【壓縮機網(wǎng)】一、概述
在國民經(jīng)濟的構成中，空氣動(dòng)力設備相當普及。人們根據需求，通過(guò)機械或設備使空氣達到一定的速度或壓力，去為人們服務(wù)，那么這些機械設備就是空氣動(dòng)力設備。家里的電風(fēng)扇可能是z*簡(jiǎn)單的空氣動(dòng)力設備，而z*復雜的空氣動(dòng)力設備也可能就是飛機的發(fā)動(dòng)機和火箭了。
空氣看不到摸不著(zhù)，但其z*大的特點(diǎn)是可流動(dòng)、可壓縮，人們就是利用這些特點(diǎn)去為人類(lèi)服務(wù)，將空氣施加能量，將其壓縮，把空氣體積壓縮得越小，壓縮比就越大，其能量也就越大。
對空氣做功，空氣將產(chǎn)生壓力，其范圍非常廣，除了我們通常見(jiàn)到的風(fēng)扇、風(fēng)機外，隨著(zhù)壓力的升高，較為常見(jiàn)的就是壓縮機了。一般z*常用的是每平方厘米有多少公斤，如汽車(chē)輪胎氣壓一般是小車(chē)2-3kg/cm2，載重汽車(chē)6-8kg/cm2，家用電風(fēng)扇一般是100帕左右，也就是1g/cm2，工業(yè)風(fēng)機壓力較大，從500Pa至5000Pa左右，也就是5g-50g/cm2。如果壓力需求從100g/ cm2-1000g/cm2（1kg），則要用羅茨風(fēng)機和多級風(fēng)機相串聯(lián)，1kg以上便要用到空氣壓縮機。
羅茨風(fēng)機出口壓力一般在0.1-0.7kg/cm2，靠一對轉子的嚙合改變容積而產(chǎn)生壓力，優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單，運轉較平穩，葉片不需油潤滑。缺點(diǎn)是噪聲大，維護費用高，造價(jià)高。
多級風(fēng)機出口壓力可達0.5kg/cm2以上，提高轉速可達更高壓力，目前國內需求壓力1kg/cm2左右的市場(chǎng)，多數企業(yè)通過(guò)增加葉輪級數（有部分廠(chǎng)串聯(lián)超過(guò)10級）和提高轉速以達到高壓力（有的型號要增速至幾千甚至上萬(wàn)轉/分）才能達到要求。
空氣壓縮機一般排氣壓力在1kg/cm2以上，目前國內市場(chǎng)空氣壓縮機主要是活塞式、螺桿式、離心式空壓機，活塞式空氣壓縮機是靠活塞的往復運動(dòng)而改變缸體容積來(lái)實(shí)現空氣被壓縮的，其技術(shù)較成熟，缺點(diǎn)是故障率高，維護費用高。螺桿式空壓機是靠一對相反方向轉動(dòng)的陰陽(yáng)螺桿嚙合改變容積而使空氣被壓縮的。其優(yōu)點(diǎn)是故障率低，維護費用較少，但造價(jià)較高，目前已逐步取代活塞式空氣壓縮機。離心式空氣壓縮機因其不用油運行，輸出壓縮空氣不含油，故障率甚低而受歡迎，但其造價(jià)高（同等指標約為螺桿式空壓機的二倍價(jià)格左右），目前我國幾乎被外國品牌所壟斷。
高品質(zhì)的離心式空氣壓縮機和軸流式壓縮機，以其具有大排量、節省了龐大的油分離設備、輸出高壓氣體100%無(wú)油、氣流無(wú)脈動(dòng)、重量體積小、運行可靠、經(jīng)久耐用、運行費用低、效率高而受青睞。目前國內市場(chǎng)已乎被國外品牌所壟斷，隨著(zhù)市場(chǎng)的需求越來(lái)越大，國外一些廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)始在國內設立工廠(chǎng)，如阿特拉斯·科普柯、英格索蘭、壽力等品牌已分別在廣西、上海、蘇州等地設立分廠(chǎng)。
故，廣東省惠州市華力風(fēng)機制造有限公司開(kāi)發(fā)了一種新型軸流式壓縮機技術(shù)，現與行內人士進(jìn)行技術(shù)探討交流。
二、本技術(shù)在風(fēng)機行業(yè)的應用
風(fēng)機行業(yè)是一個(gè)很大的行業(yè)，幾乎所有工業(yè)都離不開(kāi)風(fēng)機，并都是高壓風(fēng)機占主流。據行業(yè)有關(guān)資料統計，風(fēng)機行業(yè)國內每年產(chǎn)值約500億元左右，其中羅茨風(fēng)機和多級離心風(fēng)機（壓力在0.1-1kg范圍）約100億元左右，真可謂市場(chǎng)龐大。目前國內比較大的企業(yè)有沈陽(yáng)鼓風(fēng)機集團和陜西鼓風(fēng)機集團，這兩個(gè)集團堪稱(chēng)國內之z*，年產(chǎn)值均超50億元。
目前風(fēng)機主要是離心式和軸流式，除此之外，還難以找到更成熟的技術(shù)。
本技術(shù)綜合離心與軸流的技術(shù)特點(diǎn)，使之更合理、更完美地結合。本技術(shù)應用于風(fēng)機制造業(yè)將具有：
1、容易取代羅茨風(fēng)機。造價(jià)比羅茨風(fēng)機低，各項性能均比羅茨風(fēng)機高，故障率甚低，很容易伺候，有較高的性?xún)r(jià)比。
2、因本技術(shù)有特別大的壓強功效，應用于普通風(fēng)機，同等的質(zhì)量指標，可將轉速降低，或縮小葉輪直徑。如目前市場(chǎng)上的多級串聯(lián)風(fēng)機，要達到1kg壓力以上，一般要10級葉輪相串聯(lián)，并要高速（2980轉/分），才能達到指標，但本技術(shù)有2級便可達到。
