隨著中國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，企業(yè)自身不僅面臨著激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，而且對(duì)自身的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本提出了嚴(yán)格的要求，“節(jié)流”意味著“開(kāi)源”。離心式空氣壓縮機(jī)(以下簡(jiǎn)稱離心機(jī))用作通用空氣壓縮設(shè)備，憑著空氣壓縮無(wú)油漬、運(yùn)作高效率的特性，愈來(lái)愈獲得客戶的親睞。
然而，大多數(shù)用戶只對(duì)“離心機(jī)非常節(jié)能”有概念上的理解，并且知道離心機(jī)比無(wú)油螺桿式壓縮機(jī)等其他壓縮形式更節(jié)能，但他們從產(chǎn)品本身到實(shí)際使用都沒(méi)有系統(tǒng)地考慮這個(gè)問(wèn)題。
所以我們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)致小也可以做到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68m³m³/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(jiàn)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(jiàn)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(guò)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(guò)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、根據(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(jiàn)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(kāi)，因此，只能從實(shí)際使用過(guò)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)
離心空壓機(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(guò)冷卻器時(shí)，要盡量減少氣體壓降
c. 析出冷凝水：冷卻過(guò)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)生壓縮空氣泄露冷卻器的冷卻效果對(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(guò)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)等，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(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)濾器過(guò)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(guò)程中氣體特性
壓縮過(guò)程中，氣體處于過(guò)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。
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)，準(zhǔn)確的選型方案，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”也顯的尤為重要。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。
隨著離心機(jī)使用越來(lái)越廣泛，希望越來(lái)越多的用戶不僅知道“離心機(jī)非常節(jié)能”，同時(shí)也能夠從整個(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)！
