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離心式空壓機真的更節(jié)能嗎？
時間:2023-10-25 16:33???來源:德耐爾空壓機???作者:Denair???點擊:次
隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，企業(yè)本身不僅面臨市場的激烈競爭，同時對自身的生產(chǎn)運營成本也提出了嚴苛的要求，“節(jié)流”即“開源”，離心式空氣壓縮機（以下簡稱離心機）作為通用的空氣壓縮設備，憑借壓縮空氣無油、運行效率高的特點，越來越得到用戶的青睞。
然而，大部分用戶對“離心機非常節(jié)能” 只有一個概念上的認識，知道離心機比無油螺桿壓縮機等其他壓縮形式更節(jié)能，但并沒有系統(tǒng)地從產(chǎn)品本身到實際使用等綜合考慮這個問題。
所以我們將從常用壓縮形式比較、市場上各品牌離心機差異、離心機空壓站設計、日常維護保養(yǎng)四個角度，簡單闡述這四個因素對“離心機是否節(jié)能”的影響。
一、不同壓縮形式的比較
無油壓縮空氣市場中，主要有螺桿機、離心機兩大類，氣量大致范圍如表1。
由表1看出，無油螺桿機主要滿足小氣量需求，目前無油螺桿市場上各個品牌的競爭主要集中在75Kw ~ 315Kw。
離心機最小也可以做到25m³/min, 那么,當需求氣量在50~70m³/min時，究竟是選擇多臺無油螺桿，還是選擇離心機更合適？
1） 從空氣壓縮原理角度分析
不考慮各個品牌螺桿轉(zhuǎn)子型線設計、內(nèi)壓比設計等因素，螺桿機轉(zhuǎn)子間隙是影響效率的關鍵因素，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，離心機與螺桿機方案的功耗比較，見表2
由表2 可知，
a. 68m³/min需求時，離心機效率比螺桿機高；
b. 根據(jù)壓縮間隙對效率的影響可以判斷： 螺桿機直徑越大，則效率越高，離心機氣量越小，葉輪直徑越小，則間隙占比越大，效率呈逐步下降趨勢；
c. 由表3 也可以看出，離心機與螺桿機在不同工況下，基本保持同樣的變化水平。
3） 理論結合實際的綜合效率比較
單純的機器效率比較并不能反映實際使用的結果，從實際使用角度考慮，80%的用戶實際用氣都存在波動，見表4 典型的用戶用氣需求波動示意圖，但離心機的安全調(diào)節(jié)范圍只有70%~100%，當用氣量超過調(diào)節(jié)范圍時，會出現(xiàn)大量放空，放空即是能源的浪費，則這臺離心機的綜合效率就不高。
如果用戶充分了解自己的用氣波動情況，多臺螺桿機的搭配，尤其采用N+1、即N臺定頻螺桿+1臺變頻機的方案，用多少氣產(chǎn)多少氣，變頻螺桿實時調(diào)節(jié)氣量的產(chǎn)出，則綜合效率反而比離心機高。
因此，離心機到底節(jié)不節(jié)能，不能單純從設備角度出發(fā)，要充分考慮實際用氣的波動，如果想采用50~70m³/min 離心機，則需要保證用氣波動在15~21m³/min 的波動范圍，即盡量保證離心機不放空，如果用戶預判自己的用氣波動超過21m³/min , 則采用螺桿機方案會更節(jié)能。
二、離心機的不同配置
離心機市場主要由幾大國際品牌占據(jù)，如瑞典阿特拉斯·科普柯、日本IHI-Sullair、美國英格索蘭等、根據(jù)筆者了解，各個品牌基本只生產(chǎn)擁有核心技術的離心機葉輪部分，其他零部件采用全球供應商采購模式，因此，零部件的品質(zhì)也對整機效率有重要的影響。
1） 驅(qū)動離心機機頭的高壓電機
電機效率對離心機的整體效率影響非常大，配置不同效率的電機，整機輸入功率計算差別見表3。
由表5可知，高效電機在離心機長期使用中，能有效保證整機輸入功率最低，進而提高整機的運行效率。
國家標準委員會頒布的GB 30254-2013 《高壓三相籠型異步電動機能效限定值及能效等級》中，對各個電機等級做了詳細的劃分，其中大于等于2級能效以上的電機，定義為節(jié)能電機，相信隨著該標準的不斷完善和推廣，電機會作為離心機是否節(jié)能的重要判斷標準。
2） 傳動機構---聯(lián)軸器和齒輪箱
