【壓縮機網】無油壓縮空氣應用越來越廣泛，除了傳統的應用行業諸如食品、醫藥、電子、芯片、噴涂、空分、儀用控制，近期諸如LCD面板、鋰電池、太陽能、醫用設備等新興行業也獲得了快速發展。隨著ISO8573-1“0級無油”標準的深化，催生無油壓縮技術的蓬勃發展，如干式無油螺桿引入變頻技術、螺桿轉子“錐形”設計，小型干式旋齒技術，無油渦旋技術，離心機小型化、高速化。
近二十年更有很多新技術被引入，其中有兩個比較熱門的話題，一個是磁懸浮小型高速離心式壓縮機：磁懸浮離心壓縮機是用高速電機來直接帶動葉輪，替代了齒輪箱；變頻調節替代了進口導葉；磁懸浮軸承替代了滑動軸承和潤滑系統等等。第二個就是水潤滑無油壓縮機：用水替代油噴入壓縮腔起到潤滑、密封和冷卻作用的話，可以實現“無油壓縮”，產生的壓縮空氣就不含油，獲得可靠的“0級無油”壓縮空氣。
一、什么是無油壓縮機
無油壓縮機全稱“無油潤滑壓縮機”——壓縮機工作時，在“壓縮腔”內沒有油介入；壓縮機排氣，沒有壓縮機油污染。
無油壓縮機分類（常用類型）
速度型：
√離心式
√軸流式
干式壓縮型：
√無油渦旋
√干式無油雙螺桿（旋齒）
√無油活塞
水潤滑型：
√水潤滑雙螺桿
√水潤滑單螺桿
√水潤滑滑片
二、無油壓縮機技術的選用
一個共識是，噴油潤滑壓縮相對簡單，從5kW到500kW，噴油螺桿一級壓縮和兩級壓縮，低壓、中壓都可以。但是無油壓縮就比較復雜，下圖中水平坐標代表“流量”，垂直坐標代表“比功率”。就常用的工廠動力用壓縮機（排氣壓力5～10barG）的能效而言，大型壓縮機是三級離心的優勢明顯，中、大型無油壓縮機是兩級干式螺桿的優勢明顯，小一點的無油壓縮機是兩級旋齒的優勢明顯。新出現的水潤滑無油雙螺桿壓縮機，在中、小型范圍內效率遠遠優于干式無油螺桿和旋齒壓縮機。
這是因為干螺桿無油壓縮機比較適合的轉子齒頂圓速度為80～120m/s，但是小型的干式無油螺桿轉子直徑就小了，即使轉速很高也很難達到這個齒頂圓速度。大型的干式無油螺桿轉子的轉速一般在8000rpm左右，小型的干式無油螺桿轉子轉速多為12000～13000rpm，但是這時陽轉子的齒頂圓速度遠遠達不到每秒60m/s。再加上螺桿“相對”間隙的影響，小型干螺桿的能效明顯變差，尤其是75kW以下急劇變差。
另有一種解決辦法可以把氣量做小并且轉子直徑不會太小，就是把轉子做的短一點，這就是旋齒，如下圖上排左。旋齒壓縮機由于直徑大，所以能效在小功率的時候比干式無油螺桿壓縮機會好一點。但是旋齒壓縮機也有一個缺點，由于旋齒結構的“齒體長度”非常短而且是直線，當涂層剝落后，排氣量和能效衰減比干螺桿明顯。
水潤滑雙螺桿壓縮機轉子齒頂圓速度為15～30m/s，非常適合小功率螺桿壓縮機，在37/45kW時整機比功率比干螺桿高15%以上。
三、水潤滑無油壓縮機
現在各行各業使用最廣的是噴油螺桿壓縮機，由于潤滑油噴入壓縮腔起著潤滑、密封和冷卻作用，使得壓縮過程簡單又可靠，但是產生的壓縮空氣含油。如果用水替代油噴入壓縮腔起著潤滑、密封和冷卻作用的話，可以實現“無油壓縮”，產生的壓縮空氣就不含油，獲得可靠的“0級無油”壓縮空氣。
從理論上講能夠實現水潤滑無油壓縮的結構有三種，第一種是水潤滑滑片壓縮機、第二種是水潤滑單螺桿、第三種是水潤滑雙螺桿。
水潤滑無油壓縮機的原理特征就是水替代油起到潤滑、密封和冷卻的作用。
水潤滑無油壓縮機的主要挑戰：（1）水的密封性不如油；（2）潤滑作用也遠不如油；（3）水會引起生銹。