3、本技術(shù)主軸軸承采用特殊滑動(dòng)軸承結構，利用主軸旋轉帶動(dòng)產(chǎn)生高壓油壓，使之主軸長(cháng)期懸浮于軸瓦面上運行，完全避免了機械性的接觸和摩擦，即使在過(guò)載、振動(dòng)等極端環(huán)境下，也能正常工作，提高了其擴疲勞強度，也提高了運行的可靠性，又減少了噪音。
4、本技術(shù)另一特點(diǎn)是軸承設計在密閉的空間油浸密封，不需配置任何密封件或密封材料，更避免了通常一般機械的軸承由于密封漏油、缺油燒傷軸承、摩損等現象。本結構特點(diǎn)不受外界的任何因素影響，運行穩定、無(wú)噪音，只要主軸轉動(dòng)，軸承便能正常運行，其軸承故障率甚低。級間利用壓差原理，取消了級間密封，不存在回風(fēng)，級間泄漏甚微。因此，將會(huì )帶來(lái)高效率、低制造成本、低故障率的有益效果。
在風(fēng)機行業(yè)，本技術(shù)得到應用，可將成本降低20%-50%，效率將得到提高，低碳節能，性能優(yōu)越，故障率低，有相當高的性?xún)r(jià)比。
三、本技術(shù)在空氣壓縮機行業(yè)的應用
空氣壓縮機簡(jiǎn)稱(chēng)空壓機，是指用來(lái)壓縮空氣借以提高氣體壓力的機械。主要用于鋼鐵、電力、冶金、造船、紡織、電子、化工、石油天然氣、礦山、輕工業(yè)、機械制造、造紙印刷、交通設施、食品醫藥、鑄造噴涂、海運碼頭、軍工科技、汽車(chē)工業(yè)、航空航天及基礎設施等領(lǐng)域，為各種行業(yè)不同的工具、運輸設備、提拉設備和抓舉設備等提供空氣動(dòng)力。
中國的空氣壓縮機起步于20世紀50年代末期，是在新中國成立（1949年）以后建立和發(fā)展起來(lái)的。大致經(jīng)歷了z*初的消化吸收前蘇聯(lián)產(chǎn)品，到20世紀六、七十年代的自主開(kāi)發(fā)，20世紀八、九十年代大規模引進(jìn)國際先進(jìn)技術(shù)后，行業(yè)獲得了較大發(fā)展的三個(gè)歷史階段，目前已進(jìn)入穩定發(fā)展階段。
據行業(yè)數據報表統計，2006年全國壓縮機行業(yè)總產(chǎn)值為216億元，2009年為282億元，有關(guān)行業(yè)專(zhuān)家預測到2020年我國空氣壓縮機全行業(yè)產(chǎn)值將達到360-400億元人民幣。目前國內做得比較大的企業(yè)是沈陽(yáng)鼓風(fēng)機集團和陜西鼓風(fēng)機集團，兩集團年產(chǎn)值均超過(guò)50億元，兩集團均生產(chǎn)離心式空氣壓縮機。
社會(huì )的進(jìn)步離不開(kāi)技術(shù)的創(chuàng )新。20世紀60年代以前，我國的空壓機市場(chǎng)品種結構單一，基本全部為活塞式壓縮機（容積式）。隨著(zhù)技術(shù)和社會(huì )的進(jìn)步，從70年代開(kāi)始，引進(jìn)消化進(jìn)口單螺桿、雙螺桿空氣壓縮機。因為螺桿機其技術(shù)指標遠勝于活塞機，其主要表現為配件更換周期長(cháng)，相對故障率較低，故而其市場(chǎng)所占比例份額直線(xiàn)上升。目前我國螺桿機市場(chǎng)份額已經(jīng)達到約占整個(gè)空壓機市場(chǎng)的40-50％，而美國、西歐等發(fā)達國家螺桿式空壓機市場(chǎng)份額已達50％以上，并逐步淘汰活塞式空氣壓縮機。但是，螺桿式空壓機也存在不足，大多需要用油潤滑運行，因此帶來(lái)了運行費用高、排氣含油等問(wèn)題。隨著(zhù)國家和社會(huì )對環(huán)保、安全的重視，目前市場(chǎng)上無(wú)需油運行、排氣不含油的高品質(zhì)壓縮機越來(lái)越受到市場(chǎng)的歡迎。
四、現有技術(shù)與產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)
目前，市場(chǎng)上謂之高品質(zhì)的壓縮機主要為：
1、離心壓縮機
離心式壓縮機目前主要是阿特拉斯·科普柯、英格索蘭、壽力等品牌進(jìn)口機，由于其排氣干凈不含油、運轉周期長(cháng)，運行故障率低，易損件少，技術(shù)比較成熟，也比較好管理，因而已被市場(chǎng)所接受。
缺點(diǎn)是由于離心機是速度型，需要高的線(xiàn)速度才能獲得一定的壓力輸出，因而一般葉片要求的線(xiàn)速度都在400m/s以上（目前的進(jìn)口機，比較典型的是前二級400-450m/s，后一級350-400m/s），由此帶來(lái)了一系列的問(wèn)題，特別是高速齒輪、密封、軸承等等。葉輪轉速高達每分鐘2萬(wàn)多轉（大齒輪由原動(dòng)機帶動(dòng)，一般轉速為二級電機2980轉/分，大小齒輪直徑比一般是7-8倍，通過(guò)增速，小齒輪達到2萬(wàn)轉以上高速來(lái)驅動(dòng)葉輪），因此，這么高的轉速，對制造材質(zhì)的各種指標要求十分之苛刻，包括材質(zhì)的成分、材料的調質(zhì)處理、制造工藝等等，技術(shù)上要求甚高。目前國內幾家離心式壓縮機生產(chǎn)廠(chǎng)家所生產(chǎn)的機器，還有待實(shí)踐的檢驗，相信能用，但估計故障率也不容忽視。
