無油壓縮空氣應用越來越廣泛，除了傳統的應用行業，諸如食品、醫藥、電子、芯片、噴涂、空分、儀用控制外，近期在諸如LCD面板、鋰電池、太陽能、醫用設備等新興行業也快速發展。隨著ISO8573-1“0級無油”標準的深化，催生了無油壓縮技術的蓬勃發展，如干式無油螺桿引入變頻技術，螺桿轉子“錐形”設計，小型干式旋齒技術，無油渦旋技術，離心機小型化、高速化。更有很多新技術被引入，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，第二個就是水潤滑無油壓縮機。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；變頻調節替代了進口導葉；磁懸浮軸承替代了滑動軸承和潤滑系統等等。
現在各行各業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，但是產生的壓縮空氣含油。如果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“無油壓縮”，產生的壓縮空氣就不含油，獲得可靠的“0級無油”壓縮空氣。
從理論上講能夠實現水潤滑無油壓縮的結構有三種，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。
1.國內水潤滑無油壓縮機
上述三種形式的壓縮機都不新奇，20年前都廣泛應用于回轉容積式壓縮機行業，當時噴油雙螺桿約占市場60～70%，噴油單螺桿約占市場25%，噴油滑片約占市場5%。國內第一次觸及水潤滑無油壓縮機大約是1998年，當時復盛公司引進了日本三井的水潤滑單螺桿主機，生產噴水單螺桿壓縮機。國內多家企業在2012年前后，先后開發并生產“水潤滑單螺桿”主機及無油壓縮機，而這些廠家基本上都和噴油單螺桿有淵源。
目前，水潤滑無油產品樣本雖然覆蓋到了250kW，但是市場上銷售比較多的還是在15～55kW。目前市場上，主要的水潤滑無油壓縮機品牌有三井、佳力士、辛麥恩（杰能）、神龍（格蘭克林）、奧夫科、索貝克、正力精工、復盛、英諾偉特、漢諾斯等，2022年整體銷量大約為2000臺。
2.國外水潤滑無油壓縮機
阿特拉斯·科普柯2004年就在歐洲發布了無油水潤滑雙螺桿壓縮機，國內2012年推向市場，兩款主機功率覆蓋了15-55kW，工作壓力從4-12.75barG，排氣量從1.29-9.31m3/min。
美國壽力公司的水潤滑雙螺桿壓縮機是2012年推向市場的，它有三款主機，覆蓋了15-75kW，排氣壓力從5.5-9.5barG。日本IHI也有類似的產品。
德國壓縮機公司AquaAir，它的水潤滑雙螺桿產品大約在2013年進入中國市場。這是一家專門做水潤滑的企業，主要的成就是引入水潤滑“PEEK螺桿轉子”，有四款主機覆蓋了4-110kW的功率范圍。國內很多廠家在水潤滑雙螺桿方面的嘗試，都可以看到AquaAir的身影。
二、無油水潤滑雙螺桿與單螺桿比較
可以發現，國內以水潤滑單螺桿為主，國外差不多同期已經進入水潤滑雙螺桿時代。我們從技術上來比較一下兩者各自的特點。
螺桿嚙合：雙螺桿的嚙合相當于一對斜齒輪，我們知道高精度斜齒輪的機械傳動效率基本都在99%；單螺桿的機械嚙合相當于渦輪-蝸桿，它的機械效率一般最高就是95%。這是機械效率上的差異。
受力變形：螺桿壓縮機壓縮產生壓縮空氣，主機運轉部件要承受載荷力。雙螺桿壓縮機的螺桿轉子受力是不平衡的，一般是從一側一端進氣且從另一側一端排氣，所以兩個螺桿轉子要承受徑向力和軸向力；但是螺桿轉子的剛性在這樣的受力情況下是不會發生變形的，設計軸承載荷時應充分考慮這些徑向力和軸向力，使主機可靠性耐久性都有保證。單螺桿主機的中間是一個單螺桿，左右是兩個星輪，一正一反安裝；所以單螺桿轉子在工作過程中受力是平衡的，沒有額外的軸向力；但是星輪受力是不平衡的，星輪和螺桿接觸的一側受力，不接觸的這部分不受力，而且星輪的剛性小，所以它會發生扭曲變形。
密封線：容積式壓縮機除了機械嚙合以外，不得不關注的就是密封問題。雙螺桿壓縮機靠陰陽轉子嚙合的密封線呈螺旋狀，是一根連續的曲線。單螺桿壓縮機密封靠螺桿和星輪之間的嚙合，從表格上方圖中可以看到，螺桿和星輪之間的嚙合線是一條折線，這條折線是不連續的；從機械加工角度來說，拐角處的加工非常難保證。
