什么是無(wú)油壓縮空氣

　　【壓縮機(jī)網(wǎng)】有人說(shuō)無(wú)油壓縮空氣應(yīng)該是百分百無(wú)油；有人說(shuō)空氣中還有油，怎么可能做到百分百呢？有人說(shuō)通過(guò)過(guò)濾的方式把油除掉，但到百分百了沒(méi)有？答案是：沒(méi)有。

　　可見(jiàn)，大家對(duì)此都有爭(zhēng)議。有爭(zhēng)議往往意味著會(huì)有發(fā)展，而事物的發(fā)展都是在矛盾推動(dòng)下發(fā)展的，所以行業(yè)給出了關(guān)于無(wú)油壓縮空氣的標(biāo)準(zhǔn)——ISO8573-1:2010《壓縮空氣第1部分：污染物和純度級(jí)別》。

　　上表中最右邊為油總含量和等級(jí)分類，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一級(jí)要求是0.01毫克每立方米，但標(biāo)準(zhǔn)對(duì)0級(jí)沒(méi)有數(shù)字化要求，也沒(méi)表示0級(jí)就百分百不含油，而是說(shuō)廠家的標(biāo)準(zhǔn)或者客戶的需求優(yōu)于一級(jí)（含油量小于0.01的壓縮空氣）就可以稱為無(wú)油空氣了。

　　很多產(chǎn)品說(shuō)Class Zero（0級(jí)）是小于0.01，這并不意味著百分百無(wú)油，也無(wú)需在概念上強(qiáng)調(diào)還有點(diǎn)油，因?yàn)閷?duì)于0級(jí)就是這樣定義的。對(duì)于無(wú)油概念有爭(zhēng)議、有矛盾，也就推動(dòng)了這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的誕生。

　　無(wú)油壓縮機(jī)產(chǎn)品類型

　　活塞機(jī)是最早出現(xiàn)的壓縮機(jī)形式，無(wú)油壓縮技術(shù)最早也出現(xiàn)在活塞機(jī)上。目前我們?cè)谑袌?chǎng)上已經(jīng)很少看到活塞機(jī)了，但實(shí)際上活塞機(jī)的應(yīng)用非常廣。一些非常小的流量，還有一些壓力非常高的場(chǎng)合，比如40公斤以上的特殊場(chǎng)合仍然有無(wú)油活塞壓縮機(jī)的身影。

　　氣量再大一點(diǎn)有無(wú)油渦旋壓縮機(jī)，最早只是一兩家有這種無(wú)油機(jī)，現(xiàn)在百花齊放，可以看到，很多廠家都有無(wú)油渦旋壓縮機(jī)了。再大一點(diǎn)有無(wú)油旋齒壓縮機(jī)、無(wú)油螺桿壓縮機(jī)。最近這幾年，市場(chǎng)上無(wú)油水潤(rùn)滑螺桿壓縮機(jī)也非常多，水螺桿又分為單螺桿和雙螺桿。水螺桿再往大一點(diǎn)有無(wú)油干式雙螺桿壓縮機(jī)，無(wú)油干式雙螺桿也不新鮮了。以前，很多場(chǎng)合除非不得已才用無(wú)油干式螺桿壓縮機(jī)，因?yàn)閮r(jià)格比較貴。這兩年價(jià)格也在往下走，這是因?yàn)橛泻芏鄧?guó)產(chǎn)品牌開(kāi)始在做。

　　再往大有離心式壓縮機(jī)，大流量甚至高壓力的時(shí)候也可以用離心式無(wú)油壓縮機(jī)。目前，市場(chǎng)上的離心機(jī)壓力可以從2.5公斤以下做到30公斤以上。如果是深冷空分離心壓縮機(jī)，比如循環(huán)壓縮機(jī)可以做到40公斤，無(wú)非多加一些葉輪，進(jìn)行多級(jí)壓縮。

　　離心壓縮機(jī)的趨勢(shì)

　　1.離心機(jī)小型化

　　離心壓縮機(jī)的趨勢(shì)是往兩端做，離心機(jī)最早的界限是100立方每分鐘，意思是100立方每分鐘以上最好用離心機(jī)。但是現(xiàn)在離心機(jī)已經(jīng)小型化了，甚至可以做到二十幾立方。20立方到100立方是用的最多的一段氣量范圍，在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