就高轉速而言，將帶來(lái)了制造成本相當高昂、運行故障率肯定高、維護費用會(huì )比較大，整體造價(jià)甚高。另一方面，在結構上由于大小齒的嚙合，除了帶來(lái)了高的噪聲外，每處的嚙合約降低2%的效率。彎道多，管路損失也較大，因此，相比于軸流式結構，其效率約低于軸流式5-10%，這一點(diǎn)已得到業(yè)內人士的共識。
對葉輪的結構，目前基本上選擇的是三元流結構葉片，實(shí)際上三元流結構的葉片，其葉片的背風(fēng)面的回風(fēng)和產(chǎn)生的渦流很大，影響效率，到目前為止，還沒(méi)有更好的技術(shù)去克服。作為三元流葉輪，盡管轉速如此之高，但作用于葉輪外圓的葉片比例并不大，并且越靠近圓心，葉片做功效果越差。
2、軸流壓縮機
軸流壓縮機技術(shù)是比較成熟的，葉片的線(xiàn)速度遠沒(méi)有離心機高，一般選擇在170-220m/s之間，就轉速而言，其優(yōu)勢就比離心機強很多。軸流式結構，由于氣流在機體內是沿葉輪外圓作軸向直線(xiàn)流動(dòng)，氣流不存在由于彎頭、管路等的風(fēng)阻損失，沒(méi)有增速的嚙合損失，故其效率一般比離心機要高5-10%。另外，軸流機的故障率甚低，比離心機少很多，沒(méi)有易損件，維護也比離心機方便，相當好管理。軸流機的w*不足就是無(wú)法做到小型流量。即使國內外所有先進(jìn)技術(shù)，制造小流量的機器（1000立方/分以下），其難度也是很大。
目前為止，z*小容量的軸流機是AV40-11（轉子輪轂直徑為400mm，11級葉片），其流量也有1500m3/min之多，但其轉速則需通過(guò)齒輪增速至8000多轉，否則線(xiàn)速度達不到要求。但由于增速，一系列問(wèn)題又來(lái)了；其二是排氣溫度高，排氣壓力達到5kg/cm2時(shí)，排氣溫度將超過(guò)200℃，這對材質(zhì)的耐高溫要求很苛刻。因此，對軸流機而言：目前為止，國內、國外還沒(méi)有發(fā)現有軸流式結構的技術(shù)用于制造小型流量（每分鐘1000m3以下）的空氣壓縮機，包括眾多進(jìn)口品牌。
五、一種新型軸流壓縮機技術(shù)
排氣量：100～1000m3/min
排氣壓力：0.1～0.6MPa/m2
噪聲：＜90dB(A)
這種新型軸流壓縮機，機體兩端分別設置有進(jìn)風(fēng)口以及出風(fēng)口，在機體中心設置有轉軸，轉軸上固定有轉輪，在轉輪圓周面固定有當轉輪旋轉時(shí)形成軸向氣流的葉片，所述的葉片為環(huán)繞于轉輪圓周面上的前后兩組，在兩前后葉片之間的機體內壁設置有與葉片方向相反的導流板。
與現有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：設備結構設計簡(jiǎn)潔，材料要求不苛刻，造價(jià)低，可根據需要串聯(lián)多級壓縮單元，產(chǎn)生不同壓力需要的氣體，可滿(mǎn)足各種場(chǎng)合的需要，使用靈活，運行及維護費用低，故障率低，輸出的壓縮空氣不含油，100%干凈。
本項目技術(shù)克服了離心式壓縮機的高速弊端，也克服了軸流壓縮機不能生產(chǎn)小排量的難點(diǎn)，并能達到：
1、有優(yōu)異的性能。本機為多級葉輪相串聯(lián)的軸流式壓縮機，每級的壓力由安裝在葉輪的正付葉片結構和葉輪的直徑所決定，而排氣壓力取決于安裝葉輪的級數，可根據需求靈活決定安裝級數，以達到不同的壓力需求。改變葉片氣流通過(guò)的截面尺寸，便可改變排氣流量。因此，其壓力與流量的調整十分靈活。
2、造價(jià)低。本機結構為二極電機直聯(lián)，省去了齒輪增速裝置，z*關(guān)鍵的無(wú)非就是主軸兩端軸承了（包括滾動(dòng)軸承和制造高壓力時(shí)需采用滑動(dòng)軸承），其它材料均為市售普通材料，材質(zhì)無(wú)需特殊要求，要求加工精度也不會(huì )很高。
3、運行故障率低。本機的結構是在一根主軸上串聯(lián)多級葉輪，葉輪與機體，不存在接觸及摩擦，易產(chǎn)生故障的只有主軸兩端的軸承，除此之外，再無(wú)其它易損件。因此，本機結構簡(jiǎn)單，很好伺候，如果選擇高品質(zhì)的軸承，并對其設置良好的冷卻，降低軸承故障率，本機的運行，故障率甚微，甚至容易實(shí)現零故障運行。
4、效率高。本機實(shí)際是一臺軸流風(fēng)機，根據軸流機的葉柵理論研究，與離心式壓縮機實(shí)行效率實(shí)測，一般情況下，軸流機比離心機可提高效率5%-10%。
5、排氣溫度低、噪音低。本機如果沒(méi)有冷卻系統，排氣壓力達到5kg時(shí)，排氣溫度將達到200℃左右；8kg時(shí)，排氣溫度將達到250℃左右。因此，本機每一級之間都設置冷卻，其冷卻面積與同等排氣量的離心壓縮機相比，本機的冷卻換熱面積是離心機的2倍左右，可以預計其排氣溫度是不會(huì )很高。其冷卻排管除了冷卻以外，噪音也會(huì )較為理想。
本機僅軸承需用油浸，量極少，其它無(wú)需油運行，更不需配置油路系統，給運行降低了成本，排氣100%干凈不含油。
