【壓縮機網】現代化工業生產和高品質生活都離不開壓縮空氣，空壓機作為壓縮空氣的搬運工，對于各行各業的使用者來說都非常重要。談論空壓機離不開三大性能參數：壓力﹑流量（排氣量）、功率的表現。由于空壓機是耗能大戶，且其廣泛使用于工業生產的各個領域，因此空壓機的降耗增效意義非常重大，得到業內及客戶一致認可。筆者通過《帶您發現壓縮空氣節能秘密》的十個章節從設計、制造、使用和服務（售前﹑中﹑后）來闡述壓縮空氣節能秘密，希望大家有所收獲。本文為第十章，本章節主要針對離心機在Class0和非Class0壓縮空氣需求進行分析探討；對于大流量、無油品質，離心機優勢巨大，隨著成本降低，中小流量的市場會被介入。
一、空壓機分類
空壓機有很多分類，從結構來說，通常我們把空壓機分成：容積式空壓機和動力式空壓機。
1.容積式空壓機工作原理：空氣被吸入一個或多個壓縮腔后，腔體與進氣口的關聯關閉。隨著壓縮腔的容積逐漸縮小，壓力增大，從而得到有一定壓力的壓縮空氣。
容積式空壓機按其主機潤滑方式，可分為有油潤滑和無油潤滑，因此得到的壓縮空氣為有油和無油。
市場上絕大部分容積式空壓機為螺桿空壓機（見圖2）。
2.動力式空壓機工作原理：空氣被吸到高速旋轉的壓縮葉輪的葉片之間，加速至高速后進入擴壓器，氣體的動能在擴壓器中轉變為靜壓，動能增加，壓力升高，從而得到有一定壓力的壓縮空氣。
動力式空壓機主機無需潤滑油，因此得到的壓縮空氣為無油。
市場上絕大部分動力式空壓機為離心空壓機（見圖3）。
二、壓縮空氣含油指標
壓縮空氣在全世界各行各業廣泛使用，隨著社會進步和工業發展，越來越多的用戶除了對壓縮空氣流量、壓力、功耗有要求外，還對氣體品質（含塵、水、油）有不同的要求。
在課程《壓縮空氣品質與節能》講到壓縮空氣的品質取決于：空氣中水，油，塵含量。按ISO8573-1標準標定（見圖4）。
從2010版開始，Class 0的指標開始提出：即壓縮空氣品質要求高于Class 1以上的指標。通常稱為“無油”。
由于壓縮空氣中油主要來自空壓機，而空壓機由于結構不同，其潤滑方式也不同。此時，得到的壓縮空氣可以分為：Class 0和非Class 0。根據客戶對氣體品質的要求：
Class 0：在常規壓力下，7～10bar，無油容積式與動力式空壓機均可達到。如高檔食品、飲料、藥品、芯片、太陽能電池、紡織等行業的需求。
非Class 0：在常規壓力下，7～10bar，容積式與動力式空壓機均可達到（見圖5）。
三、衡量壓縮空氣品質Class 0的三個指標
1.塵顆粒物≤0.1μ。
2.殘油含量≤0.01mg。
3.壓力露點≤-70℃
四、壓縮空氣Class 0的獲取方式
由于越來越多的行業需要無油的壓縮空氣。我們可以從以下兩種方式來獲取：
1.物理性無油
對于空壓機來說，空氣在壓縮腔內被壓縮時沒有油的參與。俗稱：先天性無油。
從物理性無油市場需求份額（氣量需求）來看，干式無油螺桿式空氣空壓機和離心式空氣空壓機的需求是最大的。
干式無油螺桿式空壓機與離心式空壓機特點比較：
①空壓機主機壓縮腔內均無需潤滑油，壓縮空氣品質可以達到Class0.