作為壓縮輔助介質水比油的優勢：（1）水的冷卻效果比油好，所以壓縮過程更接近于等溫壓縮，等溫壓縮是最節能的壓縮過程；（2）水的分離效果比油好，所以它的汽水分離器沒有分離（濾）芯這樣一個阻力元件，不僅不需要花費“分離芯”更換成本，而且還免除了“分離芯”的壓力損失遞增造成額外功率消耗；（3）“純水或軟水”遠比“壓縮機油”便宜、環保且容易獲得。
既然知道了水替代油的挑戰和優勢，那么我們在設計機器的時候就要做選擇：
首先，水潤滑無油壓縮機的機械結構選擇：嚙合副要磨損小。由于水的潤滑性能沒有油好，磨損要小那就要用滾動摩擦替代滑動摩擦；因為滾動摩擦的磨損小。即使有滑動摩擦，那么滑動速度盡量要低，還要避免往復運動，因為往復運動不容易形成連續穩定的水膜。
其次，水潤滑無油壓縮機的密封形式選擇：密封線連續且短。因為水的密封性比油要差，從潤滑角度講，在雙螺桿、單螺桿和滑片這三種結構中，雙螺桿結構是磨損最小的，密封線連續而且又短，減少內泄漏。
綜合上述原因，這就是為什么跨國公司為什么都走向了水潤滑雙螺桿這一方向。
第三，水潤滑無油壓縮機的材料選擇：因為水會引起生銹，所以殼體選擇青銅或者不銹鋼，軸是不銹鋼的，轉子、星輪或滑片選擇PEEK或樹脂類復合材料制造。
四、無油水潤滑雙螺桿與單螺桿比較
可以發現，國內以水潤滑單螺桿為主，國外差不多同期已經進入水潤滑雙螺桿時代，我們從技術上來比較一下兩者各自的特點。
回顧20多年前回轉容積式壓縮機開始流行初期，噴油雙螺桿約占70%市場份額、單螺桿幾乎要占20%-25%，噴油滑片大概占5%左右。隨著螺桿轉子加工設備的成熟，尤其是“螺桿轉子磨床”的出現，雙螺桿轉子加工精度大幅度提升、質量大幅度提高，雙螺桿壓縮機的能效優勢、可靠性高和穩定壽命長等特征得以充分體現。今天噴油回轉容積式壓縮機中，噴油雙螺桿壓縮機占98%以上，其它噴油單螺桿和噴油滑片占比非常小。
雙螺桿、單螺桿和滑片結構在能效、穩定性、可靠性和壽命等差別，在噴油回轉式壓縮機時代都已經表現出來了。這些差異在噴水時代更加明顯，因為水的潤滑和密封作用要比油差很多。這就是歐美日跨國公司已經全面進入了無油水潤滑雙螺桿時代的原因。
五、國內外水潤滑雙螺桿壓縮機產品動向
阿特拉斯·科普柯“AQ水潤滑雙螺桿壓縮機”：在2023年前以比利時原裝進口形式在國內銷售，有千余臺的保有量。2023年在無錫工廠完成了的國產化，銷量快速上升；即便在2024年整體市場略顯低迷的大環境下，AQ系列依舊逆勢上揚，銷售業績相比2023年實現超30%的迅猛增長，也是其產品性能和質量的體現。
2.德國AquaAir水潤滑雙螺桿無油壓縮機：在2013年投放國內市場，引發國內廠家競相研發“水潤滑雙螺桿”的熱潮；由于技術難度大、研發周期長、涉及學科跨度大、供應鏈長且繁瑣，堅持下來的廠家不多。現在歐洲著名主機廠家RotorComp收購AquaAir，會在全球開展“水潤滑雙螺桿主機”業務，這必將加快國內“水潤滑雙螺桿無油壓縮機”市場發展。
3.比利時JustAir（僅氣）水潤滑雙螺桿壓縮機：于2023年12月15-16日在寧波召開中通協“無油壓縮空氣技術推進會議”上發布，與會者見證了這臺僅氣WS45-8VSD的高能效和運行平穩特征。僅氣（JustAir）參加“中國(上海)國際技術進出口交易會”2024/6/12-14，上海市市長龔正先生光臨展臺，對這個跨國合作研發生產、具有世界先進水平“填補國內空白”產品高度認可，并寄予厚望。
