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回轉(zhuǎn)式無油壓縮機概述

  【壓縮機網(wǎng)】無油壓縮空氣應(yīng)用越來越廣泛,除了傳統(tǒng)的應(yīng)用行業(yè)諸如食品、醫(yī)藥、電子、芯片、噴涂、空分、儀用控制,近期諸如LCD面板、鋰電池、太陽能、醫(yī)用設(shè)備等新興行業(yè)也獲得了快速發(fā)展。隨著ISO8573-1“0級無油”標準的深化,催生無油壓縮技術(shù)的蓬勃發(fā)展,如干式無油螺桿引入變頻技術(shù)、螺桿轉(zhuǎn)子“錐形”設(shè)計,小型干式旋齒技術(shù),無油渦旋技術(shù),離心機小型化、高速化。

  近二十年更有很多新技術(shù)被引入,其中有兩個比較熱門的話題,一個是磁懸浮小型高速離心式壓縮機:磁懸浮離心壓縮機是用高速電機來直接帶動葉輪,替代了齒輪箱;變頻調(diào)節(jié)替代了進口導(dǎo)葉;磁懸浮軸承替代了滑動軸承和潤滑系統(tǒng)等等。第二個就是水潤滑無油壓縮機:用水替代油噴入壓縮腔起到潤滑、密封和冷卻作用的話,可以實現(xiàn)“無油壓縮”,產(chǎn)生的壓縮空氣就不含油,獲得可靠的“0級無油”壓縮空氣。

  一、什么是無油壓縮機

  無油壓縮機全稱“無油潤滑壓縮機”——壓縮機工作時,在“壓縮腔”內(nèi)沒有油介入;壓縮機排氣,沒有壓縮機油污染。

  無油壓縮機分類(常用類型)

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  速度型:

  √離心式

  √軸流式

  干式壓縮型:

  √無油渦旋

  √干式無油雙螺桿(旋齒)

  √無油活塞

  水潤滑型:

  √水潤滑雙螺桿

  √水潤滑單螺桿

  √水潤滑滑片

  二、無油壓縮機技術(shù)的選用

  一個共識是,噴油潤滑壓縮相對簡單,從5kW到500kW,噴油螺桿一級壓縮和兩級壓縮,低壓、中壓都可以。但是無油壓縮就比較復(fù)雜,下圖中水平坐標代表“流量”,垂直坐標代表“比功率”。就常用的工廠動力用壓縮機(排氣壓力5~10barG)的能效而言,大型壓縮機是三級離心的優(yōu)勢明顯,中、大型無油壓縮機是兩級干式螺桿的優(yōu)勢明顯,小一點的無油壓縮機是兩級旋齒的優(yōu)勢明顯。新出現(xiàn)的水潤滑無油雙螺桿壓縮機,在中、小型范圍內(nèi)效率遠遠優(yōu)于干式無油螺桿和旋齒壓縮機。

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  這是因為干螺桿無油壓縮機比較適合的轉(zhuǎn)子齒頂圓速度為80~120m/s,但是小型的干式無油螺桿轉(zhuǎn)子直徑就小了,即使轉(zhuǎn)速很高也很難達到這個齒頂圓速度。大型的干式無油螺桿轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一般在8000rpm左右,小型的干式無油螺桿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速多為12000~13000rpm,但是這時陽轉(zhuǎn)子的齒頂圓速度遠遠達不到每秒60m/s。再加上螺桿“相對”間隙的影響,小型干螺桿的能效明顯變差,尤其是75kW以下急劇變差。

  另有一種解決辦法可以把氣量做小并且轉(zhuǎn)子直徑不會太小,就是把轉(zhuǎn)子做的短一點,這就是旋齒,如下圖上排左。旋齒壓縮機由于直徑大,所以能效在小功率的時候比干式無油螺桿壓縮機會好一點。但是旋齒壓縮機也有一個缺點,由于旋齒結(jié)構(gòu)的“齒體長度”非常短而且是直線,當涂層剝落后,排氣量和能效衰減比干螺桿明顯。

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  水潤滑雙螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子齒頂圓速度為15~30m/s,非常適合小功率螺桿壓縮機,在37/45kW時整機比功率比干螺桿高15%以上。

