【壓縮機(jī)網(wǎng)】隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，企業(yè)本身不僅面臨市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)對(duì)自己的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本也提出了嚴(yán)苛的要求。“節(jié)流”即“開源”，離心式空氣壓縮機(jī)（以下簡(jiǎn)稱離心機(jī)）作為通用的空氣壓縮設(shè)備，憑借其壓縮空氣無(wú)油、運(yùn)行效率高的特點(diǎn)，越來(lái)越得到用戶的青睞。

 

　　但是，大部分用戶只是對(duì)“離心機(jī)非常節(jié)能”有一個(gè)概念上的認(rèn)識(shí)，知道離心機(jī)比無(wú)油螺桿壓縮機(jī)等其他壓縮形式更節(jié)能，但沒有系統(tǒng)的從產(chǎn)品本身到實(shí)際使用綜合考慮這個(gè)問題。

 

　　本文將從常用壓縮形式比較、市場(chǎng)上各品牌離心機(jī)差異、離心機(jī)空壓站設(shè)計(jì)、日常維護(hù)保養(yǎng)四個(gè)角度，簡(jiǎn)單闡述這四個(gè)因素對(duì)“離心機(jī)是否節(jié)能”的影響。

 

　　一、不同壓縮形式的比較

 

　　無(wú)油壓縮空氣市場(chǎng)中，主要有螺桿機(jī)、離心機(jī)兩大類，氣量大致范圍如表1.
 

　　由表1看出，無(wú)油螺桿機(jī)主要滿足小氣量需求，目前無(wú)油螺桿市場(chǎng)上各個(gè)品牌的競(jìng)爭(zhēng)主要集中在75kW～315kW。

 

　　離心機(jī)最小也可以做到25m3/min, 那么，當(dāng)需求氣量在50～70m3/min時(shí)，究竟是選擇多臺(tái)無(wú)油螺桿，還是選擇離心機(jī)更合適。

 

 

　　1）從空氣壓縮原理角度分析

 

　　不考慮各個(gè)品牌螺桿轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)、內(nèi)壓比設(shè)計(jì)等因素，螺桿機(jī)轉(zhuǎn)子間隙是影響效率的關(guān)鍵因素，轉(zhuǎn)子直徑和間隙的比例越高，則壓縮效率越高。同樣，離心機(jī)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(jī)與螺桿機(jī)方案的功耗比較，見表2。

 

　　由表2可知：

 

　　a.68m3/min需求時(shí)，離心機(jī)效率比螺桿機(jī)高。

 

　　b.根據(jù)壓縮間隙對(duì)效率的影響可以判斷：螺桿機(jī)直徑越大，則效率越高；離心機(jī)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(shì)。

 

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

 

　　3）理論結(jié)合實(shí)際的綜合效率比較

 

　　單純的機(jī)器效率比較并不能反映實(shí)際使用的結(jié)果，從實(shí)際使用角度考慮，80%的用戶實(shí)際用氣都存在波動(dòng)，見表4典型的用戶用氣需求波動(dòng)示意圖。但離心機(jī)的安全調(diào)節(jié)范圍只有70%～100%，當(dāng)用氣量超過調(diào)節(jié)范圍時(shí)，會(huì)出現(xiàn)大量放空，放空即是能源的浪費(fèi)，則這臺(tái)離心機(jī)的綜合效率就不高。

 

　　如果用戶充分了解自己的用氣波動(dòng)情況，多臺(tái)螺桿機(jī)的搭配，尤其采用N+1、即N臺(tái)定頻螺桿+1臺(tái)變頻機(jī)的方案，用多少氣產(chǎn)多少氣，變頻螺桿實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)氣量的產(chǎn)出，則綜合效率反而比離心機(jī)高。

 

　　因此，離心機(jī)到底節(jié)不節(jié)能，不能單純從設(shè)備角度出發(fā)，要充分考慮實(shí)際用氣的波動(dòng)。如果想采用50～70m3/min離心機(jī)，則需要保證用氣波動(dòng)在15～21m3/min的波動(dòng)范圍，即盡量保證離心機(jī)不放空。如果用戶預(yù)判自己的用氣波動(dòng)超過21m3/min , 則采用螺桿機(jī)方案會(huì)更節(jié)能。

 

　　二、離心機(jī)的不同配置

 

　　離心機(jī)市場(chǎng)主要由幾大國(guó)際品牌占據(jù)，如瑞典阿特拉斯?科普柯、日本IHI-Sullair、美國(guó)英格索蘭等。據(jù)筆者了解，各個(gè)品牌基本只生產(chǎn)擁有核心技術(shù)的離心機(jī)葉輪部分，其他零部件采用全球供應(yīng)商采購(gòu)模式，因此，零部件的品質(zhì)也對(duì)整機(jī)效率有重要的影響。

