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離心與螺桿壓縮機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)探討

  【壓縮機(jī)網(wǎng)】現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)和高品質(zhì)生活都離不開壓縮空氣,空壓機(jī)作為壓縮空氣的搬運(yùn)工,對(duì)于各行各業(yè)的使用者來說都非常重要。談?wù)?a href="http://tongxingqinziyou.com" target="_blank" class="keylink">空壓機(jī)離不開三大性能參數(shù):壓力﹑流量(排氣量)、功率的表現(xiàn)。由于空壓機(jī)是耗能大戶,且其廣泛使用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域,因此空壓機(jī)的降耗增效意義非常重大,得到業(yè)內(nèi)及客戶一致認(rèn)可。筆者通過《帶您發(fā)現(xiàn)壓縮空氣節(jié)能秘密》的十個(gè)章節(jié)從設(shè)計(jì)、制造、使用和服務(wù)(售前﹑中﹑后)來闡述壓縮空氣節(jié)能秘密,希望大家有所收獲。本文為第十章,本章節(jié)主要針對(duì)離心機(jī)在Class0和非Class0壓縮空氣需求進(jìn)行分析探討;對(duì)于大流量、無油品質(zhì),離心機(jī)優(yōu)勢(shì)巨大,隨著成本降低,中小流量的市場(chǎng)會(huì)被介入。

  一、空壓機(jī)分類

  空壓機(jī)有很多分類,從結(jié)構(gòu)來說,通常我們把空壓機(jī)分成:容積式空壓機(jī)和動(dòng)力式空壓機(jī)。

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  1.容積式空壓機(jī)工作原理:空氣被吸入一個(gè)或多個(gè)壓縮腔后,腔體與進(jìn)氣口的關(guān)聯(lián)關(guān)閉。隨著壓縮腔的容積逐漸縮小,壓力增大,從而得到有一定壓力的壓縮空氣。

  容積式空壓機(jī)按其主機(jī)潤滑方式,可分為有油潤滑和無油潤滑,因此得到的壓縮空氣為有油和無油。

  市場(chǎng)上絕大部分容積式空壓機(jī)為螺桿空壓機(jī)(見圖2)。

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  2.動(dòng)力式空壓機(jī)工作原理:空氣被吸到高速旋轉(zhuǎn)的壓縮葉輪的葉片之間,加速至高速后進(jìn)入擴(kuò)壓器,氣體的動(dòng)能在擴(kuò)壓器中轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓,動(dòng)能增加,壓力升高,從而得到有一定壓力的壓縮空氣。

  動(dòng)力式空壓機(jī)主機(jī)無需潤滑油,因此得到的壓縮空氣為無油。

  市場(chǎng)上絕大部分動(dòng)力式空壓機(jī)為離心空壓機(jī)(見圖3)。

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  二、壓縮空氣含油指標(biāo)

  壓縮空氣在全世界各行各業(yè)廣泛使用,隨著社會(huì)進(jìn)步和工業(yè)發(fā)展,越來越多的用戶除了對(duì)壓縮空氣流量、壓力、功耗有要求外,還對(duì)氣體品質(zhì)(含塵、水、油)有不同的要求。

  在課程《壓縮空氣品質(zhì)與節(jié)能》講到壓縮空氣的品質(zhì)取決于:空氣中水,油,塵含量。按ISO8573-1標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定(見圖4)。

  從2010版開始,Class 0的指標(biāo)開始提出:即壓縮空氣品質(zhì)要求高于Class 1以上的指標(biāo)。通常稱為“無油”。

  由于壓縮空氣中油主要來自空壓機(jī),而空壓機(jī)由于結(jié)構(gòu)不同,其潤滑方式也不同。此時(shí),得到的壓縮空氣可以分為:Class 0和非Class 0。根據(jù)客戶對(duì)氣體品質(zhì)的要求:

  Class 0:在常規(guī)壓力下,7~10bar,無油容積式與動(dòng)力式空壓機(jī)均可達(dá)到。如高檔食品、飲料、藥品、芯片、太陽能電池、紡織等行業(yè)的需求。

  非Class 0:在常規(guī)壓力下,7~10bar,容積式與動(dòng)力式空壓機(jī)均可達(dá)到(見圖5)。

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  三、衡量壓縮空氣品質(zhì)Class 0的三個(gè)指標(biāo)