離心機葉輪采用齒輪增速驅(qū)動，因此，連軸器的傳動效率，高、低速齒輪系統(tǒng)的傳動效率、軸承的形式等因素，都會進一步影響離心機的效率，但這些零部件的設計參數(shù)都被作為各個廠家的保密數(shù)據(jù)不對外公開，因此，只能從實際使用過程中做簡單判斷。
a. 連軸器： 從長期運行角度考慮，干式疊片連軸器比齒式連軸器的傳動效率高，齒式聯(lián)軸器傳動效率下降快
b. 齒輪增速系統(tǒng)：傳動效率下降，則機器噪音高、振動高，葉輪的振動值短時間內(nèi)增高，傳動效率下降
c. 軸承：采用多片式滑動軸承，可有效保護帶動葉輪的高速軸油膜穩(wěn)定，啟停機時不會對軸瓦造成磨損
3） 冷卻系統(tǒng)
離心機每一級葉輪壓縮后都需要進行冷卻，再進入下一級進行壓縮
a. 冷卻：冷卻器的設計應充分考慮不同季節(jié)進氣溫度、冷卻水溫度對冷卻效果的影響
b. 壓降：氣體經(jīng)過冷卻器時，要盡量減少氣體壓降
c. 析出冷凝水：冷卻過程中冷凝水析出越多，下一級葉輪對氣體做功比例越多，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，同時不產(chǎn)生壓縮空氣泄露冷卻器的冷卻效果對整機效率影響非常大，同時也考驗每一個離心機廠家的技術實力。
4） 其他影響離心機效率的因素
a. 進氣調(diào)節(jié)閥門的形式：多片式進氣導葉閥可在調(diào)節(jié)時對氣體預旋，減少一級葉輪整流，降低一級葉輪壓比，從而提高離心機效率
b. 級間管道：設計緊湊的級間管道系統(tǒng)，可以有效降低壓縮過程的壓損
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險，也是檢驗一臺離心機是否具備節(jié)能能力的重要判讀指標
d. 內(nèi)表面涂層：離心機每級壓縮的排氣溫度90~110℃，內(nèi)部良好的耐溫涂層也是保證長期高效運行的保障
三、空壓站設計階段
離心式空壓站的系統(tǒng)設計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
一個空壓站的氣量，在設計階段時會統(tǒng)計用氣點、乘以同時使用系數(shù)等數(shù)據(jù)等，已經(jīng)留有充足的余量，但實際采購時要滿足最大、最不利工況這一指標，加上離心機選型的因素，因此從實際結果看，實際用氣大多小于采購的壓縮機產(chǎn)氣量，再加實際用氣波動、各品牌離心機調(diào)節(jié)能力的差別，離心機會發(fā)生階段性放空。
2） 排氣壓力與用氣壓力不匹配
很多離心機空壓站都只有1~2個壓力管網(wǎng)，以滿足最高壓力點為基準選擇離心機，但實際上，最高壓力點氣量需求占比很小，或者有更多低壓力的用氣點，需要通過下游減壓閥來降壓使用，根據(jù)權威數(shù)據(jù)，離心機每降低1barg 排氣壓力，總運行能耗可降低8%。
3） 壓力不匹配對機器的影響
離心機只有運行在設計點時效率才最高，舉例來說，設計排氣壓力8barg 的機器，實際排氣壓力在5.5barg , 則要參考6.5barg的實際運行功耗。
4） 空壓站管理不到位
用戶認為只要是穩(wěn)定供氣保證生產(chǎn)，其他都可以先放一放，以上提到的問題，或者說節(jié)能點，都會被忽略，那么，實際運行的能耗就會遠高于理想狀態(tài)，而這種理想狀態(tài)，原本可以通過前期更細致的計算，對實際用氣波動的模擬，更詳細的氣量、壓力劃分、更準確的選型搭配去實現(xiàn)。
四、日常維護保養(yǎng)對效率的影響
日常維護保養(yǎng)也對離心機是否能高效運行起著及其重要的作用，除了機械設備常規(guī)的三濾一油、閥門閥體密封件的更換，離心機還需要注意以下幾點：
1） 空氣中粉塵顆粒
氣體經(jīng)進氣過濾器過濾后，還是會有細小粉塵進入，長時間后會沉積在葉輪、擴壓器、冷卻器翅片上，影響吸氣量，進而影響整機效率。
2） 壓縮過程中氣體特性
壓縮過程中，氣體處于過飽和、高溫高濕狀態(tài)，壓縮空氣中的液態(tài)水會與空氣中酸性氣體結合，對氣體內(nèi)壁、葉輪、擴壓器等產(chǎn)生腐蝕，影響進氣量，也會降低效率。
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，導致冷卻器水側(cè)結污結垢，影響換熱效率，進而影響整個機器的運行效率。
