李陽

（新鄉(xiāng)航空工業(yè)（集團(tuán)）有限公司 河南新鄉(xiāng) 453000）

1 空氣壓縮機(jī)介紹

目前主流空氣壓縮機(jī)主要有3 種：離心式空壓機(jī)、螺桿式空壓機(jī)、活塞式空壓機(jī)。

1.1 離心式空壓機(jī)

離心式空壓機(jī)是由葉輪帶動氣體做高速旋轉(zhuǎn)， 使空氣產(chǎn)生離心力，由于空氣經(jīng)過葉輪的加壓作用，從而使空氣的流速和壓力得到提高，連續(xù)地生產(chǎn)出壓縮空氣。

離心式空氣壓縮機(jī)特點(diǎn)有：①設(shè)備運(yùn)行平衡，運(yùn)轉(zhuǎn)率高，操作可靠，無摩擦件，后期維護(hù)費(fèi)用少。 ②離心式壓縮機(jī)可實(shí)現(xiàn)完全無油壓縮。 ③設(shè)備產(chǎn)氣量大，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，占地面積小。 ④離心式壓縮機(jī)不適用于氣量小場合，壓比也不能太高。⑤離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行工況比較窄， 且氣量的調(diào)節(jié)不經(jīng)濟(jì)。

1.2 螺桿式空壓機(jī)

螺桿式空壓機(jī)機(jī)頭核心部件是成對的互相嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子，每對轉(zhuǎn)子互相反向旋轉(zhuǎn)，達(dá)到壓縮空氣的效果。

螺桿式空壓機(jī)的特點(diǎn)是：①操作簡便。 螺桿式空壓機(jī)自動化程度高，對操作者要求不高，易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和無人值守運(yùn)轉(zhuǎn)。②運(yùn)行可靠。螺桿式空壓機(jī)零部件少，維護(hù)簡單，沒有易損部件，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，使用壽命長。③適用性強(qiáng)。螺桿式空壓機(jī)是強(qiáng)制輸氣，因此容積流量不受排氣壓力影響，能夠適用各種不同的工況，并保持高效運(yùn)行。 ④動平衡好。 螺桿式空壓機(jī)無不平衡慣性力，設(shè)備高速運(yùn)行平穩(wěn)，對設(shè)備基礎(chǔ)要求不高。

1.3 活塞式壓縮機(jī)

活塞式壓縮機(jī)的核心部件是由氣缸、 進(jìn)排氣閥以及在氣缸中重復(fù)運(yùn)動的活塞構(gòu)成的。 曲軸旋轉(zhuǎn)帶動活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)工作，完成吸氣、壓縮和排氣的過程。

活塞式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：①適用壓力范圍廣，活塞式壓縮機(jī)可設(shè)計(jì)成不同壓力下工作， 特別在高壓或者超高壓范圍內(nèi)是其他壓縮機(jī)無法取代的。 ②壓縮效率較高，活塞式壓縮機(jī)壓縮氣體的過程屬封閉系統(tǒng)，其壓縮效率較高。 ③適應(yīng)性強(qiáng)，活塞式壓縮機(jī)排氣量范圍較廣， 而且氣體密度對壓縮機(jī)性能的影響不如速度式壓縮機(jī)那樣顯著， 同一規(guī)格的活塞式壓縮機(jī)往往只要稍加改造就可以適用于壓縮其他的氣體介質(zhì)。 ④氣體帶油污，尤其對于有油潤滑更為顯著。 ⑤排氣不連續(xù)，氣體壓力有波動，有可能造成氣流脈動共振。 ⑥易損件較多，維修量較大。

2 壓縮空氣需求分析

壓縮空氣需求牽扯多方面因素， 如何高效合理滿足生產(chǎn)需求，這里主要從流量、壓力和濕度等方面進(jìn)行分析。

2.1 流量

理想的運(yùn)行情況，生產(chǎn)與消耗相互匹配，壓縮空氣量既滿足需要，又不產(chǎn)生浪費(fèi)。 但實(shí)際運(yùn)行中，為了滿足生產(chǎn)運(yùn)行波動情況，壓縮機(jī)流量會過大，用戶無法使用過量的壓縮空氣，設(shè)備進(jìn)行減荷運(yùn)行，此時設(shè)備為空載或半空載，能量被直接消耗，做無用功。

2.2 壓力

空氣壓縮機(jī)的排氣壓力每增減0.1 MPa 會使能耗增減6%。 為此，排氣壓力一定要根據(jù)實(shí)際需要合理選擇，不能留出太多的壓損余量。 另外，氣動設(shè)備的壓縮空氣消耗量與壓力高低也成正比關(guān)系， 合理地降低壓力能減少不必要的壓縮空氣消耗。