  1.塵顆粒物≤0.1μ。

  2.殘油含量≤0.01mg。

  3.壓力露點(diǎn)≤-70℃

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  四、壓縮空氣Class 0的獲取方式

  由于越來越多的行業(yè)需要無油的壓縮空氣。我們可以從以下兩種方式來獲?。?/p>

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  1.物理性無油

  對(duì)于空壓機(jī)來說,空氣在壓縮腔內(nèi)被壓縮時(shí)沒有油的參與。俗稱:先天性無油。

  從物理性無油市場(chǎng)需求份額(氣量需求)來看,干式無油螺桿式空氣空壓機(jī)和離心式空氣空壓機(jī)的需求是最大的。

  干式無油螺桿式空壓機(jī)與離心式空壓機(jī)特點(diǎn)比較:

  ①空壓機(jī)主機(jī)壓縮腔內(nèi)均無需潤滑油,壓縮空氣品質(zhì)可以達(dá)到Class0.

 ?、谥鳈C(jī)轉(zhuǎn)數(shù):

  干式無油螺桿式空壓機(jī)主機(jī)線速度為60-120m/s,一般最高轉(zhuǎn)速在10,000rpm;

  離心式空壓機(jī)主機(jī)線速度為400m/s,一般轉(zhuǎn)速在40,000rpm左右。

 ?、叟艢饬坑绊懀?/p>

  干式無油螺桿空壓機(jī)有強(qiáng)制輸氣的特點(diǎn),排氣量幾乎不受排氣壓力的影響;

  而離心式空壓機(jī)排氣量受排氣壓力影響很大。離心式空壓機(jī)是一種流體機(jī)械,其壓力升高與氣體的流動(dòng)是同時(shí)產(chǎn)生的。在高速葉輪的作用下,氣體被加速,然后強(qiáng)迫其擴(kuò)張減速,氣流的速度就轉(zhuǎn)化為壓力。和容積式空壓機(jī)相比,動(dòng)力式空壓機(jī)有一個(gè)特點(diǎn):哪怕是工作壓力有很小的變化,都會(huì)引起很大的流量變化(見圖8)。

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  干式無油螺桿可以看出離心式壓縮機(jī)的流量曲線與容積式壓縮機(jī)的流量曲線絕然不同。離心式壓縮機(jī)是恒壓變流量,容積式壓縮機(jī)則是變壓恒流量。所以容積式壓縮機(jī)即使在低速下,仍可以得到高壓比,而離心式壓縮機(jī)必須依賴高速運(yùn)轉(zhuǎn)且需要固定轉(zhuǎn)速。另外,離心式壓縮機(jī)每一種速度都有流量的上限和下限,下限意味著壓縮機(jī)的背壓大于其內(nèi)壓時(shí),壓縮機(jī)內(nèi)會(huì)出現(xiàn)反流。反流引起喘振,噪音和機(jī)械損壞的危險(xiǎn)。

  ④比功率:

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  干式無油螺桿空壓機(jī)一般2級(jí)壓縮,機(jī)組比功率好;離心式空壓機(jī)一般2~3級(jí)壓縮,流量越大機(jī)組比功率越好。

  從SER的角度來分析,80m3/min是螺桿機(jī)和離心機(jī)的黃金分隔線。由于越小排氣量,螺桿機(jī)的成本優(yōu)勢(shì)越明顯。因此離心機(jī)的市場(chǎng)應(yīng)該在大流量,壓力平穩(wěn),持續(xù)用氣的場(chǎng)合較有優(yōu)勢(shì)。

  由于需要較高的技術(shù)要求和制造難度,無論是干式無油螺桿空壓機(jī)還是離心式空壓機(jī),其采購價(jià)格和維護(hù)成本都是不菲的。

  2.技術(shù)性無油

  對(duì)于空壓機(jī)來說,空氣在壓縮腔內(nèi)被壓縮時(shí)有潤滑油的參與,但是可以在壓縮空氣系統(tǒng)中通過過濾或化學(xué)的方式去除油。

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  既然是選擇了技術(shù)性無油,說明客戶對(duì)壓縮空氣含油量有不同的要求:

 ?、賶嚎s空氣含油量需求按ISO7183-1的0.01μ以下就行;

 ?、贑lass0級(jí)就是高于Class1級(jí),具體參數(shù)由供需雙方商定;

  ③要求含油量等級(jí)越高,設(shè)備購買及使用成本越高;

 ?、茉瓌t上選擇Class0級(jí)的“技術(shù)性無油”并非真正地?zé)o油。

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  技術(shù)性無油的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估:

 ?、偃绻麌娪吐輻U空壓機(jī)油分離系統(tǒng)出問題的話,怎么辦?

