国内螺杆空压机技术及标准规范化浅见

在低碳节能要求日趋严峻的形势下，近三四年来螺杆机取得了显著进步，自主高效主机、两级压缩、永磁变频、一级能效机组已成2016年市场标配，在令人鼓舞的大好形势下，我们还应清醒地认识到螺杆机发展还不完善，有的重要观点还有歧义，某些标准的设置和贯彻不尽如意，尚须进一步规范。

 

1、比功率优化是螺杆机发展进程中不可弱化的永恒主题

 

常有文章提议将空压机压缩而产生的热由排放大气改为回收利用，特别是螺杆机的弃热多集中在冷却介质中，易于回收，此论甚是。全国海量螺杆机弃热之多有如天文数字，如能将其回收利用，使之在加热水洗澡，锅炉补水预热、工艺加热、空气干燥预热、辅助采暖等诸多方面发挥效益，将是一笔可观的潜在资源。螺杆机散布于高山平地、寒暑不一、条件各异，如何实现全方位、高效率、低成本回收利用是个不小的课题。但多年来说来说去尚停留在加热水洗澡这个单一层面上，本应把精力放在更深层次研讨上，却节外生枝说什么“比功率优化仅仅是一个小改良”、“热能回收利用的效果明显大于比功率优化的效益”、“热能回收才是真正有意义的节能措施”。对此说，笔者不敢苟同，笔者初时忖其偶然而未在意，孰料无独有偶，“螺杆机节能”之说多年不绝于耳，就连行业X领导也有此议，两者交汇融合而成“螺杆机是节能机，比功率优化价值有限，热能回收才是真正有意义的节能措施”这种不当论调，使贬低比功率优化的负能量倍增。

 

那么，螺杆机节能的评价标准是什么？

 

比功率是指每分钟单位排气量所消耗的功率，单位kW/（m³/min）它直观的表达了空压机的经济性，应节能而出台的强制性标准GB19153之3.6款明确规定：“……最大输入比功率值为空压机节能评价值。”

 

何为改良？现代汉语词典曰其为“去掉事物个别缺点，使更符合要求”，其档次本就不高，再冠以“仅仅是一个小的”改良，直把空压机节能评价值这一强制性标准贬损到可有可无的地步。

 

能源大多不可再生，用一点就少一点，这是关乎人类生存和可持续发展的根本，我国能源紧缺，节能尤为紧迫，怎能任由比功率居高而不顾？忍让宝贵的能源大把投入，变成废热后再去积极回收利用？

 

借鉴与之类同的“节约用水与污水净化利用”这事，连普通老百姓都明白，尽管污水净化量远大于节约用水点滴之量，却谁也不因此而看轻节约用水的深远意义，此例可否解惑？

 

螺杆机问世后前三十年，因功耗巨大而鲜有问津者，自上世纪60年代引入喷油技术，加之转子型线由点线密封优化为带密封、转子精密加工、关键零部件及主机结构优化设计、细究装配间隙、乃至严控三滤流阻……多年持之以恒，狠抓比功率优化，使能耗一步又一步优化，为螺杆机取代中低压活塞机而形成主流机种立下汗马功劳。GB19153规定：螺杆机能效限定值为3级，优于3级低于2级的T级为目标能效限定值，经举国上下狠抓比功率优化，如今2级能效机都已普及，当年可望而不可及的1级能效机正在由个别系列向全系列拓展，优于1级的S级能效业已崭露头角。时下“能源合同管理”这一引人注目的节能新模式，尽管有多种类型，但不论哪种，其核心抓手都是以1级甚至S级能效机取代约占全国90%以上的2级及以下的在线高能耗机，以获显著的节能收益。

 

螺杆机每一步进展都离不开比功率优化这一铁打的主线。

 

如今，螺杆机虽有巨大的进步，但比功率仍然偏高，GB19153显示：螺杆机的输入比功率还高于同规格活塞机比10%左右，与发达国家螺杆机相比尚有一定差距。

 