  三、水潤滑無油壓縮機

  現(xiàn)在各行各業(yè)使用最廣的是噴油螺桿壓縮機,由于潤滑油噴入壓縮腔起著潤滑、密封和冷卻作用,使得壓縮過程簡單又可靠,但是產(chǎn)生的壓縮空氣含油。如果用水替代油噴入壓縮腔起著潤滑、密封和冷卻作用的話,可以實現(xiàn)“無油壓縮”,產(chǎn)生的壓縮空氣就不含油,獲得可靠的“0級無油”壓縮空氣。

  從理論上講能夠?qū)崿F(xiàn)水潤滑無油壓縮的結(jié)構(gòu)有三種,第一種是水潤滑滑片壓縮機、第二種是水潤滑單螺桿、第三種是水潤滑雙螺桿。

  水潤滑無油壓縮機的原理特征就是水替代油起到潤滑、密封和冷卻的作用。

  水潤滑無油壓縮機的主要挑戰(zhàn):(1)水的密封性不如油;(2)潤滑作用也遠不如油;(3)水會引起生銹。

  作為壓縮輔助介質(zhì)水比油的優(yōu)勢:(1)水的冷卻效果比油好,所以壓縮過程更接近于等溫壓縮,等溫壓縮是最節(jié)能的壓縮過程;(2)水的分離效果比油好,所以它的汽水分離器沒有分離(濾)芯這樣一個阻力元件,不僅不需要花費“分離芯”更換成本,而且還免除了“分離芯”的壓力損失遞增造成額外功率消耗;(3)“純水或軟水”遠比“壓縮機油”便宜、環(huán)保且容易獲得。

  既然知道了水替代油的挑戰(zhàn)和優(yōu)勢,那么我們在設(shè)計機器的時候就要做選擇:

  首先,水潤滑無油壓縮機的機械結(jié)構(gòu)選擇:嚙合副要磨損小。由于水的潤滑性能沒有油好,磨損要小那就要用滾動摩擦替代滑動摩擦;因為滾動摩擦的磨損小。即使有滑動摩擦,那么滑動速度盡量要低,還要避免往復(fù)運動,因為往復(fù)運動不容易形成連續(xù)穩(wěn)定的水膜。

  其次,水潤滑無油壓縮機的密封形式選擇:密封線連續(xù)且短。因為水的密封性比油要差,從潤滑角度講,在雙螺桿、單螺桿和滑片這三種結(jié)構(gòu)中,雙螺桿結(jié)構(gòu)是磨損最小的,密封線連續(xù)而且又短,減少內(nèi)泄漏。

  綜合上述原因,這就是為什么跨國公司為什么都走向了水潤滑雙螺桿這一方向。

  第三,水潤滑無油壓縮機的材料選擇:因為水會引起生銹,所以殼體選擇青銅或者不銹鋼,軸是不銹鋼的,轉(zhuǎn)子、星輪或滑片選擇PEEK或樹脂類復(fù)合材料制造。

  四、無油水潤滑雙螺桿與單螺桿比較

  可以發(fā)現(xiàn),國內(nèi)以水潤滑單螺桿為主,國外差不多同期已經(jīng)進入水潤滑雙螺桿時代,我們從技術(shù)上來比較一下兩者各自的特點。

  回顧20多年前回轉(zhuǎn)容積式壓縮機開始流行初期,噴油雙螺桿約占70%市場份額、單螺桿幾乎要占20%-25%,噴油滑片大概占5%左右。隨著螺桿轉(zhuǎn)子加工設(shè)備的成熟,尤其是“螺桿轉(zhuǎn)子磨床”的出現(xiàn),雙螺桿轉(zhuǎn)子加工精度大幅度提升、質(zhì)量大幅度提高,雙螺桿壓縮機的能效優(yōu)勢、可靠性高和穩(wěn)定壽命長等特征得以充分體現(xiàn)。今天噴油回轉(zhuǎn)容積式壓縮機中,噴油雙螺桿壓縮機占98%以上,其它噴油單螺桿和噴油滑片占比非常小。

  雙螺桿、單螺桿和滑片結(jié)構(gòu)在能效、穩(wěn)定性、可靠性和壽命等差別,在噴油回轉(zhuǎn)式壓縮機時代都已經(jīng)表現(xiàn)出來了。這些差異在噴水時代更加明顯,因為水的潤滑和密封作用要比油差很多。這就是歐美日跨國公司已經(jīng)全面進入了無油水潤滑雙螺桿時代的原因。