具有較強的市場(chǎng)競爭力，與螺桿式空壓機相競爭：無(wú)需油運行，運轉周期長(cháng)，易損件己乎為零，維護及運行成本低，實(shí)質(zhì)就是一臺風(fēng)機，很容易伺候和管理，排氣溫度低，減輕了后續冷干和油氣分離工藝，噪音低。對排氣量在100立方以上機器，單位立方造價(jià)要比螺桿機低，而且排氣量越大，本機的單位立方造價(jià)成本就越低，本技術(shù)比較適宜制造排氣量在100-1000立方/分的無(wú)油運行的高端軸流式空氣壓縮機產(chǎn)品，并且本項目后序的發(fā)展可持續性強。
具有以下特點(diǎn)：
?。?）高效
本項目技術(shù)核心是采用主機與電機直聯(lián)方式和多級葉片相串聯(lián)的軸流式結構，葉片級間設置冷卻，從而降低排氣溫度（≤150℃）。因采用直聯(lián)結構，除省去增速配置外，既減少了嚙合損失，又提高了效率，也減少了噪音。本技術(shù)采用軸流式結構，由于氣流沿主軸方向流動(dòng)，從而克服了離心式結構氣流徑向流動(dòng)損失及彎道流動(dòng)損失大的不足，其z*終結果，也是提高了效率。本結構級間設置冷卻，使排氣溫度驟然降低，既降低了材質(zhì)對溫度的苛刻要求，又給選材帶來(lái)有利的因素，更令人欣慰的是提高了效率（根據實(shí)踐運行經(jīng)驗，排氣溫度每降低10℃，效率可提高2%）。
綜上，z*終總效率可比現有進(jìn)口品牌的離心式空氣壓縮機提高效率6～10%。
?。?）高可靠性
本技術(shù)除效率高的一大特點(diǎn)外，高可靠性及低故障率又是本技術(shù)產(chǎn)品的一大亮點(diǎn)。眾所周知，離心式壓縮機設備可靠性不高，主要是由于轉速過(guò)高、結構的不合理、軸承、密封等方面的原因而引起故障。
本機采用直聯(lián)結構，轉速為3000轉/分，而目前典型的離心式空氣壓縮機的轉速，一般是通過(guò)增速器而使轉速達到2萬(wàn)多轉/分，甚至更高。離心式空氣壓縮機的結構，配置了增速器，除了增加制造成本外，也增加了噪音，更主要的是，軸承、密封等由于高轉速的因素而增加了故障產(chǎn)生的概率，從而使故障率大大增加。本產(chǎn)品因直聯(lián)結構，無(wú)需增速，從而徹底地消除了由此帶來(lái)的故障概率，提高了設備運行的可靠性。
本產(chǎn)品主軸軸承采用特殊滑動(dòng)軸承結構，利用主軸旋轉帶動(dòng)產(chǎn)生高壓油壓，使之主軸長(cháng)期懸浮于軸瓦面上運行，避免了機械性的接觸和磨擦。為保障本機在過(guò)載、振動(dòng)等極端環(huán)境下能正常工作，提高其擴疲勞強度，本機設計高于幾倍以上主軸負荷的承載能力。軸承設計在密閉的空間油浸密封，不需配置任何密封件或密封材料，更避免了通常一般機械的軸承密封漏油、缺油燒傷軸承、軸承磨損等現象，不受外界的任何因素影響，本結構特點(diǎn)是運行穩定、噪音低，只要主軸轉動(dòng)，軸承便能正常運行，其軸承故障率幾乎是零。
本產(chǎn)品為葉片相串聯(lián)軸流式結構，級間的回風(fēng)，采用壓差式結構，改變通常所見(jiàn)的采用密封結構，既減少了密封磨擦帶來(lái)的損失，又避免了由于密封磨損失效而產(chǎn)生回風(fēng)，降低了效率，而更主要的是去掉了密封結構后，保持著(zhù)高效率而不必再擔心因密封磨損等原因而帶來(lái)的故障產(chǎn)生概率，提高了運行的可靠性。
綜上，本產(chǎn)品由于不使用密封裝置、具有結構簡(jiǎn)單、抗疲勞能力強、噪音低、排氣100%不含油、無(wú)易損消耗件、運行成本低、易伺候、效率高、故障率甚低（幾乎為零）的優(yōu)異性能。
?。?）適用范圍
本項目所存在不足的是，由于本機的壓力由葉輪的結構和直徑所決定，而排氣量則由葉片的風(fēng)道截面積所決定，所以，要保證壓力的輸出，葉輪直徑不能減少。若要減少排氣量，只有減少葉片的流道面積，但其結構基本不變，因此，當減少排氣量輸出，整機基本上結構不變，只是電動(dòng)機功率減小而已。因而，制造小排量壓縮機，成本降低不大，排氣量越小，其單位立方造價(jià)就越高，特別是50立方/分以下，在市場(chǎng)上沒(méi)有競爭力。
六、成本估算與發(fā)展前景
1、成本估算
本設計300m3/min，4.5kg/cm2低壓力機生產(chǎn)成本估算：
從成本估算可知，300立方排氣壓力為4.5kg機型的生產(chǎn)成本造價(jià)約84萬(wàn)元，單位立方造價(jià)約為每立方2800元，制造成本低廉。由于項目工藝條件決定，容量越大，本產(chǎn)品單位立方造價(jià)就越低，其性?xún)r(jià)比也將越顯突出。
2、發(fā)展前景
本技術(shù)的工作原理是風(fēng)的接力跑，風(fēng)機主軸根據風(fēng)壓的需求來(lái)確定風(fēng)葉的級數。結構簡(jiǎn)單、制造材料要求不苛刻、市場(chǎng)上普通材料即可滿(mǎn)足要求、造價(jià)更低廉，具有更優(yōu)越的應用效果。輸出壓縮空氣100%干凈不含油（無(wú)需配置后序油氣分離設備）、運行費用低、故障率甚低、可靠性高、效率比離心式空氣壓縮機約高出5-10%、性?xún)r(jià)比高。這是本技術(shù)的核心根本，也是本技術(shù)在以后的市場(chǎng)競爭中，能生存、發(fā)展、壯大、做強的堅石基礎。
【壓縮機網(wǎng)】一、概述