磨損：如果單螺桿和雙螺桿都是3000轉的時候，由于雙螺桿陰陽轉子是向同一個方向轉，所以陰陽轉子之間相對滑動速度幾乎是零，接觸形式是滾動為主而不是滑動。單螺桿壓縮機的星輪和螺桿呈90°垂直安裝，星輪和螺桿之間的接觸是滑動，而且這個滑動速度就是螺桿轉子頂部的線速度（還要高一些）。這就是為什么渦輪渦桿傳動效率低的原因，因為它有滑動摩擦。
加工工藝：除了這些結構上的差別以后外，還面臨加工成本差別。從加工角度來說，雙螺桿的加工精度要求很高，尤其是水潤滑加工要求更高，因為水的潤滑性和密封性比油要差；一對雙螺桿轉子在整個工作過程中是滾動的，不會自磨合，也就是說初始狀態的缺陷會一直維持下去，并造成損壞。單螺桿在這方面相對就有優勢了，常規的單螺桿壓縮機的結構中，螺桿轉子是金屬材質硬度高，星輪是用復合材料制作的硬度低，一個硬一個軟，表面又有滑動摩擦，在工作嚙合過程中有一個“自磨合”過程；也就是說單螺桿在工作一段時間以后，由于“自磨合”以后密封性能會提高，其效率會提高，但缺點是“自磨合”過后就變成磨損了。
成本控制：我們在上面講到，雙螺桿和單螺桿的差別不僅僅在于雙螺桿多一根轉子，而且精度要求非常高；因為如果有初始精度生產問題，那這臺壓縮機就會一直存在缺陷。但是單螺桿壓縮機的螺桿轉子由于會與星輪磨合，所以加工精度要求不是特別高，成品合格率會高一點。
所以20多年前回轉容積式壓縮機開始流行初期，由于加工設備不成熟和工藝不完善，加工要求低的噴油單螺桿幾乎占到螺桿壓縮機市場份額的20%-25%，結構簡單的噴油滑片大概占5%左右。隨著螺桿轉子加工設備的成熟，尤其是“螺桿轉子磨床”的出現，雙螺桿轉子加工精度大幅度提升、質量大幅度提高，雙螺桿壓縮機的能效優勢、可靠性高和穩定壽命長等特征得以充分體現。今天在噴油回轉容積式壓縮機中，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、單螺桿和滑片在能效、穩定性、可靠性和壽命等方面的差別，在噴油螺桿時代都已經表現出來了。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。這就是歐美日等跨國公司已經全面進入了無油水潤滑雙螺桿時代的原因。
三、國內外水潤滑雙螺桿壓縮機動向
阿特拉斯·科普柯無錫工廠2023年上半年已經完成了“AQ水潤滑螺桿壓縮機”的國產化，整機配置非常高，能效較同功率ZT更高；阿特拉斯·科普柯上海貿易公司在9月份發布了國產化的AQ產品。在發布國產化AQ15-55之前年銷售約200臺，約占無油旋齒ZT15-45（已經國產化）的一半；隨著國產化AQ水潤滑無油螺桿的發布，期待AQ水潤滑銷量有明顯增加。比利時JustAir已經于12月在國內發布水潤滑雙螺桿無油壓縮機。據透露，德國BOGE也準備在國內發布水潤滑雙螺桿無油壓縮機。
國內方面，葆德2023年新發布了22kW水潤滑雙螺桿風冷變頻壓縮機，在7barG時整機比功率達到7.5。這個產品的投放補齊了公司7.5-55W的產品線。上海“托艾”推出15～75kW水潤滑雙螺桿，其中37kW“風冷變頻”在7barG時整機比功率為6.6，并且機器“上下兩層”設計非常有特色。上海德耐爾也測試了45kW水潤滑雙螺桿，在7barG時“風冷變頻”整機比功率達6.8。
四、各家無油水潤滑雙螺桿壓縮機結構綜述
1.各品牌結構差異
現在水潤滑雙螺桿在市面上開始活躍起來，但各家的結構還是有一些差異。主要有兩類結構，一類是水潤滑轉子結合水潤軸承，另一類是水潤滑轉子結合滾動軸承。
還有一些從干螺桿結構演變的“噴水冷卻”無油壓縮機，有同步齒輪和潤滑系統；面臨潤滑系統防水、螺桿轉子防銹等方面的挑戰，目前沒有成為主流。
2.水潤滑無油壓縮機的挑戰和機遇
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：（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。
