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一文搞定各类无油空压机的工作原理、工作范围、优缺点和选型注意

一说到无油空压机,大家要知道,一共有6大类,分别是干式无油螺杆空压机、水润滑无油螺杆空压机、涡旋无油空压机、活塞式无油空压机、吹瓶高压无油空压机和离心式无油空压机。

如果从排气量方面来讲,做的最小的是活塞式无油空压机,0.11立方米/分~3立方米/分,做的最大的是离心式空压机,11立方米/分~100立方米/分及以上。干式无油螺杆空压机的排气范围在5立方米/分~45立方米/分,水润滑无油螺杆空压机的排气范围在1.9立方米/分~20立方米/分,涡旋式无油空压机排气范围在0.35~5立方米/分,吹瓶高压无油空压机排气范围在5~40立方米/分。所以如果从排气范围来选择无油空压机的话,你就可以看出该有的一些选择了。

如果对螺杆式无油空压机和离心式无油空压机的选择有些纠结,不妨看下二者的比较:

1、螺杆压缩机是容积式风机具有内压缩原理的特征。而离心式的风机为离心式其风量受外界环境影响(温度、压力)而变化。

2、 螺杆压缩机即使在小流量区域也不会象离心式风机那样发生喘振、扼流与油膜振荡,失速等现象,具有比较稳定的工作特性。离心风机受外界温度、压力影响较大,当进气流量小于最小值时,叶片道内无气体流出,形成旋涡倒流,从出口回流到进口,出口压力下降,倒流气体弥补流量不足并维持机器正常工作,但产生了低频高振幅的脉动、噪音与振动,这就是所谓的离心风机固有的喘振现象、喘振、扼流、油膜振荡与失速造成离心风机故障率提高,可靠性降低。

3、 螺杆压缩机使用寿命长,动力平衡性好,能以较高速度运转,不需要重型基础。

4、 螺杆压缩机叶轮之间、叶轮与机壳、侧板之间有间隙,不需注油润滑,输送含粉尘气体较为安全,适合混相输送。离心风机不适合混相输送如介质中含液滴,灰尘,有聚合反应情况。离心风机对外包括环境、温度要求非常高。

5、 螺杆压缩机,不存在其他机械磨擦,因此机械效率高,容积效率高,绝热效率也较高。

我们再从以下几方面看下无油螺杆空压机和离心机之间的考量:


1、价格

   我们在这里所说的价格是一个广义的概念,实际上指的就是成本。

   这里我们先撇开初购成本不谈,从运行成本,保养成本上对离心机和无油螺杆机作一下对比:

运行成本:我们讲离心机的运行成本比无油螺杆要低10%以上。为什么说10%呢?就让我们来分析分析。

   首先现在市场上的无油螺杆机全是两极压缩,一级冷却,而离心式空压机是三级压缩,两极冷却。多这一级意味着什么呢?意味着可以省6%的压缩功。

   一台无油螺杆机有7个齿轮,14~18个轴承,4组啮合。而一台离心式压缩机3个齿轮,6个轴承,2个啮合。由机械上的经验可知每多一组啮合,机械损耗约增加2%,那么离心机在机械损耗上又可以节约4%左右的功。

      6%+4%=10%

  那么细心的朋友可以发现我们上文中还有个“以上”。这个以上又从何而来呢?那就是我们刚才所讲的“每增加一组啮合,机械损耗增加约2%”是有前提的:同样的齿轮加工精度,同样的轴承。那么离心机的齿轮加工精度一般都在AGMA12级,而现在市场上的无油螺杆空压的齿轮加工精度一般在AGMA7!再有就是轴承,离心式空压机的轴承是滑动轴承,而螺杆空压机均是滚动轴承。这也就是“以上”的由来!我们大概粗略的算了一下,如果同样一台进气流量为100m3/min、排气压力7kgf/cm2空压机,离心机比无油螺杆机在运行费用上要省30万元以上!(以每年运行8000小时,每度电0.7元计算。)

  保养成本:每年的保养成本对于离心机和无油螺杆机来讲差不多,每年的投入大概就是初购成本的2~3%。但是有一点--螺杆机的机头设计寿命大概在4~5年(每年运行8000小时),这意味着什么呢?意味着空压机在运行五年后必须更换一个新的机头!我们从市场上了解到,无油螺杆机更换一个机头的费用是整机价格的50~60%,也就是说每年要均摊到10~12%!换句话说无油螺杆机实际每年的保养费用在13~16%。那么离心机存在不存在上面的问题?离心机主要的零部件的设计寿命均在20年以上(每年运行8000小时)!离心机的用户根本没有这方面的顾虑。