在國民經(jīng)濟的構成中，空氣動(dòng)力設備相當普及。人們根據需求，通過(guò)機械或設備使空氣達到一定的速度或壓力，去為人們服務(wù)，那么這些機械設備就是空氣動(dòng)力設備。家里的電風(fēng)扇可能是z*簡(jiǎn)單的空氣動(dòng)力設備，而z*復雜的空氣動(dòng)力設備也可能就是飛機的發(fā)動(dòng)機和火箭了。
空氣看不到摸不著(zhù)，但其z*大的特點(diǎn)是可流動(dòng)、可壓縮，人們就是利用這些特點(diǎn)去為人類(lèi)服務(wù)，將空氣施加能量，將其壓縮，把空氣體積壓縮得越小，壓縮比就越大，其能量也就越大。
對空氣做功，空氣將產(chǎn)生壓力，其范圍非常廣，除了我們通常見(jiàn)到的風(fēng)扇、風(fēng)機外，隨著(zhù)壓力的升高，較為常見(jiàn)的就是壓縮機了。一般z*常用的是每平方厘米有多少公斤，如汽車(chē)輪胎氣壓一般是小車(chē)2-3kg/cm2，載重汽車(chē)6-8kg/cm2，家用電風(fēng)扇一般是100帕左右，也就是1g/cm2，工業(yè)風(fēng)機壓力較大，從500Pa至5000Pa左右，也就是5g-50g/cm2。如果壓力需求從100g/ cm2-1000g/cm2（1kg），則要用羅茨風(fēng)機和多級風(fēng)機相串聯(lián)，1kg以上便要用到空氣壓縮機。
羅茨風(fēng)機出口壓力一般在0.1-0.7kg/cm2，靠一對轉子的嚙合改變容積而產(chǎn)生壓力，優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單，運轉較平穩，葉片不需油潤滑。缺點(diǎn)是噪聲大，維護費用高，造價(jià)高。
多級風(fēng)機出口壓力可達0.5kg/cm2以上，提高轉速可達更高壓力，目前國內需求壓力1kg/cm2左右的市場(chǎng)，多數企業(yè)通過(guò)增加葉輪級數（有部分廠(chǎng)串聯(lián)超過(guò)10級）和提高轉速以達到高壓力（有的型號要增速至幾千甚至上萬(wàn)轉/分）才能達到要求。
空氣壓縮機一般排氣壓力在1kg/cm2以上，目前國內市場(chǎng)空氣壓縮機主要是活塞式、螺桿式、離心式空壓機，活塞式空氣壓縮機是靠活塞的往復運動(dòng)而改變缸體容積來(lái)實(shí)現空氣被壓縮的，其技術(shù)較成熟，缺點(diǎn)是故障率高，維護費用高。螺桿式空壓機是靠一對相反方向轉動(dòng)的陰陽(yáng)螺桿嚙合改變容積而使空氣被壓縮的。其優(yōu)點(diǎn)是故障率低，維護費用較少，但造價(jià)較高，目前已逐步取代活塞式空氣壓縮機。離心式空氣壓縮機因其不用油運行，輸出壓縮空氣不含油，故障率甚低而受歡迎，但其造價(jià)高（同等指標約為螺桿式空壓機的二倍價(jià)格左右），目前我國幾乎被外國品牌所壟斷。
高品質(zhì)的離心式空氣壓縮機和軸流式壓縮機，以其具有大排量、節省了龐大的油分離設備、輸出高壓氣體100%無(wú)油、氣流無(wú)脈動(dòng)、重量體積小、運行可靠、經(jīng)久耐用、運行費用低、效率高而受青睞。目前國內市場(chǎng)已乎被國外品牌所壟斷，隨著(zhù)市場(chǎng)的需求越來(lái)越大，國外一些廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)始在國內設立工廠(chǎng)，如阿特拉斯·科普柯、英格索蘭、壽力等品牌已分別在廣西、上海、蘇州等地設立分廠(chǎng)。
故，廣東省惠州市華力風(fēng)機制造有限公司開(kāi)發(fā)了一種新型軸流式壓縮機技術(shù)，現與行內人士進(jìn)行技術(shù)探討交流。
二、本技術(shù)在風(fēng)機行業(yè)的應用
風(fēng)機行業(yè)是一個(gè)很大的行業(yè)，幾乎所有工業(yè)都離不開(kāi)風(fēng)機，并都是高壓風(fēng)機占主流。據行業(yè)有關(guān)資料統計，風(fēng)機行業(yè)國內每年產(chǎn)值約500億元左右，其中羅茨風(fēng)機和多級離心風(fēng)機（壓力在0.1-1kg范圍）約100億元左右，真可謂市場(chǎng)龐大。目前國內比較大的企業(yè)有沈陽(yáng)鼓風(fēng)機集團和陜西鼓風(fēng)機集團，這兩個(gè)集團堪稱(chēng)國內之z*，年產(chǎn)值均超50億元。
目前風(fēng)機主要是離心式和軸流式，除此之外，還難以找到更成熟的技術(shù)。
本技術(shù)綜合離心與軸流的技術(shù)特點(diǎn)，使之更合理、更完美地結合。本技術(shù)應用于風(fēng)機制造業(yè)將具有：
1、容易取代羅茨風(fēng)機。造價(jià)比羅茨風(fēng)機低，各項性能均比羅茨風(fēng)機高，故障率甚低，很容易伺候，有較高的性?xún)r(jià)比。
2、因本技術(shù)有特別大的壓強功效，應用于普通風(fēng)機，同等的質(zhì)量指標，可將轉速降低，或縮小葉輪直徑。如目前市場(chǎng)上的多級串聯(lián)風(fēng)機，要達到1kg壓力以上，一般要10級葉輪相串聯(lián)，并要高速（2980轉/分），才能達到指標，但本技術(shù)有2級便可達到。