4.日本IHI和美國壽力：在2013年在國內投放AP系列和GS系列水潤滑雙螺桿無油壓縮機，下圖左是壽力GS37VSD在江西某制藥廠從2018年運行至今。
5.復盛：在1998年首次引入用“日本三井”水潤滑單螺桿主機生產的噴水螺桿壓縮機，在2020年推出噴水雙螺桿SWV15～120系列，標志著主流壓縮機廠家“由噴水單螺桿，向噴水雙螺桿的轉化”。
6.德耐爾：在2014年7月完成了45kW水潤滑雙螺桿的樣機試制，8月份完成性能測試，現在能夠向市場提供30～75kW水潤滑雙螺桿無油變頻壓縮機。基于德耐爾在節能和無油解決方案領域建樹，新系列30～75kW水潤滑雙螺桿無油變頻壓縮機的市場投放，大大加強德耐爾的節能和無油領域市場地位。
7.通潤·牧風：在“ComVac ASIA 2024”上海壓縮機展推出了無油水潤滑雙螺桿變頻壓縮機15～90kW，壓力覆蓋6～13barG；全系列無油雙螺桿壓縮機配備了通潤的第三代“水潤滑雙螺桿無油主機”，為用戶提供高效節能、穩定可靠、有競爭力的無油壓縮機。由于水潤滑雙螺桿主機陰、陽轉子之間的嚙合方式是“滾動”，沒有磨損；而且水潤滑壓縮機內部“水分離系統“沒有濾芯之類的“阻力遞增”元件；能效不會衰減，是搭建“一級能效空壓站”的好選手。
綜合上述，我們可以歸納出“水潤滑雙螺桿無油壓縮技術”的特點：
（1）穩定可靠、運行平穩和長壽命，這要歸結于“雙螺桿的嚙合形式”——陰陽轉子間是“滾動”，沒有磨損；
（2）能效好而且性能不衰減，這主要歸結于“噴水冷卻”接近“等溫壓縮”的熱力學過程和“雙螺桿沒有磨損”的特點；
（3）研發時間長，這其實也表明“技術門檻高”；這也是由于“雙螺桿結構沒有磨損”的特點，不存在“磨合過程”，要求螺桿轉子的設計和制造都要到達一個很高的水準。
來源：本站原創
【壓縮機網】無油壓縮空氣應用越來越廣泛，除了傳統的應用行業諸如食品、醫藥、電子、芯片、噴涂、空分、儀用控制，近期諸如LCD面板、鋰電池、太陽能、醫用設備等新興行業也獲得了快速發展。隨著ISO8573-1“0級無油”標準的深化，催生無油壓縮技術的蓬勃發展，如干式無油螺桿引入變頻技術、螺桿轉子“錐形”設計，小型干式旋齒技術，無油渦旋技術，離心機小型化、高速化。
近二十年更有很多新技術被引入，其中有兩個比較熱門的話題，一個是磁懸浮小型高速離心式壓縮機：磁懸浮離心壓縮機是用高速電機來直接帶動葉輪，替代了齒輪箱；變頻調節替代了進口導葉；磁懸浮軸承替代了滑動軸承和潤滑系統等等。第二個就是水潤滑無油壓縮機：用水替代油噴入壓縮腔起到潤滑、密封和冷卻作用的話，可以實現“無油壓縮”，產生的壓縮空氣就不含油，獲得可靠的“0級無油”壓縮空氣。
一、什么是無油壓縮機
無油壓縮機全稱“無油潤滑壓縮機”——壓縮機工作時，在“壓縮腔”內沒有油介入；壓縮機排氣，沒有壓縮機油污染。
無油壓縮機分類（常用類型）
速度型：
√離心式
√軸流式
干式壓縮型：
√無油渦旋
√干式無油雙螺桿（旋齒）
√無油活塞
水潤滑型：
√水潤滑雙螺桿
√水潤滑單螺桿
√水潤滑滑片
二、無油壓縮機技術的選用
一個共識是，噴油潤滑壓縮相對簡單，從5kW到500kW，噴油螺桿一級壓縮和兩級壓縮，低壓、中壓都可以。但是無油壓縮就比較復雜，下圖中水平坐標代表“流量”，垂直坐標代表“比功率”。就常用的工廠動力用壓縮機（排氣壓力5～10barG）的能效而言，大型壓縮機是三級離心的優勢明顯，中、大型無油壓縮機是兩級干式螺桿的優勢明顯，小一點的無油壓縮機是兩級旋齒的優勢明顯。新出現的水潤滑無油雙螺桿壓縮機，在中、小型范圍內效率遠遠優于干式無油螺桿和旋齒壓縮機。