作為壓縮輔助介質水比油的優勢：（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的額外功率消耗；（3）“純水”遠比“壓縮機油”便宜、環保且容易獲得。
既然知道了水替代油的挑戰和優勢，那么我們在設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構選擇：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，還要避免往復運動，因為往復運動不容易形成連續穩定的水膜。
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構中，雙螺桿結構是磨損最小的，密封線連續而且又短，減少內泄漏。綜合上述原因，這就是為什么跨國公司都走向了水潤滑雙螺桿這個方向。
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，轉子、星輪或滑片選擇PEEK或樹脂類復合材料制造。
五、水潤滑無油雙螺桿壓縮機優勢
1.水潤滑雙螺桿無油壓縮機的節能特征明顯
水潤滑雙螺桿壓縮機不僅是個“無油”產品，而且是個“節能”產品。下圖是一張目前的水潤滑雙螺桿壓縮機全功率段型譜表，可以看到，從1800轉到3600轉能效非常平穩。
筆者見證了諸多能效實測情況，比如37kW 7barG，“風冷變頻”整機比功率6.6；45kW 7barG，“風冷變頻”整機比功率6.8；22kW 7barG，“風冷變頻”整機比功率7.5。
2.水潤滑雙螺桿無油壓縮機的節能持續穩定
水潤滑雙螺桿無油壓縮機不僅節能，而且持續穩定，因為它沒有磨損，排氣量不會下降，比功率也不會下降，所以它又是當下流行的“節能改造”產品。
3.水潤滑雙螺桿無油壓縮機環境適應性強
水潤滑雙螺桿無油壓縮機不怕高溫、不怕濕，這兩個都是干式無油螺桿壓縮機比較忌諱的地方。另外震動小、噪音低、機組溫度低，水潤滑無油螺桿壓縮機運行溫度基本上都在50～60℃，噪音都在70dB(A)左右。
六、無油壓縮機技術的選用
2023年初，筆者與曾供職阿特拉斯·科普柯30多年的Chris Lybaert先生討論過無油技術問題。一個共識是，噴油潤滑壓縮時代相對簡單，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雜，下圖中水平坐標代表流量flow，垂直坐標代表比功率SER。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勢明顯，中、大型無油壓縮機是兩級干式螺桿的優勢明顯，小一點的無油壓縮機是兩級旋齒的優勢明顯。新出現的水潤滑無油雙螺桿壓縮機，在中、小型范圍內效率遠遠優于干式無油螺桿和旋齒壓縮機。
這是因為干螺桿無油壓縮機比較適合的轉子齒頂圓速度為80～120m/s，但是小型的干式無油螺桿轉子直徑就小了，即使轉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子的轉速一般在8000rpm左右，小型的干式無油螺桿轉子轉速多為12000～13000rpm，但是這時陽轉子的齒頂圓速度遠遠達不到每秒80m/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子直徑不會太小，就是把轉子做的短一點，這就是旋齒，如下圖右圖。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，由于旋齒結構的“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。
水潤滑雙螺桿壓縮機轉子齒頂圓速度為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。
七、水潤滑無油雙螺桿壓縮機展望
現在市場上15～500kW的無油壓縮機產品主要是干式螺桿無油壓縮機（包括旋齒），國內市場小功率段有些水潤滑單螺桿壓縮機。