②主機轉數：
干式無油螺桿式空壓機主機線速度為60-120m/s,一般最高轉速在10,000rpm；
離心式空壓機主機線速度為400m/s,一般轉速在40,000rpm左右。
③排氣量影響：
干式無油螺桿空壓機有強制輸氣的特點，排氣量幾乎不受排氣壓力的影響；
而離心式空壓機排氣量受排氣壓力影響很大。離心式空壓機是一種流體機械，其壓力升高與氣體的流動是同時產生的。在高速葉輪的作用下，氣體被加速，然后強迫其擴張減速，氣流的速度就轉化為壓力。和容積式空壓機相比，動力式空壓機有一個特點：哪怕是工作壓力有很小的變化，都會引起很大的流量變化（見圖8）。
干式無油螺桿可以看出離心式壓縮機的流量曲線與容積式壓縮機的流量曲線絕然不同。離心式壓縮機是恒壓變流量，容積式壓縮機則是變壓恒流量。所以容積式壓縮機即使在低速下，仍可以得到高壓比，而離心式壓縮機必須依賴高速運轉且需要固定轉速。另外，離心式壓縮機每一種速度都有流量的上限和下限，下限意味著壓縮機的背壓大于其內壓時，壓縮機內會出現反流。反流引起喘振，噪音和機械損壞的危險。
④比功率：
干式無油螺桿空壓機一般2級壓縮，機組比功率好；離心式空壓機一般2～3級壓縮，流量越大機組比功率越好。
從SER的角度來分析，80m3/min是螺桿機和離心機的黃金分隔線。由于越小排氣量，螺桿機的成本優勢越明顯。因此離心機的市場應該在大流量，壓力平穩，持續用氣的場合較有優勢。
由于需要較高的技術要求和制造難度，無論是干式無油螺桿空壓機還是離心式空壓機，其采購價格和維護成本都是不菲的。
2.技術性無油
對于空壓機來說，空氣在壓縮腔內被壓縮時有潤滑油的參與，但是可以在壓縮空氣系統中通過過濾或化學的方式去除油。
既然是選擇了技術性無油，說明客戶對壓縮空氣含油量有不同的要求：
①壓縮空氣含油量需求按ISO7183-1的0.01μ以下就行；
②Class0級就是高于Class1級，具體參數由供需雙方商定；
③要求含油量等級越高，設備購買及使用成本越高；
④原則上選擇Class0級的“技術性無油”并非真正地無油。
技術性無油的風險評估：
①如果噴油螺桿空壓機油分離系統出問題的話，怎么辦？
②如果管道除油系統飽和或失效了，怎么辦？
③如果壓縮空氣溫度變化，怎么辦？（見圖12）
五、離心式空壓機的市場分析
1 物理性無油壓縮空氣市場需求
①高品質，高產量，高回報是物理性無油壓縮空氣市場的需求。
②離心式空壓機的市場應該在大流量，壓力平穩，持續用氣的場合較有優勢。主要搶占80m3/min以上（壓力<1.0MPa）無油空壓機市場；
③隨者市場對Class 0需求的增加，螺桿機將優先滿足中小流量需求。
④雖然IHI壽力已將離心空壓機最小做到了其他品牌難以企及的65kW。而采用三級壓縮型式，讓空壓機效率大大提升。但是量產后的成本是否能可以期待？畢竟價格是阻礙小型離心空壓機市場推廣最大的障礙。
⑤在物理性無油機市場，離心式空壓機機只能與干式無油螺桿空壓機爭食。
⑥無油空壓機的銷售渠道已經成熟，客戶群體也穩定，市場應該不存在死角，只有大品牌之間博弈了，小型離心空壓機的出現，會讓原有的無油空壓機市場用戶受益。
⑦80m3/min以下還是干式無油螺桿空壓機的市場，120m3/min是離心空壓機的天下。
2 技術性無油壓縮空氣市場需求
由于采用“物理性無油技術”采購或使用空壓機的成本較高，對于一些用氣量較小、行業對壓縮空氣風險要求不高或者是行業平均利潤率不高的情況下，為了追求Class 0的氣源時，可以采用噴油空壓機+管道氣體除油技術=技術性無油。