2、质量

   质量也包括两个方面:一个是制造质量,这方面我们这里先不谈;另一个是机器本身的性能质量,我们主要从这方面谈一下离心机与无油螺杆机的差异。

   谈到性能,当然是多方面的,前面所讲的能耗也包含其中。我们想用下表来作个比较:

噪音 A:离心式空压机B:无油螺杆机)

      A:约85~90分贝,主要的噪音源来自主马达,因此可以不用隔音罩,易于保养、巡检及散热。

      B:高达100分贝,主要的噪音源来自空压机,因此必须搭配隔音罩,保养、巡检不方便,罩内积热更容易造成马达烧毁。

压缩空气干净程度

     A:使用2级过滤,最终滤度为2微米以上,接近100%0.4微米以上的滤度也高达90%

     B:最终滤度为10微米,要求纯净空气的系统需要增设后过滤器。

排气压力波动

     A:“等压变容的压缩方式可以保持相当稳定的系统压力,压力波动范围可以保持在1~3%以内(即使没有储气筒)”

     B:等容变压的压缩方式,压力波动范围在5~10%或以上,一定要有储气筒来降低压力的波动。

可靠性

     A:设计寿命年限长,可靠性高。有限载控制,马达无过载忧虑。

      B:没有限载控制,冬天容易马达过载。最主要的一点就是备机不可靠性相对离心机而言比较高。主要是进气中的粉尘会破坏螺杆转子表面的特氟隆,备机机头中的冷凝水就有可能使螺杆生锈。如果启动备机不采取一些措施就有可能产生马达烧掉,连轴器损坏,螺杆损坏等故障。

3、服务

  服务也可以分下面几个方面谈:

      1、厂家的服务能力。

      2、机器本身的可服务性。

  离心机是一种高转速,高精密度,高可靠性的机械,服务人员必须经过专业培训才能胜任现场的维修、定检工作。但就客户而言,其一般性日常保养的工作量十分小。可以这样说难的烦的我们厂家都做好了,不用客户去操心了!再往俗了说:离心机容易伺候。

  而无油螺杆就不同了,特别是它的机头属于商业机密,不允许、不授权任何人维修、定检机头,任何机头部分的异常就必须退运国外修复或更新,既耗费用又耗时间。费用还在于次,因空压机不运作给客户造成的效益损失又怎么算?

4、其他

 “离心机有稳定、耐用、节能、保养简易等优点但对于小于500HP以下的机器其初购成本比较高。”“无油螺杆机长期运行尚称稳定,比往复机易于保养,价格低是主要的优点。但其机头寿命短,更新成本过高,备机可靠性不高。”

  上述的话就是市场对离心机和无油螺杆机的主要反映。那么从整个市场看越来越小型化的离心式压缩机将是未来无油空气压缩机的主流。而无油螺杆机作为过去的小型无油空压机市场取代往复机的革命性机种,碍于先天的缺陷和市场严酷的考验已日趋没落,世界上各主要螺杆机制造厂在15年前即已终止研发不再加入市场的竞争行列。

下面是关于各类无油空压机之间的工作原理以及相互间比较的文字,请大家参考!

一般来讲,任何一种压缩机均有其适用范围。

  无油螺杆机在排气量小于50m3/min时效率明显高于离心机,从维护费用上来看,离心机要贵得多!

  只有排气量大于50m3/min时,离心机的价格才相对便宜,但并不意味着效率高!

  现在市场上有的无油螺杆机采用新的表面处理技术,转子寿命基本上同离心机一样。

  不知道离心机的日常维护,除了更换滤网需要花费以外,还有什么其他费用?现在,国外离心机的转速已超过10万转/分钟。国内的有些离心机厂商,速度不超过1万转/分钟。不知道你的离心机效率低是说国产还是进口。

  没错,一般来讲,任何一种压缩机均有其适用范围。但无油螺杆机在排气量小于50m3/min时效率明显高于离心机,我也看过一些权威资料也是这样介绍的,但它的依据在哪?而且有时候理论和实际可能会存在脱节的现象,我们单位56.4m3/min螺杆机选用的是380kW的电机,100m3/min的离心机选用的是746kW的电机,两者并没有明显的差别,再者,转子涂层脱落后效率的急剧下降是我们工作中不得不考虑的问题,五年寿命的转子可能到第三年效率就开始出现下降的趋势,即使原来有优势这时也会荡然无存。