3、本技術(shù)主軸軸承采用特殊滑動(dòng)軸承結構，利用主軸旋轉帶動(dòng)產(chǎn)生高壓油壓，使之主軸長(cháng)期懸浮于軸瓦面上運行，完全避免了機械性的接觸和摩擦，即使在過(guò)載、振動(dòng)等極端環(huán)境下，也能正常工作，提高了其擴疲勞強度，也提高了運行的可靠性，又減少了噪音。
4、本技術(shù)另一特點(diǎn)是軸承設計在密閉的空間油浸密封，不需配置任何密封件或密封材料，更避免了通常一般機械的軸承由于密封漏油、缺油燒傷軸承、摩損等現象。本結構特點(diǎn)不受外界的任何因素影響，運行穩定、無(wú)噪音，只要主軸轉動(dòng)，軸承便能正常運行，其軸承故障率甚低。級間利用壓差原理，取消了級間密封，不存在回風(fēng)，級間泄漏甚微。因此，將會(huì )帶來(lái)高效率、低制造成本、低故障率的有益效果。
在風(fēng)機行業(yè)，本技術(shù)得到應用，可將成本降低20%-50%，效率將得到提高，低碳節能，性能優(yōu)越，故障率低，有相當高的性?xún)r(jià)比。
三、本技術(shù)在空氣壓縮機行業(yè)的應用
空氣壓縮機簡(jiǎn)稱(chēng)空壓機，是指用來(lái)壓縮空氣借以提高氣體壓力的機械。主要用于鋼鐵、電力、冶金、造船、紡織、電子、化工、石油天然氣、礦山、輕工業(yè)、機械制造、造紙印刷、交通設施、食品醫藥、鑄造噴涂、海運碼頭、軍工科技、汽車(chē)工業(yè)、航空航天及基礎設施等領(lǐng)域，為各種行業(yè)不同的工具、運輸設備、提拉設備和抓舉設備等提供空氣動(dòng)力。
中國的空氣壓縮機起步于20世紀50年代末期，是在新中國成立（1949年）以后建立和發(fā)展起來(lái)的。大致經(jīng)歷了z*初的消化吸收前蘇聯(lián)產(chǎn)品，到20世紀六、七十年代的自主開(kāi)發(fā)，20世紀八、九十年代大規模引進(jìn)國際先進(jìn)技術(shù)后，行業(yè)獲得了較大發(fā)展的三個(gè)歷史階段，目前已進(jìn)入穩定發(fā)展階段。
據行業(yè)數據報表統計，2006年全國壓縮機行業(yè)總產(chǎn)值為216億元，2009年為282億元，有關(guān)行業(yè)專(zhuān)家預測到2020年我國空氣壓縮機全行業(yè)產(chǎn)值將達到360-400億元人民幣。目前國內做得比較大的企業(yè)是沈陽(yáng)鼓風(fēng)機集團和陜西鼓風(fēng)機集團，兩集團年產(chǎn)值均超過(guò)50億元，兩集團均生產(chǎn)離心式空氣壓縮機。
社會(huì )的進(jìn)步離不開(kāi)技術(shù)的創(chuàng )新。20世紀60年代以前，我國的空壓機市場(chǎng)品種結構單一，基本全部為活塞式壓縮機（容積式）。隨著(zhù)技術(shù)和社會(huì )的進(jìn)步，從70年代開(kāi)始，引進(jìn)消化進(jìn)口單螺桿、雙螺桿空氣壓縮機。因為螺桿機其技術(shù)指標遠勝于活塞機，其主要表現為配件更換周期長(cháng)，相對故障率較低，故而其市場(chǎng)所占比例份額直線(xiàn)上升。目前我國螺桿機市場(chǎng)份額已經(jīng)達到約占整個(gè)空壓機市場(chǎng)的40-50％，而美國、西歐等發(fā)達國家螺桿式空壓機市場(chǎng)份額已達50％以上，并逐步淘汰活塞式空氣壓縮機。但是，螺桿式空壓機也存在不足，大多需要用油潤滑運行，因此帶來(lái)了運行費用高、排氣含油等問(wèn)題。隨著(zhù)國家和社會(huì )對環(huán)保、安全的重視，目前市場(chǎng)上無(wú)需油運行、排氣不含油的高品質(zhì)壓縮機越來(lái)越受到市場(chǎng)的歡迎。
四、現有技術(shù)與產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)
目前，市場(chǎng)上謂之高品質(zhì)的壓縮機主要為：
1、離心壓縮機
離心式壓縮機目前主要是阿特拉斯·科普柯、英格索蘭、壽力等品牌進(jìn)口機，由于其排氣干凈不含油、運轉周期長(cháng)，運行故障率低，易損件少，技術(shù)比較成熟，也比較好管理，因而已被市場(chǎng)所接受。
缺點(diǎn)是由于離心機是速度型，需要高的線(xiàn)速度才能獲得一定的壓力輸出，因而一般葉片要求的線(xiàn)速度都在400m/s以上（目前的進(jìn)口機，比較典型的是前二級400-450m/s，后一級350-400m/s），由此帶來(lái)了一系列的問(wèn)題，特別是高速齒輪、密封、軸承等等。葉輪轉速高達每分鐘2萬(wàn)多轉（大齒輪由原動(dòng)機帶動(dòng)，一般轉速為二級電機2980轉/分，大小齒輪直徑比一般是7-8倍，通過(guò)增速，小齒輪達到2萬(wàn)轉以上高速來(lái)驅動(dòng)葉輪），因此，這么高的轉速，對制造材質(zhì)的各種指標要求十分之苛刻，包括材質(zhì)的成分、材料的調質(zhì)處理、制造工藝等等，技術(shù)上要求甚高。目前國內幾家離心式壓縮機生產(chǎn)廠(chǎng)家所生產(chǎn)的機器，還有待實(shí)踐的檢驗，相信能用，但估計故障率也不容忽視。