在技術性無油壓縮空氣市場中，離心空壓機應該在大流量，壓力平穩，持續用氣的場合較有優勢。主要搶占總用氣量>120m3/min以上噴油螺桿空壓機的市場。
3 非Class 0壓縮空氣市場需求
容積式和動力式空壓機均可參與，在這個市場來說，氣體品質指標要求排在流量、壓力、耗功指標之后了。
①性價比的要求：
對于許多企業，使用壓縮空氣的質量不同，如果對含油量要求不高的客戶去為離心空壓機的“無油功能”買單是不劃算的：
噴油螺桿2500元/m3；
離心機8000～20000元/m3。
②節能的要求：
120m3/min是螺桿空壓機和離心空壓機的比功率值的黃金分隔線。由于越小排氣量，螺桿機的采購和使用成本優勢越明顯。因此離心機的市場應該在大流量，壓力平穩，持續用氣的場合較有優勢。
③負載變化的要求：
從圖17可以看出離心空壓機的流量曲線與螺桿空壓機的流量曲線絕然不同。離心空壓機是恒壓變流量，而螺桿空壓機則是變壓恒流量。因此，在變負載要求高的使用領域，螺桿空壓機要優于離心空壓機。
綜合評估：
①對于氣體品質要求不高（非Class0）的客戶，負載用氣變化大（一般工廠），建議使用噴油螺桿空壓機+凈化設備；
②對于氣體品質要求不高（非Class0）的客戶，負載平穩且用氣大（如鋼廠制氮用氣），建議使用離心空壓機+凈化設備；
③對于氣體品質要求高（Class0）的客戶，負載用氣變化大且行業利潤率不高（制糖），建議使用噴油螺桿空壓機+管道氣體除油技術+凈化設備；
④對于氣體品質要求高（Class0）的客戶，負載用氣變化大或中小流量且行業利潤率高（高端礦泉水，煙草），建議使用干式無油螺桿空壓機+凈化設備；
⑤對于氣體品質要求高（Class0）的客戶，負載用氣變化平穩、大流量且行業利潤率高（高端紡織），建議使用離心空壓機+凈化設備。
六、案例分析：
(一) 某國內著名的太陽能電池生產企業最初使用噴油螺桿空壓機，其產品硅晶片表面含有少量油，出口德國被退貨處理。后來該企業把噴油螺桿空壓機全部改為無油螺桿空壓機：
(二) 浙江某加彈廠用離心機227kW替換2臺132和90kW噴油螺桿。使用一年后該企業每年節省電費約58.2萬元。
(三)小型離心機與干式無油螺桿空壓機在國際市場已經競爭了二十年，依然沒有突破其分割線。
①離心機轉子轉速高，5萬-6萬轉/分鐘，啟動時跨過臨界轉速，大型離心機一般低于臨界轉速;
②葉輪尺寸小，加工精度高，對動平衡要求苛刻，不停機運行尚可。如果葉輪上附著有灰塵等，停機后起動極易震動大，經常無法開機成功;
③軸承易損壞，軸承直徑小，允許的震動值更小，但是轉子運行時震動并不會相應減小，軸承壽命短;
④能耗高，一般來說560KW為離心機和螺桿機的能耗優勢分界點，<500KW時無油螺桿更節能;
⑤對環境要求高，如果冷卻效果差，排氣溫度過高，長期高溫報警狀態，機器非常不安全。
本章節主要針對離心機在Class 0和非Class 0壓縮空氣需求進行分析探討；對于市場上應用占比較高的螺桿空壓機和離心空壓機討論，離心空壓機在無油、壓力平穩、大流量、節能等方面應用優勢巨大。但隨著技術進步和工藝成熟，離心空壓機的成本會逐步降低，中小流量的市場有可能被其介入！
作者簡介
梁柳生，1968年，男，廣西柳州，大學本科。
①高級工程師，1990開始從事空壓機行業工作。有在國企、合資及外企工作經歷，其中22年在AC集團工作。先后從事過空壓機及后處理設備的產品設計、產品工藝、生產管理、產品質量跟蹤服務等及全國銷售總監并有在歐洲學習和工作的經歷。2017年創辦上善氣體工作室，專業從事壓縮空氣系統研究，精益生產管理及銷售的培訓工作