 

　　1）驅(qū)動(dòng)離心機(jī)機(jī)頭的高壓電機(jī)

 

　　電機(jī)效率對(duì)離心機(jī)的整體效率影響非常大，配置不同效率的電機(jī)，整機(jī)輸入功率計(jì)算差別見表3。

 

 

　　由表5可知，高效電機(jī)在離心機(jī)長(zhǎng)期使用中，能有效保證整機(jī)輸入功率最低，進(jìn)而提高整機(jī)的運(yùn)行效率。

 

　　國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)頒布的GB 30254-2013《高壓三相籠型異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》中，對(duì)各個(gè)電機(jī)等級(jí)做了詳細(xì)的劃分。其中大于等于2級(jí)能效以上的電機(jī)，定義為節(jié)能電機(jī)，相信隨著該標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善和推廣，電機(jī)會(huì)作為離心機(jī)是否節(jié)能的重要判斷標(biāo)準(zhǔn)。

 

　　2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)—聯(lián)軸器和齒輪箱

 

　　離心機(jī)葉輪采用齒輪增速驅(qū)動(dòng)，因此，連軸器的傳動(dòng)效率，高、低速齒輪系統(tǒng)的傳動(dòng)效率、軸承的形式等因素，都會(huì)進(jìn)一步影響離心機(jī)的效率。但這些零部件的設(shè)計(jì)參數(shù)都被作為各個(gè)廠家的保密數(shù)據(jù)不對(duì)外公開，因此，只能從實(shí)際使用過程中做簡(jiǎn)單判斷。

 

　　a.連軸器：從長(zhǎng)期運(yùn)行角度考慮，干式疊片連軸器比齒式連軸器的傳動(dòng)效率高，齒式聯(lián)軸器傳動(dòng)效率下降快。

 

　　b.齒輪增速系統(tǒng)：傳動(dòng)效率下降，則機(jī)器噪音高、振動(dòng)高，葉輪的振動(dòng)值短時(shí)間內(nèi)增高，傳動(dòng)效率下降。

 

　　c.軸承：采用多片式滑動(dòng)軸承，可有效保護(hù)帶動(dòng)葉輪的高速軸油膜穩(wěn)定，啟停機(jī)時(shí)不會(huì)對(duì)軸瓦造成磨損。

　　3）冷卻系統(tǒng)

 

　　離心機(jī)每一級(jí)葉輪壓縮后都需要進(jìn)行冷卻，再進(jìn)入下一級(jí)進(jìn)行壓縮。

 

　　a.冷卻：冷卻器的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮不同季節(jié)進(jìn)氣溫度、冷卻水溫度對(duì)冷卻效果的影響。

 

　　b.壓降：氣體經(jīng)過冷卻器時(shí)，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(jí)葉輪對(duì)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(shí)不產(chǎn)生壓縮空氣泄露。

 

　　卻器的冷卻效果對(duì)整機(jī)效率影響非常大，同時(shí)也考驗(yàn)每一個(gè)離心機(jī)廠家的技術(shù)實(shí)力。
 

 

　　4）其他影響離心機(jī)效率的因素

 

　　a.進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥門的形式：多片式進(jìn)氣導(dǎo)葉閥可在調(diào)節(jié)時(shí)對(duì)氣體預(yù)旋，減少一級(jí)葉輪整流，降低一級(jí)葉輪壓比，從而提高離心機(jī)效率。

 

　　b.級(jí)間管道：設(shè)計(jì)緊湊的級(jí)間管道系統(tǒng)，可以有效降低壓縮過程的壓損。

 

　　c.調(diào)節(jié)范圍：更寬的調(diào)節(jié)范圍意味著更少的放空風(fēng)險(xiǎn)，也是檢驗(yàn)一臺(tái)離心機(jī)是否具備節(jié)能能力的重要判讀指標(biāo)。

 

　　d.內(nèi)表面涂層：離心機(jī)每級(jí)壓縮的排氣溫度90～110℃，內(nèi)部良好的耐溫涂層也是保證長(zhǎng)期高效運(yùn)行的保障。

 

 

　　三、空壓站設(shè)計(jì)階段

 

　　離心式空壓站的系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前還處在比較粗放的階段，主要體現(xiàn)在：

 

　　1）產(chǎn)氣量與需求量不匹配

 