離心機是目前市場上效率更高的空氣壓縮機種類，在實際使用中，要想真正達到“物盡其用、盡享其效”，不僅需要離心機廠家不斷研發(fā)更高效的產(chǎn)品；同時，準確的選型方案，貼近實際的用氣需求，達到“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，加強對離心機的維護保養(yǎng)，也是離心機長期穩(wěn)定高效運行的可靠保障。
隨著離心機使用越來越廣泛，希望越來越多的用戶不僅知道“離心機非常節(jié)能”，同時也能夠從整個系統(tǒng)的設計、運行維護保養(yǎng)的角度去達到節(jié)能的目標，提高企業(yè)自身的競爭力，為減少碳排放，維護綠色地球做出自己的貢獻！
然而，大部分用戶對“離心機非常節(jié)能” 只有一個概念上的認識，知道離心機比無油螺桿壓縮機等其他壓縮形式更節(jié)能，但并沒有系統(tǒng)地從產(chǎn)品本身到實際使用等綜合考慮這個問題。
所以我們將從常用壓縮形式比較、市場上各品牌離心機差異、離心機空壓站設計、日常維護保養(yǎng)四個角度，簡單闡述這四個因素對“離心機是否節(jié)能”的影響。
一、不同壓縮形式的比較
無油壓縮空氣市場中，主要有螺桿機、離心機兩大類，氣量大致范圍如表1。
離心機最小也可以做到25m³/min, 那么,當需求氣量在50~70m³/min時，究竟是選擇多臺無油螺桿，還是選擇離心機更合適？
1） 從空氣壓縮原理角度分析
不考慮各個品牌螺桿轉(zhuǎn)子型線設計、內(nèi)壓比設計等因素，螺桿機轉(zhuǎn)子間隙是影響效率的關鍵因素，轉(zhuǎn)子直徑和間隙的比例越高，則壓縮效率越高，同樣，離心機葉輪直徑和葉輪與蝸殼間隙比例越大，則壓縮效率越高。
以某68m³m³/min 、8barg 用氣需求為例，離心機與螺桿機方案的功耗比較，見表2
a. 68m³/min需求時，離心機效率比螺桿機高；
b. 根據(jù)壓縮間隙對效率的影響可以判斷： 螺桿機直徑越大，則效率越高，離心機氣量越小，葉輪直徑越小，則間隙占比越大，效率呈逐步下降趨勢；
c. 由表3 也可以看出，離心機與螺桿機在不同工況下，基本保持同樣的變化水平。
單純的機器效率比較并不能反映實際使用的結果，從實際使用角度考慮，80%的用戶實際用氣都存在波動，見表4 典型的用戶用氣需求波動示意圖，但離心機的安全調(diào)節(jié)范圍只有70%~100%，當用氣量超過調(diào)節(jié)范圍時，會出現(xiàn)大量放空，放空即是能源的浪費，則這臺離心機的綜合效率就不高。
如果用戶充分了解自己的用氣波動情況，多臺螺桿機的搭配，尤其采用N+1、即N臺定頻螺桿+1臺變頻機的方案，用多少氣產(chǎn)多少氣，變頻螺桿實時調(diào)節(jié)氣量的產(chǎn)出，則綜合效率反而比離心機高。
因此，離心機到底節(jié)不節(jié)能，不能單純從設備角度出發(fā)，要充分考慮實際用氣的波動，如果想采用50~70m³/min 離心機，則需要保證用氣波動在15~21m³/min 的波動范圍，即盡量保證離心機不放空，如果用戶預判自己的用氣波動超過21m³/min , 則采用螺桿機方案會更節(jié)能。
離心機市場主要由幾大國際品牌占據(jù)，如瑞典阿特拉斯·科普柯、日本IHI-Sullair、美國英格索蘭等、根據(jù)筆者了解，各個品牌基本只生產(chǎn)擁有核心技術的離心機葉輪部分，其他零部件采用全球供應商采購模式，因此，零部件的品質(zhì)也對整機效率有重要的影響。
1） 驅(qū)動離心機機頭的高壓電機
電機效率對離心機的整體效率影響非常大，配置不同效率的電機，整機輸入功率計算差別見表3。
國家標準委員會頒布的GB 30254-2013 《高壓三相籠型異步電動機能效限定值及能效等級》中，對各個電機等級做了詳細的劃分，其中大于等于2級能效以上的電機，定義為節(jié)能電機，相信隨著該標準的不斷完善和推廣，電機會作為離心機是否節(jié)能的重要判斷標準。
2） 傳動機構---聯(lián)軸器和齒輪箱
離心機葉輪采用齒輪增速驅(qū)動，因此，連軸器的傳動效率，高、低速齒輪系統(tǒng)的傳動效率、軸承的形式等因素，都會進一步影響離心機的效率，但這些零部件的設計參數(shù)都被作為各個廠家的保密數(shù)據(jù)不對外公開，因此，只能從實際使用過程中做簡單判斷。
