【壓縮機(jī)網(wǎng)】一、鼓風(fēng)機(jī)技術(shù)概述

　　1.工作原理及分類

　　風(fēng)機(jī)是對氣體輸送和氣體壓縮機(jī)械的習(xí)慣簡稱，即依靠輸入的機(jī)械能，提高氣體壓力并排送氣體的機(jī)械，按出口壓力大小分為通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)，各類風(fēng)機(jī)的出口壓力范圍及應(yīng)用場景如下表所示。

　　鼓風(fēng)機(jī)是指在設(shè)計條件下風(fēng)壓在30kPa- 200kPa以內(nèi)的風(fēng)機(jī)，是工業(yè)生產(chǎn)中提供氣體動力的重要工藝設(shè)備，在國民經(jīng)濟(jì)和日常生活中占有重要的地位。按照工作原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，鼓風(fēng)機(jī)可分為羅茨鼓風(fēng)機(jī)和離心鼓風(fēng)機(jī)兩大類。鼓風(fēng)機(jī)的具體分類如下圖所示：

　　2.常見類型鼓風(fēng)機(jī)介紹

　　A.羅茨鼓風(fēng)機(jī)

　　羅茨鼓風(fēng)機(jī)是一種容積回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)。羅茨鼓風(fēng)機(jī)的工作原理是通過一對互相嚙合的等直徑轉(zhuǎn)子將進(jìn)氣口隔開，在同步齒輪的驅(qū)動下，以相同速度做反方向運(yùn)動，將吸入的氣體壓縮并從吸氣口推至排氣口，當(dāng)氣體到達(dá)排氣口的邊緣，因排氣側(cè)高壓氣體的回流而提升壓力，從而完成氣體輸送。

　　羅茨鼓風(fēng)機(jī)的主要組成部分有轉(zhuǎn)子、齒輪、軸承、密封和機(jī)殼。其中，轉(zhuǎn)子是由葉輪和軸組成，葉輪分為兩葉直齒葉型和三葉螺旋齒葉型；齒輪同步傳遞轉(zhuǎn)矩，帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；軸承一般選用滾動軸承，具有檢修方便、縮小尺寸的優(yōu)點(diǎn)；軸承密封主要采用骨架式橡膠油封；機(jī)殼有整體式和水平剖分式，結(jié)構(gòu)簡單。

　　B.多級離心鼓風(fēng)機(jī)

　　離心鼓風(fēng)機(jī)工作原理為：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉輪中葉片之間的氣體也跟著旋轉(zhuǎn)，并在離心力的作用下甩出這些氣體，氣體流速增大，使氣體在流動中把動能轉(zhuǎn)換為靜壓能，然后隨著流體的增壓，使靜壓能又轉(zhuǎn)換為動能，通過排氣口排出氣體，而在葉輪中間形成一定負(fù)壓，使外界氣體在大氣壓的作用下立即補(bǔ)入，在葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)作用下不斷排出和補(bǔ)入氣體，從而達(dá)到連續(xù)鼓風(fēng)的目的。離心鼓風(fēng)機(jī)根據(jù)葉輪數(shù)量分為多級離心鼓風(fēng)機(jī)和單級離心鼓風(fēng)機(jī)。多級低速離心鼓風(fēng)機(jī)一般是指轉(zhuǎn)子由2只或2只以上的葉輪串聯(lián)在一根主軸上的離心式鼓風(fēng)機(jī)。相比羅茨鼓風(fēng)機(jī)，多級離心鼓風(fēng)機(jī)由于具有噪聲較低、運(yùn)行較平穩(wěn)、供氣均勻等優(yōu)點(diǎn)，20世紀(jì)80年代以來，在國外的污水處理廠中取代了羅茨鼓風(fēng)機(jī)，但仍然存在體積大、質(zhì)量重、流量調(diào)節(jié)性能差、效率不高、能耗大和維護(hù)不方便等缺陷。

　　C.單級齒輪增速鼓風(fēng)機(jī)