就高轉速而言，將帶來(lái)了制造成本相當高昂、運行故障率肯定高、維護費用會(huì )比較大，整體造價(jià)甚高。另一方面，在結構上由于大小齒的嚙合，除了帶來(lái)了高的噪聲外，每處的嚙合約降低2%的效率。彎道多，管路損失也較大，因此，相比于軸流式結構，其效率約低于軸流式5-10%，這一點(diǎn)已得到業(yè)內人士的共識。
對葉輪的結構，目前基本上選擇的是三元流結構葉片，實(shí)際上三元流結構的葉片，其葉片的背風(fēng)面的回風(fēng)和產(chǎn)生的渦流很大，影響效率，到目前為止，還沒(méi)有更好的技術(shù)去克服。作為三元流葉輪，盡管轉速如此之高，但作用于葉輪外圓的葉片比例并不大，并且越靠近圓心，葉片做功效果越差。
2、軸流壓縮機
軸流壓縮機技術(shù)是比較成熟的，葉片的線(xiàn)速度遠沒(méi)有離心機高，一般選擇在170-220m/s之間，就轉速而言，其優(yōu)勢就比離心機強很多。軸流式結構，由于氣流在機體內是沿葉輪外圓作軸向直線(xiàn)流動(dòng)，氣流不存在由于彎頭、管路等的風(fēng)阻損失，沒(méi)有增速的嚙合損失，故其效率一般比離心機要高5-10%。另外，軸流機的故障率甚低，比離心機少很多，沒(méi)有易損件，維護也比離心機方便，相當好管理。軸流機的w*不足就是無(wú)法做到小型流量。即使國內外所有先進(jìn)技術(shù)，制造小流量的機器（1000立方/分以下），其難度也是很大。
目前為止，z*小容量的軸流機是AV40-11（轉子輪轂直徑為400mm，11級葉片），其流量也有1500m3/min之多，但其轉速則需通過(guò)齒輪增速至8000多轉，否則線(xiàn)速度達不到要求。但由于增速，一系列問(wèn)題又來(lái)了；其二是排氣溫度高，排氣壓力達到5kg/cm2時(shí)，排氣溫度將超過(guò)200℃，這對材質(zhì)的耐高溫要求很苛刻。因此，對軸流機而言：目前為止，國內、國外還沒(méi)有發(fā)現有軸流式結構的技術(shù)用于制造小型流量（每分鐘1000m3以下）的空氣壓縮機，包括眾多進(jìn)口品牌。
五、一種新型軸流壓縮機技術(shù)
排氣量：100～1000m3/min
排氣壓力：0.1～0.6MPa/m2
噪聲：＜90dB(A)
這種新型軸流壓縮機，機體兩端分別設置有進(jìn)風(fēng)口以及出風(fēng)口，在機體中心設置有轉軸，轉軸上固定有轉輪，在轉輪圓周面固定有當轉輪旋轉時(shí)形成軸向氣流的葉片，所述的葉片為環(huán)繞于轉輪圓周面上的前后兩組，在兩前后葉片之間的機體內壁設置有與葉片方向相反的導流板。
與現有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：設備結構設計簡(jiǎn)潔，材料要求不苛刻，造價(jià)低，可根據需要串聯(lián)多級壓縮單元，產(chǎn)生不同壓力需要的氣體，可滿(mǎn)足各種場(chǎng)合的需要，使用靈活，運行及維護費用低，故障率低，輸出的壓縮空氣不含油，100%干凈。
本項目技術(shù)克服了離心式壓縮機的高速弊端，也克服了軸流壓縮機不能生產(chǎn)小排量的難點(diǎn)，并能達到：
1、有優(yōu)異的性能。本機為多級葉輪相串聯(lián)的軸流式壓縮機，每級的壓力由安裝在葉輪的正付葉片結構和葉輪的直徑所決定，而排氣壓力取決于安裝葉輪的級數，可根據需求靈活決定安裝級數，以達到不同的壓力需求。改變葉片氣流通過(guò)的截面尺寸，便可改變排氣流量。因此，其壓力與流量的調整十分靈活。
2、造價(jià)低。本機結構為二極電機直聯(lián)，省去了齒輪增速裝置，z*關(guān)鍵的無(wú)非就是主軸兩端軸承了（包括滾動(dòng)軸承和制造高壓力時(shí)需采用滑動(dòng)軸承），其它材料均為市售普通材料，材質(zhì)無(wú)需特殊要求，要求加工精度也不會(huì )很高。
3、運行故障率低。本機的結構是在一根主軸上串聯(lián)多級葉輪，葉輪與機體，不存在接觸及摩擦，易產(chǎn)生故障的只有主軸兩端的軸承，除此之外，再無(wú)其它易損件。因此，本機結構簡(jiǎn)單，很好伺候，如果選擇高品質(zhì)的軸承，并對其設置良好的冷卻，降低軸承故障率，本機的運行，故障率甚微，甚至容易實(shí)現零故障運行。
4、效率高。本機實(shí)際是一臺軸流風(fēng)機，根據軸流機的葉柵理論研究，與離心式壓縮機實(shí)行效率實(shí)測，一般情況下，軸流機比離心機可提高效率5%-10%。
5、排氣溫度低、噪音低。本機如果沒(méi)有冷卻系統，排氣壓力達到5kg時(shí)，排氣溫度將達到200℃左右；8kg時(shí)，排氣溫度將達到250℃左右。因此，本機每一級之間都設置冷卻，其冷卻面積與同等排氣量的離心壓縮機相比，本機的冷卻換熱面積是離心機的2倍左右，可以預計其排氣溫度是不會(huì )很高。其冷卻排管除了冷卻以外，噪音也會(huì )較為理想。
本機僅軸承需用油浸，量極少，其它無(wú)需油運行，更不需配置油路系統，給運行降低了成本，排氣100%干凈不含油。
