【壓縮機網(wǎng)】一、壓縮機分類與隔膜壓縮機原理

　　壓縮機是一種用于提升氣體壓力和輸送氣體的通用機械，種類眾多，可按應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)路線分類，具體情況如下：

　　1.按應(yīng)用領(lǐng)域分類

　　按應(yīng)用領(lǐng)域分類，壓縮機可分為制冷壓縮機、空氣壓縮機和工業(yè)氣體壓縮機。

　?、?a target="_blank" class="keylink">制冷壓縮機用于提升制冷劑蒸氣的溫度和壓力，然后將其排至冷凝器，實現(xiàn)制冷系統(tǒng)中制冷劑的不斷循環(huán)流動，應(yīng)用于空氣制冷、冷藏冷凍等領(lǐng)域。

　?、诳諝鈮嚎s機用于將空氣等壓縮介質(zhì)由低溫低壓狀態(tài)壓縮至高壓高溫狀態(tài)，從而為各類工業(yè)設(shè)備提供氣源動力。

　?、酃I(yè)氣體壓縮機用于將各類工業(yè)氣體由低壓狀態(tài)壓縮至高壓狀態(tài)后充裝儲存或直接應(yīng)用于特定生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，不同的壓縮介質(zhì)和應(yīng)用場景對于工業(yè)氣體壓縮機的要求不盡相同。

　　2.按技術(shù)路線分類

　　根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《壓縮機分類》（GB/T 4976-2017），按技術(shù)路線分類，壓縮機可分為容積式壓縮機和動力式壓縮機。

　?、偃莘e式壓縮機通過改變工作腔容積的大小提高氣體壓力，可進一步分為往復(fù)式壓縮機和回轉(zhuǎn)式壓縮機，其中往復(fù)式壓縮機包括活塞壓縮機和隔膜壓縮機兩類，主要通過活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)運動或膜片在氣缸內(nèi)做反復(fù)變形壓縮氣體從而提高氣體壓力；回轉(zhuǎn)式壓縮機主要包括螺桿壓縮機和渦旋壓縮機兩類，主要通過一個或幾個轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)做回轉(zhuǎn)運動使工作容積產(chǎn)生周期性變化，從而提高氣體壓力，該類壓縮機結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強，但密封性差，排氣壓力較低，主要用于制冷或空氣動力領(lǐng)域。

　?、趧恿κ綁嚎s機通過提高氣體運動速度，將其動能轉(zhuǎn)化為壓力從而提高氣體壓力，該類壓縮機排氣壓力隨氣體流量變化，排氣壓力和運轉(zhuǎn)狀況均不穩(wěn)定，通常用于低壓、大流量氣體壓縮。

　　3.隔膜壓縮機基本情況

　?。?）隔膜壓縮機的構(gòu)造及工作原理

　　隔膜壓縮機主要由曲軸箱、中體、缸體部件以及電機、供油管路、氣體管路、儀表、緩沖罐、底座等組成（見圖1）。

　　缸體部件是隔膜壓縮機的核心部件，包括缸體、缸蓋、一組膜片和O型圈，一組膜片位于缸體和缸蓋之間，缸體和缸蓋上均有限制膜片變形的型腔，膜片與缸蓋型腔組合成氣體壓縮腔，膜片與缸體型腔組合成液壓油腔，氣體壓縮腔和液壓油腔均通過O型圈進行密封。隔膜壓縮機運轉(zhuǎn)時，由電機驅(qū)動飛輪或皮帶輪轉(zhuǎn)動，進而帶動曲軸、連桿和活塞進行往復(fù)運動，活塞通過缸體上的液壓油分配系統(tǒng)推動液壓油按照一定的規(guī)律作用于膜片上，并通過膜片變形改變氣體壓縮腔的容積，氣體分別通過進氣閥、排氣閥進入和排出氣體壓縮腔，實現(xiàn)氣體增壓。隔膜壓縮機工作原理示意圖如圖2。