  五、國內(nèi)外水潤滑雙螺桿壓縮機產(chǎn)品動向

  1. 阿特拉斯·科普柯“AQ水潤滑雙螺桿壓縮機”:在2023年前以比利時原裝進口形式在國內(nèi)銷售,有千余臺的保有量。2023年在無錫工廠完成了的國產(chǎn)化,銷量快速上升;即便在2024年整體市場略顯低迷的大環(huán)境下,AQ系列依舊逆勢上揚,銷售業(yè)績相比2023年實現(xiàn)超30%的迅猛增長,也是其產(chǎn)品性能和質(zhì)量的體現(xiàn)。

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  2.德國AquaAir水潤滑雙螺桿無油壓縮機:在2013年投放國內(nèi)市場,引發(fā)國內(nèi)廠家競相研發(fā)“水潤滑雙螺桿”的熱潮;由于技術(shù)難度大、研發(fā)周期長、涉及學科跨度大、供應(yīng)鏈長且繁瑣,堅持下來的廠家不多。現(xiàn)在歐洲著名主機廠家RotorComp收購AquaAir,會在全球開展“水潤滑雙螺桿主機”業(yè)務(wù),這必將加快國內(nèi)“水潤滑雙螺桿無油壓縮機”市場發(fā)展。

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  3.比利時JustAir(僅氣)水潤滑雙螺桿壓縮機:于2023年12月15-16日在寧波召開中通協(xié)“無油壓縮空氣技術(shù)推進會議”上發(fā)布,與會者見證了這臺僅氣WS45-8VSD的高能效和運行平穩(wěn)特征。僅氣(JustAir)參加“中國(上海)國際技術(shù)進出口交易會”2024/6/12-14,上海市市長龔正先生光臨展臺,對這個跨國合作研發(fā)生產(chǎn)、具有世界先進水平“填補國內(nèi)空白”產(chǎn)品高度認可,并寄予厚望。

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  4.日本IHI和美國壽力:在2013年在國內(nèi)投放AP系列和GS系列水潤滑雙螺桿無油壓縮機,下圖左是壽力GS37VSD在江西某制藥廠從2018年運行至今。

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  5.復(fù)盛:在1998年首次引入用“日本三井”水潤滑單螺桿主機生產(chǎn)的噴水螺桿壓縮機,在2020年推出噴水雙螺桿SWV15~120系列,標志著主流壓縮機廠家“由噴水單螺桿,向噴水雙螺桿的轉(zhuǎn)化”。

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  6.德耐爾:在2014年7月完成了45kW水潤滑雙螺桿的樣機試制,8月份完成性能測試,現(xiàn)在能夠向市場提供30~75kW水潤滑雙螺桿無油變頻壓縮機。基于德耐爾在節(jié)能和無油解決方案領(lǐng)域建樹,新系列30~75kW水潤滑雙螺桿無油變頻壓縮機的市場投放,大大加強德耐爾的節(jié)能和無油領(lǐng)域市場地位。

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  7.通潤·牧風:在“ComVac ASIA 2024”上海壓縮機展推出了無油水潤滑雙螺桿變頻壓縮機15~90kW,壓力覆蓋6~13barG;全系列無油雙螺桿壓縮機配備了通潤的第三代“水潤滑雙螺桿無油主機”,為用戶提供高效節(jié)能、穩(wěn)定可靠、有競爭力的無油壓縮機。由于水潤滑雙螺桿主機陰、陽轉(zhuǎn)子之間的嚙合方式是“滾動”,沒有磨損;而且水潤滑壓縮機內(nèi)部“水分離系統(tǒng)“沒有濾芯之類的“阻力遞增”元件;能效不會衰減,是搭建“一級能效空壓站”的好選手。

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  綜合上述,我們可以歸納出“水潤滑雙螺桿無油壓縮技術(shù)”的特點:

  (1)穩(wěn)定可靠、運行平穩(wěn)和長壽命,這要歸結(jié)于“雙螺桿的嚙合形式”——陰陽轉(zhuǎn)子間是“滾動”,沒有磨損;

  (2)能效好而且性能不衰減,這主要歸結(jié)于“噴水冷卻”接近“等溫壓縮”的熱力學過程和“雙螺桿沒有磨損”的特點;

  (3)研發(fā)時間長,這其實也表明“技術(shù)門檻高”;這也是由于“雙螺桿結(jié)構(gòu)沒有磨損”的特點,不存在“磨合過程”,要求螺桿轉(zhuǎn)子的設(shè)計和制造都要到達一個很高的水準。


來源:本站原創(chuàng)

標簽: 無油回轉(zhuǎn)壓縮機  

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