2.3 濕度

由于大多數(shù)的設(shè)備對壓縮空氣中的含水量有要求， 壓縮空氣一般都會進(jìn)行干燥處理去除冷凝水。 壓縮空氣的干燥程度通常用壓力露點(diǎn)溫度衡量， 壓力露點(diǎn)溫度越低說明壓縮空氣越干燥，相應(yīng)的也會消耗更多的能源。 冷凍式干燥機(jī)壓力露點(diǎn)溫度一般為2 ℃～5 ℃， 消耗的能耗大約是空氣壓縮機(jī)的1.5%。 吸附式干燥機(jī)的壓力露點(diǎn)溫度可以達(dá)到-50 ℃，消耗的能耗相應(yīng)的高達(dá)空壓機(jī)的10%～15%。

2.4 潤滑

空氣壓縮機(jī)在工作的過程中， 以空氣是否與潤滑油的混合來分類，可分成有油式和無油式2 大類。 潤滑油的參與顯著提升空壓機(jī)的容積效率。 因此，從節(jié)能的角度分析，有油式空壓機(jī)的能效大大高于無油式空壓機(jī)。 而更重要的是，無油機(jī)整機(jī)價格上比油潤滑設(shè)備貴1 倍。 除氧壓機(jī)等特殊要求的工作情況，壓縮機(jī)選擇均應(yīng)選擇有油潤滑設(shè)備，匹配相應(yīng)的后處理設(shè)備，來滿足氣源用戶的需要。

3 空氣壓縮機(jī)及后處理設(shè)備選型

3.1 壓縮機(jī)類型選擇

低壓壓縮空氣（1.6 MPa 以下）的生產(chǎn)：當(dāng)壓縮空氣使用量穩(wěn)定且≥100 m3/min 時，建議使用離心壓縮機(jī)，當(dāng)壓縮空氣量不是持續(xù)供應(yīng)或者壓縮空氣使用量＜100 m3/min 時， 建議使用螺桿式壓縮機(jī)。 原因是離心壓縮機(jī)大流量穩(wěn)定運(yùn)行，能耗低，維護(hù)簡單。 但是如果用戶能耗變化時，離心壓縮機(jī)容易發(fā)生喘震及氣窒現(xiàn)象，影響設(shè)備正常工作。 啟停機(jī)復(fù)雜，不能滿足使用。 而螺桿壓縮機(jī)便于進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，更加靈活。

中壓壓縮機(jī)，選擇比較多樣。 由于技術(shù)的不斷進(jìn)步，螺桿壓縮機(jī)已經(jīng)能達(dá)到4 MPa， 因此在中壓領(lǐng)域1.6 MPa～4 MPa，可以根據(jù)需要選用螺桿壓縮機(jī)、活塞式壓縮機(jī)，以及螺桿—活塞組合壓縮機(jī)。 根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，建議優(yōu)先選擇螺桿壓縮機(jī)，從而降低運(yùn)行成本。

高壓壓縮空氣（4 MPa 以上）的生產(chǎn)應(yīng)采用活塞式壓縮機(jī)進(jìn)行。 建議使用低壓螺桿機(jī)生產(chǎn)低壓空氣，進(jìn)行活塞機(jī)二次加壓，得到高壓壓縮空氣，從而降低活塞機(jī)備件成本。

3.2 后處理類型選擇

干燥機(jī)選擇：冷干機(jī)能夠使壓力露點(diǎn)達(dá)到3 ℃～5 ℃，滿足一般性需求。 優(yōu)點(diǎn)是能耗低，處理后壓縮空氣潔凈度高。 吸附式干燥機(jī)能使壓力露點(diǎn)達(dá)到-40 ℃甚至更低，滿足更苛刻的干燥需要，但是相應(yīng)的能耗高。 由于干燥劑的原因，潔凈度受到影響。 需要指出的是， 吸附式干燥機(jī)需要消耗部分壓縮空氣（無熱吸干機(jī)的再生耗氣量高達(dá)12% ～15%之間， 即便是微熱吸干機(jī)再生耗氣量也高達(dá)7% ～8%）， 因此選擇吸附式干燥機(jī)的用戶，壓縮機(jī)選型應(yīng)留出相應(yīng)的余量。

3.3 儲氣罐選擇

儲氣罐一般放在壓縮機(jī)與干燥器之間，其作用為：①使空氣得到預(yù)先冷卻，粗分離壓縮空氣中水分和雜質(zhì)，減輕后處理設(shè)備的工作負(fù)荷，提高設(shè)備能效，達(dá)到節(jié)能作用。 ②消弱活塞式空壓機(jī)往復(fù)的脈沖氣流，使氣壓穩(wěn)定，保障供應(yīng)的壓縮空氣平穩(wěn)且連續(xù)。 ③儲氣調(diào)節(jié)，平衡系統(tǒng)內(nèi)短時間內(nèi)出現(xiàn)的耗氣量與供氣量之間的不均衡當(dāng)空壓機(jī)意外停機(jī)時， 儲氣罐能夠作短時間的應(yīng)急氣源。 ④提供一個較大的系統(tǒng)容量，防止壓縮機(jī)設(shè)備頻發(fā)加卸載，提高設(shè)備壽命。

