什么是無油壓縮空氣

　　【壓縮機網】有人說無油壓縮空氣應該是百分百無油；有人說空氣中還有油，怎么可能做到百分百呢？有人說通過過濾的方式把油除掉，但到百分百了沒有？答案是：沒有。

　　可見，大家對此都有爭議。有爭議往往意味著會有發展，而事物的發展都是在矛盾推動下發展的，所以行業給出了關于無油壓縮空氣的標準——ISO8573-1:2010《壓縮空氣第1部分：污染物和純度級別》。

　　上表中最右邊為油總含量和等級分類，根據標準規定，一級要求是0.01毫克每立方米，但標準對0級沒有數字化要求，也沒表示0級就百分百不含油，而是說廠家的標準或者客戶的需求優于一級（含油量小于0.01的壓縮空氣）就可以稱為無油空氣了。

　　很多產品說Class Zero（0級）是小于0.01，這并不意味著百分百無油，也無需在概念上強調還有點油，因為對于0級就是這樣定義的。對于無油概念有爭議、有矛盾，也就推動了這樣一個標準的誕生。

　　無油壓縮機產品類型

　　活塞機是最早出現的壓縮機形式，無油壓縮技術最早也出現在活塞機上。目前我們在市場上已經很少看到活塞機了，但實際上活塞機的應用非常廣。一些非常小的流量，還有一些壓力非常高的場合，比如40公斤以上的特殊場合仍然有無油活塞壓縮機的身影。

　　氣量再大一點有無油渦旋壓縮機，最早只是一兩家有這種無油機，現在百花齊放，可以看到，很多廠家都有無油渦旋壓縮機了。再大一點有無油旋齒壓縮機、無油螺桿壓縮機。最近這幾年，市場上無油水潤滑螺桿壓縮機也非常多，水螺桿又分為單螺桿和雙螺桿。水螺桿再往大一點有無油干式雙螺桿壓縮機，無油干式雙螺桿也不新鮮了。以前，很多場合除非不得已才用無油干式螺桿壓縮機，因為價格比較貴。這兩年價格也在往下走，這是因為有很多國產品牌開始在做。

　　再往大有離心式壓縮機，大流量甚至高壓力的時候也可以用離心式無油壓縮機。目前，市場上的離心機壓力可以從2.5公斤以下做到30公斤以上。如果是深冷空分離心壓縮機，比如循環壓縮機可以做到40公斤，無非多加一些葉輪，進行多級壓縮。

　　離心壓縮機的趨勢

　　1.離心機小型化

　　離心壓縮機的趨勢是往兩端做，離心機最早的界限是100立方每分鐘，意思是100立方每分鐘以上最好用離心機。但是現在離心機已經小型化了，甚至可以做到二十幾立方。20立方到100立方是用的最多的一段氣量范圍，在各個應用領域都有廣泛應用。

　　關于離心壓縮機的第一個公式叫能量頭，和壓力有關。離開葉輪的氣流流速越高，獲得的壓力會越高。第二個公式與流量有關，葉輪越大獲得的流量越大；葉輪小了獲得流量小。

　　理論能量頭：

　　葉輪出口理論流量：

　　因為離開葉輪的速度決定了最大的排氣壓力，離心機小型化會面臨一個問題：如果要獲得的壓力不變，同時流量要小，但是葉輪的線速度不能降。在不能降線速度的條件下，葉輪還變小，只能提高轉速，也就是說每分鐘的轉速要提高。

　　那需要提高多少？我們來看上邊的公式。n是轉速，要把流量降一半，葉輪的轉速要變成原來的4倍。比如流量從100立方降到50立方，葉輪轉速是之前的4倍；如果從100降到二十多立方，它是正常轉速的4-6倍，達到30萬轉甚至以上，所以高轉速就會給離心機帶來“高速驅動如何實現”的挑戰。

　　2.高速驅動

　　傳統的離心壓縮機高速驅動需要一個高速齒輪箱，很大的葉輪帶一個很大的軸，齒輪帶一個小齒輪。對小型化的離心壓縮機不需要小的齒輪箱，而是用永磁電機，可讓永磁電機轉速到十幾萬轉以上。

　　離心壓縮機如果按速度來講是不能變頻的，但是永磁電機的啟動和調速一定要有變頻器，這就是為什么現在很多離心壓縮機有了變頻器。

　　3.高速軸承

　　高轉速對軸承帶來了挑戰，之前的滑動軸承已經不太適用這種幾十萬轉的高轉速了，需要空氣軸承、磁懸浮軸承來滿足高轉速。我們在市場上看到的更多的是磁懸浮軸承，因為空氣軸承的控制難度比較大，但是空氣軸承成本低一些，也可以用氮氣和其它特殊氣體來支撐軸承。