　　單級齒輪增速鼓風(fēng)機(jī)是進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著“三元流動理論”在離心式壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計上的應(yīng)用而發(fā)展起來的產(chǎn)品。單級齒輪增速鼓風(fēng)機(jī)在設(shè)計上采用了三元流動設(shè)計理論，使單級離心式鼓風(fēng)機(jī)效率大幅提高，遠(yuǎn)優(yōu)于多級離心鼓風(fēng)機(jī)，在結(jié)構(gòu)上采用了軸向進(jìn)氣導(dǎo)葉調(diào)節(jié)裝置，使得在低負(fù)荷條件下運(yùn)行也有較高的運(yùn)行效率，這是多級鼓風(fēng)機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)所沒有的優(yōu)點(diǎn)。采用組裝式整體結(jié)構(gòu)，電動機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)安裝在共用底座上，潤滑油系統(tǒng)緊湊安裝在機(jī)組底座內(nèi)，與相同流量和壓力的多級離心鼓風(fēng)機(jī)比較，節(jié)約消耗，重量大大減輕，占地面積大也大幅縮小。由于采用三元流動葉輪，比普通的二元流動葉輪直徑要小，故轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，機(jī)組啟動和停車時間短，無需高位油箱和蓄能器，鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高。

　　D.空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)

　　空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)是離心式風(fēng)機(jī)的一種，由離心葉輪與通流部件、空氣懸浮軸承、高速永磁同步電機(jī)、控制系統(tǒng)組成，使用高速永磁同步電機(jī)直驅(qū)結(jié)構(gòu)把離心葉輪及電機(jī)驅(qū)動一體化集成設(shè)計，實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸懸浮的功能。空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)采用動壓式空氣懸浮軸承，在主軸和軸承之間形成空氣膜，空氣膜產(chǎn)生向外的擴(kuò)張力達(dá)到穩(wěn)定的懸浮效果。

　　E.磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)

　　磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)是鼓風(fēng)機(jī)葉輪直接安裝在電機(jī)軸延伸端上，而轉(zhuǎn)子被懸浮于主動式磁性軸承控制器上，不需要增速箱及聯(lián)軸器，實現(xiàn)由高速電動機(jī)直接驅(qū)動。磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)采用主動式磁懸浮軸承，在可控磁場吸引力的作用下實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的懸浮。通過位置傳感器、功率放大器和控制器，實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)軸實時檢測、控制和故障診斷?？刂破髂苤鲃佑行б种妻D(zhuǎn)軸的不平衡振動。

　　二、鼓風(fēng)機(jī)行業(yè)發(fā)展概況

　　1.國內(nèi)發(fā)展情況

　　據(jù)中國通用機(jī)械協(xié)會風(fēng)機(jī)分會統(tǒng)計的會員企業(yè)上報數(shù)據(jù)顯示，2017-2020年行業(yè)產(chǎn)值年均增長率保持在30%左右，離心鼓風(fēng)機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)的產(chǎn)值年均復(fù)合增長率分別為39.05%、18.00%，產(chǎn)量年均復(fù)合增長率分別為41.20%、18.19%。離心鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)值和產(chǎn)量的增速都大于羅茨鼓風(fēng)機(jī)。2020年國內(nèi)鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)量達(dá)到90,170臺，其中羅茨鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)量79,855臺，離心鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)量10,315臺，如下表所示：（單位：萬元、臺）

　　根據(jù)中國通用機(jī)械工業(yè)協(xié)會風(fēng)機(jī)分會統(tǒng)計會員企業(yè)數(shù)據(jù)，截至2020年12月31日，協(xié)會會員單位中生產(chǎn)離心鼓風(fēng)機(jī)的企業(yè)有33家；生產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的企業(yè)有29家。

　　國內(nèi)鼓風(fēng)機(jī)行業(yè)企業(yè)主要分布在山東、江蘇、遼寧、陜西等地區(qū)，2020年，羅茨鼓風(fēng)機(jī)的產(chǎn)值集中在華東地區(qū)，華東地區(qū)占據(jù)全國羅茨鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)值86.59%的市場份額，離心鼓風(fēng)機(jī)的產(chǎn)值主要分布在西北地區(qū)與華東地區(qū)，產(chǎn)值占比分別為32.69%和38.31%。

　　目前，鼓風(fēng)機(jī)在下游市場主要集中在環(huán)保、化工、冶金、電力等領(lǐng)域，其中在環(huán)保領(lǐng)域占比最高，羅茨鼓風(fēng)機(jī)占比達(dá)到42.18%，離心鼓風(fēng)機(jī)占比達(dá)到31.99%。