根據(jù)壓縮空氣用量，如果用氣量與壓縮機(jī)產(chǎn)出匹配時，儲氣罐選擇可以小些；如果壓縮空氣用量與生產(chǎn)不匹配，儲氣罐應(yīng)選的大些，滿足波動時用戶需求。

儲氣罐容積選擇經(jīng)驗(yàn)公式：

V=10NQ/P

式中：V 為儲氣罐容積，m3；Q 為空氣壓縮機(jī)流量，m3/min；P 為儲氣罐儲氣壓力（絕對壓力），MPa；N 為冗余系數(shù)，用氣平穩(wěn)取值1， 波動頻繁但幅度不大取值2～3， 波動頻繁幅度大取值4以上。

4 節(jié)能措施

針對大用風(fēng)量用戶，建設(shè)大型空氣壓縮站，滿足大規(guī)?？諝忸愒囼?yàn)的要求， 精準(zhǔn)供給。 對不同用途的壓縮空氣進(jìn)行分類，旨在滿足用戶的需求又不過分消耗能源。 對于分布偏遠(yuǎn)或者特殊需要的壓縮空氣 （如加工中心等精密設(shè)備需要的壓縮空氣壓力低，流量小，潔凈度高），如果從空壓站引出管道進(jìn)行專項(xiàng)輸送，造價高，壓降大，耗能多。 因此針對此類設(shè)備的低壓氣源供應(yīng)，宜在設(shè)備就近安裝空氣壓縮機(jī)及后處理設(shè)備，減少沿程損耗，滿足少量壓縮空氣的需要。

4.1 通信設(shè)施

針對用氣單位與空壓站距離遠(yuǎn)， 生產(chǎn)與消耗無法很好地協(xié)調(diào)匹配，因此在建設(shè)期應(yīng)建設(shè)完善的通信設(shè)備，協(xié)調(diào)匹配動能生產(chǎn)與用戶需求，包括：流量，壓力，濕度等信息，做到最大限度的精準(zhǔn)匹配，依需定支出，達(dá)到節(jié)能效果。 用戶與空壓站建設(shè)信號調(diào)控及反饋信息，及時控制生產(chǎn)運(yùn)行情況。 目前壓縮空氣生產(chǎn)與用戶之間通過簡單的調(diào)度，例如某天9 時～12 時用壓縮空氣，用戶試驗(yàn)如果在11 時完成，空壓站未收到反饋的情況下，會持續(xù)運(yùn)行30 min 才逐步停機(jī)，此間造成能源的浪費(fèi)以一臺300 kW 設(shè)備為例，每次多消耗150 kWh 電能。

4.2 設(shè)備選型

壓縮機(jī)設(shè)備選型的原則， 應(yīng)在能夠滿足用戶參數(shù)需求的基礎(chǔ)上，盡量達(dá)到工頻負(fù)荷，減少因壓縮機(jī)空載后處理設(shè)備過度凈化等造成的能源浪費(fèi)。 例如3 ℃和10 ℃的露點(diǎn)溫度極可能在使用上并沒有明顯的差異。 但兩者的能耗卻相差10 倍，干燥機(jī)的選擇一定要根據(jù)實(shí)際情況選用， 不必刻意強(qiáng)求過低的壓力露點(diǎn)溫度，因此針對用戶試驗(yàn)需求，匹配合適的壓力及干燥設(shè)備，并根據(jù)需求合理的進(jìn)行供給才能最大程度的節(jié)能。

結(jié)合工業(yè)企業(yè)用能生產(chǎn)波動較大的實(shí)際情況， 在壓縮機(jī)設(shè)備選型時，多臺同類設(shè)備并聯(lián)運(yùn)行中，宜用1 臺變頻壓縮機(jī)進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，保證負(fù)荷變化時也能讓能源得到的高效利用。其余壓縮機(jī)設(shè)備在工頻情況下工作達(dá)到最節(jié)能運(yùn)行效果，用變頻進(jìn)行波動調(diào)節(jié)滿足生產(chǎn)與用戶之間的匹配問題。

4.3 熱能回收

壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量的熱能， 壓縮空氣在進(jìn)行試驗(yàn)過程中，也經(jīng)常會被加熱處理。 這就使壓縮空氣不僅攜帶壓力勢能， 也攜帶大量熱能。 但是在目前新航的生產(chǎn)工藝中，壓縮空氣附帶的熱能是被直接排放的。 而這部分熱能的回收有很多現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用，例如：冬季采暖需要，熱表處理中清洗加熱等。

4.4 能源外包模式

探索能源外包的運(yùn)行方式， 在精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)動能使用量的情況下，尋找整體外包的可能性，從而達(dá)到減少運(yùn)行成本、節(jié)約人力的作用。 由于各單位情況不同，各類產(chǎn)品生產(chǎn)用能參差不齊，因此，在能源外包探索中應(yīng)因地制宜尋找合適本單位的能源外包模式。