【壓縮機網(wǎng)】壓縮機是用來(lái)提高氣體壓力和輸送氣體的機械，屬于將原動(dòng)機的動(dòng)力能轉變?yōu)闅怏w壓力能的工作機。它的種類(lèi)多、用途廣，有“通用機械”之稱(chēng)。目前，除了活塞式壓縮機，其他各類(lèi)壓縮機機型，如離心式、雙螺桿式、滾動(dòng)轉子式和渦旋式等均被有效地開(kāi)發(fā)和利用，為用戶(hù)在機型的選擇上提供了更多的可能性。隨著(zhù)經(jīng)濟的高速發(fā)展，國內用戶(hù)對空壓機的要求也越來(lái)越高，不再只迷信品牌或關(guān)注價(jià)格，而是更多的關(guān)注壓縮空氣的氣體品質(zhì)、使用能耗及可靠性等。
近年來(lái)，國內無(wú)油空氣壓縮機的應用越來(lái)越廣泛，其無(wú)油的空氣品質(zhì)、簡(jiǎn)單的系統設計和便捷的維護保養，獲得了用戶(hù)的一致認可。目前，市場(chǎng)上的無(wú)油空氣壓縮機主要有這幾種類(lèi)型：滑片（渦旋）、旋齒、螺桿和離心。每種類(lèi)型的空壓機都有自己獨特的特點(diǎn)和優(yōu)勢，其適用范圍也不同。如圖1所示，一般情況下我們可以根據不同的流量范圍，簡(jiǎn)單選取z*優(yōu)性能的機型。但在實(shí)際選型過(guò)程中，當遇到過(guò)渡區的機型選擇時(shí)我們會(huì )有疑惑，不知道選取哪一款更合適。其中，實(shí)際遇到z*多、z*難區分的應該就是在中小流量范圍（80~100m3/min）時(shí)的選型，兩款機型各有優(yōu)勢，用戶(hù)經(jīng)常會(huì )猶豫選螺桿機還是離心機。
一、機型簡(jiǎn)介
?。ㄒ唬╇x心式空氣壓縮機原理：
如圖2所示，離心式空壓機是由葉輪帶動(dòng)氣體做高速旋轉，使氣體產(chǎn)生離心力，由氣體在葉輪里的擴壓流動(dòng)，從而使氣體通過(guò)葉輪后的流速和壓力得到提高，連續地生產(chǎn)出壓縮空氣。離心式空氣壓縮機屬于速度式壓縮機，在用氣負荷穩定時(shí)，離心式空氣壓縮機工作穩定、可靠。
離心式壓機的優(yōu)點(diǎn)：
?、?排氣量大，排氣均勻，氣流無(wú)脈沖；
?、?轉速高；
?、?機內不需要潤滑；
?、?密封效果好，泄露現象少；
?、?有平坦的性能曲線(xiàn)，操作范圍較廣；
?、?易于實(shí)現自動(dòng)化和大型化；
?、?易損件少、維修量少、運轉周期長(cháng)。
離心式壓機的缺點(diǎn)：
?、?操作的適應性差，氣體的性質(zhì)對操作性能有較大影響。在機組開(kāi)車(chē)、停車(chē)、運行中，負荷變化大；
?、?氣流速度大，流道內的零部件有較大的摩擦損失；
?、?有喘振現象，對機器的危害極大。
?。ǘo(wú)油螺桿式空氣壓縮機原理：
如圖3所示，無(wú)油螺桿空壓機是容積式空壓機中的一種，空氣的壓縮是靠裝置于機殼內互相平行嚙合的陰陽(yáng)轉子的齒槽之容積變化而達到。轉子在與它精密配合的機殼內轉動(dòng)使轉子齒槽之間的氣體不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化而沿著(zhù)轉子軸線(xiàn)，由吸入側推向排出側,完成吸入、壓縮、排氣三個(gè)工作過(guò)程。
無(wú)油螺桿空壓機的優(yōu)點(diǎn)：
?、?可靠性高。螺桿空壓機零部件少，沒(méi)有易損件，因而它運轉可靠，壽命長(cháng)；
?、?操作維護方便。螺桿空壓機自動(dòng)化程度高，操作人員不必經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的專(zhuān)業(yè)培訓，可實(shí)現無(wú)人值守運轉；
?、?動(dòng)力平衡好。螺桿空壓機沒(méi)有不平衡慣性力，機器可平穩地高速工作，可實(shí)現無(wú)基礎運轉，特別適合作移動(dòng)式空壓機，體積小、重量輕、占地面積少；
?、?適應性強。螺桿空壓機具有強制輸氣的特點(diǎn)，容積流量幾乎不受排氣壓力的影響，在寬闊的范圍內能保持較高效率，在空壓機結構不作任何改變的情況下，適用于多種工況。