　?。?）隔膜壓縮機的特性

　　基于獨特的機械構(gòu)造和工作原理，隔膜壓縮機具備如下優(yōu)良特性：

　?、俨粫廴緣嚎s介質(zhì)：由于隔膜壓縮機缸體部件是由帶型腔的液壓油腔和氣體壓縮腔兩部分組成，液壓油腔和氣體壓縮腔之間用金屬膜片完全隔開，使氣體在增壓過程中不會被運動部件的液壓油污染，氣體純度可以得到較好保證，最高可達6N以上。（6N：氣體純度的表示方式，N前數(shù)字指純度百分比中9的個數(shù)，6N即99.9999%。）

　?、诿芊庑院茫簹怏w壓縮腔由膜片與缸蓋型腔組成，缸蓋周圈有O型圈槽用于安裝O型密封圈，O型密封圈結(jié)構(gòu)為靜密封，氣體無泄露。

　?、蹓嚎s效率高，易實現(xiàn)超高壓壓縮：隔膜壓縮機氣體壓縮腔的散熱面積大，同時缸蓋和缸體均帶有冷卻水套，使得氣體壓縮腔具有較好的散熱性能，氣體壓縮過程中氣體溫度基本保持不變，因此隔膜壓縮機的壓縮效率較高，最高可使氣體壓力增加15倍（即在溫度不變條件下，氣體體積縮小至原體積的1/15），易實現(xiàn)超高壓壓縮。（根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，PV/T=C（P為氣體壓強，V為氣體體積，T為氣體溫度，C為常數(shù)），在壓縮機為氣體增壓時，若氣體溫度保持不變，則氣體體積將成比例縮??；若無法很好控制氣體溫度，使氣體溫度上升較快，則較難壓縮氣體體積。此外，壓縮機的密封部件也難以承受過高的溫度。因此，壓縮機能否在增壓過程中有效控制氣體溫度，將直接影響壓縮效率。

　?。?）隔膜壓縮機與其它壓縮機的對比

　　隔膜壓縮機與目前市場中應(yīng)用較為廣泛的離心壓縮機、螺桿壓縮機、渦旋壓縮機和活塞壓縮機等其它壓縮機類型的對比情況具體見表1。

　　特種氣體是指對氣體純度有特殊要求、在特定領(lǐng)域中應(yīng)用的工業(yè)氣體。理論上，高純度氫氣亦屬于特種氣體。但特種氣體涵蓋兩百余種氣體，單一種類氣體在特種氣體應(yīng)用總量中占比較小，行業(yè)內(nèi)一般將氫氣和特種氣體作為兩個應(yīng)用領(lǐng)域；同時，隔膜壓縮機在氣體充裝環(huán)節(jié)主要應(yīng)用于高純度氫氣充裝。

　　由表1可見，與隔膜壓縮機相比，離心壓縮機等動力式壓縮機的排氣壓力不穩(wěn)定且相對較低，同時工作效率較低，運轉(zhuǎn)狀況不穩(wěn)定，通常用于大流量氣體壓縮領(lǐng)域；渦旋壓縮機和螺桿壓縮機等回轉(zhuǎn)式壓縮機的密封性較差，排氣壓力通常不超過2.0MPa，主要用于制冷或空氣動力領(lǐng)域；活塞壓縮機與隔膜壓縮機同屬于往復(fù)式壓縮機，但由于其密封性不如隔膜壓縮機，且潤滑油易污染壓縮介質(zhì)，在工業(yè)氣體壓縮領(lǐng)域，僅適用于對氣體純度及密封性要求不高的工業(yè)氣體壓縮。

　　綜上，與其它壓縮機類型相比，隔膜壓縮機具有不污染壓縮介質(zhì)、密封性好、壓縮效率高、易實現(xiàn)高壓壓縮等優(yōu)良特性，故適宜于壓縮高純度、稀有貴重、易燃易爆、有毒有害、具有腐蝕性或放射性及高壓工業(yè)氣體。