這是因為干螺桿無油壓縮機比較適合的轉子齒頂圓速度為80～120m/s，但是小型的干式無油螺桿轉子直徑就小了，即使轉速很高也很難達到這個齒頂圓速度。大型的干式無油螺桿轉子的轉速一般在8000rpm左右，小型的干式無油螺桿轉子轉速多為12000～13000rpm，但是這時陽轉子的齒頂圓速度遠遠達不到每秒60m/s。再加上螺桿“相對”間隙的影響，小型干螺桿的能效明顯變差，尤其是75kW以下急劇變差。
另有一種解決辦法可以把氣量做小并且轉子直徑不會太小，就是把轉子做的短一點，這就是旋齒，如下圖上排左。旋齒壓縮機由于直徑大，所以能效在小功率的時候比干式無油螺桿壓縮機會好一點。但是旋齒壓縮機也有一個缺點，由于旋齒結構的“齒體長度”非常短而且是直線，當涂層剝落后，排氣量和能效衰減比干螺桿明顯。
水潤滑雙螺桿壓縮機轉子齒頂圓速度為15～30m/s，非常適合小功率螺桿壓縮機，在37/45kW時整機比功率比干螺桿高15%以上。
三、水潤滑無油壓縮機
現在各行各業使用最廣的是噴油螺桿壓縮機，由于潤滑油噴入壓縮腔起著潤滑、密封和冷卻作用，使得壓縮過程簡單又可靠，但是產生的壓縮空氣含油。如果用水替代油噴入壓縮腔起著潤滑、密封和冷卻作用的話，可以實現“無油壓縮”，產生的壓縮空氣就不含油，獲得可靠的“0級無油”壓縮空氣。
從理論上講能夠實現水潤滑無油壓縮的結構有三種，第一種是水潤滑滑片壓縮機、第二種是水潤滑單螺桿、第三種是水潤滑雙螺桿。
水潤滑無油壓縮機的原理特征就是水替代油起到潤滑、密封和冷卻的作用。
水潤滑無油壓縮機的主要挑戰：（1）水的密封性不如油；（2）潤滑作用也遠不如油；（3）水會引起生銹。
作為壓縮輔助介質水比油的優勢：（1）水的冷卻效果比油好，所以壓縮過程更接近于等溫壓縮，等溫壓縮是最節能的壓縮過程；（2）水的分離效果比油好，所以它的汽水分離器沒有分離（濾）芯這樣一個阻力元件，不僅不需要花費“分離芯”更換成本，而且還免除了“分離芯”的壓力損失遞增造成額外功率消耗；（3）“純水或軟水”遠比“壓縮機油”便宜、環保且容易獲得。
既然知道了水替代油的挑戰和優勢，那么我們在設計機器的時候就要做選擇：
首先，水潤滑無油壓縮機的機械結構選擇：嚙合副要磨損小。由于水的潤滑性能沒有油好，磨損要小那就要用滾動摩擦替代滑動摩擦；因為滾動摩擦的磨損小。即使有滑動摩擦，那么滑動速度盡量要低，還要避免往復運動，因為往復運動不容易形成連續穩定的水膜。
其次，水潤滑無油壓縮機的密封形式選擇：密封線連續且短。因為水的密封性比油要差，從潤滑角度講，在雙螺桿、單螺桿和滑片這三種結構中，雙螺桿結構是磨損最小的，密封線連續而且又短，減少內泄漏。
綜合上述原因，這就是為什么跨國公司為什么都走向了水潤滑雙螺桿這一方向。
第三，水潤滑無油壓縮機的材料選擇：因為水會引起生銹，所以殼體選擇青銅或者不銹鋼，軸是不銹鋼的，轉子、星輪或滑片選擇PEEK或樹脂類復合材料制造。
四、無油水潤滑雙螺桿與單螺桿比較
可以發現，國內以水潤滑單螺桿為主，國外差不多同期已經進入水潤滑雙螺桿時代，我們從技術上來比較一下兩者各自的特點。
回顧20多年前回轉容積式壓縮機開始流行初期，噴油雙螺桿約占70%市場份額、單螺桿幾乎要占20%-25%，噴油滑片大概占5%左右。隨著螺桿轉子加工設備的成熟，尤其是“螺桿轉子磨床”的出現，雙螺桿轉子加工精度大幅度提升、質量大幅度提高，雙螺桿壓縮機的能效優勢、可靠性高和穩定壽命長等特征得以充分體現。今天噴油回轉容積式壓縮機中，噴油雙螺桿壓縮機占98%以上，其它噴油單螺桿和噴油滑片占比非常小。