無(wú)油螺桿空壓機的缺點(diǎn)：
?、?造價(jià)高。由于螺桿空壓機的轉子齒面是一空間曲面，需利用特制的刀具在昂貴的專(zhuān)用設備上進(jìn)行加工。并且轉子表面需要特殊涂層處理；
?、?不能適用于高壓場(chǎng)合。由于受到轉子剛度和軸承壽命的限制，螺桿空壓機只能適用于中、低壓范圍，排氣壓力一般不超過(guò)3MPa；
?、?不適用于小排氣量場(chǎng)合。螺桿式空壓機依靠間隙密封氣體，目前一般只有容積流量大于0.2m3/min時(shí)，螺桿空壓機才具有優(yōu)越的性能。
二、結構對比
如圖4所示，離心式空壓機的壓縮過(guò)程分兩步完成，分別在轉子及定子兩大組件中完成。轉子及定子兩大組件結構如圖1所示。轉子包括轉軸，固定在軸上的葉輪、軸套、平衡盤(pán)、推力盤(pán)及聯(lián)軸節等零部件。定子則有氣缸，定位于缸體上的各種隔板以及軸承等零部件。在轉子與定子之間需要密封氣體之處還設有密封元件。
如圖5所示，無(wú)油螺桿式空壓機的壓縮過(guò)程全部在機頭內完成，機頭由機殼和螺桿轉子組成。機殼由轉子冷卻夾套、潤滑油油腔和壓縮腔組成，同時(shí)由于機殼的結構復雜、制造精度要求高，通常采用消失模鑄造工藝制造。轉子由一對帶涂層的陰陽(yáng)螺桿組成，由一套同步齒輪帶動(dòng)陰陽(yáng)螺桿的同步轉動(dòng)，以保持轉子之間很小的間隙。轉子兩側均有空氣密封和油密封，保證轉子的運行可靠。
三、性能對比
通常，我們用比功率來(lái)判斷一臺空壓機的能效等級，空壓機比功率是指在相同排氣壓力下壓縮相同氣體時(shí)，評價(jià)空壓機性能的一種指標。
比功率可以直觀(guān)、有效地反映出一臺空壓機的單位能耗。壓縮機比功率越小，說(shuō)明壓縮機能量利用的效率就越高，單位功耗越低。
·比功率 = 輸入功率 ÷ 容積流量
·空壓機比功率：比功率是指壓縮機壓縮單位容積流量氣體所消耗的功率
·空壓機軸功率：空壓機在額定工況下，壓縮氣體所需的功率
·空壓機容積流量：空壓機在額定工況下，單位時(shí)間內的壓縮的氣體
由于離心式空壓機和無(wú)油螺桿式空壓機在工作原理和設計標準上存在不同，并且兩者采用的測試方法和標準也不同，z*終兩者給出的性能參數有一定的區別。如圖6所示，離心式空壓機流量測試標準為ASME PTC-10，其流量參數為吸入流量，經(jīng)過(guò)入口節流、級間壓縮泄漏和水分離器的損失等，其z*終實(shí)際的排氣流量和廠(chǎng)家給出的流量參數相比會(huì )有6~10%的損耗。而無(wú)油螺桿式空壓機則采用ISO 1217，其流量參數為實(shí)際排氣流量。由此可見(jiàn)，如果使用不同的標準，實(shí)際流量和廠(chǎng)家給出的流量參數存在一定的差別。
同時(shí)，環(huán)境工況的變化對離心式空壓機的排氣量和軸功率也有較大的影響。入口壓力、入口溫度、相對濕度和空氣密度等變化，均會(huì )影響離心式空壓機的排氣量和軸功率。如圖7所示，當環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，在排氣壓力和其它入口條件保持不變的情況下，其排氣量會(huì )隨環(huán)境溫度的上升而下降。所以，離心式空壓機在不同季節下的排氣量是不同的，僅從不同廠(chǎng)家給出的流量參數，無(wú)法對這兩種不同機型進(jìn)行有效對比。
阿特拉斯·科普柯是現在空壓機業(yè)內公認的行業(yè)領(lǐng)導者，是現在所有生產(chǎn)廠(chǎng)家中擁有z*全的產(chǎn)品線(xiàn)，也是w*一家可以同時(shí)提供大無(wú)油螺桿空壓機（80~100m3/min）和離心式空壓機的廠(chǎng)家。其所有機型的設計標準均按國際通用標準，并且設備優(yōu)異的運行效率和可靠性也獲得了用戶(hù)的認可。我們用阿特拉斯·科普柯~80m3/min的無(wú)油螺桿空壓機（ZR500-8.6）和離心式空壓機（ZH500-8）在統一標準（排氣壓力8barG，流量均為出口FAD流量）下進(jìn)行性能對比，可以更加公正、客觀(guān)的了解兩種機型的性能。
