【壓縮機網(wǎng)】一、概述

　　在國民經(jīng)濟的構(gòu)成中，空氣動力設(shè)備相當普及。人們根據(jù)需求，通過機械或設(shè)備使空氣達到一定的速度或壓力，去為人們服務(wù)，那么這些機械設(shè)備就是空氣動力設(shè)備。家里的電風扇可能是z*簡單的空氣動力設(shè)備，而z*復(fù)雜的空氣動力設(shè)備也可能就是飛機的發(fā)動機和火箭了。

　　空氣看不到摸不著，但其z*大的特點是可流動、可壓縮，人們就是利用這些特點去為人類服務(wù)，將空氣施加能量，將其壓縮，把空氣體積壓縮得越小，壓縮比就越大，其能量也就越大。

　　對空氣做功，空氣將產(chǎn)生壓力，其范圍非常廣，除了我們通常見到的風扇、風機外，隨著壓力的升高，較為常見的就是壓縮機了。一般z*常用的是每平方厘米有多少公斤，如汽車輪胎氣壓一般是小車2-3kg/cm2，載重汽車6-8kg/cm2，家用電風扇一般是100帕左右，也就是1g/cm2，工業(yè)風機壓力較大，從500Pa至5000Pa左右，也就是5g-50g/cm2。如果壓力需求從100g/ cm2-1000g/cm2（1kg），則要用羅茨風機和多級風機相串聯(lián)，1kg以上便要用到空氣壓縮機。

　　羅茨風機出口壓力一般在0.1-0.7kg/cm2，靠一對轉(zhuǎn)子的嚙合改變?nèi)莘e而產(chǎn)生壓力，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)較平穩(wěn)，葉片不需油潤滑。缺點是噪聲大，維護費用高，造價高。

　　多級風機出口壓力可達0.5kg/cm2以上，提高轉(zhuǎn)速可達更高壓力，目前國內(nèi)需求壓力1kg/cm2左右的市場，多數(shù)企業(yè)通過增加葉輪級數(shù)（有部分廠串聯(lián)超過10級）和提高轉(zhuǎn)速以達到高壓力（有的型號要增速至幾千甚至上萬轉(zhuǎn)/分）才能達到要求。

　　空氣壓縮機一般排氣壓力在1kg/cm2以上，目前國內(nèi)市場空氣壓縮機主要是活塞式、螺桿式、離心式空壓機，活塞式空氣壓縮機是靠活塞的往復(fù)運動而改變缸體容積來實現(xiàn)空氣被壓縮的，其技術(shù)較成熟，缺點是故障率高，維護費用高。螺桿式空壓機是靠一對相反方向轉(zhuǎn)動的陰陽螺桿嚙合改變?nèi)莘e而使空氣被壓縮的。其優(yōu)點是故障率低，維護費用較少，但造價較高，目前已逐步取代活塞式空氣壓縮機。離心式空氣壓縮機因其不用油運行，輸出壓縮空氣不含油，故障率甚低而受歡迎，但其造價高（同等指標約為螺桿式空壓機的二倍價格左右），目前我國幾乎被外國品牌所壟斷。

　　高品質(zhì)的離心式空氣壓縮機和軸流式壓縮機，以其具有大排量、節(jié)省了龐大的油分離設(shè)備、輸出高壓氣體100%無油、氣流無脈動、重量體積小、運行可靠、經(jīng)久耐用、運行費用低、效率高而受青睞。目前國內(nèi)市場已乎被國外品牌所壟斷，隨著市場的需求越來越大，國外一些廠商已經(jīng)開始在國內(nèi)設(shè)立工廠，如阿特拉斯·科普柯、英格索蘭、壽力等品牌已分別在廣西、上海、蘇州等地設(shè)立分廠。