阿特拉斯·科普柯的AQ系列水潤滑無油雙螺桿完成了國產化，并與無錫生產的ZT干螺桿價格相當；但是AQ的能效更好、性能更穩定、維護費用也更低，也就是說“AQ提供更高的性價比”進入這一傳統干螺桿和旋齒的市場。在國外銷售的干式無油螺桿壓縮機和水潤滑雙螺桿機是同樣的價格，那么在中國可能也會是同樣的情況。另據公布的信息，比利時Just Air的水潤滑雙螺桿無油壓縮機也會在同一價位參與競爭，提供更高的“性價比”。
水潤滑單螺桿，由于制造簡單、成本低和無油壓縮的特點，是一款很好的“無油入門產品”為用戶提供“無油壓縮空氣”。成本低是優勢，雖然伴隨著排氣量下降明顯、能耗上升劇烈，使用一段時間后穩定性下降等不足，但價格僅為干螺桿的一半。
水潤滑雙螺桿壓縮機的制造成本確實很高，但是技術優勢也很大，所以水潤滑雙螺桿和干式無油螺桿/旋齒會在同價位競爭。水潤滑單螺桿現在會占據“低價位”無油市場，將來可能會重現“噴油單螺桿”景象。
水潤滑雙螺桿壓縮機不僅是一個無油產品，而且還是一個節能產品，并且是一個持續節能（性能穩定）產品，所以水潤滑雙螺桿壓縮機制造廠家，非常關注節能。從目前的技術來看，水潤滑雙螺桿整機比功率和干式無油螺桿約在“132kW功率段”比功率差不多。但是干式無油螺桿還有兩個好助手，一個叫壓縮熱干燥機，一個余熱回收。水潤滑雙螺桿雖然能效高、使用穩定，但是它的運行溫度太低了，一般是50～60℃的運行溫度，所以既不能用余熱回收，也不能用壓縮熱吸干機。
如果單從無油角度上來說，水潤滑雙螺桿壓縮機可以做得更大。水潤滑雙螺桿壓縮機作為“新技術、新產品”進入無油壓縮機競爭領域，會把最具有競爭力一面展現給市場和用戶。所以，水潤滑雙螺桿壓縮機會在15～110kW范圍和干式無油螺桿（包括旋齒）激烈競爭，充分展現“無油、節能、穩定、可靠、維護費用低”等特點。第二步，水潤滑雙螺桿壓縮機會進入“中壓無油壓縮空氣”領域，比如PET吹瓶壓縮機等等。
八、關于水潤滑螺桿壓縮機的三個常見疑問
1.水潤滑螺桿壓縮機壓縮空氣含水量高？
答案是不會。因為所有壓縮機的壓縮空氣排出前都有汽水分離器，壓縮空氣的絕對含水量和排氣溫度有關，相對含水量和分離效果有關。同樣的壓縮空氣排氣溫度，由于水潤滑壓縮機的汽水分離器體積大、設計考究，所以水潤滑壓縮空氣相對含水量還比其它壓縮機要低。
2.水潤滑螺桿壓縮機冬天要結冰？
這不是水潤滑壓縮機獨有的問題，所有的壓縮機產品說明書上都要求使用溫度在0℃（或2℃）到40℃。因為所有的壓縮機都面臨同樣的問題，也就是說在啟動前一定要讓溫度保持在0℃以上，各個控制閥門、傳感器、手閥等都不能有“冰堵”現象，尤其是安全閥。實際上，在北方都沒問題，因為北方的壓縮機廠房都有暖氣；南方也沒問題，因為不會結冰。最糟糕的是在不冷不熱的地方，壓縮機站房沒有暖氣，但是冬天有可能會到0℃以下；這個時候如果過年放假，任何壓縮機都要把水放干凈；春節過后來啟動一定要看環境溫度，高于0℃才能啟動壓縮機，否則壓縮機閥門要凍住，或者選用“低溫機組”。
3.水潤滑螺桿壓縮機壓縮空氣含細菌？
水潤滑螺桿壓縮機和其它類型的壓縮機相比，沒有質的差別。
雖然理論上講細菌在20～45℃時候最容易生長，但是活動的水是不易細菌生長的，這就是所謂的“流水不腐”；空氣中的水分進入壓縮機形成冷凝水、稀釋壓縮機循環水，并且PLC設定了自動換水功能，都保證了循環水的清潔和新鮮。
另外，干螺桿的螺桿排氣溫度約為180℃多、噴油螺桿的約為80℃多，這樣的溫度確實能夠殺菌；但是空氣從螺桿入口到排氣口以毫秒來計算，在這樣短的時間里，這個溫度殺菌作用極其有限。水潤滑的工作溫度雖然比較低，但用的是活水，所以細菌含量和其它類型壓縮機相比并沒有什么大差別。
在實際中，水潤滑螺桿壓縮機廣泛應用在食品、醫藥行業。德爾格Drager是德國一家著名的醫療器械廠家，它為醫院提供的氣源房用的就是德國AquaAir水潤滑壓縮機。
作者簡介
葉春，西安交通大學學士、上海交通大學碩士、比利時國際管理學院碩士學歷。曾任奧地利阿拉瑪發CEO、美國壽力亞洲總裁、阿特拉斯·科普柯中國/香港公司無油事業部副總裁、比利時阿特拉斯·科普柯空氣動力總部產品經理、上海英格索蘭壓縮機有限公司工程師以及葆德集團董事長顧問。
來源：本站原創