  从维护费用来看,离心机要贵得多,这又是从何说起?至少离心机不需要定期更换昂贵的转子啊。平常也就换换空气过滤器、油过滤器、油雾过滤器、冷却器密封垫,定期补充润滑油,不定期更换润滑油、冷却器芯(选国产的,隔三四年更换新的,比进口便宜得多)等。

   只有排气量大于50m3/min时,离心机的价格相对便宜是事实,离心机的价格确实比螺杆机便宜,有单位听了我们用的进口离心机价格后非常吃惊,说国内一些螺杆机厂的性价比都没有竞争优势了。

小排量离心机难以应用的原因我个人认为主要有:效率、叶轮的设计、价格成本、喘振等。离心机的喘振问题一般生产厂家都已通过电脑控制系统加以解决,如COOPER公司的产品是通过现场试验找出每台机子的喘振特性曲线,确定机组的工作范围(最低电流)。这样机组一般不会发生喘振问题。

现在市场上有的无油螺杆机采用新的表面处理技术,转子寿命基本上同离心机一样 ,请问是哪一家公司,今后省得让大家采购时走弯路。

   相同排压的50立方的离心和50立方的无油螺杆我们在一个空压站里面跑过,电流上一看就知道谁效率好了!其实所谓的离心机不可以做到小立方和压缩原理没有任何关系,从理论上讲,任何压缩方式把相同立方的空气从1kg压到7kg压缩功是一样的!离心机做不小主要是因为工艺上的原因:流量越小,势必压缩机叶轮越小,为了保持压力其转速势必提高,现在商业化的离心空压机最高转速可以到7万转,在如此高转速情况下,对轴承的设计有很高要求。随着轴承设计的进步,离心机的经济使用范围从100立方降到40立方,又降到20多立方。螺杆机在使用时间长后其效率下降很厉害。如果新的表面技术可以解决这一问题,真的很想了解一下!喘振问题已经说了,就那么简单各个厂家大同小

   国外著名的透平压缩机生产商主要有以下几家:日本有日立(Hitachi)、三井、三菱(Mitsubishi)、川崎、石川岛(IHI)、荏原(EBRARA)和神钢;美国有德莱赛兰(DRESSER-RAND)、英格索兰、埃理奥特(ELLIOTT)、库柏(Cooper)、通用电气动力部(原来的意大利新比隆Nuovo Pignone公司)、美国AC压缩机公司和阿里斯;德国有西门子工业(原来的德马格-德拉瓦)、盖哈哈-波尔西克(GHH-BORSIG), 瑞士有苏尔寿(SULZER);瑞典有阿特拉斯

   有关干螺杆的转子表面处理技术,最早采用铁氟龙镀层,大家知道铁氟龙为塑料,与铁之间不能结合紧密,当机器启停频繁时,转子温度忽高忽低,加上空气中的水分,铁氟龙容易脱落,导致二级转子效率下降,进而导致轴承咬死、马达烧毁,故现有的进口无油螺杆机给大家的观念是转子寿命短,更换成本高。

   现在市场上有一种德国BOGE无油螺杆机,据说转子采用钼-石墨合金渗透处理,解决了铁氟龙带来的脱落问题,转子寿命大为延长。

   在5年前,我见过采用二硫化钼涂层的无油螺杆,到现在没有人告诉我无油螺杆的螺杆寿命可以达到10年以上,但是用了八年十年的离心机叶轮却见过很多,而且在工艺上国内都可以解决叶轮维护问题。

       4050立方的范围,无油螺杆和离心机的效率相去不远,在50立方以上的排量,排量越大,离心机的效率比无油螺杆的效率越高,由于离心机的设计是根据工艺压缩机的要求设计的,可靠性要比根据辅助机械要求设计的螺杆机要高。

  由于大型螺杆(直径超过250mm)的加工工艺远远比离心机叶轮高得多(涉及大型工件的精密铸造/精铣/精磨),而且设备均为专用设备,导致成本比作为准标准件的离心机叶轮高,所以在价格上50立方的无油螺杆并无优势。

   假如我要求压缩机的流量调节范围能在30~100%之间,这种情况下应选离心式还是螺杆式?据我了解国外离心式空压机的流量调节范围也就在70~100%之间。再低会产生喘振了吧?