　　關(guān)于離心壓縮機(jī)的第一個(gè)公式叫能量頭，和壓力有關(guān)。離開(kāi)葉輪的氣流流速越高，獲得的壓力會(huì)越高。第二個(gè)公式與流量有關(guān)，葉輪越大獲得的流量越大；葉輪小了獲得流量小。

　　理論能量頭：

　　葉輪出口理論流量：

　　因?yàn)殡x開(kāi)葉輪的速度決定了最大的排氣壓力，離心機(jī)小型化會(huì)面臨一個(gè)問(wèn)題：如果要獲得的壓力不變，同時(shí)流量要小，但是葉輪的線速度不能降。在不能降線速度的條件下，葉輪還變小，只能提高轉(zhuǎn)速，也就是說(shuō)每分鐘的轉(zhuǎn)速要提高。

　　那需要提高多少？我們來(lái)看上邊的公式。n是轉(zhuǎn)速，要把流量降一半，葉輪的轉(zhuǎn)速要變成原來(lái)的4倍。比如流量從100立方降到50立方，葉輪轉(zhuǎn)速是之前的4倍；如果從100降到二十多立方，它是正常轉(zhuǎn)速的4-6倍，達(dá)到30萬(wàn)轉(zhuǎn)甚至以上，所以高轉(zhuǎn)速就會(huì)給離心機(jī)帶來(lái)“高速驅(qū)動(dòng)如何實(shí)現(xiàn)”的挑戰(zhàn)。

　　2.高速驅(qū)動(dòng)

　　傳統(tǒng)的離心壓縮機(jī)高速驅(qū)動(dòng)需要一個(gè)高速齒輪箱，很大的葉輪帶一個(gè)很大的軸，齒輪帶一個(gè)小齒輪。對(duì)小型化的離心壓縮機(jī)不需要小的齒輪箱，而是用永磁電機(jī)，可讓永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速到十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)以上。

　　離心壓縮機(jī)如果按速度來(lái)講是不能變頻的，但是永磁電機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速一定要有變頻器，這就是為什么現(xiàn)在很多離心壓縮機(jī)有了變頻器。

　　3.高速軸承

　　高轉(zhuǎn)速對(duì)軸承帶來(lái)了挑戰(zhàn)，之前的滑動(dòng)軸承已經(jīng)不太適用這種幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)的高轉(zhuǎn)速了，需要空氣軸承、磁懸浮軸承來(lái)滿足高轉(zhuǎn)速。我們?cè)谑袌?chǎng)上看到的更多的是磁懸浮軸承，因?yàn)榭諝廨S承的控制難度比較大，但是空氣軸承成本低一些，也可以用氮?dú)夂推渌厥鈿怏w來(lái)支撐軸承。

　　以上就是離心機(jī)目前的幾個(gè)熱點(diǎn)：小型化、永磁電機(jī)加變頻器高速驅(qū)動(dòng)、磁浮軸承。

　　干式無(wú)油螺桿產(chǎn)品

　　干式無(wú)油螺桿產(chǎn)品最早是整機(jī)式進(jìn)口的品牌，發(fā)展到第二階段，進(jìn)口主機(jī)+國(guó)產(chǎn)組裝。就是某些國(guó)產(chǎn)品牌購(gòu)買進(jìn)口的國(guó)際品牌的主機(jī)，然后在國(guó)內(nèi)組裝。目前，國(guó)內(nèi)品牌已經(jīng)開(kāi)始做無(wú)油螺桿的主機(jī)了。

　　干式無(wú)油螺桿主機(jī)的無(wú)油螺桿需要特殊涂層，比如聚四氟乙烯、二硫化鉬、特氟龍，這些涂層都要加石墨等物質(zhì)實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑。

　　1.水潤(rùn)滑無(wú)油單螺桿壓縮機(jī)

　　無(wú)油水潤(rùn)滑螺桿壓縮機(jī)有兩種，一種是單螺桿，另一種是雙螺桿。目前市場(chǎng)上特別流行水潤(rùn)滑無(wú)油單螺桿壓縮機(jī)，流量范圍為1-40m3/min，其結(jié)構(gòu)是一個(gè)螺桿帶兩個(gè)星輪，需要注意的問(wèn)題有三個(gè)：螺桿與星輪嚙合的應(yīng)力與密封；不銹材料；軸承密封。