無油壓縮空氣應用越來越廣泛，除了傳統的應用行業，諸如食品、醫藥、電子、芯片、噴涂、空分、儀用控制外，近期在諸如LCD面板、鋰電池、太陽能、醫用設備等新興行業也快速發展。隨著ISO8573-1“0級無油”標準的深化，催生了無油壓縮技術的蓬勃發展，如干式無油螺桿引入變頻技術，螺桿轉子“錐形”設計，小型干式旋齒技術，無油渦旋技術，離心機小型化、高速化。更有很多新技術被引入，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，第二個就是水潤滑無油壓縮機。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；變頻調節替代了進口導葉；磁懸浮軸承替代了滑動軸承和潤滑系統等等。
現在各行各業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，但是產生的壓縮空氣含油。如果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“無油壓縮”，產生的壓縮空氣就不含油，獲得可靠的“0級無油”壓縮空氣。
從理論上講能夠實現水潤滑無油壓縮的結構有三種，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。
1.國內水潤滑無油壓縮機
上述三種形式的壓縮機都不新奇，20年前都廣泛應用于回轉容積式壓縮機行業，當時噴油雙螺桿約占市場60～70%，噴油單螺桿約占市場25%，噴油滑片約占市場5%。國內第一次觸及水潤滑無油壓縮機大約是1998年，當時復盛公司引進了日本三井的水潤滑單螺桿主機，生產噴水單螺桿壓縮機。國內多家企業在2012年前后，先后開發并生產“水潤滑單螺桿”主機及無油壓縮機，而這些廠家基本上都和噴油單螺桿有淵源。
目前，水潤滑無油產品樣本雖然覆蓋到了250kW，但是市場上銷售比較多的還是在15～55kW。目前市場上，主要的水潤滑無油壓縮機品牌有三井、佳力士、辛麥恩（杰能）、神龍（格蘭克林）、奧夫科、索貝克、正力精工、復盛、英諾偉特、漢諾斯等，2022年整體銷量大約為2000臺。
2.國外水潤滑無油壓縮機
阿特拉斯·科普柯2004年就在歐洲發布了無油水潤滑雙螺桿壓縮機，國內2012年推向市場，兩款主機功率覆蓋了15-55kW，工作壓力從4-12.75barG，排氣量從1.29-9.31m3/min。
美國壽力公司的水潤滑雙螺桿壓縮機是2012年推向市場的，它有三款主機，覆蓋了15-75kW，排氣壓力從5.5-9.5barG。日本IHI也有類似的產品。
德國壓縮機公司AquaAir，它的水潤滑雙螺桿產品大約在2013年進入中國市場。這是一家專門做水潤滑的企業，主要的成就是引入水潤滑“PEEK螺桿轉子”，有四款主機覆蓋了4-110kW的功率范圍。國內很多廠家在水潤滑雙螺桿方面的嘗試，都可以看到AquaAir的身影。
二、無油水潤滑雙螺桿與單螺桿比較
可以發現，國內以水潤滑單螺桿為主，國外差不多同期已經進入水潤滑雙螺桿時代。我們從技術上來比較一下兩者各自的特點。
螺桿嚙合：雙螺桿的嚙合相當于一對斜齒輪，我們知道高精度斜齒輪的機械傳動效率基本都在99%；單螺桿的機械嚙合相當于渦輪-蝸桿，它的機械效率一般最高就是95%。這是機械效率上的差異。
受力變形：螺桿壓縮機壓縮產生壓縮空氣，主機運轉部件要承受載荷力。雙螺桿壓縮機的螺桿轉子受力是不平衡的，一般是從一側一端進氣且從另一側一端排氣，所以兩個螺桿轉子要承受徑向力和軸向力；但是螺桿轉子的剛性在這樣的受力情況下是不會發生變形的，設計軸承載荷時應充分考慮這些徑向力和軸向力，使主機可靠性耐久性都有保證。單螺桿主機的中間是一個單螺桿，左右是兩個星輪，一正一反安裝；所以單螺桿轉子在工作過程中受力是平衡的，沒有額外的軸向力；但是星輪受力是不平衡的，星輪和螺桿接觸的一側受力，不接觸的這部分不受力，而且星輪的剛性小，所以它會發生扭曲變形。
密封線：容積式壓縮機除了機械嚙合以外，不得不關注的就是密封問題。雙螺桿壓縮機靠陰陽轉子嚙合的密封線呈螺旋狀，是一根連續的曲線。單螺桿壓縮機密封靠螺桿和星輪之間的嚙合，從表格上方圖中可以看到，螺桿和星輪之間的嚙合線是一條折線，這條折線是不連續的；從機械加工角度來說，拐角處的加工非常難保證。