表2為兩種機型在不同的環(huán)境溫度下的性能參數和效率。正如上文所述，離心式空壓機受環(huán)境條件的影響較大，環(huán)境溫度對離心式空壓機的流量和軸功率均有較大影響，比功率SER變化比較明顯。而無(wú)油螺桿空壓機整體性能比較溫度，受環(huán)境條件的影響較小，比功率SER變化較小。從比功率SER的數值對比來(lái)看，兩種機型的效率基本一致，沒(méi)有太大的區別。
四、調節對比
能量消耗中約80%的生命循環(huán)要用于壓縮空氣，s*先在選型時(shí)就應該考慮用氣量和機型的匹配性。雖然考慮到壓縮機類(lèi)型或制造商，壓縮機的性能存在顯著(zhù)差異，但在理想的情況下，壓縮機全負荷能力應與空氣消耗精確的匹配。其次，對于用氣量存在波動(dòng)現象的情況，需要根據系統的用氣特性選擇合理的調節方式。通常，現場(chǎng)應用要求壓縮空氣系統壓力保持恒定。根據壓縮機的類(lèi)型、可接受的壓力變化、空氣消耗量的變化和可接受的能量損失，現在有很多流量調節方法。并且很多設備都是可以自我調節，即上升的壓力使流速變大，結果產(chǎn)生了穩定的系統。每種調節方法對應的調節效率又不同，這就意味著(zhù)選型時(shí)必須要認真作出選擇，保證系統的調節效率z*佳。
由于兩種空壓機的壓縮工作方式不同，導致其調節特性也不同。如圖八所示，離心式空壓機的壓力/流量曲線(xiàn)與容積式（無(wú)油螺桿）空壓機的相應曲線(xiàn)有很大不同。離心式空壓機具有變流量、恒壓力的特性。相反，容積式空壓機則具有恒定流量、可變壓力的特點(diǎn)。容積式空壓機甚至可以在低速時(shí)達到較高的壓縮比，離心式空壓機則是為大流量而設計。
離心式空壓機的調節方式通常由進(jìn)口導葉（IGV）和放空閥（BOV）組成。如圖9所示，一般情況下，當排氣量在70%~100%范圍內波動(dòng)時(shí)，僅需通過(guò)調節進(jìn)口導葉（IGV）的開(kāi)度就可以滿(mǎn)足氣量波動(dòng)的調節，此時(shí)機組的效率會(huì )有小幅下降。當排氣量小于70%時(shí)，為避免機組發(fā)生喘振現象，需要通過(guò)放空閥（BOV）將多余的氣體排空進(jìn)行調節，此時(shí)機組的效率會(huì )有大幅下降。由此可見(jiàn)，在小幅范圍內波動(dòng)時(shí)，進(jìn)口導葉（IGV）可以很好的調節氣量，同時(shí)保證離心式空壓機的調節和效率。
無(wú)油螺桿空壓機常規的調節方式為加/卸載，通過(guò)入口進(jìn)氣閥的開(kāi)/關(guān)調節空壓機的排氣量。無(wú)油螺桿空壓機的控制器會(huì )有一組加卸載壓力的設定值，使機組在一定的壓力范圍內運行，保證壓縮空氣管網(wǎng)的運行壓力。所以，無(wú)油螺桿空壓機的運行壓力會(huì )比要求的管網(wǎng)壓力高一些。同時(shí)，對于頻繁加卸載的運行工況，無(wú)油螺桿空壓機還可以選擇變頻的調節方式，可以更優(yōu)的調節管網(wǎng)用氣量，并提高機組的運行效率，這是離心式空壓機所不具備的特性。
五、維護對比
正如所有的設備一樣，空壓機設備需要一定的保養維修。精心策劃的空壓機維修計劃，不僅可以延長(cháng)機器的使用壽命，并且修復小故障的成本也會(huì )降低，故障停機時(shí)間也會(huì )縮短。對于不同類(lèi)型的空壓機，所需的保養要求和技術(shù)要求也不同。
離心式空壓機是一種高轉速、高精密度、高可靠性的機械，其操作要求比較。不僅操作人員需要經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓，服務(wù)人員必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓才能勝任現場(chǎng)的維修、定檢工作。就客戶(hù)而言，其一般性日常保養的工作量比較小，定期的保養和故障維修都只能通過(guò)廠(chǎng)家完成。葉輪和轉子發(fā)生故障時(shí)，需要返廠(chǎng)修理，費用和時(shí)間成本較高。