 ?、谌绻艿莱拖到y(tǒng)飽和或失效了,怎么辦?

  ③如果壓縮空氣溫度變化,怎么辦?(見圖12)

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  五、離心式空壓機(jī)的市場(chǎng)分析

  1 物理性無油壓縮空氣市場(chǎng)需求

 ?、俑咂焚|(zhì),高產(chǎn)量,高回報(bào)是物理性無油壓縮空氣市場(chǎng)的需求。

 ?、陔x心式空壓機(jī)的市場(chǎng)應(yīng)該在大流量,壓力平穩(wěn),持續(xù)用氣的場(chǎng)合較有優(yōu)勢(shì)。主要搶占80m3/min以上(壓力<1.0MPa)無油空壓機(jī)市場(chǎng);

 ?、垭S者市場(chǎng)對(duì)Class 0需求的增加,螺桿機(jī)將優(yōu)先滿足中小流量需求。

  ④雖然IHI壽力已將離心空壓機(jī)最小做到了其他品牌難以企及的65kW。而采用三級(jí)壓縮型式,讓空壓機(jī)效率大大提升。但是量產(chǎn)后的成本是否能可以期待?畢竟價(jià)格是阻礙小型離心空壓機(jī)市場(chǎng)推廣最大的障礙。

 ?、菰谖锢硇詿o油機(jī)市場(chǎng),離心式空壓機(jī)機(jī)只能與干式無油螺桿空壓機(jī)爭食。

 ?、逕o油空壓機(jī)的銷售渠道已經(jīng)成熟,客戶群體也穩(wěn)定,市場(chǎng)應(yīng)該不存在死角,只有大品牌之間博弈了,小型離心空壓機(jī)的出現(xiàn),會(huì)讓原有的無油空壓機(jī)市場(chǎng)用戶受益。

  ⑦80m3/min以下還是干式無油螺桿空壓機(jī)的市場(chǎng),120m3/min是離心空壓機(jī)的天下。

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  2 技術(shù)性無油壓縮空氣市場(chǎng)需求

  由于采用“物理性無油技術(shù)”采購或使用空壓機(jī)的成本較高,對(duì)于一些用氣量較小、行業(yè)對(duì)壓縮空氣風(fēng)險(xiǎn)要求不高或者是行業(yè)平均利潤率不高的情況下,為了追求Class 0的氣源時(shí),可以采用噴油空壓機(jī)+管道氣體除油技術(shù)=技術(shù)性無油。

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  在技術(shù)性無油壓縮空氣市場(chǎng)中,離心空壓機(jī)應(yīng)該在大流量,壓力平穩(wěn),持續(xù)用氣的場(chǎng)合較有優(yōu)勢(shì)。主要搶占總用氣量>120m3/min以上噴油螺桿空壓機(jī)的市場(chǎng)。

  3 非Class 0壓縮空氣市場(chǎng)需求

  容積式和動(dòng)力式空壓機(jī)均可參與,在這個(gè)市場(chǎng)來說,氣體品質(zhì)指標(biāo)要求排在流量、壓力、耗功指標(biāo)之后了。

  ①性價(jià)比的要求:

  對(duì)于許多企業(yè),使用壓縮空氣的質(zhì)量不同,如果對(duì)含油量要求不高的客戶去為離心空壓機(jī)的“無油功能”買單是不劃算的:

  噴油螺桿2500元/m3;

  離心機(jī)8000~20000元/m3。

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  ②節(jié)能的要求:

  120m3/min是螺桿空壓機(jī)和離心空壓機(jī)的比功率值的黃金分隔線。由于越小排氣量,螺桿機(jī)的采購和使用成本優(yōu)勢(shì)越明顯。因此離心機(jī)的市場(chǎng)應(yīng)該在大流量,壓力平穩(wěn),持續(xù)用氣的場(chǎng)合較有優(yōu)勢(shì)。

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 ?、圬?fù)載變化的要求:

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  從圖17可以看出離心空壓機(jī)的流量曲線與螺桿空壓機(jī)的流量曲線絕然不同。離心空壓機(jī)是恒壓變流量,而螺桿空壓機(jī)則是變壓恒流量。因此,在變負(fù)載要求高的使用領(lǐng)域,螺桿空壓機(jī)要優(yōu)于離心空壓機(jī)。

  綜合評(píng)估:

 ?、賹?duì)于氣體品質(zhì)要求不高(非Class0)的客戶,負(fù)載用氣變化大(一般工廠),建議使用噴油螺桿空壓機(jī)+凈化設(shè)備;