　　故，廣東省惠州市華力風機制造有限公司開發(fā)了一種新型軸流式壓縮機技術(shù)，現(xiàn)與行內(nèi)人士進行技術(shù)探討交流。

　　二、本技術(shù)在風機行業(yè)的應(yīng)用

　　風機行業(yè)是一個很大的行業(yè)，幾乎所有工業(yè)都離不開風機，并都是高壓風機占主流。據(jù)行業(yè)有關(guān)資料統(tǒng)計，風機行業(yè)國內(nèi)每年產(chǎn)值約500億元左右，其中羅茨風機和多級離心風機（壓力在0.1-1kg范圍）約100億元左右，真可謂市場龐大。目前國內(nèi)比較大的企業(yè)有沈陽鼓風機集團和陜西鼓風機集團，這兩個集團堪稱國內(nèi)之z*，年產(chǎn)值均超50億元。

　　目前風機主要是離心式和軸流式，除此之外，還難以找到更成熟的技術(shù)。

　　本技術(shù)綜合離心與軸流的技術(shù)特點，使之更合理、更完美地結(jié)合。本技術(shù)應(yīng)用于風機制造業(yè)將具有：

　　1、容易取代羅茨風機。造價比羅茨風機低，各項性能均比羅茨風機高，故障率甚低，很容易伺候，有較高的性價比。

　　2、因本技術(shù)有特別大的壓強功效，應(yīng)用于普通風機，同等的質(zhì)量指標，可將轉(zhuǎn)速降低，或縮小葉輪直徑。如目前市場上的多級串聯(lián)風機，要達到1kg壓力以上，一般要10級葉輪相串聯(lián)，并要高速（2980轉(zhuǎn)/分），才能達到指標，但本技術(shù)有2級便可達到。

　　3、本技術(shù)主軸軸承采用特殊滑動軸承結(jié)構(gòu)，利用主軸旋轉(zhuǎn)帶動產(chǎn)生高壓油壓，使之主軸長期懸浮于軸瓦面上運行，完全避免了機械性的接觸和摩擦，即使在過載、振動等極端環(huán)境下，也能正常工作，提高了其擴疲勞強度，也提高了運行的可靠性，又減少了噪音。

　　4、本技術(shù)另一特點是軸承設(shè)計在密閉的空間油浸密封，不需配置任何密封件或密封材料，更避免了通常一般機械的軸承由于密封漏油、缺油燒傷軸承、摩損等現(xiàn)象。本結(jié)構(gòu)特點不受外界的任何因素影響，運行穩(wěn)定、無噪音，只要主軸轉(zhuǎn)動，軸承便能正常運行，其軸承故障率甚低。級間利用壓差原理，取消了級間密封，不存在回風，級間泄漏甚微。因此，將會帶來高效率、低制造成本、低故障率的有益效果。

　　在風機行業(yè)，本技術(shù)得到應(yīng)用，可將成本降低20%-50%，效率將得到提高，低碳節(jié)能，性能優(yōu)越，故障率低，有相當高的性價比。

　　三、本技術(shù)在空氣壓縮機行業(yè)的應(yīng)用

　　空氣壓縮機簡稱空壓機，是指用來壓縮空氣借以提高氣體壓力的機械。主要用于鋼鐵、電力、冶金、造船、紡織、電子、化工、石油天然氣、礦山、輕工業(yè)、機械制造、造紙印刷、交通設(shè)施、食品醫(yī)藥、鑄造噴涂、海運碼頭、軍工科技、汽車工業(yè)、航空航天及基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域，為各種行業(yè)不同的工具、運輸設(shè)備、提拉設(shè)備和抓舉設(shè)備等提供空氣動力。

　　中國的空氣壓縮機起步于20世紀50年代末期，是在新中國成立（1949年）以后建立和發(fā)展起來的。大致經(jīng)歷了z*初的消化吸收前蘇聯(lián)產(chǎn)品，到20世紀六、七十年代的自主開發(fā)，20世紀八、九十年代大規(guī)模引進國際先進技術(shù)后，行業(yè)獲得了較大發(fā)展的三個歷史階段，目前已進入穩(wěn)定發(fā)展階段。

