【壓縮機網】隨著我國工業的不斷發展，企業本身不僅面臨市場的激烈競爭，同時對自己的生產運營成本也提出了嚴苛的要求。“節流”即“開源”，離心式空氣壓縮機（以下簡稱離心機）作為通用的空氣壓縮設備，憑借其壓縮空氣無油、運行效率高的特點，越來越得到用戶的青睞。

 

　　但是，大部分用戶只是對“離心機非常節能”有一個概念上的認識，知道離心機比無油螺桿壓縮機等其他壓縮形式更節能，但沒有系統的從產品本身到實際使用綜合考慮這個問題。

 

　　本文將從常用壓縮形式比較、市場上各品牌離心機差異、離心機空壓站設計、日常維護保養四個角度，簡單闡述這四個因素對“離心機是否節能”的影響。

 

　　一、不同壓縮形式的比較

 

　　無油壓縮空氣市場中，主要有螺桿機、離心機兩大類，氣量大致范圍如表1.
 

　　由表1看出，無油螺桿機主要滿足小氣量需求，目前無油螺桿市場上各個品牌的競爭主要集中在75kW～315kW。

 

　　離心機最小也可以做到25m3/min, 那么，當需求氣量在50～70m3/min時，究竟是選擇多臺無油螺桿，還是選擇離心機更合適。

 

 

　　1）從空氣壓縮原理角度分析

 

　　不考慮各個品牌螺桿轉子型線設計、內壓比設計等因素，螺桿機轉子間隙是影響效率的關鍵因素，轉子直徑和間隙的比例越高，則壓縮效率越高。同樣，離心機葉輪直徑和葉輪與蝸殼間隙比例越大，則壓縮效率越高。

 

　　2）兩種壓縮方式效率比較

 

　　以某68m3/min、8barg用氣需求為例，離心機與螺桿機方案的功耗比較，見表2。

 

　　由表2可知：

 

　　a.68m3/min需求時，離心機效率比螺桿機高。

 

　　b.根據壓縮間隙對效率的影響可以判斷：螺桿機直徑越大，則效率越高；離心機氣量越小，葉輪直徑越小，則間隙占比越大，效率呈逐步下降趨勢。

 

　　c.由表3也可以看出，離心機與螺桿機在不同工況下，基本保持同樣的變化水平。

 

　　3）理論結合實際的綜合效率比較

 

　　單純的機器效率比較并不能反映實際使用的結果，從實際使用角度考慮，80%的用戶實際用氣都存在波動，見表4典型的用戶用氣需求波動示意圖。但離心機的安全調節范圍只有70%～100%，當用氣量超過調節范圍時，會出現大量放空，放空即是能源的浪費，則這臺離心機的綜合效率就不高。

 

　　如果用戶充分了解自己的用氣波動情況，多臺螺桿機的搭配，尤其采用N+1、即N臺定頻螺桿+1臺變頻機的方案，用多少氣產多少氣，變頻螺桿實時調節氣量的產出，則綜合效率反而比離心機高。

 

　　因此，離心機到底節不節能，不能單純從設備角度出發，要充分考慮實際用氣的波動。如果想采用50～70m3/min離心機，則需要保證用氣波動在15～21m3/min的波動范圍，即盡量保證離心機不放空。如果用戶預判自己的用氣波動超過21m3/min , 則采用螺桿機方案會更節能。

 

　　二、離心機的不同配置

 

　　離心機市場主要由幾大國際品牌占據，如瑞典阿特拉斯?科普柯、日本IHI-Sullair、美國英格索蘭等。據筆者了解，各個品牌基本只生產擁有核心技術的離心機葉輪部分，其他零部件采用全球供應商采購模式，因此，零部件的品質也對整機效率有重要的影響。

 

　　1）驅動離心機機頭的高壓電機

 

　　電機效率對離心機的整體效率影響非常大，配置不同效率的電機，整機輸入功率計算差別見表3。

 

 

　　由表5可知，高效電機在離心機長期使用中，能有效保證整機輸入功率最低，進而提高整機的運行效率。

 

　　國家標準委員會頒布的GB 30254-2013《高壓三相籠型異步電動機能效限定值及能效等級》中，對各個電機等級做了詳細的劃分。其中大于等于2級能效以上的電機，定義為節能電機，相信隨著該標準的不斷完善和推廣，電機會作為離心機是否節能的重要判斷標準。

 

　　2）傳動機構—聯軸器和齒輪箱

 

　　離心機葉輪采用齒輪增速驅動，因此，連軸器的傳動效率，高、低速齒輪系統的傳動效率、軸承的形式等因素，都會進一步影響離心機的效率。但這些零部件的設計參數都被作為各個廠家的保密數據不對外公開，因此，只能從實際使用過程中做簡單判斷。

 

　　a.連軸器：從長期運行角度考慮，干式疊片連軸器比齒式連軸器的傳動效率高，齒式聯軸器傳動效率下降快。

 

　　b.齒輪增速系統：傳動效率下降，則機器噪音高、振動高，葉輪的振動值短時間內增高，傳動效率下降。

 

　　c.軸承：采用多片式滑動軸承，可有效保護帶動葉輪的高速軸油膜穩定，啟停機時不會對軸瓦造成磨損。

　　3）冷卻系統

 