無(wú)油螺桿空壓機可靠性高，零部件少，沒(méi)有易損件，運轉可靠，壽命長(cháng)，大修間隔時(shí)間長(cháng)。操作維護方便，操作人員不必長(cháng)時(shí)間專(zhuān)業(yè)訓練，可實(shí)現無(wú)人值守運轉。定期的更換空濾、油濾、潤滑油這些常規工作，用戶(hù)自己就可以完成。但其機頭屬于商業(yè)機密，不允許、不授權任何人維修、定檢機頭，任何機頭部分的異常就必須退運國外修復或更新、費用和時(shí)間成本較高。
由表5可見(jiàn)，離心式空壓機的維護點(diǎn)比無(wú)油螺桿空壓機要多一些。
六、大流量系統優(yōu)化方案
由于離心式空壓機在滿(mǎn)負荷的狀態(tài)下，有著(zhù)效率和穩定性高的特點(diǎn)，一般在大流量的系統選型時(shí)，離行式空壓機都會(huì )是s*選。但在實(shí)際的生產(chǎn)運行過(guò)程中，氣量不會(huì )一直保持在設計的理想范圍/滿(mǎn)負荷工況，用氣量會(huì )隨著(zhù)產(chǎn)量的變化發(fā)生大幅波動(dòng)。此時(shí)，全離心機的方案就無(wú)法有效、合理的調節氣量，合理控制生產(chǎn)運行成本和支出；并且在一些波動(dòng)比較頻繁的工況下，離心機的穩定性和可靠性也會(huì )受到一定的影響。
針對離心空氣壓縮機組在低于額定工況運行時(shí)，效率會(huì )有下降，且容易進(jìn)入喘振區間，新版GB50029《壓縮空氣站設計規范》中也提出了明確的規定“離心空氣壓縮機各單機運行時(shí)，其容積流量不宜低于額定容積流量的70%”。
如圖10所示，由于離心式空壓機的調節范圍有限，在流量波動(dòng)較大的系統中，全離心式空壓機的系統需要放空調節配合，就會(huì )存在一定的放空區間（紅柱范圍）。此時(shí)，系統的能耗將遠遠高于設計值。并且，頻繁的調節可能導致離心式空壓機故障率升高，單機運行效率下降。
如圖11所示，對于波動(dòng)范圍的氣量，可以選用無(wú)油螺桿空壓機替代部分離心式空壓機，通過(guò)螺桿機優(yōu)良的調節性能和適應性彌補離心機的缺點(diǎn)。“離心式空壓機+無(wú)油螺桿（變頻）空壓機”的組合方案，可以更加合理、有效的調節氣量，優(yōu)化運行方式，節省運行成本，使整個(gè)系統處于高效、穩定的運行狀態(tài)。正如現在流行的混合動(dòng)力汽車(chē)，在既滿(mǎn)足長(cháng)途駕駛的前提下，又同時(shí)保證了汽車(chē)的z*低能耗。“離心式空壓機+無(wú)油螺桿（變頻）空壓機”的組合方案，在負荷波動(dòng)的情況下可以更優(yōu)化的調節氣量，目前是大流量系統解決負荷波動(dòng)的z*佳選擇。
并且，“離心式空壓機+無(wú)油螺桿（變頻）空壓機”的組合方案也是一種成熟、可靠的解決方案，國內外已經(jīng)擁有無(wú)數成功案例。如汽車(chē)行業(yè)，“離心式空壓機+無(wú)油螺桿（變頻）空壓機”的組合方案已經(jīng)在國內外廣泛的應用，是大眾、通用、寶馬等工廠(chǎng)的必選方案。深圳某大型知名電子生產(chǎn)企業(yè)，在使用一臺900kW變頻無(wú)油螺桿替代一臺原有的離心機后，年節約電費達500萬(wàn)人民幣，取得了顯著(zhù)的節能效果。其可靠、節能的應用已經(jīng)獲得廣泛的案例證明。
七、結論
由上綜述，兩種機型在中小流量范圍內的效率差別不大，但各自?xún)?yōu)勢和特點(diǎn)的差別就比較明顯。不能簡(jiǎn)單的僅憑效率對比作出區分或選擇，因為對于整個(gè)空壓系統而言，不同行業(yè)、不同工況的用氣需求是不同的。沒(méi)有z*好的機型，只有合適的機型。在新建或擴建空壓機系統時(shí)，只有詳細了解系統的應用和工況特性，并分析使用、維護和投資成本。z*后進(jìn)行綜合考慮，根據實(shí)際的情況進(jìn)行合理的選擇和方案，才能發(fā)揮出每種機型的特點(diǎn)和優(yōu)勢，實(shí)現性能z*優(yōu)、調節z*好、穩定性z*高的空壓系統。
作者簡(jiǎn)介：
潘豐，男，2006年畢業(yè)于上海理工大學(xué)熱能與動(dòng)力工程
來(lái)源：■文/潘豐
