，很容易生锈或者腐蚀，市场上有人用不锈钢材质，也有人用黄铜材质，但每一种选择都有一定的优势和一定的代价。
对于螺杆和星轮会有一个应力，因为它之间是接触的，接触必然会形成摩擦。如果要减少摩擦就要有液体，不管是水也好油也好，在两个接触之间形成动力润滑。在喷油单螺杆畅销的年代，单螺杆没有解决的问题就是无法形成动力润滑。最新的单螺杆研究文章表明，单螺杆要形成好的动力润滑，接触线也就是星轮的厚度能形成3倍于螺杆表面粗糙度的水层，就可以大幅度的减少摩擦，所以星轮上面需要做优化。目前有好些型线技术在被研究，最新的型线技术就是多圆柱型线，它有利于减少应力和摩擦，帮助星轮形成动力润滑，但是还一些有应力和摩擦是消除不掉的。
铜材料要软一些，容易切割，容易做出好的型线来，铜材还有一个优点是铜离子可以杀菌。目前还有一种热点就是不锈钢螺杆加不锈钢外壳，缺点是硬度比较高，不容易切削，不容易加工。要形成一个好的型线就有点难度，这就体现出各个厂家的技术实力了。
2.水润滑无油双螺杆压缩机
水润滑无油双螺杆压缩机流量范围为2-20m3/min，在目前的市场上比水润滑无油单螺杆压缩机要少。水润滑无油双螺杆压缩机普遍用的材料是不锈钢打底的螺转子，在不锈钢的转子上面做陶瓷涂层，陶瓷涂层主要是为了防腐的。
由于双螺杆有同步齿轮，所以阴阳螺杆之间是不接触的，与单螺杆相比没有了应力，也就是没有了摩擦。另外，采用了水润滑的轴承，不会有油来污染压缩空气，终身不用加油脂，密封性也很好。
不过，目前在市场上看到的水润滑无油双螺杆压缩机流量都不够大，最大到90千瓦，20立方都没有。但是水润滑无油单螺杆压缩机可以做到250kW，40立方甚至50立方。笔者有机会曾看到过280千瓦的水润滑无油单螺杆压缩机。
3.无油转换器
市场具有多样性，各种创新、各种思路层出不穷。制造无油压缩空气还有一种思路，就是喷油螺杆压缩机+无油转换器，原理就是通过催化剂的物理化学反应将油转换为水和CO2。除油效果：空气中残油量<0.0025mg/m3，而ISO8573-1 Class 1的要求是<0.01mg/m3，也达到了无油的效果。
每种技术都没有优劣之分，都是我们在性能、可靠性和成本这三个要素下的综合考虑。当然还要考虑流量是多大，压力是多大。比如10公斤以上干螺杆做不到，水螺杆就可以做到，但是又多了一个水系统的麻烦。所以没有哪个方案、哪个技术是完美无缺的，只有根据应用情况选择合适的产品。
无油压缩机创新方向
压缩机行业经常讨论能效的问题，但是GB19153-2019《容积式空气压缩机能效限定值和能效等级》目前只覆盖了主要的喷油旋转式压缩机以及无油活塞式压缩机，其它所有形式的无油旋转式压缩机都没有能效等级标准。没有制定的原因很多，有一种说法是目前国内技术参差不齐，标准技术数据不够充分，所以没有制定。事实的确如此，但是能效可以比较，不知道是不是一级能效、是不是二级能效没关系，品牌与品牌、产品与品产品之间是有测量数据的。
1.高效电机
高效电机会是无油压缩机的一个方向，近几年新能源汽车比较火，比如特斯拉、比亚迪等。汽车行业的永磁电机现在基本都在用油冷，风冷已经不用了。另外，新能源汽车现在普遍使用扁线电机，因为扁线电机的效率更高。
实际上，电机技术在不断的迭代，包括好多年前的高效电机有一种技术叫开关磁阻或者磁阻开关，目前有些厂家在尝试，今年的展会上虽然没有看到，但是这将来也可能是一个选项。
2.变频技术