雙螺桿、單螺桿和滑片結構在能效、穩定性、可靠性和壽命等差別，在噴油回轉式壓縮機時代都已經表現出來了。這些差異在噴水時代更加明顯，因為水的潤滑和密封作用要比油差很多。這就是歐美日跨國公司已經全面進入了無油水潤滑雙螺桿時代的原因。
五、國內外水潤滑雙螺桿壓縮機產品動向
阿特拉斯·科普柯“AQ水潤滑雙螺桿壓縮機”：在2023年前以比利時原裝進口形式在國內銷售，有千余臺的保有量。2023年在無錫工廠完成了的國產化，銷量快速上升；即便在2024年整體市場略顯低迷的大環境下，AQ系列依舊逆勢上揚，銷售業績相比2023年實現超30%的迅猛增長，也是其產品性能和質量的體現。
2.德國AquaAir水潤滑雙螺桿無油壓縮機：在2013年投放國內市場，引發國內廠家競相研發“水潤滑雙螺桿”的熱潮；由于技術難度大、研發周期長、涉及學科跨度大、供應鏈長且繁瑣，堅持下來的廠家不多。現在歐洲著名主機廠家RotorComp收購AquaAir，會在全球開展“水潤滑雙螺桿主機”業務，這必將加快國內“水潤滑雙螺桿無油壓縮機”市場發展。
3.比利時JustAir（僅氣）水潤滑雙螺桿壓縮機：于2023年12月15-16日在寧波召開中通協“無油壓縮空氣技術推進會議”上發布，與會者見證了這臺僅氣WS45-8VSD的高能效和運行平穩特征。僅氣（JustAir）參加“中國(上海)國際技術進出口交易會”2024/6/12-14，上海市市長龔正先生光臨展臺，對這個跨國合作研發生產、具有世界先進水平“填補國內空白”產品高度認可，并寄予厚望。
4.日本IHI和美國壽力：在2013年在國內投放AP系列和GS系列水潤滑雙螺桿無油壓縮機，下圖左是壽力GS37VSD在江西某制藥廠從2018年運行至今。
5.復盛：在1998年首次引入用“日本三井”水潤滑單螺桿主機生產的噴水螺桿壓縮機，在2020年推出噴水雙螺桿SWV15～120系列，標志著主流壓縮機廠家“由噴水單螺桿，向噴水雙螺桿的轉化”。
6.德耐爾：在2014年7月完成了45kW水潤滑雙螺桿的樣機試制，8月份完成性能測試，現在能夠向市場提供30～75kW水潤滑雙螺桿無油變頻壓縮機。基于德耐爾在節能和無油解決方案領域建樹，新系列30～75kW水潤滑雙螺桿無油變頻壓縮機的市場投放，大大加強德耐爾的節能和無油領域市場地位。
7.通潤·牧風：在“ComVac ASIA 2024”上海壓縮機展推出了無油水潤滑雙螺桿變頻壓縮機15～90kW，壓力覆蓋6～13barG；全系列無油雙螺桿壓縮機配備了通潤的第三代“水潤滑雙螺桿無油主機”，為用戶提供高效節能、穩定可靠、有競爭力的無油壓縮機。由于水潤滑雙螺桿主機陰、陽轉子之間的嚙合方式是“滾動”，沒有磨損；而且水潤滑壓縮機內部“水分離系統“沒有濾芯之類的“阻力遞增”元件；能效不會衰減，是搭建“一級能效空壓站”的好選手。
綜合上述，我們可以歸納出“水潤滑雙螺桿無油壓縮技術”的特點：
（1）穩定可靠、運行平穩和長壽命，這要歸結于“雙螺桿的嚙合形式”——陰陽轉子間是“滾動”，沒有磨損；
（2）能效好而且性能不衰減，這主要歸結于“噴水冷卻”接近“等溫壓縮”的熱力學過程和“雙螺桿沒有磨損”的特點；
（3）研發時間長，這其實也表明“技術門檻高”；這也是由于“雙螺桿結構沒有磨損”的特點，不存在“磨合過程”，要求螺桿轉子的設計和制造都要到達一個很高的水準。
來源：本站原創
網友評論
條評論
最新評論