【壓縮機網(wǎng)】壓縮機是用來(lái)提高氣體壓力和輸送氣體的機械，屬于將原動(dòng)機的動(dòng)力能轉變?yōu)闅怏w壓力能的工作機。它的種類(lèi)多、用途廣，有“通用機械”之稱(chēng)。目前，除了活塞式壓縮機，其他各類(lèi)壓縮機機型，如離心式、雙螺桿式、滾動(dòng)轉子式和渦旋式等均被有效地開(kāi)發(fā)和利用，為用戶(hù)在機型的選擇上提供了更多的可能性。隨著(zhù)經(jīng)濟的高速發(fā)展，國內用戶(hù)對空壓機的要求也越來(lái)越高，不再只迷信品牌或關(guān)注價(jià)格，而是更多的關(guān)注壓縮空氣的氣體品質(zhì)、使用能耗及可靠性等。
近年來(lái)，國內無(wú)油空氣壓縮機的應用越來(lái)越廣泛，其無(wú)油的空氣品質(zhì)、簡(jiǎn)單的系統設計和便捷的維護保養，獲得了用戶(hù)的一致認可。目前，市場(chǎng)上的無(wú)油空氣壓縮機主要有這幾種類(lèi)型：滑片（渦旋）、旋齒、螺桿和離心。每種類(lèi)型的空壓機都有自己獨特的特點(diǎn)和優(yōu)勢，其適用范圍也不同。如圖1所示，一般情況下我們可以根據不同的流量范圍，簡(jiǎn)單選取z*優(yōu)性能的機型。但在實(shí)際選型過(guò)程中，當遇到過(guò)渡區的機型選擇時(shí)我們會(huì )有疑惑，不知道選取哪一款更合適。其中，實(shí)際遇到z*多、z*難區分的應該就是在中小流量范圍（80~100m3/min）時(shí)的選型，兩款機型各有優(yōu)勢，用戶(hù)經(jīng)常會(huì )猶豫選螺桿機還是離心機。
一、機型簡(jiǎn)介
?。ㄒ唬╇x心式空氣壓縮機原理：
如圖2所示，離心式空壓機是由葉輪帶動(dòng)氣體做高速旋轉，使氣體產(chǎn)生離心力，由氣體在葉輪里的擴壓流動(dòng)，從而使氣體通過(guò)葉輪后的流速和壓力得到提高，連續地生產(chǎn)出壓縮空氣。離心式空氣壓縮機屬于速度式壓縮機，在用氣負荷穩定時(shí)，離心式空氣壓縮機工作穩定、可靠。
離心式壓機的優(yōu)點(diǎn)：
?、?排氣量大，排氣均勻，氣流無(wú)脈沖；
?、?轉速高；
?、?機內不需要潤滑；
?、?密封效果好，泄露現象少；
?、?有平坦的性能曲線(xiàn)，操作范圍較廣；
?、?易于實(shí)現自動(dòng)化和大型化；
?、?易損件少、維修量少、運轉周期長(cháng)。
離心式壓機的缺點(diǎn)：
?、?操作的適應性差，氣體的性質(zhì)對操作性能有較大影響。在機組開(kāi)車(chē)、停車(chē)、運行中，負荷變化大；
?、?氣流速度大，流道內的零部件有較大的摩擦損失；
?、?有喘振現象，對機器的危害極大。
?。ǘo(wú)油螺桿式空氣壓縮機原理：
如圖3所示，無(wú)油螺桿空壓機是容積式空壓機中的一種，空氣的壓縮是靠裝置于機殼內互相平行嚙合的陰陽(yáng)轉子的齒槽之容積變化而達到。轉子在與它精密配合的機殼內轉動(dòng)使轉子齒槽之間的氣體不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化而沿著(zhù)轉子軸線(xiàn)，由吸入側推向排出側,完成吸入、壓縮、排氣三個(gè)工作過(guò)程。
無(wú)油螺桿空壓機的優(yōu)點(diǎn)：
?、?可靠性高。螺桿空壓機零部件少，沒(méi)有易損件，因而它運轉可靠，壽命長(cháng)；
?、?操作維護方便。螺桿空壓機自動(dòng)化程度高，操作人員不必經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的專(zhuān)業(yè)培訓，可實(shí)現無(wú)人值守運轉；
?、?動(dòng)力平衡好。螺桿空壓機沒(méi)有不平衡慣性力，機器可平穩地高速工作，可實(shí)現無(wú)基礎運轉，特別適合作移動(dòng)式空壓機，體積小、重量輕、占地面積少；
?、?適應性強。螺桿空壓機具有強制輸氣的特點(diǎn)，容積流量幾乎不受排氣壓力的影響，在寬闊的范圍內能保持較高效率，在空壓機結構不作任何改變的情況下，適用于多種工況。
無(wú)油螺桿空壓機的缺點(diǎn)：