从前些年到现在我们一直提的都是永磁变频，目前变频机里面最重要的一个东西——IGBT大部分还是进口的，国产的很少。国内还有一种选择，一个热点叫碳化硅，碳化硅的变频器也在研究之中，将来可以把这些技术应用到压缩机中去。
3.储能技术
假如空压机带个大电池，晚上电费最便宜的时候把电充上，到电贵的时候用电池来驱动空压机。今年7月份，阿特拉斯·科普柯就曾宣布其全新电池驱动移动式螺杆空压机B-Air 185-12计划于9月投产。
4.新材料
材料技术不断的在更新，我们可以选择更好的材料用于空压机。比如说前面提到的水螺杆，需要用到更好的材料来既容易切割又防腐。干螺杆压缩机，会不会有种材料既不腐蚀还不用加涂层？
5.新型线
在某次论坛上，西安交大的邢子文教授展示了他的研究成果——不等距螺杆压缩机型线。在今年的上海压缩机展上看到有两家公司把不等矩型线用到了真空泵上，相信很快能看到有人把它用到压缩机上。
6.AI人工智能
人工智能就是把整个压缩机控制起来，不断的自我学习，通过具体的客户实际场景优化控制逻辑。上面提到的电机节能还有一个方向，就是驱动技术。比如单级压缩螺杆压缩机用一部电机驱动，两级压缩也是用一部电机，将来可能每一级都用一部电机驱动，多个电机驱动一台空压机。实际，我们在汽车上已经看到四个轮子有四部电机驱动，空压机现在也已经有每一级都由独立的电机来驱动的了。结合AI良好的控制就能实现更高的能效。当然，以上是我们对未来技术的一种畅想，但它有可能会实现。
行业未来的责任与担当
无油空气无所不在，到处都在用。那我们的责任在哪里？获取无油压缩空气，我们不能仅仅考虑使用成本而不考虑其它，比如要考虑“三个有利于”：
·是否有利于地球？
·是否有利于客户？
·是否有利于消费者？
1.有利于地球
如果我们用无油机器通过技术迭代降低费用或者可以让更多的行业使用无油压缩空气，就可以起到节能减排的效果。为什么这么说？因为喷油机会有冷凝水排放，而冷凝水里面有油。但是无油机没有含油冷凝水，所以它不需要处理，也可以说没有环境污染。
另外，无油机少了耗材不用换油分，它虽然要换油滤但是换的周期可能是喷油机的4倍甚至8倍。齿轮箱的油需要换，但总用油量可能是喷油机的1/8或者1/10。要知道，每消耗一吨润滑油会产生4吨的二氧化碳。所以减少油的使用，也就是给节能减排、给保护地球做贡献。
2.有利于客户
节能不能看某一个点、看短期，而要看某一段、看长期。减少了耗材当然会减少花费，废油处理也要花钱，还可以减少压力损失。如果用喷油压缩机，管道使用时间长了里面会有油污油垢。但对于无油机产生的无油空气，这个风险就小多了。所以从长期来讲，管道的压降保持不变或者变化不大，也是一种为客户节能的体现。
对于无油空气可以和多种后处理设备搭配，比如鼓风式的零气耗压缩热干燥机可以和无油机结合，而喷油机结合压缩热就有点麻烦。还有转鼓式干燥机只能和无油机结合使用。所以我们要考虑的是整体的能耗，而不是某一个部件的能耗。
3.有利于消费者
无油机有更多的选择、更多的想象，那么最后还是要有利于我们的消费者。压缩空气在我们的生活中无所不在，最后的产品都会用在我们人类身上，安全、清洁的压缩空气必然对每一个人都有益处。
总之，当你做了对的事情，这个市场一定会回馈于你，让所有相关者都得利，对这点我们一定要有信心！
以上为正文!
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