磨損：如果單螺桿和雙螺桿都是3000轉的時候，由于雙螺桿陰陽轉子是向同一個方向轉，所以陰陽轉子之間相對滑動速度幾乎是零，接觸形式是滾動為主而不是滑動。單螺桿壓縮機的星輪和螺桿呈90°垂直安裝，星輪和螺桿之間的接觸是滑動，而且這個滑動速度就是螺桿轉子頂部的線速度（還要高一些）。這就是為什么渦輪渦桿傳動效率低的原因，因為它有滑動摩擦。
加工工藝：除了這些結構上的差別以后外，還面臨加工成本差別。從加工角度來說，雙螺桿的加工精度要求很高，尤其是水潤滑加工要求更高，因為水的潤滑性和密封性比油要差；一對雙螺桿轉子在整個工作過程中是滾動的，不會自磨合，也就是說初始狀態的缺陷會一直維持下去，并造成損壞。單螺桿在這方面相對就有優勢了，常規的單螺桿壓縮機的結構中，螺桿轉子是金屬材質硬度高，星輪是用復合材料制作的硬度低，一個硬一個軟，表面又有滑動摩擦，在工作嚙合過程中有一個“自磨合”過程；也就是說單螺桿在工作一段時間以后，由于“自磨合”以后密封性能會提高，其效率會提高，但缺點是“自磨合”過后就變成磨損了。
成本控制：我們在上面講到，雙螺桿和單螺桿的差別不僅僅在于雙螺桿多一根轉子，而且精度要求非常高；因為如果有初始精度生產問題，那這臺壓縮機就會一直存在缺陷。但是單螺桿壓縮機的螺桿轉子由于會與星輪磨合，所以加工精度要求不是特別高，成品合格率會高一點。
所以20多年前回轉容積式壓縮機開始流行初期，由于加工設備不成熟和工藝不完善，加工要求低的噴油單螺桿幾乎占到螺桿壓縮機市場份額的20%-25%，結構簡單的噴油滑片大概占5%左右。隨著螺桿轉子加工設備的成熟，尤其是“螺桿轉子磨床”的出現，雙螺桿轉子加工精度大幅度提升、質量大幅度提高，雙螺桿壓縮機的能效優勢、可靠性高和穩定壽命長等特征得以充分體現。今天在噴油回轉容積式壓縮機中，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、單螺桿和滑片在能效、穩定性、可靠性和壽命等方面的差別，在噴油螺桿時代都已經表現出來了。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。這就是歐美日等跨國公司已經全面進入了無油水潤滑雙螺桿時代的原因。
三、國內外水潤滑雙螺桿壓縮機動向
阿特拉斯·科普柯無錫工廠2023年上半年已經完成了“AQ水潤滑螺桿壓縮機”的國產化，整機配置非常高，能效較同功率ZT更高；阿特拉斯·科普柯上海貿易公司在9月份發布了國產化的AQ產品。在發布國產化AQ15-55之前年銷售約200臺，約占無油旋齒ZT15-45（已經國產化）的一半；隨著國產化AQ水潤滑無油螺桿的發布，期待AQ水潤滑銷量有明顯增加。比利時JustAir已經于12月在國內發布水潤滑雙螺桿無油壓縮機。據透露，德國BOGE也準備在國內發布水潤滑雙螺桿無油壓縮機。
國內方面，葆德2023年新發布了22kW水潤滑雙螺桿風冷變頻壓縮機，在7barG時整機比功率達到7.5。這個產品的投放補齊了公司7.5-55W的產品線。上海“托艾”推出15～75kW水潤滑雙螺桿，其中37kW“風冷變頻”在7barG時整機比功率為6.6，并且機器“上下兩層”設計非常有特色。上海德耐爾也測試了45kW水潤滑雙螺桿，在7barG時“風冷變頻”整機比功率達6.8。
四、各家無油水潤滑雙螺桿壓縮機結構綜述
1.各品牌結構差異
現在水潤滑雙螺桿在市面上開始活躍起來，但各家的結構還是有一些差異。主要有兩類結構，一類是水潤滑轉子結合水潤軸承，另一類是水潤滑轉子結合滾動軸承。
還有一些從干螺桿結構演變的“噴水冷卻”無油壓縮機，有同步齒輪和潤滑系統；面臨潤滑系統防水、螺桿轉子防銹等方面的挑戰，目前沒有成為主流。
2.水潤滑無油壓縮機的挑戰和機遇
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：（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。