　　螺桿與星輪嚙合的應(yīng)力與密封問(wèn)題，需要通過(guò)優(yōu)化型線來(lái)解決。不僅僅螺桿有型線，薄薄的星輪葉片也需要型線。由于螺桿與星輪長(zhǎng)期接觸水，很容易生銹或者腐蝕，市場(chǎng)上有人用不銹鋼材質(zhì)，也有人用黃銅材質(zhì)，但每一種選擇都有一定的優(yōu)勢(shì)和一定的代價(jià)。

　　對(duì)于螺桿和星輪會(huì)有一個(gè)應(yīng)力，因?yàn)樗g是接觸的，接觸必然會(huì)形成摩擦。如果要減少摩擦就要有液體，不管是水也好油也好，在兩個(gè)接觸之間形成動(dòng)力潤(rùn)滑。在噴油單螺桿暢銷的年代，單螺桿沒(méi)有解決的問(wèn)題就是無(wú)法形成動(dòng)力潤(rùn)滑。最新的單螺桿研究文章表明，單螺桿要形成好的動(dòng)力潤(rùn)滑，接觸線也就是星輪的厚度能形成3倍于螺桿表面粗糙度的水層，就可以大幅度的減少摩擦，所以星輪上面需要做優(yōu)化。目前有好些型線技術(shù)在被研究，最新的型線技術(shù)就是多圓柱型線，它有利于減少應(yīng)力和摩擦，幫助星輪形成動(dòng)力潤(rùn)滑，但是還一些有應(yīng)力和摩擦是消除不掉的。

　　銅材料要軟一些，容易切割，容易做出好的型線來(lái)，銅材還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是銅離子可以殺菌。目前還有一種熱點(diǎn)就是不銹鋼螺桿加不銹鋼外殼，缺點(diǎn)是硬度比較高，不容易切削，不容易加工。要形成一個(gè)好的型線就有點(diǎn)難度，這就體現(xiàn)出各個(gè)廠家的技術(shù)實(shí)力了。

　　2.水潤(rùn)滑無(wú)油雙螺桿壓縮機(jī)

　　水潤(rùn)滑無(wú)油雙螺桿壓縮機(jī)流量范圍為2-20m3/min，在目前的市場(chǎng)上比水潤(rùn)滑無(wú)油單螺桿壓縮機(jī)要少。水潤(rùn)滑無(wú)油雙螺桿壓縮機(jī)普遍用的材料是不銹鋼打底的螺轉(zhuǎn)子，在不銹鋼的轉(zhuǎn)子上面做陶瓷涂層，陶瓷涂層主要是為了防腐的。

　　由于雙螺桿有同步齒輪，所以陰陽(yáng)螺桿之間是不接觸的，與單螺桿相比沒(méi)有了應(yīng)力，也就是沒(méi)有了摩擦。另外，采用了水潤(rùn)滑的軸承，不會(huì)有油來(lái)污染壓縮空氣，終身不用加油脂，密封性也很好。

　　不過(guò)，目前在市場(chǎng)上看到的水潤(rùn)滑無(wú)油雙螺桿壓縮機(jī)流量都不夠大，最大到90千瓦，20立方都沒(méi)有。但是水潤(rùn)滑無(wú)油單螺桿壓縮機(jī)可以做到250kW，40立方甚至50立方。筆者有機(jī)會(huì)曾看到過(guò)280千瓦的水潤(rùn)滑無(wú)油單螺桿壓縮機(jī)。

　　3.無(wú)油轉(zhuǎn)換器

　　市場(chǎng)具有多樣性，各種創(chuàng)新、各種思路層出不窮。制造無(wú)油壓縮空氣還有一種思路，就是噴油螺桿壓縮機(jī)+無(wú)油轉(zhuǎn)換器，原理就是通過(guò)催化劑的物理化學(xué)反應(yīng)將油轉(zhuǎn)換為水和CO2。除油效果：空氣中殘油量<0.0025mg/m3，而ISO8573-1 Class 1的要求是<0.01mg/m3，也達(dá)到了無(wú)油的效果。