②國家標準JBT10526-2005《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》第一起草人
③全國壓縮機標準化技術委員會委員
來源：本站原創
【壓縮機網】現代化工業生產和高品質生活都離不開壓縮空氣，空壓機作為壓縮空氣的搬運工，對于各行各業的使用者來說都非常重要。談論空壓機離不開三大性能參數：壓力﹑流量（排氣量）、功率的表現。由于空壓機是耗能大戶，且其廣泛使用于工業生產的各個領域，因此空壓機的降耗增效意義非常重大，得到業內及客戶一致認可。筆者通過《帶您發現壓縮空氣節能秘密》的十個章節從設計、制造、使用和服務（售前﹑中﹑后）來闡述壓縮空氣節能秘密，希望大家有所收獲。本文為第十章，本章節主要針對離心機在Class0和非Class0壓縮空氣需求進行分析探討；對于大流量、無油品質，離心機優勢巨大，隨著成本降低，中小流量的市場會被介入。
一、空壓機分類
空壓機有很多分類，從結構來說，通常我們把空壓機分成：容積式空壓機和動力式空壓機。
1.容積式空壓機工作原理：空氣被吸入一個或多個壓縮腔后，腔體與進氣口的關聯關閉。隨著壓縮腔的容積逐漸縮小，壓力增大，從而得到有一定壓力的壓縮空氣。
容積式空壓機按其主機潤滑方式，可分為有油潤滑和無油潤滑，因此得到的壓縮空氣為有油和無油。
市場上絕大部分容積式空壓機為螺桿空壓機（見圖2）。
2.動力式空壓機工作原理：空氣被吸到高速旋轉的壓縮葉輪的葉片之間，加速至高速后進入擴壓器，氣體的動能在擴壓器中轉變為靜壓，動能增加，壓力升高，從而得到有一定壓力的壓縮空氣。
動力式空壓機主機無需潤滑油，因此得到的壓縮空氣為無油。
市場上絕大部分動力式空壓機為離心空壓機（見圖3）。
二、壓縮空氣含油指標
壓縮空氣在全世界各行各業廣泛使用，隨著社會進步和工業發展，越來越多的用戶除了對壓縮空氣流量、壓力、功耗有要求外，還對氣體品質（含塵、水、油）有不同的要求。
在課程《壓縮空氣品質與節能》講到壓縮空氣的品質取決于：空氣中水，油，塵含量。按ISO8573-1標準標定（見圖4）。
從2010版開始，Class 0的指標開始提出：即壓縮空氣品質要求高于Class 1以上的指標。通常稱為“無油”。
由于壓縮空氣中油主要來自空壓機，而空壓機由于結構不同，其潤滑方式也不同。此時，得到的壓縮空氣可以分為：Class 0和非Class 0。根據客戶對氣體品質的要求：
Class 0：在常規壓力下，7～10bar，無油容積式與動力式空壓機均可達到。如高檔食品、飲料、藥品、芯片、太陽能電池、紡織等行業的需求。
非Class 0：在常規壓力下，7～10bar，容積式與動力式空壓機均可達到（見圖5）。
三、衡量壓縮空氣品質Class 0的三個指標
1.塵顆粒物≤0.1μ。
2.殘油含量≤0.01mg。
3.壓力露點≤-70℃
四、壓縮空氣Class 0的獲取方式
由于越來越多的行業需要無油的壓縮空氣。我們可以從以下兩種方式來獲取：
1.物理性無油
對于空壓機來說，空氣在壓縮腔內被壓縮時沒有油的參與。俗稱：先天性無油。
從物理性無油市場需求份額（氣量需求）來看，干式無油螺桿式空氣空壓機和離心式空氣空壓機的需求是最大的。
干式無油螺桿式空壓機與離心式空壓機特點比較：
①空壓機主機壓縮腔內均無需潤滑油，壓縮空氣品質可以達到Class0.