　　以上就是離心機目前的幾個熱點：小型化、永磁電機加變頻器高速驅動、磁浮軸承。

　　干式無油螺桿產品

　　干式無油螺桿產品最早是整機式進口的品牌，發展到第二階段，進口主機+國產組裝。就是某些國產品牌購買進口的國際品牌的主機，然后在國內組裝。目前，國內品牌已經開始做無油螺桿的主機了。

　　干式無油螺桿主機的無油螺桿需要特殊涂層，比如聚四氟乙烯、二硫化鉬、特氟龍，這些涂層都要加石墨等物質實現自潤滑。

　　1.水潤滑無油單螺桿壓縮機

　　無油水潤滑螺桿壓縮機有兩種，一種是單螺桿，另一種是雙螺桿。目前市場上特別流行水潤滑無油單螺桿壓縮機，流量范圍為1-40m3/min，其結構是一個螺桿帶兩個星輪，需要注意的問題有三個：螺桿與星輪嚙合的應力與密封；不銹材料；軸承密封。

　　螺桿與星輪嚙合的應力與密封問題，需要通過優化型線來解決。不僅僅螺桿有型線，薄薄的星輪葉片也需要型線。由于螺桿與星輪長期接觸水，很容易生銹或者腐蝕，市場上有人用不銹鋼材質，也有人用黃銅材質，但每一種選擇都有一定的優勢和一定的代價。

　　對于螺桿和星輪會有一個應力，因為它之間是接觸的，接觸必然會形成摩擦。如果要減少摩擦就要有液體，不管是水也好油也好，在兩個接觸之間形成動力潤滑。在噴油單螺桿暢銷的年代，單螺桿沒有解決的問題就是無法形成動力潤滑。最新的單螺桿研究文章表明，單螺桿要形成好的動力潤滑，接觸線也就是星輪的厚度能形成3倍于螺桿表面粗糙度的水層，就可以大幅度的減少摩擦，所以星輪上面需要做優化。目前有好些型線技術在被研究，最新的型線技術就是多圓柱型線，它有利于減少應力和摩擦，幫助星輪形成動力潤滑，但是還一些有應力和摩擦是消除不掉的。

　　銅材料要軟一些，容易切割，容易做出好的型線來，銅材還有一個優點是銅離子可以殺菌。目前還有一種熱點就是不銹鋼螺桿加不銹鋼外殼，缺點是硬度比較高，不容易切削，不容易加工。要形成一個好的型線就有點難度，這就體現出各個廠家的技術實力了。

　　2.水潤滑無油雙螺桿壓縮機

　　水潤滑無油雙螺桿壓縮機流量范圍為2-20m3/min，在目前的市場上比水潤滑無油單螺桿壓縮機要少。水潤滑無油雙螺桿壓縮機普遍用的材料是不銹鋼打底的螺轉子，在不銹鋼的轉子上面做陶瓷涂層，陶瓷涂層主要是為了防腐的。

　　由于雙螺桿有同步齒輪，所以陰陽螺桿之間是不接觸的，與單螺桿相比沒有了應力，也就是沒有了摩擦。另外，采用了水潤滑的軸承，不會有油來污染壓縮空氣，終身不用加油脂，密封性也很好。

　　不過，目前在市場上看到的水潤滑無油雙螺桿壓縮機流量都不夠大，最大到90千瓦，20立方都沒有。但是水潤滑無油單螺桿壓縮機可以做到250kW，40立方甚至50立方。筆者有機會曾看到過280千瓦的水潤滑無油單螺桿壓縮機。

　　3.無油轉換器

　　市場具有多樣性，各種創新、各種思路層出不窮。制造無油壓縮空氣還有一種思路，就是噴油螺桿壓縮機+無油轉換器，原理就是通過催化劑的物理化學反應將油轉換為水和CO2。除油效果：空氣中殘油量<0.0025mg/m3，而ISO8573-1 Class 1的要求是<0.01mg/m3，也達到了無油的效果。

　　每種技術都沒有優劣之分，都是我們在性能、可靠性和成本這三個要素下的綜合考慮。當然還要考慮流量是多大，壓力是多大。比如10公斤以上干螺桿做不到，水螺桿就可以做到，但是又多了一個水系統的麻煩。所以沒有哪個方案、哪個技術是完美無缺的，只有根據應用情況選擇合適的產品。

　　無油壓縮機創新方向

　　壓縮機行業經常討論能效的問題，但是GB19153-2019《容積式空氣壓縮機能效限定值和能效等級》目前只覆蓋了主要的噴油旋轉式壓縮機以及無油活塞式壓縮機，其它所有形式的無油旋轉式壓縮機都沒有能效等級標準。沒有制定的原因很多，有一種說法是目前國內技術參差不齊，標準技術數據不夠充分，所以沒有制定。事實的確如此，但是能效可以比較，不知道是不是一級能效、是不是二級能效沒關系，品牌與品牌、產品與品產品之間是有測量數據的。