　　（2）全球發(fā)展情況

　　在國外，羅茨鼓風(fēng)機(jī)由于容量小、效率低、噪聲大、供氣不均勻等問題，基本上已經(jīng)被淘汰。至20世紀(jì)90年代，國外學(xué)者創(chuàng)造性地將三元流理論在離心鼓風(fēng)機(jī)上實現(xiàn)應(yīng)用，部分生產(chǎn)廠商據(jù)此設(shè)計制造出了單級離心鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)品。相較于羅茨鼓風(fēng)機(jī)和多級低速離心鼓風(fēng)機(jī)，單級離心鼓風(fēng)機(jī)具有效率高、占地面積小、流量調(diào)節(jié)范圍寬、自動化水平高等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

　　磁懸浮概念于19世紀(jì)中葉被提出，歐洲、美國和日本等國家在20世紀(jì)60代開始大力開展磁懸浮軸承的研究工作。自20世紀(jì)90年代中期，國外開始研究高速磁懸浮電機(jī)，相繼出現(xiàn)了永磁同步型磁懸浮電機(jī)、開關(guān)磁阻型磁懸浮電機(jī)、感應(yīng)型磁懸浮電機(jī)等各種類型，主要應(yīng)用于離心壓縮機(jī)。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著制造工藝技術(shù)的進(jìn)步、控制理論與智能信息技術(shù)的發(fā)展，磁懸浮軸承技術(shù)趨于成熟，產(chǎn)品的性能也得到了優(yōu)化和提高。國外生產(chǎn)磁懸浮軸承技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品的公司已有幾十家，如瑞典斯凱孚（SKF）、美國沃喀莎（Waukesha）、瑞士伊貝格（IBAG）、瑞士蘇爾壽（SULZER）、德國路斯特（LTIMOTION）、德國賽特勒斯（ZEITLOS）、 日本精工株式會社（NSK）等公司均有磁懸浮軸承產(chǎn)品在不同領(lǐng)域得到應(yīng)用。

　　瑞士蘇爾壽（SULZER）的ABSHST 高速磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)從1996 年進(jìn)入市場，發(fā)展到現(xiàn)在已有超過3,000臺設(shè)備在世界各地運(yùn)行。瑞典阿特拉斯·科普柯（AtlasCopco）的ZBVSD+離心式磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)功率可達(dá)250kW，已經(jīng)成功應(yīng)用于食品生產(chǎn)和火力發(fā)電煙氣脫硫。國內(nèi)雖然起步較晚，發(fā)展至今也取得了一些達(dá)到國際先進(jìn)水平的研究成果，并涌現(xiàn)出了一批具有市場地位的磁懸浮軸承制造企業(yè)。

　　空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)從90年代末期開始在韓國萌芽，隨著美國航空民用化的開始，航空上的空氣葉輪就被引進(jìn)到空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)上來。韓國研究院一批專門研究空氣懸浮技術(shù)的專家團(tuán)隊，參與了紐若斯空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)的技術(shù)研發(fā)，對風(fēng)機(jī)的變頻穩(wěn)定性、整機(jī)散熱性以及工況點(diǎn)效率都進(jìn)行了提升，將空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)帶到了新的高度。隨著磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)的加入以及中國國內(nèi)大量空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)的涌入，國內(nèi)出現(xiàn)磁谷科技、海拓濱、億昇、鑫磊、金士頓、章鼓風(fēng)機(jī)等品牌。

　　總體來說，羅茨鼓風(fēng)機(jī)因為結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)門檻低，早些年廣泛應(yīng)用于諸多需要供氣的場合，但此類風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗高，導(dǎo)致運(yùn)營成本較高；之后出現(xiàn)了離心葉輪技術(shù)，但在未能解決高速驅(qū)動的情況下，鼓風(fēng)機(jī)廠商開始采用多級壓縮的方式，來提高風(fēng)機(jī)的效率，這類風(fēng)機(jī)廣泛地應(yīng)用于中等以上規(guī)模的污水處理廠；隨著高速齒輪箱技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了齒輪增速單級離心鼓風(fēng)機(jī)，進(jìn)一步提高了風(fēng)機(jī)的效率，但齒輪箱造價高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)成本高，導(dǎo)致這類風(fēng)機(jī)應(yīng)用并不普遍；此后出現(xiàn)了磁懸浮/空氣懸浮離心式鼓風(fēng)機(jī)，徹底解決了高速驅(qū)動、傳動、摩擦損耗、流體效率優(yōu)化等若干問題，實現(xiàn)了離心式鼓風(fēng)機(jī)效率的最大化；得益于高效流體部件，高速永磁同步電機(jī)以及高頻變頻器，磁懸浮/空氣懸浮離心式鼓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)范圍廣。

