离心式空压机更节能吗？

随着我国工业的不断发展，企业本身不仅面临市场的激烈竞争，同时对自身的生产运营成本也提出了严苛的要求，“节流”即“开源”，离心式空气压缩机（以下简称离心机）作为通用的空气压缩设备，凭借压缩空气无油、运行效率高的特点，越来越得到用户的青睐。

然而，大部分用户对“离心机非常节能” 只有一个概念上的认识，知道离心机比无油螺杆压缩机等其他压缩形式更节能，但并没有系统地从产品本身到实际使用等综合考虑这个问题。

所以我们将从常用压缩形式比较、市场上各品牌离心机差异、离心机空压站设计、日常维护保养四个角度，简单阐述这四个因素对“离心机是否节能”的影响。

无油压缩空气市场中，主要有螺杆机、离心机两大类，气量大致范围如表1。

由表1看出，无油螺杆机主要满足小气量需求，目前无油螺杆市场上各个品牌的竞争主要集中在75Kw ~ 315Kw。

离心机最小也可以做到25m³/min, 那么,当需求气量在50~70m³/min时，究竟是选择多台无油螺杆，还是选择离心机更合适？

1） 从空气压缩原理角度分析

不考虑各个品牌螺杆转子型线设计、内压比设计等因素，螺杆机转子间隙是影响效率的关键因素，转子直径和间隙的比例越高，则压缩效率越高，同样，离心机叶轮直径和叶轮与蜗壳间隙比例越大，则压缩效率越高。

2） 两种压缩方式效率比较

以某68m³m³/min 、8barg 用气需求为例，离心机与螺杆机方案的功耗比较，见表2

由表2 可知，

a. 68m³/min需求时，离心机效率比螺杆机高；

b. 根据压缩间隙对效率的影响可以判断： 螺杆机直径越大，则效率越高，离心机气量越小，叶轮直径越小，则间隙占比越大，效率呈逐步下降趋势；

c. 由表3 也可以看出，离心机与螺杆机在不同工况下，基本保持同样的变化水平。

3） 理论结合实际的综合效率比较

单纯的机器效率比较并不能反映实际使用的结果，从实际使用角度考虑，80%的用户实际用气都存在波动，见表4 典型的用户用气需求波动示意图，但离心机的安全调节范围只有70%~100%，当用气量超过调节范围时，会出现大量放空，放空即是能源的浪费，则这台离心机的综合效率就不高。

如果用户充分了解自己的用气波动情况，多台螺杆机的搭配，尤其采用N+1、即N台定频螺杆+1台变频机的方案，用多少气产多少气，变频螺杆实时调节气量的产出，则综合效率反而比离心机高。

因此，离心机到底节不节能，不能单纯从设备角度出发，要充分考虑实际用气的波动，如果想采用50~70m³/min 离心机，则需要保证用气波动在15~21m³/min 的波动范围，即尽量保证离心机不放空，如果用户预判自己的用气波动超过21m³/min , 则采用螺杆机方案会更节能。

离心机市场主要由几大国际品牌占据，如瑞典阿特拉斯·科普柯、日本IHI-Sullair、美国英格索兰等、根据笔者了解，各个品牌基本只生产拥有核心技术的离心机叶轮部分，其他零部件采用全球供应商采购模式，因此，零部件的品质也对整机效率有重要的影响。

1） 驱动离心机机头的高压电机

电机效率对离心机的整体效率影响非常大，配置不同效率的电机，整机输入功率计算差别见表3。

由表5可知，高效电机在离心机长期使用中，能有效保证整机输入功率最低，进而提高整机的运行效率。

国家标准委员会颁布的GB 30254-2013 《高压三相笼型异步电动机能效限定值及能效等级》中，对各个电机等级做了详细的划分，其中大于等于2级能效以上的电机，定义为节能电机，相信随着该标准的不断完善和推广，电机会作为离心机是否节能的重要判断标准。