　　每種技術(shù)都沒(méi)有優(yōu)劣之分，都是我們?cè)谛阅堋⒖煽啃院统杀具@三個(gè)要素下的綜合考慮。當(dāng)然還要考慮流量是多大，壓力是多大。比如10公斤以上干螺桿做不到，水螺桿就可以做到，但是又多了一個(gè)水系統(tǒng)的麻煩。所以沒(méi)有哪個(gè)方案、哪個(gè)技術(shù)是完美無(wú)缺的，只有根據(jù)應(yīng)用情況選擇合適的產(chǎn)品。

　　無(wú)油壓縮機(jī)創(chuàng)新方向

　　壓縮機(jī)行業(yè)經(jīng)常討論能效的問(wèn)題，但是GB19153-2019《容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值和能效等級(jí)》目前只覆蓋了主要的噴油旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)以及無(wú)油活塞式壓縮機(jī)，其它所有形式的無(wú)油旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)都沒(méi)有能效等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。沒(méi)有制定的原因很多，有一種說(shuō)法是目前國(guó)內(nèi)技術(shù)參差不齊，標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)數(shù)據(jù)不夠充分，所以沒(méi)有制定。事實(shí)的確如此，但是能效可以比較，不知道是不是一級(jí)能效、是不是二級(jí)能效沒(méi)關(guān)系，品牌與品牌、產(chǎn)品與品產(chǎn)品之間是有測(cè)量數(shù)據(jù)的。

　　1.高效電機(jī)

　　高效電機(jī)會(huì)是無(wú)油壓縮機(jī)的一個(gè)方向，近幾年新能源汽車比較火，比如特斯拉、比亞迪等。汽車行業(yè)的永磁電機(jī)現(xiàn)在基本都在用油冷，風(fēng)冷已經(jīng)不用了。另外，新能源汽車現(xiàn)在普遍使用扁線電機(jī)，因?yàn)楸饩€電機(jī)的效率更高。

　　實(shí)際上，電機(jī)技術(shù)在不斷的迭代，包括好多年前的高效電機(jī)有一種技術(shù)叫開(kāi)關(guān)磁阻或者磁阻開(kāi)關(guān)，目前有些廠家在嘗試，今年的展會(huì)上雖然沒(méi)有看到，但是這將來(lái)也可能是一個(gè)選項(xiàng)。

　　2.變頻技術(shù)

　　從前些年到現(xiàn)在我們一直提的都是永磁變頻，目前變頻機(jī)里面最重要的一個(gè)東西——IGBT大部分還是進(jìn)口的，國(guó)產(chǎn)的很少。國(guó)內(nèi)還有一種選擇，一個(gè)熱點(diǎn)叫碳化硅，碳化硅的變頻器也在研究之中，將來(lái)可以把這些技術(shù)應(yīng)用到壓縮機(jī)中去。

　　3.儲(chǔ)能技術(shù)

　　假如空壓機(jī)帶個(gè)大電池，晚上電費(fèi)最便宜的時(shí)候把電充上，到電貴的時(shí)候用電池來(lái)驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)。今年7月份，阿特拉斯·科普柯就曾宣布其全新電池驅(qū)動(dòng)移動(dòng)式螺桿空壓機(jī)B-Air 185-12計(jì)劃于9月投產(chǎn)。

　　4.新材料

　　材料技術(shù)不斷的在更新，我們可以選擇更好的材料用于空壓機(jī)。比如說(shuō)前面提到的水螺桿，需要用到更好的材料來(lái)既容易切割又防腐。干螺桿壓縮機(jī)，會(huì)不會(huì)有種材料既不腐蝕還不用加涂層？

　　5.新型線

　　在某次論壇上，西安交大的邢子文教授展示了他的研究成果——不等距螺桿壓縮機(jī)型線。在今年的上海壓縮機(jī)展上看到有兩家公司把不等矩型線用到了真空泵上，相信很快能看到有人把它用到壓縮機(jī)上。