②主機轉數：
干式無油螺桿式空壓機主機線速度為60-120m/s,一般最高轉速在10,000rpm；
離心式空壓機主機線速度為400m/s,一般轉速在40,000rpm左右。
③排氣量影響：
干式無油螺桿空壓機有強制輸氣的特點，排氣量幾乎不受排氣壓力的影響；
而離心式空壓機排氣量受排氣壓力影響很大。離心式空壓機是一種流體機械，其壓力升高與氣體的流動是同時產生的。在高速葉輪的作用下，氣體被加速，然后強迫其擴張減速，氣流的速度就轉化為壓力。和容積式空壓機相比，動力式空壓機有一個特點：哪怕是工作壓力有很小的變化，都會引起很大的流量變化（見圖8）。
干式無油螺桿可以看出離心式壓縮機的流量曲線與容積式壓縮機的流量曲線絕然不同。離心式壓縮機是恒壓變流量，容積式壓縮機則是變壓恒流量。所以容積式壓縮機即使在低速下，仍可以得到高壓比，而離心式壓縮機必須依賴高速運轉且需要固定轉速。另外，離心式壓縮機每一種速度都有流量的上限和下限，下限意味著壓縮機的背壓大于其內壓時，壓縮機內會出現反流。反流引起喘振，噪音和機械損壞的危險。
④比功率：
干式無油螺桿空壓機一般2級壓縮，機組比功率好；離心式空壓機一般2～3級壓縮，流量越大機組比功率越好。
從SER的角度來分析，80m3/min是螺桿機和離心機的黃金分隔線。由于越小排氣量，螺桿機的成本優勢越明顯。因此離心機的市場應該在大流量，壓力平穩，持續用氣的場合較有優勢。
由于需要較高的技術要求和制造難度，無論是干式無油螺桿空壓機還是離心式空壓機，其采購價格和維護成本都是不菲的。
2.技術性無油
對于空壓機來說，空氣在壓縮腔內被壓縮時有潤滑油的參與，但是可以在壓縮空氣系統中通過過濾或化學的方式去除油。
既然是選擇了技術性無油，說明客戶對壓縮空氣含油量有不同的要求：
①壓縮空氣含油量需求按ISO7183-1的0.01μ以下就行；
②Class0級就是高于Class1級，具體參數由供需雙方商定；
③要求含油量等級越高，設備購買及使用成本越高；
④原則上選擇Class0級的“技術性無油”并非真正地無油。
技術性無油的風險評估：
①如果噴油螺桿空壓機油分離系統出問題的話，怎么辦？
②如果管道除油系統飽和或失效了，怎么辦？
③如果壓縮空氣溫度變化，怎么辦？（見圖12）
五、離心式空壓機的市場分析
1 物理性無油壓縮空氣市場需求
①高品質，高產量，高回報是物理性無油壓縮空氣市場的需求。
②離心式空壓機的市場應該在大流量，壓力平穩，持續用氣的場合較有優勢。主要搶占80m3/min以上（壓力<1.0MPa）無油空壓機市場；
③隨者市場對Class 0需求的增加，螺桿機將優先滿足中小流量需求。
④雖然IHI壽力已將離心空壓機最小做到了其他品牌難以企及的65kW。而采用三級壓縮型式，讓空壓機效率大大提升。但是量產后的成本是否能可以期待？畢竟價格是阻礙小型離心空壓機市場推廣最大的障礙。
⑤在物理性無油機市場，離心式空壓機機只能與干式無油螺桿空壓機爭食。
⑥無油空壓機的銷售渠道已經成熟，客戶群體也穩定，市場應該不存在死角，只有大品牌之間博弈了，小型離心空壓機的出現，會讓原有的無油空壓機市場用戶受益。
⑦80m3/min以下還是干式無油螺桿空壓機的市場，120m3/min是離心空壓機的天下。
2 技術性無油壓縮空氣市場需求
由于采用“物理性無油技術”采購或使用空壓機的成本較高，對于一些用氣量較小、行業對壓縮空氣風險要求不高或者是行業平均利潤率不高的情況下，為了追求Class 0的氣源時，可以采用噴油空壓機+管道氣體除油技術=技術性無油。
在技術性無油壓縮空氣市場中，離心空壓機應該在大流量，壓力平穩，持續用氣的場合較有優勢。主要搶占總用氣量>120m3/min以上噴油螺桿空壓機的市場。
3 非Class 0壓縮空氣市場需求