?、?造價(jià)高。由于螺桿空壓機的轉子齒面是一空間曲面，需利用特制的刀具在昂貴的專(zhuān)用設備上進(jìn)行加工。并且轉子表面需要特殊涂層處理；
?、?不能適用于高壓場(chǎng)合。由于受到轉子剛度和軸承壽命的限制，螺桿空壓機只能適用于中、低壓范圍，排氣壓力一般不超過(guò)3MPa；
?、?不適用于小排氣量場(chǎng)合。螺桿式空壓機依靠間隙密封氣體，目前一般只有容積流量大于0.2m3/min時(shí)，螺桿空壓機才具有優(yōu)越的性能。
二、結構對比
如圖4所示，離心式空壓機的壓縮過(guò)程分兩步完成，分別在轉子及定子兩大組件中完成。轉子及定子兩大組件結構如圖1所示。轉子包括轉軸，固定在軸上的葉輪、軸套、平衡盤(pán)、推力盤(pán)及聯(lián)軸節等零部件。定子則有氣缸，定位于缸體上的各種隔板以及軸承等零部件。在轉子與定子之間需要密封氣體之處還設有密封元件。
如圖5所示，無(wú)油螺桿式空壓機的壓縮過(guò)程全部在機頭內完成，機頭由機殼和螺桿轉子組成。機殼由轉子冷卻夾套、潤滑油油腔和壓縮腔組成，同時(shí)由于機殼的結構復雜、制造精度要求高，通常采用消失模鑄造工藝制造。轉子由一對帶涂層的陰陽(yáng)螺桿組成，由一套同步齒輪帶動(dòng)陰陽(yáng)螺桿的同步轉動(dòng)，以保持轉子之間很小的間隙。轉子兩側均有空氣密封和油密封，保證轉子的運行可靠。
三、性能對比
通常，我們用比功率來(lái)判斷一臺空壓機的能效等級，空壓機比功率是指在相同排氣壓力下壓縮相同氣體時(shí)，評價(jià)空壓機性能的一種指標。
比功率可以直觀(guān)、有效地反映出一臺空壓機的單位能耗。壓縮機比功率越小，說(shuō)明壓縮機能量利用的效率就越高，單位功耗越低。
·比功率 = 輸入功率 ÷ 容積流量
·空壓機比功率：比功率是指壓縮機壓縮單位容積流量氣體所消耗的功率
·空壓機軸功率：空壓機在額定工況下，壓縮氣體所需的功率
·空壓機容積流量：空壓機在額定工況下，單位時(shí)間內的壓縮的氣體
由于離心式空壓機和無(wú)油螺桿式空壓機在工作原理和設計標準上存在不同，并且兩者采用的測試方法和標準也不同，z*終兩者給出的性能參數有一定的區別。如圖6所示，離心式空壓機流量測試標準為ASME PTC-10，其流量參數為吸入流量，經(jīng)過(guò)入口節流、級間壓縮泄漏和水分離器的損失等，其z*終實(shí)際的排氣流量和廠(chǎng)家給出的流量參數相比會(huì )有6~10%的損耗。而無(wú)油螺桿式空壓機則采用ISO 1217，其流量參數為實(shí)際排氣流量。由此可見(jiàn)，如果使用不同的標準，實(shí)際流量和廠(chǎng)家給出的流量參數存在一定的差別。
同時(shí)，環(huán)境工況的變化對離心式空壓機的排氣量和軸功率也有較大的影響。入口壓力、入口溫度、相對濕度和空氣密度等變化，均會(huì )影響離心式空壓機的排氣量和軸功率。如圖7所示，當環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，在排氣壓力和其它入口條件保持不變的情況下，其排氣量會(huì )隨環(huán)境溫度的上升而下降。所以，離心式空壓機在不同季節下的排氣量是不同的，僅從不同廠(chǎng)家給出的流量參數，無(wú)法對這兩種不同機型進(jìn)行有效對比。
阿特拉斯·科普柯是現在空壓機業(yè)內公認的行業(yè)領(lǐng)導者，是現在所有生產(chǎn)廠(chǎng)家中擁有z*全的產(chǎn)品線(xiàn)，也是w*一家可以同時(shí)提供大無(wú)油螺桿空壓機（80~100m3/min）和離心式空壓機的廠(chǎng)家。其所有機型的設計標準均按國際通用標準，并且設備優(yōu)異的運行效率和可靠性也獲得了用戶(hù)的認可。我們用阿特拉斯·科普柯~80m3/min的無(wú)油螺桿空壓機（ZR500-8.6）和離心式空壓機（ZH500-8）在統一標準（排氣壓力8barG，流量均為出口FAD流量）下進(jìn)行性能對比，可以更加公正、客觀(guān)的了解兩種機型的性能。