　　離心機每一級葉輪壓縮后都需要進行冷卻，再進入下一級進行壓縮。

 

　　a.冷卻：冷卻器的設計應充分考慮不同季節進氣溫度、冷卻水溫度對冷卻效果的影響。

 

　　b.壓降：氣體經過冷卻器時，要盡量減少氣體壓降。

 

　　c.析出冷凝水：冷卻過程中冷凝水析出越多，下一級葉輪對氣體做功比例越多，則氣體壓縮效率越高。

 

　　d.排出冷凝水：將冷凝水快速排出冷卻器，同時不產生壓縮空氣泄露。

 

　　卻器的冷卻效果對整機效率影響非常大，同時也考驗每一個離心機廠家的技術實力。
 

 

　　4）其他影響離心機效率的因素

 

　　a.進氣調節閥門的形式：多片式進氣導葉閥可在調節時對氣體預旋，減少一級葉輪整流，降低一級葉輪壓比，從而提高離心機效率。

 

　　b.級間管道：設計緊湊的級間管道系統，可以有效降低壓縮過程的壓損。

 

　　c.調節范圍：更寬的調節范圍意味著更少的放空風險，也是檢驗一臺離心機是否具備節能能力的重要判讀指標。

 

　　d.內表面涂層：離心機每級壓縮的排氣溫度90～110℃，內部良好的耐溫涂層也是保證長期高效運行的保障。

 

 

　　三、空壓站設計階段

 

　　離心式空壓站的系統設計目前還處在比較粗放的階段，主要體現在：

 

　　1）產氣量與需求量不匹配

 

　　一個空壓站的氣量，在設計階段時會統計用氣點、乘以同時使用系數等數據，已經留有充足的余量。但實際采購時要滿足最大、最不利工況這一指標，加上離心機選型的因素。因此從實際結果看，實際用氣大多小于采購的壓縮機產氣量，再加實際用氣波動、各品牌離心機調節能力的差別，離心機會發生階段性放空。

 

 

　　2）排氣壓力與用氣壓力不匹配

 

　　很多離心機空壓站都只有1～2個壓力管網，以滿足最高壓力點為基準選擇離心機，但實際上，最高壓力點氣量需求占比很小，或者有更多低壓力的用氣點，需要通過下游減壓閥來降壓使用。根據權威數據，離心機每降低1barg排氣壓力，總運行能耗可降低8%。

 

　　3）壓力不匹配對機器的影響

 

　　離心機只有運行在設計點時效率才最高，舉例來說，設計排氣壓力8barg的機器，實際排氣壓力在5.5barg, 則要參考6.5barg的實際運行功耗。

 

 

　　

　　4）空壓站管理不到位

 

　　用戶認為只要是穩定供氣保證生產，其他都可以先放一放，以上提到的問題或者說節能點，都會被忽略。那么，實際運行的能耗就會遠高于理想狀態，而這種理想狀態，原本可以通過前期更細致的計算，對實際用氣波動的模擬，更詳細的氣量、壓力劃分、更準確的選型搭配去實現。

 

　　四、日常維護保養對效率的影響

 

　　日常維護保養也對離心機是否能高效運行起著及其重要的作用，除了機械設備常規的三濾一油、閥門閥體密封件的更換，離心機還需要注意以下幾點：

 

　　1）空氣中粉塵顆粒

 

　　氣體經進氣過濾器過濾后，還是會有細小粉塵進入，長時間后會沉積在葉輪、擴壓器、冷卻器翅片上，影響吸氣量，進而影響整機效率。

 

　　2）壓縮過程中氣體特性

 

　　壓縮過程中，氣體處于過飽和、高溫高濕狀態，壓縮空氣中的液態水會與空氣中酸性氣體結合，對氣體內壁、葉輪、擴壓器等產生腐蝕，影響進氣量，也會降低效率。

 

　　3）冷卻水的品質

 

　　冷卻水中碳酸鹽硬度、總懸粒子物濃度的不同，導致冷卻器水側結污結垢，影響換熱效率，進而影響整個機器的運行效率。

 

　　【結語】

 

　　離心機是目前市場上效率最高的空氣壓縮機種類，在實際使用中，要想真正達到“物盡其用、盡享其效”，不僅需要離心機廠家不斷研發更高效的產品；同時，更準確的選型方案，更貼近實際的用氣需求，達到“用多少氣產多少氣、用多高壓力產多高壓力”也顯得尤其重要。此外，加強對離心機的維護保養，也是離心機長期穩定高效運行的可靠保障。

 

　　據權威數據統計，壓縮空氣的耗電占整個工業用電的10%，隨著離心機使用越來越廣泛，相信越來越多的用戶不僅知道“離心機非常節能”，同時也會從整個系統的設計、運行維護保養的角度去達到節能的目標，提高企業自身的競爭力，為減少碳排放，維護綠色地球做出自己的貢獻！