容積式和動力式空壓機均可參與，在這個市場來說，氣體品質指標要求排在流量、壓力、耗功指標之后了。
①性價比的要求：
對于許多企業，使用壓縮空氣的質量不同，如果對含油量要求不高的客戶去為離心空壓機的“無油功能”買單是不劃算的：
噴油螺桿2500元/m3；
離心機8000～20000元/m3。
②節能的要求：
120m3/min是螺桿空壓機和離心空壓機的比功率值的黃金分隔線。由于越小排氣量，螺桿機的采購和使用成本優勢越明顯。因此離心機的市場應該在大流量，壓力平穩，持續用氣的場合較有優勢。
③負載變化的要求：
從圖17可以看出離心空壓機的流量曲線與螺桿空壓機的流量曲線絕然不同。離心空壓機是恒壓變流量，而螺桿空壓機則是變壓恒流量。因此，在變負載要求高的使用領域，螺桿空壓機要優于離心空壓機。
綜合評估：
①對于氣體品質要求不高（非Class0）的客戶，負載用氣變化大（一般工廠），建議使用噴油螺桿空壓機+凈化設備；
②對于氣體品質要求不高（非Class0）的客戶，負載平穩且用氣大（如鋼廠制氮用氣），建議使用離心空壓機+凈化設備；
③對于氣體品質要求高（Class0）的客戶，負載用氣變化大且行業利潤率不高（制糖），建議使用噴油螺桿空壓機+管道氣體除油技術+凈化設備；
④對于氣體品質要求高（Class0）的客戶，負載用氣變化大或中小流量且行業利潤率高（高端礦泉水，煙草），建議使用干式無油螺桿空壓機+凈化設備；
⑤對于氣體品質要求高（Class0）的客戶，負載用氣變化平穩、大流量且行業利潤率高（高端紡織），建議使用離心空壓機+凈化設備。
六、案例分析：
(一) 某國內著名的太陽能電池生產企業最初使用噴油螺桿空壓機，其產品硅晶片表面含有少量油，出口德國被退貨處理。后來該企業把噴油螺桿空壓機全部改為無油螺桿空壓機：
(二) 浙江某加彈廠用離心機227kW替換2臺132和90kW噴油螺桿。使用一年后該企業每年節省電費約58.2萬元。
(三)小型離心機與干式無油螺桿空壓機在國際市場已經競爭了二十年，依然沒有突破其分割線。
①離心機轉子轉速高，5萬-6萬轉/分鐘，啟動時跨過臨界轉速，大型離心機一般低于臨界轉速;
②葉輪尺寸小，加工精度高，對動平衡要求苛刻，不停機運行尚可。如果葉輪上附著有灰塵等，停機后起動極易震動大，經常無法開機成功;
③軸承易損壞，軸承直徑小，允許的震動值更小，但是轉子運行時震動并不會相應減小，軸承壽命短;
④能耗高，一般來說560KW為離心機和螺桿機的能耗優勢分界點，<500KW時無油螺桿更節能;
⑤對環境要求高，如果冷卻效果差，排氣溫度過高，長期高溫報警狀態，機器非常不安全。
本章節主要針對離心機在Class 0和非Class 0壓縮空氣需求進行分析探討；對于市場上應用占比較高的螺桿空壓機和離心空壓機討論，離心空壓機在無油、壓力平穩、大流量、節能等方面應用優勢巨大。但隨著技術進步和工藝成熟，離心空壓機的成本會逐步降低，中小流量的市場有可能被其介入！
作者簡介
梁柳生，1968年，男，廣西柳州，大學本科。
①高級工程師，1990開始從事空壓機行業工作。有在國企、合資及外企工作經歷，其中22年在AC集團工作。先后從事過空壓機及后處理設備的產品設計、產品工藝、生產管理、產品質量跟蹤服務等及全國銷售總監并有在歐洲學習和工作的經歷。2017年創辦上善氣體工作室，專業從事壓縮空氣系統研究，精益生產管理及銷售的培訓工作
②國家標準JBT10526-2005《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》第一起草人
③全國壓縮機標準化技術委員會委員
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