　　據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)報表統(tǒng)計，2006年全國壓縮機行業(yè)總產(chǎn)值為216億元，2009年為282億元，有關(guān)行業(yè)專家預(yù)測到2020年我國空氣壓縮機全行業(yè)產(chǎn)值將達到360-400億元人民幣。目前國內(nèi)做得比較大的企業(yè)是沈陽鼓風機集團和陜西鼓風機集團，兩集團年產(chǎn)值均超過50億元，兩集團均生產(chǎn)離心式空氣壓縮機。

　　社會的進步離不開技術(shù)的創(chuàng)新。20世紀60年代以前，我國的空壓機市場品種結(jié)構(gòu)單一，基本全部為活塞式壓縮機（容積式）。隨著技術(shù)和社會的進步，從70年代開始，引進消化進口單螺桿、雙螺桿空氣壓縮機。因為螺桿機其技術(shù)指標遠勝于活塞機，其主要表現(xiàn)為配件更換周期長，相對故障率較低，故而其市場所占比例份額直線上升。目前我國螺桿機市場份額已經(jīng)達到約占整個空壓機市場的40-50％，而美國、西歐等發(fā)達國家螺桿式空壓機市場份額已達50％以上，并逐步淘汰活塞式空氣壓縮機。但是，螺桿式空壓機也存在不足，大多需要用油潤滑運行，因此帶來了運行費用高、排氣含油等問題。隨著國家和社會對環(huán)保、安全的重視，目前市場上無需油運行、排氣不含油的高品質(zhì)壓縮機越來越受到市場的歡迎。

　　四、現(xiàn)有技術(shù)與產(chǎn)品的優(yōu)缺點

　　目前，市場上謂之高品質(zhì)的壓縮機主要為：

　　1、離心壓縮機

　　離心式壓縮機目前主要是阿特拉斯·科普柯、英格索蘭、壽力等品牌進口機，由于其排氣干凈不含油、運轉(zhuǎn)周期長，運行故障率低，易損件少，技術(shù)比較成熟，也比較好管理，因而已被市場所接受。

　　缺點是由于離心機是速度型，需要高的線速度才能獲得一定的壓力輸出，因而一般葉片要求的線速度都在400m/s以上（目前的進口機，比較典型的是前二級400-450m/s，后一級350-400m/s），由此帶來了一系列的問題，特別是高速齒輪、密封、軸承等等。葉輪轉(zhuǎn)速高達每分鐘2萬多轉(zhuǎn)（大齒輪由原動機帶動，一般轉(zhuǎn)速為二級電機2980轉(zhuǎn)/分，大小齒輪直徑比一般是7-8倍，通過增速，小齒輪達到2萬轉(zhuǎn)以上高速來驅(qū)動葉輪），因此，這么高的轉(zhuǎn)速，對制造材質(zhì)的各種指標要求十分之苛刻，包括材質(zhì)的成分、材料的調(diào)質(zhì)處理、制造工藝等等，技術(shù)上要求甚高。目前國內(nèi)幾家離心式壓縮機生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的機器，還有待實踐的檢驗，相信能用，但估計故障率也不容忽視。

　　就高轉(zhuǎn)速而言，將帶來了制造成本相當高昂、運行故障率肯定高、維護費用會比較大，整體造價甚高。另一方面，在結(jié)構(gòu)上由于大小齒的嚙合，除了帶來了高的噪聲外，每處的嚙合約降低2%的效率。彎道多，管路損失也較大，因此，相比于軸流式結(jié)構(gòu)，其效率約低于軸流式5-10%，這一點已得到業(yè)內(nèi)人士的共識。