   英国康普艾公司有一款直流调速螺杆机,调速范围为20100%。离心机的调速范围确实不是很大,太大情况下,调节不经济。

   离心机和螺杆机是两种压缩方式,即动力式和容积式,离心机受温度的影响很大,因此它的功率变化也很大,而螺杆机就相对稳定。总的来说,小气量的使用螺杆式比较好,大气量的还是使用离心机。

   有几个数字想说明一下,在我听过的几种离心式压缩机介绍中,目前来说转速最高的好像是64000rpm,而流量,其实最小可以做到11m3/min。当然,以上数据皆是进口离心空压机。轴承与齿轮的设计均为无限寿命型。喘振嘛,以我们厂新上项目所购买的Cooper压缩机为例,它们厂好像只有离心机,我厂选用自动双重控制方式,可以在进气口、排气口分别通过入口导叶和出口放空阀来自动调节,维持运行点在设定的压力值附近,同时避开喘振线。不过离心机噪音虽比螺杆机小,但也够吓人的了。

   离心压缩机种类很多,结构主要有两种:一是单轴式,即所有叶轮都装在一根轴上。按API617生产,这种机型的最大优点是可靠性高,石化和工艺离心机一般都用这种机型,叶轮现在多用焊接的,因为强度原因,叶轮的圆周速度一般低于300m/s,因此转速低;另一种是多轴式,向ATLAS那种,现在国外最多做到五根轴,十级压缩,这种机型特点是效率高,因此主要用在空分和动力仪表行业。按API672生产,叶轮大多是整体铣制的,强度高,圆周速度可到500m/s以上,转速可到数万转。

   至于离心压缩机的寿命,目前国内象沈阳鼓风机厂的单轴离心机做到三年不开缸是没问题的,国外产品十年、二十年不开缸的比比皆是。国内(好象是上海,具体哪个厂不记得了)有一台国外的离心机(好象是约克),六十年代买的,至今未开缸,国外公司想高价买回去作为展览品,厂家不卖;多轴(也叫齿轮式)的问题就多一点,国内产品还不很成熟,就象日立这样的公司都不做了。

   离心机三年不开缸比较容易,比如陕西鼓风机厂也能做到,关键看效率!

   因为多轴的压缩机太不稳定(振动大、噪音大、效率低、能耗高、易断轴),国内、外都有断轴的案例,坚持做的厂家不多(至少不会列为首选推荐)。空分和动力仪表行业目前的趋势是用单轴的等温压缩机,其一次性投资成本虽然高,但由于效率高、能耗低,23年的运行就可以收回两者的投资差价。随着装置规模的大型化,石化的50万吨以上的催化裂化装置主风机、380m3以上的高炉主风机一般用轴流压缩机。再小流量的市场,才轮到离心压缩机

   每台机组在出厂时,会测试出它的性能曲线,将喘振、气阻、正常工作范围描绘出来的,并通过计算机来自动控制,是完全能满足用户的需求的!特别是近来,集中控制系统应用得越来越多,对用户的操作使用是非常有利的。机组的选型,我想还要根据用户的实际情况来做出决定,公司实力、对气源的品质要求、技术队伍的状况等等来做出合理的决定。

   离心机在50立方以上的优势,无油螺杆是比法相比的;唯一的办法是向小螺杆开发,并大幅降低其价格,使无油螺杆进入中、小企业,让用户得到实惠。

   随着用户对离心机的认识,越来越多离心机的市场占有率会越来越高。已经开始迎来一个新高潮!

   我觉得离心机跟螺杆机各有千秋,因为螺杆机进入市场已经很久,除机头外已没什么重大技术机密,所以维修厂商很多,很多零件都可以相互换用,故单次维修费用较低。同时螺杆机备品及耗材相对离心机要便宜很多,更具备离心机所不可能的快速反应能力。但离心机相对于螺杆机在2000CFM的流量以上的效率及价格具有不容置疑的优势。更重要的是离心机所压缩空气基本无油,对于需使用吸咐式干燥机进行后处理的空压系统十分重要。

   离心机的噪音实在太大,螺杆机中阿特拉斯做的很好,只有65分贝。

   建议50立方每分钟以下的使用螺杆机,50立方每分钟以上时使用离心机。