a. 連軸器： 從長期運行角度考慮，干式疊片連軸器比齒式連軸器的傳動效率高，齒式聯(lián)軸器傳動效率下降快
b. 齒輪增速系統(tǒng)：傳動效率下降，則機器噪音高、振動高，葉輪的振動值短時間內(nèi)增高，傳動效率下降
c. 軸承：采用多片式滑動軸承，可有效保護帶動葉輪的高速軸油膜穩(wěn)定，啟停機時不會對軸瓦造成磨損
離心機每一級葉輪壓縮后都需要進行冷卻，再進入下一級進行壓縮
a. 冷卻：冷卻器的設計應充分考慮不同季節(jié)進氣溫度、冷卻水溫度對冷卻效果的影響
b. 壓降：氣體經(jīng)過冷卻器時，要盡量減少氣體壓降
c. 析出冷凝水：冷卻過程中冷凝水析出越多，下一級葉輪對氣體做功比例越多，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，同時不產(chǎn)生壓縮空氣泄露冷卻器的冷卻效果對整機效率影響非常大，同時也考驗每一個離心機廠家的技術實力。
a. 進氣調(diào)節(jié)閥門的形式：多片式進氣導葉閥可在調(diào)節(jié)時對氣體預旋，減少一級葉輪整流，降低一級葉輪壓比，從而提高離心機效率
b. 級間管道：設計緊湊的級間管道系統(tǒng)，可以有效降低壓縮過程的壓損
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險，也是檢驗一臺離心機是否具備節(jié)能能力的重要判讀指標
d. 內(nèi)表面涂層：離心機每級壓縮的排氣溫度90~110℃，內(nèi)部良好的耐溫涂層也是保證長期高效運行的保障
離心式空壓站的系統(tǒng)設計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
一個空壓站的氣量，在設計階段時會統(tǒng)計用氣點、乘以同時使用系數(shù)等數(shù)據(jù)等，已經(jīng)留有充足的余量，但實際采購時要滿足最大、最不利工況這一指標，加上離心機選型的因素，因此從實際結果看，實際用氣大多小于采購的壓縮機產(chǎn)氣量，再加實際用氣波動、各品牌離心機調(diào)節(jié)能力的差別，離心機會發(fā)生階段性放空。
2） 排氣壓力與用氣壓力不匹配
很多離心機空壓站都只有1~2個壓力管網(wǎng)，以滿足最高壓力點為基準選擇離心機，但實際上，最高壓力點氣量需求占比很小，或者有更多低壓力的用氣點，需要通過下游減壓閥來降壓使用，根據(jù)權威數(shù)據(jù)，離心機每降低1barg 排氣壓力，總運行能耗可降低8%。
3） 壓力不匹配對機器的影響
離心機只有運行在設計點時效率才最高，舉例來說，設計排氣壓力8barg 的機器，實際排氣壓力在5.5barg , 則要參考6.5barg的實際運行功耗。
4） 空壓站管理不到位
用戶認為只要是穩(wěn)定供氣保證生產(chǎn)，其他都可以先放一放，以上提到的問題，或者說節(jié)能點，都會被忽略，那么，實際運行的能耗就會遠高于理想狀態(tài)，而這種理想狀態(tài)，原本可以通過前期更細致的計算，對實際用氣波動的模擬，更詳細的氣量、壓力劃分、更準確的選型搭配去實現(xiàn)。
四、日常維護保養(yǎng)對效率的影響
日常維護保養(yǎng)也對離心機是否能高效運行起著及其重要的作用，除了機械設備常規(guī)的三濾一油、閥門閥體密封件的更換，離心機還需要注意以下幾點：
1） 空氣中粉塵顆粒
氣體經(jīng)進氣過濾器過濾后，還是會有細小粉塵進入，長時間后會沉積在葉輪、擴壓器、冷卻器翅片上，影響吸氣量，進而影響整機效率。
2） 壓縮過程中氣體特性
壓縮過程中，氣體處于過飽和、高溫高濕狀態(tài)，壓縮空氣中的液態(tài)水會與空氣中酸性氣體結合，對氣體內(nèi)壁、葉輪、擴壓器等產(chǎn)生腐蝕，影響進氣量，也會降低效率。
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，導致冷卻器水側(cè)結污結垢，影響換熱效率，進而影響整個機器的運行效率。
隨著離心機使用越來越廣泛，希望越來越多的用戶不僅知道“離心機非常節(jié)能”，同時也能夠從整個系統(tǒng)的設計、運行維護保養(yǎng)的角度去達到節(jié)能的目標，提高企業(yè)自身的競爭力，為減少碳排放，維護綠色地球做出自己的貢獻！