　　對葉輪的結(jié)構(gòu)，目前基本上選擇的是三元流結(jié)構(gòu)葉片，實際上三元流結(jié)構(gòu)的葉片，其葉片的背風面的回風和產(chǎn)生的渦流很大，影響效率，到目前為止，還沒有更好的技術(shù)去克服。作為三元流葉輪，盡管轉(zhuǎn)速如此之高，但作用于葉輪外圓的葉片比例并不大，并且越靠近圓心，葉片做功效果越差。

　　2、軸流壓縮機

　　軸流壓縮機技術(shù)是比較成熟的，葉片的線速度遠沒有離心機高，一般選擇在170-220m/s之間，就轉(zhuǎn)速而言，其優(yōu)勢就比離心機強很多。軸流式結(jié)構(gòu)，由于氣流在機體內(nèi)是沿葉輪外圓作軸向直線流動，氣流不存在由于彎頭、管路等的風阻損失，沒有增速的嚙合損失，故其效率一般比離心機要高5-10%。另外，軸流機的故障率甚低，比離心機少很多，沒有易損件，維護也比離心機方便，相當好管理。軸流機的w*不足就是無法做到小型流量。即使國內(nèi)外所有先進技術(shù)，制造小流量的機器（1000立方/分以下），其難度也是很大。

　　目前為止，z*小容量的軸流機是AV40-11（轉(zhuǎn)子輪轂直徑為400mm，11級葉片），其流量也有1500m3/min之多，但其轉(zhuǎn)速則需通過齒輪增速至8000多轉(zhuǎn)，否則線速度達不到要求。但由于增速，一系列問題又來了；其二是排氣溫度高，排氣壓力達到5kg/cm2時，排氣溫度將超過200℃，這對材質(zhì)的耐高溫要求很苛刻。因此，對軸流機而言：目前為止，國內(nèi)、國外還沒有發(fā)現(xiàn)有軸流式結(jié)構(gòu)的技術(shù)用于制造小型流量（每分鐘1000m3以下）的空氣壓縮機，包括眾多進口品牌。

　　五、一種新型軸流壓縮機技術(shù)

　　排氣量：100～1000m3/min
　　排氣壓力：0.1～0.6MPa/m2
　　噪聲：＜90dB(A)

　　這種新型軸流壓縮機，機體兩端分別設(shè)置有進風口以及出風口，在機體中心設(shè)置有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上固定有轉(zhuǎn)輪，在轉(zhuǎn)輪圓周面固定有當轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)時形成軸向氣流的葉片，所述的葉片為環(huán)繞于轉(zhuǎn)輪圓周面上的前后兩組，在兩前后葉片之間的機體內(nèi)壁設(shè)置有與葉片方向相反的導流板。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計簡潔，材料要求不苛刻，造價低，可根據(jù)需要串聯(lián)多級壓縮單元，產(chǎn)生不同壓力需要的氣體，可滿足各種場合的需要，使用靈活，運行及維護費用低，故障率低，輸出的壓縮空氣不含油，100%干凈。

　　本項目技術(shù)克服了離心式壓縮機的高速弊端，也克服了軸流壓縮機不能生產(chǎn)小排量的難點，并能達到：

　　1、有優(yōu)異的性能。本機為多級葉輪相串聯(lián)的軸流式壓縮機，每級的壓力由安裝在葉輪的正付葉片結(jié)構(gòu)和葉輪的直徑所決定，而排氣壓力取決于安裝葉輪的級數(shù)，可根據(jù)需求靈活決定安裝級數(shù)，以達到不同的壓力需求。改變?nèi)~片氣流通過的截面尺寸，便可改變排氣流量。因此，其壓力與流量的調(diào)整十分靈活。

　　2、造價低。本機結(jié)構(gòu)為二極電機直聯(lián)，省去了齒輪增速裝置，z*關(guān)鍵的無非就是主軸兩端軸承了（包括滾動軸承和制造高壓力時需采用滑動軸承），其它材料均為市售普通材料，材質(zhì)無需特殊要求，要求加工精度也不會很高。