　　6.AI人工智能

　　人工智能就是把整個(gè)壓縮機(jī)控制起來(lái)，不斷的自我學(xué)習(xí)，通過(guò)具體的客戶實(shí)際場(chǎng)景優(yōu)化控制邏輯。上面提到的電機(jī)節(jié)能還有一個(gè)方向，就是驅(qū)動(dòng)技術(shù)。比如單級(jí)壓縮螺桿壓縮機(jī)用一部電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩級(jí)壓縮也是用一部電機(jī)，將來(lái)可能每一級(jí)都用一部電機(jī)驅(qū)動(dòng)，多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)空壓機(jī)。實(shí)際，我們?cè)谄嚿弦呀?jīng)看到四個(gè)輪子有四部電機(jī)驅(qū)動(dòng)，空壓機(jī)現(xiàn)在也已經(jīng)有每一級(jí)都由獨(dú)立的電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的了。結(jié)合AI良好的控制就能實(shí)現(xiàn)更高的能效。當(dāng)然，以上是我們對(duì)未來(lái)技術(shù)的一種暢想，但它有可能會(huì)實(shí)現(xiàn)。

　　行業(yè)未來(lái)的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)

　　無(wú)油空氣無(wú)所不在，到處都在用。那我們的責(zé)任在哪里？獲取無(wú)油壓縮空氣，我們不能僅僅考慮使用成本而不考慮其它，比如要考慮“三個(gè)有利于”：

　　·是否有利于地球？

　　·是否有利于客戶？

　　·是否有利于消費(fèi)者？

　　1.有利于地球

　　如果我們用無(wú)油機(jī)器通過(guò)技術(shù)迭代降低費(fèi)用或者可以讓更多的行業(yè)使用無(wú)油壓縮空氣，就可以起到節(jié)能減排的效果。為什么這么說(shuō)？因?yàn)閲娪蜋C(jī)會(huì)有冷凝水排放，而冷凝水里面有油。但是無(wú)油機(jī)沒(méi)有含油冷凝水，所以它不需要處理，也可以說(shuō)沒(méi)有環(huán)境污染。

　　另外，無(wú)油機(jī)少了耗材不用換油分，它雖然要換油濾但是換的周期可能是噴油機(jī)的4倍甚至8倍。齒輪箱的油需要換，但總用油量可能是噴油機(jī)的1/8或者1/10。要知道，每消耗一噸潤(rùn)滑油會(huì)產(chǎn)生4噸的二氧化碳。所以減少油的使用，也就是給節(jié)能減排、給保護(hù)地球做貢獻(xiàn)。

　　2.有利于客戶

　　節(jié)能不能看某一個(gè)點(diǎn)、看短期，而要看某一段、看長(zhǎng)期。減少了耗材當(dāng)然會(huì)減少花費(fèi)，廢油處理也要花錢，還可以減少壓力損失。如果用噴油壓縮機(jī)，管道使用時(shí)間長(zhǎng)了里面會(huì)有油污油垢。但對(duì)于無(wú)油機(jī)產(chǎn)生的無(wú)油空氣，這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)就小多了。所以從長(zhǎng)期來(lái)講，管道的壓降保持不變或者變化不大，也是一種為客戶節(jié)能的體現(xiàn)。

　　對(duì)于無(wú)油空氣可以和多種后處理設(shè)備搭配，比如鼓風(fēng)式的零氣耗壓縮熱干燥機(jī)可以和無(wú)油機(jī)結(jié)合，而噴油機(jī)結(jié)合壓縮熱就有點(diǎn)麻煩。還有轉(zhuǎn)鼓式干燥機(jī)只能和無(wú)油機(jī)結(jié)合使用。所以我們要考慮的是整體的能耗，而不是某一個(gè)部件的能耗。

　　3.有利于消費(fèi)者

　　無(wú)油機(jī)有更多的選擇、更多的想象，那么最后還是要有利于我們的消費(fèi)者。壓縮空氣在我們的生活中無(wú)所不在，最后的產(chǎn)品都會(huì)用在我們?nèi)祟惿砩?，安全、清潔的壓縮空氣必然對(duì)每一個(gè)人都有益處。

　　總之，當(dāng)你做了對(duì)的事情，這個(gè)市場(chǎng)一定會(huì)回饋于你，讓所有相關(guān)者都得利，對(duì)這點(diǎn)我們一定要有信心！

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