作為壓縮輔助介質水比油的優勢：（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的額外功率消耗；（3）“純水”遠比“壓縮機油”便宜、環保且容易獲得。
既然知道了水替代油的挑戰和優勢，那么我們在設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構選擇：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，還要避免往復運動，因為往復運動不容易形成連續穩定的水膜。
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構中，雙螺桿結構是磨損最小的，密封線連續而且又短，減少內泄漏。綜合上述原因，這就是為什么跨國公司都走向了水潤滑雙螺桿這個方向。
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，轉子、星輪或滑片選擇PEEK或樹脂類復合材料制造。
五、水潤滑無油雙螺桿壓縮機優勢
1.水潤滑雙螺桿無油壓縮機的節能特征明顯
水潤滑雙螺桿壓縮機不僅是個“無油”產品，而且是個“節能”產品。下圖是一張目前的水潤滑雙螺桿壓縮機全功率段型譜表，可以看到，從1800轉到3600轉能效非常平穩。
筆者見證了諸多能效實測情況，比如37kW 7barG，“風冷變頻”整機比功率6.6；45kW 7barG，“風冷變頻”整機比功率6.8；22kW 7barG，“風冷變頻”整機比功率7.5。
2.水潤滑雙螺桿無油壓縮機的節能持續穩定
水潤滑雙螺桿無油壓縮機不僅節能，而且持續穩定，因為它沒有磨損，排氣量不會下降，比功率也不會下降，所以它又是當下流行的“節能改造”產品。
3.水潤滑雙螺桿無油壓縮機環境適應性強
水潤滑雙螺桿無油壓縮機不怕高溫、不怕濕，這兩個都是干式無油螺桿壓縮機比較忌諱的地方。另外震動小、噪音低、機組溫度低，水潤滑無油螺桿壓縮機運行溫度基本上都在50～60℃，噪音都在70dB(A)左右。
六、無油壓縮機技術的選用
2023年初，筆者與曾供職阿特拉斯·科普柯30多年的Chris Lybaert先生討論過無油技術問題。一個共識是，噴油潤滑壓縮時代相對簡單，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雜，下圖中水平坐標代表流量flow，垂直坐標代表比功率SER。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勢明顯，中、大型無油壓縮機是兩級干式螺桿的優勢明顯，小一點的無油壓縮機是兩級旋齒的優勢明顯。新出現的水潤滑無油雙螺桿壓縮機，在中、小型范圍內效率遠遠優于干式無油螺桿和旋齒壓縮機。
這是因為干螺桿無油壓縮機比較適合的轉子齒頂圓速度為80～120m/s，但是小型的干式無油螺桿轉子直徑就小了，即使轉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子的轉速一般在8000rpm左右，小型的干式無油螺桿轉子轉速多為12000～13000rpm，但是這時陽轉子的齒頂圓速度遠遠達不到每秒80m/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子直徑不會太小，就是把轉子做的短一點，這就是旋齒，如下圖右圖。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，由于旋齒結構的“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。
水潤滑雙螺桿壓縮機轉子齒頂圓速度為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。
七、水潤滑無油雙螺桿壓縮機展望
現在市場上15～500kW的無油壓縮機產品主要是干式螺桿無油壓縮機（包括旋齒），國內市場小功率段有些水潤滑單螺桿壓縮機。