　　3、運行故障率低。本機的結(jié)構(gòu)是在一根主軸上串聯(lián)多級葉輪，葉輪與機體，不存在接觸及摩擦，易產(chǎn)生故障的只有主軸兩端的軸承，除此之外，再無其它易損件。因此，本機結(jié)構(gòu)簡單，很好伺候，如果選擇高品質(zhì)的軸承，并對其設(shè)置良好的冷卻，降低軸承故障率，本機的運行，故障率甚微，甚至容易實現(xiàn)零故障運行。

　　4、效率高。本機實際是一臺軸流風機，根據(jù)軸流機的葉柵理論研究，與離心式壓縮機實行效率實測，一般情況下，軸流機比離心機可提高效率5%-10%。

　　5、排氣溫度低、噪音低。本機如果沒有冷卻系統(tǒng)，排氣壓力達到5kg時，排氣溫度將達到200℃左右；8kg時，排氣溫度將達到250℃左右。因此，本機每一級之間都設(shè)置冷卻，其冷卻面積與同等排氣量的離心壓縮機相比，本機的冷卻換熱面積是離心機的2倍左右，可以預(yù)計其排氣溫度是不會很高。其冷卻排管除了冷卻以外，噪音也會較為理想。

　　本機僅軸承需用油浸，量極少，其它無需油運行，更不需配置油路系統(tǒng)，給運行降低了成本，排氣100%干凈不含油。

　　具有較強的市場競爭力，與螺桿式空壓機相競爭：無需油運行，運轉(zhuǎn)周期長，易損件己乎為零，維護及運行成本低，實質(zhì)就是一臺風機，很容易伺候和管理，排氣溫度低，減輕了后續(xù)冷干和油氣分離工藝，噪音低。對排氣量在100立方以上機器，單位立方造價要比螺桿機低，而且排氣量越大，本機的單位立方造價成本就越低，本技術(shù)比較適宜制造排氣量在100-1000立方/分的無油運行的高端軸流式空氣壓縮機產(chǎn)品，并且本項目后序的發(fā)展可持續(xù)性強。

　　具有以下特點：

　?。?）高效
　　本項目技術(shù)核心是采用主機與電機直聯(lián)方式和多級葉片相串聯(lián)的軸流式結(jié)構(gòu)，葉片級間設(shè)置冷卻，從而降低排氣溫度（≤150℃）。因采用直聯(lián)結(jié)構(gòu)，除省去增速配置外，既減少了嚙合損失，又提高了效率，也減少了噪音。本技術(shù)采用軸流式結(jié)構(gòu)，由于氣流沿主軸方向流動，從而克服了離心式結(jié)構(gòu)氣流徑向流動損失及彎道流動損失大的不足，其z*終結(jié)果，也是提高了效率。本結(jié)構(gòu)級間設(shè)置冷卻，使排氣溫度驟然降低，既降低了材質(zhì)對溫度的苛刻要求，又給選材帶來有利的因素，更令人欣慰的是提高了效率（根據(jù)實踐運行經(jīng)驗，排氣溫度每降低10℃，效率可提高2%）。

　　綜上，z*終總效率可比現(xiàn)有進口品牌的離心式空氣壓縮機提高效率6～10%。

　　（2）高可靠性
　　本技術(shù)除效率高的一大特點外，高可靠性及低故障率又是本技術(shù)產(chǎn)品的一大亮點。眾所周知，離心式壓縮機設(shè)備可靠性不高，主要是由于轉(zhuǎn)速過高、結(jié)構(gòu)的不合理、軸承、密封等方面的原因而引起故障。