　　一個(gè)空壓站的氣量，在設(shè)計(jì)階段時(shí)會(huì)統(tǒng)計(jì)用氣點(diǎn)、乘以同時(shí)使用系數(shù)等數(shù)據(jù)，已經(jīng)留有充足的余量。但實(shí)際采購(gòu)時(shí)要滿足最大、最不利工況這一指標(biāo)，加上離心機(jī)選型的因素。因此從實(shí)際結(jié)果看，實(shí)際用氣大多小于采購(gòu)的壓縮機(jī)產(chǎn)氣量，再加實(shí)際用氣波動(dòng)、各品牌離心機(jī)調(diào)節(jié)能力的差別，離心機(jī)會(huì)發(fā)生階段性放空。

 

 

　　2）排氣壓力與用氣壓力不匹配

 

　　很多離心機(jī)空壓站都只有1～2個(gè)壓力管網(wǎng)，以滿足最高壓力點(diǎn)為基準(zhǔn)選擇離心機(jī)，但實(shí)際上，最高壓力點(diǎn)氣量需求占比很小，或者有更多低壓力的用氣點(diǎn)，需要通過下游減壓閥來(lái)降壓使用。根據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)，離心機(jī)每降低1barg排氣壓力，總運(yùn)行能耗可降低8%。

 

　　3）壓力不匹配對(duì)機(jī)器的影響

 

　　離心機(jī)只有運(yùn)行在設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)效率才最高，舉例來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)排氣壓力8barg的機(jī)器，實(shí)際排氣壓力在5.5barg, 則要參考6.5barg的實(shí)際運(yùn)行功耗。

 

 

　　

　　4）空壓站管理不到位

 

　　用戶認(rèn)為只要是穩(wěn)定供氣保證生產(chǎn)，其他都可以先放一放，以上提到的問題或者說(shuō)節(jié)能點(diǎn)，都會(huì)被忽略。那么，實(shí)際運(yùn)行的能耗就會(huì)遠(yuǎn)高于理想狀態(tài)，而這種理想狀態(tài)，原本可以通過前期更細(xì)致的計(jì)算，對(duì)實(shí)際用氣波動(dòng)的模擬，更詳細(xì)的氣量、壓力劃分、更準(zhǔn)確的選型搭配去實(shí)現(xiàn)。

 

　　四、日常維護(hù)保養(yǎng)對(duì)效率的影響

 

　　日常維護(hù)保養(yǎng)也對(duì)離心機(jī)是否能高效運(yùn)行起著及其重要的作用，除了機(jī)械設(shè)備常規(guī)的三濾一油、閥門閥體密封件的更換，離心機(jī)還需要注意以下幾點(diǎn)：

 

　　1）空氣中粉塵顆粒

 

　　氣體經(jīng)進(jìn)氣過濾器過濾后，還是會(huì)有細(xì)小粉塵進(jìn)入，長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)沉積在葉輪、擴(kuò)壓器、冷卻器翅片上，影響吸氣量，進(jìn)而影響整機(jī)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(tài)，壓縮空氣中的液態(tài)水會(huì)與空氣中酸性氣體結(jié)合，對(duì)氣體內(nèi)壁、葉輪、擴(kuò)壓器等產(chǎn)生腐蝕，影響進(jìn)氣量，也會(huì)降低效率。

 

　　3）冷卻水的品質(zhì)

 

　　冷卻水中碳酸鹽硬度、總懸粒子物濃度的不同，導(dǎo)致冷卻器水側(cè)結(jié)污結(jié)垢，影響換熱效率，進(jìn)而影響整個(gè)機(jī)器的運(yùn)行效率。

 

　　【結(jié)語(yǔ)】

 

　　離心機(jī)是目前市場(chǎng)上效率最高的空氣壓縮機(jī)種類，在實(shí)際使用中，要想真正達(dá)到“物盡其用、盡享其效”，不僅需要離心機(jī)廠家不斷研發(fā)更高效的產(chǎn)品；同時(shí)，更準(zhǔn)確的選型方案，更貼近實(shí)際的用氣需求，達(dá)到“用多少氣產(chǎn)多少氣、用多高壓力產(chǎn)多高壓力”也顯得尤其重要。此外，加強(qiáng)對(duì)離心機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)，也是離心機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定高效運(yùn)行的可靠保障。

 

　　據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，壓縮空氣的耗電占整個(gè)工業(yè)用電的10%，隨著離心機(jī)使用越來(lái)越廣泛，相信越來(lái)越多的用戶不僅知道“離心機(jī)非常節(jié)能”，同時(shí)也會(huì)從整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)的角度去達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)，提高企業(yè)自身的競(jìng)爭(zhēng)力，為減少碳排放，維護(hù)綠色地球做出自己的貢獻(xiàn)！