表2為兩種機型在不同的環(huán)境溫度下的性能參數和效率。正如上文所述，離心式空壓機受環(huán)境條件的影響較大，環(huán)境溫度對離心式空壓機的流量和軸功率均有較大影響，比功率SER變化比較明顯。而無(wú)油螺桿空壓機整體性能比較溫度，受環(huán)境條件的影響較小，比功率SER變化較小。從比功率SER的數值對比來(lái)看，兩種機型的效率基本一致，沒(méi)有太大的區別。
四、調節對比
能量消耗中約80%的生命循環(huán)要用于壓縮空氣，s*先在選型時(shí)就應該考慮用氣量和機型的匹配性。雖然考慮到壓縮機類(lèi)型或制造商，壓縮機的性能存在顯著(zhù)差異，但在理想的情況下，壓縮機全負荷能力應與空氣消耗精確的匹配。其次，對于用氣量存在波動(dòng)現象的情況，需要根據系統的用氣特性選擇合理的調節方式。通常，現場(chǎng)應用要求壓縮空氣系統壓力保持恒定。根據壓縮機的類(lèi)型、可接受的壓力變化、空氣消耗量的變化和可接受的能量損失，現在有很多流量調節方法。并且很多設備都是可以自我調節，即上升的壓力使流速變大，結果產(chǎn)生了穩定的系統。每種調節方法對應的調節效率又不同，這就意味著(zhù)選型時(shí)必須要認真作出選擇，保證系統的調節效率z*佳。
由于兩種空壓機的壓縮工作方式不同，導致其調節特性也不同。如圖八所示，離心式空壓機的壓力/流量曲線(xiàn)與容積式（無(wú)油螺桿）空壓機的相應曲線(xiàn)有很大不同。離心式空壓機具有變流量、恒壓力的特性。相反，容積式空壓機則具有恒定流量、可變壓力的特點(diǎn)。容積式空壓機甚至可以在低速時(shí)達到較高的壓縮比，離心式空壓機則是為大流量而設計。
離心式空壓機的調節方式通常由進(jìn)口導葉（IGV）和放空閥（BOV）組成。如圖9所示，一般情況下，當排氣量在70%~100%范圍內波動(dòng)時(shí)，僅需通過(guò)調節進(jìn)口導葉（IGV）的開(kāi)度就可以滿(mǎn)足氣量波動(dòng)的調節，此時(shí)機組的效率會(huì )有小幅下降。當排氣量小于70%時(shí)，為避免機組發(fā)生喘振現象，需要通過(guò)放空閥（BOV）將多余的氣體排空進(jìn)行調節，此時(shí)機組的效率會(huì )有大幅下降。由此可見(jiàn)，在小幅范圍內波動(dòng)時(shí)，進(jìn)口導葉（IGV）可以很好的調節氣量，同時(shí)保證離心式空壓機的調節和效率。
無(wú)油螺桿空壓機常規的調節方式為加/卸載，通過(guò)入口進(jìn)氣閥的開(kāi)/關(guān)調節空壓機的排氣量。無(wú)油螺桿空壓機的控制器會(huì )有一組加卸載壓力的設定值，使機組在一定的壓力范圍內運行，保證壓縮空氣管網(wǎng)的運行壓力。所以，無(wú)油螺桿空壓機的運行壓力會(huì )比要求的管網(wǎng)壓力高一些。同時(shí)，對于頻繁加卸載的運行工況，無(wú)油螺桿空壓機還可以選擇變頻的調節方式，可以更優(yōu)的調節管網(wǎng)用氣量，并提高機組的運行效率，這是離心式空壓機所不具備的特性。
五、維護對比
正如所有的設備一樣，空壓機設備需要一定的保養維修。精心策劃的空壓機維修計劃，不僅可以延長(cháng)機器的使用壽命，并且修復小故障的成本也會(huì )降低，故障停機時(shí)間也會(huì )縮短。對于不同類(lèi)型的空壓機，所需的保養要求和技術(shù)要求也不同。
離心式空壓機是一種高轉速、高精密度、高可靠性的機械，其操作要求比較。不僅操作人員需要經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓，服務(wù)人員必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓才能勝任現場(chǎng)的維修、定檢工作。就客戶(hù)而言，其一般性日常保養的工作量比較小，定期的保養和故障維修都只能通過(guò)廠(chǎng)家完成。葉輪和轉子發(fā)生故障時(shí)，需要返廠(chǎng)修理，費用和時(shí)間成本較高。