　　三、行業(yè)監(jiān)管和行業(yè)政策

　　1.行業(yè)監(jiān)管體制和行業(yè)主管部門

　　我國對鼓風(fēng)機(jī)制造行業(yè)采取國家宏觀調(diào)控和行業(yè)自律相結(jié)合的監(jiān)管模式。國家工業(yè)和信息化部是行業(yè)行政主管部門，主要負(fù)責(zé)制定并組織實施行業(yè)規(guī)劃、計劃和產(chǎn)業(yè)政策，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整和優(yōu)化升級；起草相關(guān)法律法規(guī)草案，制定規(guī)章，擬訂行業(yè)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)并組織實施，指導(dǎo)行業(yè)質(zhì)量管理工作；統(tǒng)計并發(fā)布相關(guān)信息；推動重大技術(shù)裝備發(fā)展和自主創(chuàng)新等工作。

　　全國風(fēng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)歸口單位，主要負(fù)責(zé)全國透平式風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)等工業(yè)風(fēng)機(jī)方面專業(yè)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化工作。

　　中國通用機(jī)械工業(yè)協(xié)會風(fēng)機(jī)分會是行業(yè)自律管理機(jī)構(gòu)，在制定行業(yè)規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策和行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)立法等方面向政府部門提出建議，開展國內(nèi)外市場調(diào)研，推動結(jié)構(gòu)調(diào)整，協(xié)調(diào)企業(yè)之間生產(chǎn)經(jīng)營、技術(shù)合作、信息共享及行業(yè)自律等工作。

　　目前，政府部門和行業(yè)協(xié)會對行業(yè)的管理僅限于宏觀管理，各企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營完全基于市場化的方式進(jìn)行，行業(yè)內(nèi)已形成較為完善的市場化的競爭機(jī)制。

　　2.行業(yè)主要法律、法規(guī)及政策

　　在國家日益重視節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展的背景下，高效節(jié)能型風(fēng)機(jī)產(chǎn)品受到國家政策的支持和鼓勵，磁懸浮離心式鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)品及技術(shù)多次被國家相關(guān)部委列為高效節(jié)能產(chǎn)品和節(jié)能低碳技術(shù)。具體而言，目前主要的法律、法規(guī)及政策如上表所示。

　　節(jié)能減排作為“十四五”期間我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標(biāo)，隨著“碳達(dá)峰”、“碳中和”時間表的提出，各行業(yè)對于產(chǎn)業(yè)升級改造，淘汰落后產(chǎn)能，提高能源利用效率，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的綠色可持續(xù)發(fā)展已提上議事日程。鼓風(fēng)機(jī)作為工業(yè)通用設(shè)備，在各行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，因此鼓風(fēng)機(jī)的能耗效率對于該行業(yè)的節(jié)能減排目標(biāo)具有重大意義。

　　新型鼓風(fēng)機(jī)作為新一代節(jié)能高效的先進(jìn)設(shè)備，在國家大力提倡節(jié)能減排，綠色發(fā)展的政策環(huán)境之下必然會有廣泛的應(yīng)用。一方面在新增的建設(shè)項目中，大量企業(yè)為了達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)將優(yōu)先采用能耗低、效率高的設(shè)備，磁浮/空浮離心式鼓風(fēng)機(jī)將在市場競爭中獲得優(yōu)勢地位；另一方面，我國原有的傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)市場在節(jié)能環(huán)保的政策壓力之下面臨著升級改造，存量設(shè)備改造市場為發(fā)行人的產(chǎn)品應(yīng)用提供了廣闊的市場空間。

　　<注：本文未完待續(xù)，更多精彩見下期——>

來源：本站原創(chuàng)