　　本機采用直聯(lián)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，而目前典型的離心式空氣壓縮機的轉(zhuǎn)速，一般是通過增速器而使轉(zhuǎn)速達到2萬多轉(zhuǎn)/分，甚至更高。離心式空氣壓縮機的結(jié)構(gòu)，配置了增速器，除了增加制造成本外，也增加了噪音，更主要的是，軸承、密封等由于高轉(zhuǎn)速的因素而增加了故障產(chǎn)生的概率，從而使故障率大大增加。本產(chǎn)品因直聯(lián)結(jié)構(gòu)，無需增速，從而徹底地消除了由此帶來的故障概率，提高了設(shè)備運行的可靠性。

　　本產(chǎn)品主軸軸承采用特殊滑動軸承結(jié)構(gòu)，利用主軸旋轉(zhuǎn)帶動產(chǎn)生高壓油壓，使之主軸長期懸浮于軸瓦面上運行，避免了機械性的接觸和磨擦。為保障本機在過載、振動等極端環(huán)境下能正常工作，提高其擴疲勞強度，本機設(shè)計高于幾倍以上主軸負荷的承載能力。軸承設(shè)計在密閉的空間油浸密封，不需配置任何密封件或密封材料，更避免了通常一般機械的軸承密封漏油、缺油燒傷軸承、軸承磨損等現(xiàn)象，不受外界的任何因素影響，本結(jié)構(gòu)特點是運行穩(wěn)定、噪音低，只要主軸轉(zhuǎn)動，軸承便能正常運行，其軸承故障率幾乎是零。

　　本產(chǎn)品為葉片相串聯(lián)軸流式結(jié)構(gòu)，級間的回風，采用壓差式結(jié)構(gòu)，改變通常所見的采用密封結(jié)構(gòu)，既減少了密封磨擦帶來的損失，又避免了由于密封磨損失效而產(chǎn)生回風，降低了效率，而更主要的是去掉了密封結(jié)構(gòu)后，保持著高效率而不必再擔心因密封磨損等原因而帶來的故障產(chǎn)生概率，提高了運行的可靠性。

　　綜上，本產(chǎn)品由于不使用密封裝置、具有結(jié)構(gòu)簡單、抗疲勞能力強、噪音低、排氣100%不含油、無易損消耗件、運行成本低、易伺候、效率高、故障率甚低（幾乎為零）的優(yōu)異性能。

　?。?）適用范圍
　　本項目所存在不足的是，由于本機的壓力由葉輪的結(jié)構(gòu)和直徑所決定，而排氣量則由葉片的風道截面積所決定，所以，要保證壓力的輸出，葉輪直徑不能減少。若要減少排氣量，只有減少葉片的流道面積，但其結(jié)構(gòu)基本不變，因此，當減少排氣量輸出，整機基本上結(jié)構(gòu)不變，只是電動機功率減小而已。因而，制造小排量壓縮機，成本降低不大，排氣量越小，其單位立方造價就越高，特別是50立方/分以下，在市場上沒有競爭力。

　　六、成本估算與發(fā)展前景

　　1、成本估算
　　本設(shè)計300m3/min，4.5kg/cm2低壓力機生產(chǎn)成本估算：

　　從成本估算可知，300立方排氣壓力為4.5kg機型的生產(chǎn)成本造價約84萬元，單位立方造價約為每立方2800元，制造成本低廉。由于項目工藝條件決定，容量越大，本產(chǎn)品單位立方造價就越低，其性價比也將越顯突出。

　　2、發(fā)展前景
　　本技術(shù)的工作原理是風的接力跑，風機主軸根據(jù)風壓的需求來確定風葉的級數(shù)。結(jié)構(gòu)簡單、制造材料要求不苛刻、市場上普通材料即可滿足要求、造價更低廉，具有更優(yōu)越的應(yīng)用效果。輸出壓縮空氣100%干凈不含油（無需配置后序油氣分離設(shè)備）、運行費用低、故障率甚低、可靠性高、效率比離心式空氣壓縮機約高出5-10%、性價比高。這是本技術(shù)的核心根本，也是本技術(shù)在以后的市場競爭中，能生存、發(fā)展、壯大、做強的堅石基礎(chǔ)。