　　1.高效電機

　　高效電機會是無油壓縮機的一個方向，近幾年新能源汽車比較火，比如特斯拉、比亞迪等。汽車行業的永磁電機現在基本都在用油冷，風冷已經不用了。另外，新能源汽車現在普遍使用扁線電機，因為扁線電機的效率更高。

　　實際上，電機技術在不斷的迭代，包括好多年前的高效電機有一種技術叫開關磁阻或者磁阻開關，目前有些廠家在嘗試，今年的展會上雖然沒有看到，但是這將來也可能是一個選項。

　　2.變頻技術

　　從前些年到現在我們一直提的都是永磁變頻，目前變頻機里面最重要的一個東西——IGBT大部分還是進口的，國產的很少。國內還有一種選擇，一個熱點叫碳化硅，碳化硅的變頻器也在研究之中，將來可以把這些技術應用到壓縮機中去。

　　3.儲能技術

　　假如空壓機帶個大電池，晚上電費最便宜的時候把電充上，到電貴的時候用電池來驅動空壓機。今年7月份，阿特拉斯·科普柯就曾宣布其全新電池驅動移動式螺桿空壓機B-Air 185-12計劃于9月投產。

　　4.新材料

　　材料技術不斷的在更新，我們可以選擇更好的材料用于空壓機。比如說前面提到的水螺桿，需要用到更好的材料來既容易切割又防腐。干螺桿壓縮機，會不會有種材料既不腐蝕還不用加涂層？

　　5.新型線

　　在某次論壇上，西安交大的邢子文教授展示了他的研究成果——不等距螺桿壓縮機型線。在今年的上海壓縮機展上看到有兩家公司把不等矩型線用到了真空泵上，相信很快能看到有人把它用到壓縮機上。

　　6.AI人工智能

　　人工智能就是把整個壓縮機控制起來，不斷的自我學習，通過具體的客戶實際場景優化控制邏輯。上面提到的電機節能還有一個方向，就是驅動技術。比如單級壓縮螺桿壓縮機用一部電機驅動，兩級壓縮也是用一部電機，將來可能每一級都用一部電機驅動，多個電機驅動一臺空壓機。實際，我們在汽車上已經看到四個輪子有四部電機驅動，空壓機現在也已經有每一級都由獨立的電機來驅動的了。結合AI良好的控制就能實現更高的能效。當然，以上是我們對未來技術的一種暢想，但它有可能會實現。

　　行業未來的責任與擔當

　　無油空氣無所不在，到處都在用。那我們的責任在哪里？獲取無油壓縮空氣，我們不能僅僅考慮使用成本而不考慮其它，比如要考慮“三個有利于”：

　　·是否有利于地球？

　　·是否有利于客戶？

　　·是否有利于消費者？

　　1.有利于地球

　　如果我們用無油機器通過技術迭代降低費用或者可以讓更多的行業使用無油壓縮空氣，就可以起到節能減排的效果。為什么這么說？因為噴油機會有冷凝水排放，而冷凝水里面有油。但是無油機沒有含油冷凝水，所以它不需要處理，也可以說沒有環境污染。

　　另外，無油機少了耗材不用換油分，它雖然要換油濾但是換的周期可能是噴油機的4倍甚至8倍。齒輪箱的油需要換，但總用油量可能是噴油機的1/8或者1/10。要知道，每消耗一噸潤滑油會產生4噸的二氧化碳。所以減少油的使用，也就是給節能減排、給保護地球做貢獻。

　　2.有利于客戶

　　節能不能看某一個點、看短期，而要看某一段、看長期。減少了耗材當然會減少花費，廢油處理也要花錢，還可以減少壓力損失。如果用噴油壓縮機，管道使用時間長了里面會有油污油垢。但對于無油機產生的無油空氣，這個風險就小多了。所以從長期來講，管道的壓降保持不變或者變化不大，也是一種為客戶節能的體現。

　　對于無油空氣可以和多種后處理設備搭配，比如鼓風式的零氣耗壓縮熱干燥機可以和無油機結合，而噴油機結合壓縮熱就有點麻煩。還有轉鼓式干燥機只能和無油機結合使用。所以我們要考慮的是整體的能耗，而不是某一個部件的能耗。

　　3.有利于消費者

　　無油機有更多的選擇、更多的想象，那么最后還是要有利于我們的消費者。壓縮空氣在我們的生活中無所不在，最后的產品都會用在我們人類身上，安全、清潔的壓縮空氣必然對每一個人都有益處。

　　總之，當你做了對的事情，這個市場一定會回饋于你，讓所有相關者都得利，對這點我們一定要有信心！

來源：本站原創