無(wú)油螺桿空壓機可靠性高，零部件少，沒(méi)有易損件，運轉可靠，壽命長(cháng)，大修間隔時(shí)間長(cháng)。操作維護方便，操作人員不必長(cháng)時(shí)間專(zhuān)業(yè)訓練，可實(shí)現無(wú)人值守運轉。定期的更換空濾、油濾、潤滑油這些常規工作，用戶(hù)自己就可以完成。但其機頭屬于商業(yè)機密，不允許、不授權任何人維修、定檢機頭，任何機頭部分的異常就必須退運國外修復或更新、費用和時(shí)間成本較高。
由表5可見(jiàn)，離心式空壓機的維護點(diǎn)比無(wú)油螺桿空壓機要多一些。
六、大流量系統優(yōu)化方案
由于離心式空壓機在滿(mǎn)負荷的狀態(tài)下，有著(zhù)效率和穩定性高的特點(diǎn)，一般在大流量的系統選型時(shí)，離行式空壓機都會(huì )是s*選。但在實(shí)際的生產(chǎn)運行過(guò)程中，氣量不會(huì )一直保持在設計的理想范圍/滿(mǎn)負荷工況，用氣量會(huì )隨著(zhù)產(chǎn)量的變化發(fā)生大幅波動(dòng)。此時(shí)，全離心機的方案就無(wú)法有效、合理的調節氣量，合理控制生產(chǎn)運行成本和支出；并且在一些波動(dòng)比較頻繁的工況下，離心機的穩定性和可靠性也會(huì )受到一定的影響。
針對離心空氣壓縮機組在低于額定工況運行時(shí)，效率會(huì )有下降，且容易進(jìn)入喘振區間，新版GB50029《壓縮空氣站設計規范》中也提出了明確的規定“離心空氣壓縮機各單機運行時(shí)，其容積流量不宜低于額定容積流量的70%”。
如圖10所示，由于離心式空壓機的調節范圍有限，在流量波動(dòng)較大的系統中，全離心式空壓機的系統需要放空調節配合，就會(huì )存在一定的放空區間（紅柱范圍）。此時(shí)，系統的能耗將遠遠高于設計值。并且，頻繁的調節可能導致離心式空壓機故障率升高，單機運行效率下降。
如圖11所示，對于波動(dòng)范圍的氣量，可以選用無(wú)油螺桿空壓機替代部分離心式空壓機，通過(guò)螺桿機優(yōu)良的調節性能和適應性彌補離心機的缺點(diǎn)。“離心式空壓機+無(wú)油螺桿（變頻）空壓機”的組合方案，可以更加合理、有效的調節氣量，優(yōu)化運行方式，節省運行成本，使整個(gè)系統處于高效、穩定的運行狀態(tài)。正如現在流行的混合動(dòng)力汽車(chē)，在既滿(mǎn)足長(cháng)途駕駛的前提下，又同時(shí)保證了汽車(chē)的z*低能耗。“離心式空壓機+無(wú)油螺桿（變頻）空壓機”的組合方案，在負荷波動(dòng)的情況下可以更優(yōu)化的調節氣量，目前是大流量系統解決負荷波動(dòng)的z*佳選擇。
并且，“離心式空壓機+無(wú)油螺桿（變頻）空壓機”的組合方案也是一種成熟、可靠的解決方案，國內外已經(jīng)擁有無(wú)數成功案例。如汽車(chē)行業(yè)，“離心式空壓機+無(wú)油螺桿（變頻）空壓機”的組合方案已經(jīng)在國內外廣泛的應用，是大眾、通用、寶馬等工廠(chǎng)的必選方案。深圳某大型知名電子生產(chǎn)企業(yè)，在使用一臺900kW變頻無(wú)油螺桿替代一臺原有的離心機后，年節約電費達500萬(wàn)人民幣，取得了顯著(zhù)的節能效果。其可靠、節能的應用已經(jīng)獲得廣泛的案例證明。
七、結論
由上綜述，兩種機型在中小流量范圍內的效率差別不大，但各自?xún)?yōu)勢和特點(diǎn)的差別就比較明顯。不能簡(jiǎn)單的僅憑效率對比作出區分或選擇，因為對于整個(gè)空壓系統而言，不同行業(yè)、不同工況的用氣需求是不同的。沒(méi)有z*好的機型，只有合適的機型。在新建或擴建空壓機系統時(shí)，只有詳細了解系統的應用和工況特性，并分析使用、維護和投資成本。z*后進(jìn)行綜合考慮，根據實(shí)際的情況進(jìn)行合理的選擇和方案，才能發(fā)揮出每種機型的特點(diǎn)和優(yōu)勢，實(shí)現性能z*優(yōu)、調節z*好、穩定性z*高的空壓系統。
作者簡(jiǎn)介：
潘豐，男，2006年畢業(yè)于上海理工大學(xué)熱能與動(dòng)力工程
來(lái)源：■文/潘豐
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