 ?、趯?duì)于氣體品質(zhì)要求不高(非Class0)的客戶,負(fù)載平穩(wěn)且用氣大(如鋼廠制氮用氣),建議使用離心空壓機(jī)+凈化設(shè)備;

 ?、蹖?duì)于氣體品質(zhì)要求高(Class0)的客戶,負(fù)載用氣變化大且行業(yè)利潤率不高(制糖),建議使用噴油螺桿空壓機(jī)+管道氣體除油技術(shù)+凈化設(shè)備;

 ?、軐?duì)于氣體品質(zhì)要求高(Class0)的客戶,負(fù)載用氣變化大或中小流量且行業(yè)利潤率高(高端礦泉水,煙草),建議使用干式無油螺桿空壓機(jī)+凈化設(shè)備;

  ⑤對(duì)于氣體品質(zhì)要求高(Class0)的客戶,負(fù)載用氣變化平穩(wěn)、大流量且行業(yè)利潤率高(高端紡織),建議使用離心空壓機(jī)+凈化設(shè)備。

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  六、案例分析:

  (一) 某國內(nèi)著名的太陽能電池生產(chǎn)企業(yè)最初使用噴油螺桿空壓機(jī),其產(chǎn)品硅晶片表面含有少量油,出口德國被退貨處理。后來該企業(yè)把噴油螺桿空壓機(jī)全部改為無油螺桿空壓機(jī):

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  (二) 浙江某加彈廠用離心機(jī)227kW替換2臺(tái)132和90kW噴油螺桿。使用一年后該企業(yè)每年節(jié)省電費(fèi)約58.2萬元。

  (三)小型離心機(jī)與干式無油螺桿空壓機(jī)在國際市場(chǎng)已經(jīng)競爭了二十年,依然沒有突破其分割線。

  ①離心機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高,5萬-6萬轉(zhuǎn)/分鐘,啟動(dòng)時(shí)跨過臨界轉(zhuǎn)速,大型離心機(jī)一般低于臨界轉(zhuǎn)速;

 ?、谌~輪尺寸小,加工精度高,對(duì)動(dòng)平衡要求苛刻,不停機(jī)運(yùn)行尚可。如果葉輪上附著有灰塵等,停機(jī)后起動(dòng)極易震動(dòng)大,經(jīng)常無法開機(jī)成功;

 ?、?a href="http://tongxingqinziyou.com" target="_blank" class="keylink">軸承易損壞,軸承直徑小,允許的震動(dòng)值更小,但是轉(zhuǎn)子運(yùn)行時(shí)震動(dòng)并不會(huì)相應(yīng)減小,軸承壽命短;

 ?、苣芎母撸话銇碚f560KW為離心機(jī)和螺桿機(jī)的能耗優(yōu)勢(shì)分界點(diǎn),<500KW時(shí)無油螺桿更節(jié)能;

  ⑤對(duì)環(huán)境要求高,如果冷卻效果差,排氣溫度過高,長期高溫報(bào)警狀態(tài),機(jī)器非常不安全。

  本章節(jié)主要針對(duì)離心機(jī)在Class 0和非Class 0壓縮空氣需求進(jìn)行分析探討;對(duì)于市場(chǎng)上應(yīng)用占比較高的螺桿空壓機(jī)和離心空壓機(jī)討論,離心空壓機(jī)在無油、壓力平穩(wěn)、大流量、節(jié)能等方面應(yīng)用優(yōu)勢(shì)巨大。但隨著技術(shù)進(jìn)步和工藝成熟,離心空壓機(jī)的成本會(huì)逐步降低,中小流量的市場(chǎng)有可能被其介入!

  作者簡介

  梁柳生,1968年,男,廣西柳州,大學(xué)本科。

  ①高級(jí)工程師,1990開始從事空壓機(jī)行業(yè)工作。有在國企、合資及外企工作經(jīng)歷,其中22年在AC集團(tuán)工作。先后從事過空壓機(jī)及后處理設(shè)備的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品工藝、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤服務(wù)等及全國銷售總監(jiān)并有在歐洲學(xué)習(xí)和工作的經(jīng)歷。2017年創(chuàng)辦上善氣體工作室,專業(yè)從事壓縮空氣系統(tǒng)研究,精益生產(chǎn)管理及銷售的培訓(xùn)工作

 ?、趪覙?biāo)準(zhǔn)JBT10526-2005《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》第一起草人

 ?、廴珖鴫嚎s機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員


來源:本站原創(chuàng)

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