阿特拉斯·科普柯的AQ系列水潤滑無油雙螺桿完成了國產化，并與無錫生產的ZT干螺桿價格相當；但是AQ的能效更好、性能更穩定、維護費用也更低，也就是說“AQ提供更高的性價比”進入這一傳統干螺桿和旋齒的市場。在國外銷售的干式無油螺桿壓縮機和水潤滑雙螺桿機是同樣的價格，那么在中國可能也會是同樣的情況。另據公布的信息，比利時Just Air的水潤滑雙螺桿無油壓縮機也會在同一價位參與競爭，提供更高的“性價比”。
水潤滑單螺桿，由于制造簡單、成本低和無油壓縮的特點，是一款很好的“無油入門產品”為用戶提供“無油壓縮空氣”。成本低是優勢，雖然伴隨著排氣量下降明顯、能耗上升劇烈，使用一段時間后穩定性下降等不足，但價格僅為干螺桿的一半。
水潤滑雙螺桿壓縮機的制造成本確實很高，但是技術優勢也很大，所以水潤滑雙螺桿和干式無油螺桿/旋齒會在同價位競爭。水潤滑單螺桿現在會占據“低價位”無油市場，將來可能會重現“噴油單螺桿”景象。
水潤滑雙螺桿壓縮機不僅是一個無油產品，而且還是一個節能產品，并且是一個持續節能（性能穩定）產品，所以水潤滑雙螺桿壓縮機制造廠家，非常關注節能。從目前的技術來看，水潤滑雙螺桿整機比功率和干式無油螺桿約在“132kW功率段”比功率差不多。但是干式無油螺桿還有兩個好助手，一個叫壓縮熱干燥機，一個余熱回收。水潤滑雙螺桿雖然能效高、使用穩定，但是它的運行溫度太低了，一般是50～60℃的運行溫度，所以既不能用余熱回收，也不能用壓縮熱吸干機。
如果單從無油角度上來說，水潤滑雙螺桿壓縮機可以做得更大。水潤滑雙螺桿壓縮機作為“新技術、新產品”進入無油壓縮機競爭領域，會把最具有競爭力一面展現給市場和用戶。所以，水潤滑雙螺桿壓縮機會在15～110kW范圍和干式無油螺桿（包括旋齒）激烈競爭，充分展現“無油、節能、穩定、可靠、維護費用低”等特點。第二步，水潤滑雙螺桿壓縮機會進入“中壓無油壓縮空氣”領域，比如PET吹瓶壓縮機等等。
八、關于水潤滑螺桿壓縮機的三個常見疑問
1.水潤滑螺桿壓縮機壓縮空氣含水量高？
答案是不會。因為所有壓縮機的壓縮空氣排出前都有汽水分離器，壓縮空氣的絕對含水量和排氣溫度有關，相對含水量和分離效果有關。同樣的壓縮空氣排氣溫度，由于水潤滑壓縮機的汽水分離器體積大、設計考究，所以水潤滑壓縮空氣相對含水量還比其它壓縮機要低。
2.水潤滑螺桿壓縮機冬天要結冰？
這不是水潤滑壓縮機獨有的問題，所有的壓縮機產品說明書上都要求使用溫度在0℃（或2℃）到40℃。因為所有的壓縮機都面臨同樣的問題，也就是說在啟動前一定要讓溫度保持在0℃以上，各個控制閥門、傳感器、手閥等都不能有“冰堵”現象，尤其是安全閥。實際上，在北方都沒問題，因為北方的壓縮機廠房都有暖氣；南方也沒問題，因為不會結冰。最糟糕的是在不冷不熱的地方，壓縮機站房沒有暖氣，但是冬天有可能會到0℃以下；這個時候如果過年放假，任何壓縮機都要把水放干凈；春節過后來啟動一定要看環境溫度，高于0℃才能啟動壓縮機，否則壓縮機閥門要凍住，或者選用“低溫機組”。
3.水潤滑螺桿壓縮機壓縮空氣含細菌？
水潤滑螺桿壓縮機和其它類型的壓縮機相比，沒有質的差別。
雖然理論上講細菌在20～45℃時候最容易生長，但是活動的水是不易細菌生長的，這就是所謂的“流水不腐”；空氣中的水分進入壓縮機形成冷凝水、稀釋壓縮機循環水，并且PLC設定了自動換水功能，都保證了循環水的清潔和新鮮。
另外，干螺桿的螺桿排氣溫度約為180℃多、噴油螺桿的約為80℃多，這樣的溫度確實能夠殺菌；但是空氣從螺桿入口到排氣口以毫秒來計算，在這樣短的時間里，這個溫度殺菌作用極其有限。水潤滑的工作溫度雖然比較低，但用的是活水，所以細菌含量和其它類型壓縮機相比并沒有什么大差別。
在實際中，水潤滑螺桿壓縮機廣泛應用在食品、醫藥行業。德爾格Drager是德國一家著名的醫療器械廠家，它為醫院提供的氣源房用的就是德國AquaAir水潤滑壓縮機。
作者簡介
葉春，西安交通大學學士、上海交通大學碩士、比利時國際管理學院碩士學歷。曾任奧地利阿拉瑪發CEO、美國壽力亞洲總裁、阿特拉斯·科普柯中國/香港公司無油事業部副總裁、比利時阿特拉斯·科普柯空氣動力總部產品經理、上海英格索蘭壓縮機有限公司工程師以及葆德集團董事長顧問。
來源：本站原創
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