　?。?）隔膜壓縮機應(yīng)用廣泛

　　如前所述，隔膜壓縮機適用于壓縮高純度、稀有貴重、易燃易爆、有毒有害、具有腐蝕性或放射性及高壓工業(yè)氣體。具體而言，按照應(yīng)用環(huán)節(jié)劃分，隔膜壓縮機可分別應(yīng)用于氣體充裝和氣體使用環(huán)節(jié)。在氣體充裝環(huán)節(jié)，隔膜壓縮機主要用于對氣體純度要求較高的氫氣充裝和特種氣體充裝領(lǐng)域，氫氣和特種氣體制備充裝企業(yè)使用隔膜壓縮機將其制備或收集的氣體進行壓縮，并充裝至鋼瓶等容器中進行儲存，以供下游企業(yè)使用；在氣體使用環(huán)節(jié)，隔膜壓縮機主要用于需要壓縮高純度、稀有貴重、易燃易爆、有毒有害、具有腐蝕性或放射性及高壓工業(yè)氣體的化工、加氫站、軍工、核電等領(lǐng)域，化工、加氫站、軍工、核電等行業(yè)氣體使用企業(yè)在化學(xué)反應(yīng)、氣體加注等過程中，使用隔膜壓縮機對氣體進行加壓，以滿足相關(guān)工藝和加注要求。

　?。?）隔膜壓縮機技術(shù)方向

　　容積流量是衡量單臺隔膜壓縮機單位時間內(nèi)可壓縮的氣體流量。近年來，下游領(lǐng)域?qū)τ诟裟嚎s機壓縮氣體流量的要求不斷提高。對于壓縮氣體流量要求較大的客戶而言，采用同時使用多臺隔膜壓縮機的方式雖然可以滿足需求，但會大大提升隔膜壓縮機的檢測及維修保養(yǎng)成本。此外，隨著氫燃料電池汽車的普及率不斷提升，加氫站日加注量亦隨之不斷提升，小容積流量的隔膜壓縮機將難以滿足其使用要求。

　　排氣壓力是衡量隔膜壓縮機將氣體壓縮后的最高排氣壓力，對于等量的氣體而言，其壓力越高，所占空間越小。近年來，隨著化工等下游行業(yè)技術(shù)和工藝的革新以及隔膜壓縮機應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，超高壓隔膜壓縮機的需求日漸增多。此外，氫氣壓力越高，一輛氫燃料電池汽車可儲存的燃料越多，對提升續(xù)航能力具有重要意義。

　　綜上，近年來，隨著下游行業(yè)技術(shù)工藝的不斷進步以及隔膜壓縮機應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，下游客戶對隔膜壓縮機的容積流量和排氣壓力提出了更高要求。因此，大容積流量、高排氣壓力隔膜壓縮機產(chǎn)品是當(dāng)前和未來隔膜壓縮機廠商的重要研制方向。

　　二、隔膜壓縮機產(chǎn)業(yè)政策與頂層設(shè)計

　　2021年，國務(wù)院及相關(guān)部門發(fā)布《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》《關(guān)于加快培育發(fā)展制造業(yè)優(yōu)質(zhì)企業(yè)的指導(dǎo)意見》等文件，明確鼓勵國產(chǎn)高端制造行業(yè)的發(fā)展，為隔膜壓縮機這一技術(shù)含量高、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的高端通用設(shè)備行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了十分有利的發(fā)展環(huán)境。

　　隔膜壓縮機行業(yè)及其下游各相關(guān)領(lǐng)域，均受到國家產(chǎn)業(yè)政策支持，見表3。

　　同時，隔膜壓縮機下游主要應(yīng)用領(lǐng)域也受到國家產(chǎn)業(yè)政策大力支持。2020年9月，在第75屆聯(lián)合國大會上正式宣布我國“雙碳”目標(biāo)，即力爭在2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。此后，我國先后發(fā)布多個相關(guān)指導(dǎo)意見及產(chǎn)業(yè)政策，均將鋰電池、氫能、光伏、核能等作為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重點發(fā)展行業(yè)。

　　同時，伴隨著國家產(chǎn)業(yè)升級步伐的穩(wěn)步推進，特種氣體、半導(dǎo)體、精細(xì)化工等行業(yè)也持續(xù)受到國家產(chǎn)業(yè)政策支持。隔膜壓縮機是氫氣和特種氣體制備充裝、鋰電池上游氟化工、光伏和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上游硅化工、氫燃料電池汽車加氫站和核電站建設(shè)等領(lǐng)域的重要設(shè)備，前述領(lǐng)域的迅猛發(fā)展帶動隔膜壓縮機市場需求大幅提升，為隔膜壓縮機行業(yè)發(fā)展帶來重要契機。

　　注：本文未完待續(xù)，更多精彩見下期！

來源：本站原創(chuàng)