隨著我國工業的不斷髮展，企業本身不僅面臨市場的激烈競爭，同時對自己的生產運營成本也提出了嚴苛的要求。“節流”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，憑藉其壓縮空氣無油、運行效率高的特點，越來越得到用戶的青睞。
但是，大部分用戶只是對“離心機非常節能”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能，但沒有系統的從產品本身到實際使用綜合考慮這個問題。
本文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、日常維護保養四個角度，簡單闡述這四個因素對“離心機是否節能”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，氣量大致範圍如表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, 那麼，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子型線設計、內壓比設計等因素，螺桿機轉子間隙是影響效率的關鍵因素，轉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68m³/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，則間隙佔比越大，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並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。但離心機的安全調節範圍只有70%～100%，當用氣量超過調節範圍時，會出現大量放空，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，尤其採用N+1、即N臺定頻螺桿+1臺變頻機的方案，用多少氣產多少氣，變頻螺桿實時調節氣量的產出，則綜合效率反而比離心機高。
因此，離心機到底節不節能，不能單純從設備角度出發，要充分考慮實際用氣的波動。如果想採用50～70m³/min離心機，則需要保證用氣波動在15～21m³/min的波動範圍，即儘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 , 則採用螺桿機方案會更節能。
二、離心機的不同配置
離心機市場主要由幾大國際品牌佔據，如瑞典阿特拉斯▪科普柯、日本IHI-Sullair、美國英格索蘭等。據筆者瞭解，各個品牌基本只生產擁有核心技術的離心機葉輪部分，其他零部件採用全球供應商採購模式，因此，零部件的品質也對整機效率有重要的影響。
1）驅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。
國家標準委員會頒佈的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。其中大於等於2級能效以上的電機，定義為節能電機，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能的重要判斷標準。
2）傳動機構—聯軸器和齒輪箱
離心機葉輪採用齒輪增速驅動，因此，連軸器的傳動效率，高、低速齒輪系統的傳動效率、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都被作為各個廠家的保密數據不對外公開，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，乾式疊片連軸器比齒式連軸器的傳動效率高，齒式聯軸器傳動效率下降快。
b.齒輪增速系統：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增高，傳動效率下降。
c.軸承：採用多片式滑動軸承，可有效保護帶動葉輪的高速軸油膜穩定，啟停機時不會對軸瓦造成磨損。
3）冷卻系統
離心機每一級葉輪壓縮後都需要進行冷卻，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進氣溫度、冷卻水溫度對冷卻效果的影響。
b.壓降：氣體經過冷卻器時，要儘量減少氣體壓降。
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，同時不產生壓縮空氣洩露。
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.進氣調節閥門的形式：多片式進氣導葉閥可在調節時對氣體預旋，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，可以有效降低壓縮過程的壓損。
c.調節範圍：更寬的調節範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能能力的重要判讀指標。
d.內表面塗層：離心機每級壓縮的排氣溫度90～110℃，內部良好的耐溫塗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設計目前還處在比較粗放的階段，主要體現在：
1）產氣量與需求量不匹配
一個空壓站的氣量，在設計階段時會統計用氣點、乘以同時使用係數等數據，已經留有充足的餘量。但實際採購時要滿足最大、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，實際用氣大多小於採購的壓縮機產氣量，再加實際用氣波動、各品牌離心機調節能力的差別，離心機會發生階段性放空。
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，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佔比很小，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。根據權威數據，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
用戶認為只要是穩定供氣保證生產，其他都可以先放一放，以上提到的問題或者說節能點，都會被忽略。那麼，實際運行的能耗就會遠高於理想狀態，而這種理想狀態，原本可以通過前期更細緻的計算，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。
四、日常維護保養對效率的影響
日常維護保養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
氣體經進氣過濾器過濾後，還是會有細小粉塵進入，長時間後會沉積在葉輪、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，氣體處於過飽和、高溫高溼狀態，壓縮空氣中的液態水會與空氣中酸性氣體結合，對氣體內壁、葉輪、擴壓器等產生腐蝕，影響進氣量，也會降低效率。
3）冷卻水的品質
冷卻水中碳酸鹽硬度、總懸粒子物濃度的不同，導致冷卻器水側結汙結垢，影響換熱效率，進而影響整個機器的運行效率。
【結語】
離心機是目前市場上效率最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更高效的產品；同時，更準確的選型方案，更貼近實際的用氣需求，達到“用多少氣產多少氣、用多高壓力產多高壓力”也顯得尤其重要。此外，加強對離心機的維護保養，也是離心機長期穩定高效運行的可靠保障。
據權威數據統計，壓縮空氣的耗電佔整個工業用電的10%，隨著離心機使用越來越廣泛，相信越來越多的用戶不僅知道“離心機非常節能”，同時也會從整個系統的設計、運行維護保養的角度去達到節能的目標，提高企業自身的競爭力，為減少碳排放，維護綠色地球做出自己的貢獻！
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