具有較強的市場(chǎng)競爭力，與螺桿式空壓機相競爭：無(wú)需油運行，運轉周期長(cháng)，易損件己乎為零，維護及運行成本低，實(shí)質(zhì)就是一臺風(fēng)機，很容易伺候和管理，排氣溫度低，減輕了后續冷干和油氣分離工藝，噪音低。對排氣量在100立方以上機器，單位立方造價(jià)要比螺桿機低，而且排氣量越大，本機的單位立方造價(jià)成本就越低，本技術(shù)比較適宜制造排氣量在100-1000立方/分的無(wú)油運行的高端軸流式空氣壓縮機產(chǎn)品，并且本項目后序的發(fā)展可持續性強。
具有以下特點(diǎn)：
?。?）高效
本項目技術(shù)核心是采用主機與電機直聯(lián)方式和多級葉片相串聯(lián)的軸流式結構，葉片級間設置冷卻，從而降低排氣溫度（≤150℃）。因采用直聯(lián)結構，除省去增速配置外，既減少了嚙合損失，又提高了效率，也減少了噪音。本技術(shù)采用軸流式結構，由于氣流沿主軸方向流動(dòng)，從而克服了離心式結構氣流徑向流動(dòng)損失及彎道流動(dòng)損失大的不足，其z*終結果，也是提高了效率。本結構級間設置冷卻，使排氣溫度驟然降低，既降低了材質(zhì)對溫度的苛刻要求，又給選材帶來(lái)有利的因素，更令人欣慰的是提高了效率（根據實(shí)踐運行經(jīng)驗，排氣溫度每降低10℃，效率可提高2%）。
綜上，z*終總效率可比現有進(jìn)口品牌的離心式空氣壓縮機提高效率6～10%。
?。?）高可靠性
本技術(shù)除效率高的一大特點(diǎn)外，高可靠性及低故障率又是本技術(shù)產(chǎn)品的一大亮點(diǎn)。眾所周知，離心式壓縮機設備可靠性不高，主要是由于轉速過(guò)高、結構的不合理、軸承、密封等方面的原因而引起故障。
本機采用直聯(lián)結構，轉速為3000轉/分，而目前典型的離心式空氣壓縮機的轉速，一般是通過(guò)增速器而使轉速達到2萬(wàn)多轉/分，甚至更高。離心式空氣壓縮機的結構，配置了增速器，除了增加制造成本外，也增加了噪音，更主要的是，軸承、密封等由于高轉速的因素而增加了故障產(chǎn)生的概率，從而使故障率大大增加。本產(chǎn)品因直聯(lián)結構，無(wú)需增速，從而徹底地消除了由此帶來(lái)的故障概率，提高了設備運行的可靠性。
本產(chǎn)品主軸軸承采用特殊滑動(dòng)軸承結構，利用主軸旋轉帶動(dòng)產(chǎn)生高壓油壓，使之主軸長(cháng)期懸浮于軸瓦面上運行，避免了機械性的接觸和磨擦。為保障本機在過(guò)載、振動(dòng)等極端環(huán)境下能正常工作，提高其擴疲勞強度，本機設計高于幾倍以上主軸負荷的承載能力。軸承設計在密閉的空間油浸密封，不需配置任何密封件或密封材料，更避免了通常一般機械的軸承密封漏油、缺油燒傷軸承、軸承磨損等現象，不受外界的任何因素影響，本結構特點(diǎn)是運行穩定、噪音低，只要主軸轉動(dòng)，軸承便能正常運行，其軸承故障率幾乎是零。
本產(chǎn)品為葉片相串聯(lián)軸流式結構，級間的回風(fēng)，采用壓差式結構，改變通常所見(jiàn)的采用密封結構，既減少了密封磨擦帶來(lái)的損失，又避免了由于密封磨損失效而產(chǎn)生回風(fēng)，降低了效率，而更主要的是去掉了密封結構后，保持著(zhù)高效率而不必再擔心因密封磨損等原因而帶來(lái)的故障產(chǎn)生概率，提高了運行的可靠性。
綜上，本產(chǎn)品由于不使用密封裝置、具有結構簡(jiǎn)單、抗疲勞能力強、噪音低、排氣100%不含油、無(wú)易損消耗件、運行成本低、易伺候、效率高、故障率甚低（幾乎為零）的優(yōu)異性能。
?。?）適用范圍
本項目所存在不足的是，由于本機的壓力由葉輪的結構和直徑所決定，而排氣量則由葉片的風(fēng)道截面積所決定，所以，要保證壓力的輸出，葉輪直徑不能減少。若要減少排氣量，只有減少葉片的流道面積，但其結構基本不變，因此，當減少排氣量輸出，整機基本上結構不變，只是電動(dòng)機功率減小而已。因而，制造小排量壓縮機，成本降低不大，排氣量越小，其單位立方造價(jià)就越高，特別是50立方/分以下，在市場(chǎng)上沒(méi)有競爭力。
六、成本估算與發(fā)展前景
1、成本估算
本設計300m3/min，4.5kg/cm2低壓力機生產(chǎn)成本估算：
從成本估算可知，300立方排氣壓力為4.5kg機型的生產(chǎn)成本造價(jià)約84萬(wàn)元，單位立方造價(jià)約為每立方2800元，制造成本低廉。由于項目工藝條件決定，容量越大，本產(chǎn)品單位立方造價(jià)就越低，其性?xún)r(jià)比也將越顯突出。
2、發(fā)展前景
本技術(shù)的工作原理是風(fēng)的接力跑，風(fēng)機主軸根據風(fēng)壓的需求來(lái)確定風(fēng)葉的級數。結構簡(jiǎn)單、制造材料要求不苛刻、市場(chǎng)上普通材料即可滿(mǎn)足要求、造價(jià)更低廉，具有更優(yōu)越的應用效果。輸出壓縮空氣100%干凈不含油（無(wú)需配置后序油氣分離設備）、運行費用低、故障率甚低、可靠性高、效率比離心式空氣壓縮機約高出5-10%、性?xún)r(jià)比高。這是本技術(shù)的核心根本，也是本技術(shù)在以后的市場(chǎng)競爭中，能生存、發(fā)展、壯大、做強的堅石基礎。
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