2） 传动机构---联轴器和齿轮箱

离心机叶轮采用齿轮增速驱动，因此，连轴器的传动效率，高、低速齿轮系统的传动效率、轴承的形式等因素，都会进一步影响离心机的效率，但这些零部件的设计参数都被作为各个厂家的保密数据不对外公开，因此，只能从实际使用过程中做简单判断。

a. 连轴器： 从长期运行角度考虑，干式叠片连轴器比齿式连轴器的传动效率高，齿式联轴器传动效率下降快

b. 齿轮增速系统：传动效率下降，则机器噪音高、振动高，叶轮的振动值短时间内增高，传动效率下降

c. 轴承：采用多片式滑动轴承，可有效保护带动叶轮的高速轴油膜稳定，启停机时不会对轴瓦造成磨损

3） 冷却系统

离心机每一级叶轮压缩后都需要进行冷却，再进入下一级进行压缩

a. 冷却：冷却器的设计应充分考虑不同季节进气温度、冷却水温度对冷却效果的影响

b. 压降：气体经过冷却器时，要尽量减少气体压降

c. 析出冷凝水：冷却过程中冷凝水析出越多，下一级叶轮对气体做功比例越多，则气体压缩效率越高

d. 排出冷凝水：将冷凝水快速排出冷却器，同时不产生压缩空气泄露

冷却器的冷却效果对整机效率影响非常大，同时也考验每一个离心机厂家的技术实力。

4） 其他影响离心机效率的因素

a. 进气调节阀门的形式：多片式进气导叶阀可在调节时对气体预旋，减少一级叶轮整流，降低一级叶轮压比，从而提高离心机效率

b. 级间管道：设计紧凑的级间管道系统，可以有效降低压缩过程的压损

c. 调节范围：更宽的调节范围意味着更少的放空风险，也是检验一台离心机是否具备节能能力的重要判读指标

d. 内表面涂层：离心机每级压缩的排气温度90~110℃，内部良好的耐温涂层也是保证长期高效运行的保障

离心式空压站的系统设计目前还处在比较粗放的阶段，主要体现在：

1） 产气量与需求量不匹配

一个空压站的气量，在设计阶段时会统计用气点、乘以同时使用系数等数据等，已经留有充足的余量，但实际采购时要满足最大、最不利工况这一指标，加上离心机选型的因素，因此从实际结果看，实际用气大多小于采购的压缩机产气量，再加实际用气波动、各品牌离心机调节能力的差别，离心机会发生阶段性放空。

2） 排气压力与用气压力不匹配

很多离心机空压站都只有1~2个压力管网，以满足最高压力点为基准选择离心机，但实际上，最高压力点气量需求占比很小，或者有更多低压力的用气点，需要通过下游减压阀来降压使用，根据权威数据，离心机每降低1barg 排气压力，总运行能耗可降低8%。

3） 压力不匹配对机器的影响

离心机只有运行在设计点时效率才最高，举例来说，设计排气压力8barg 的机器，实际排气压力在5.5barg , 则要参考6.5barg的实际运行功耗。

4） 空压站管理不到位

用户认为只要是稳定供气保证生产，其他都可以先放一放，以上提到的问题，或者说节能点，都会被忽略，那么，实际运行的能耗就会远高于理想状态，而这种理想状态，原本可以通过前期更细致的计算，对实际用气波动的模拟，更详细的气量、压力划分、更准确的选型搭配去实现。

日常维护保养也对离心机是否能高效运行起着及其重要的作用，除了机械设备常规的三滤一油、阀门阀体密封件的更换，离心机还需要注意以下几点：

1） 空气中粉尘颗粒

气体经进气过滤器过滤后，还是会有细小粉尘进入，长时间后会沉积在叶轮、扩压器、冷却器翅片上，影响吸气量，进而影响整机效率。

2） 压缩过程中气体特性

压缩过程中，气体处于过饱和、高温高湿状态，压缩空气中的液态水会与空气中酸性气体结合，对气体内壁、叶轮、扩压器等产生腐蚀，影响进气量，也会降低效率。

3） 冷却水的品质

冷却水中碳酸盐硬度、总悬粒子物浓度的不同，导致冷却器水侧结污结垢，影响换热效率，进而影响整个机器的运行效率。