节能是个系统工程，凡有利于节能之事均不可小觑，不可相互排斥，比如弃热回收利用便应认真深入探索，但凡事应抓主要矛盾，比功率优化是螺杆机节能工程的牛鼻子，断不可肆意弱化其主导地位。

 

2、主要参数和型号急待规范

 

在加入世贸后十数年群众运动式大上螺杆机的潮流中，因无统一领导，众多企业各自为政，闭门摹仿而又相互技术封锁，无序竞争的结果，使容积流量和额定排气压力两大主参数杂乱无章。

 

诸多厂商利用螺杆机经加装增速齿轮箱和加大长径比这两把双刃剑可随意改变容积流量之便捷，不惜性能随之降低的代价，对其任性扩充，比如：应用最广的10-40m³／min流量群，各规格之间仅相差1m³／min这么小的差值比比皆是，更有甚者，如此大的容积流量之取值还有小数点后的奇葩之举。

 

想当年活塞机容积流量3、6、9、20、30、40m³/min各规格差值甚大，与用户用气量或过大或过小不匹配，而今螺杆机却反其道而行之，密如蛛网的流量充斥市场，这两种走极端现象似乎应反思。

 

额定排气压力通常参照风动工具及低压气动设备的工作压力设定，在螺杆机设计中，额定排气压力是确定容积流量和驱动功率的前提条件，如此严肃的主参数亦如容器流量一样任性而为，0.4MPa、0.5MPa、0.7MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa、1.25MPa、1.3MPa、1.4MPa、1.6MPa密如蛛网般涌现。

 

如今，虽早有JB6430和GB19153两标准，但容积流量和额定排气压力两大主参数随意取值的先天不足仍无明显改观。

 

型号是空压机的名片，含有型式、冷却方式、容积流量、额定排气压力等诸多重要信息，绝非人类起名仅含主观意愿那种简单而随意的符号。活塞机早期就按照型号编制规则统一编制型号，为二三代业内各界人士提供了极大的方便。然而，号称先进的螺杆机虽早已是主流机种，但至今还无型号编制规则，各厂商型号互不统一，就连专业人士也难及时猜其全部内涵，至于广大用户在其咨询、选型、招标采购等各环节，面对五花八门的型号，更是莫明其妙而无从下手。

 

没有与外界相互交流沟通的型号其存在价值无疑大打折扣。

 

再不制定型号编制规则的话，那可真像手机充电器那个毫无科技含量的小配件一样，因互不兼容被亿万用户诟病而积重难返了。

 

3、额定排气压力0.8MPa存在价值探讨

 

在1988年，3、6、8.5m³/min三款低压活塞机更新改造全国联合设计会上，通用所提出“鉴于风动工具、低压气动设备的工作压力均≤0.63MPa，此前仿苏的3.6m³/min两款活塞机额定排气压力0.8MPa，相对≤0.63MPa工作压力裕度高达27%，无功损耗太大，GB7787-87活塞机基本参数标准已将0.8MPa改为0.7MPa，要求本次联合设计贯彻此标准，由于较多参会企业坚称用户都认0.8MPa，改为0.7MPa怕用户不接受，在认识不统一情况下，决定强度设计按0.8MPa（成本增加有限），一二级缸径按0.7MPa设计，形成最佳压缩比（运行效率高），既照顾少数0.8MPa用户的安全运行，又使广大用户在额定排气压力0.7MPa下得以运行节能，待0.8MPa暂与0.7MPa并存一段时间，验证后再议其去留。

 

笔者所在企业参与8.5m³/min这项全新设计项目，并承担试制任务，力挺通用所的主张，按0.7MPa调试出厂，并对用户进行全程跟踪验证0.7MPa的可行性。鉴于样机容积流量达9.12m³/min，比功率5.94kW/（m³/min），轴功率5.94×9.12=54.17kW，远优于先前所拟55kW电机驱动容积流量8.5m³/min额定排气压力0.8Mpa的原方案，按电机满负荷效率最佳，将8.5m³/min规格提升为9m³/min，获通用所批准并推广，自1990年试制成功至今一直按0.7MPa出厂。本企业除接到襄阳轴承厂咨询过由0.7MPa加大致0.8MPa的可行性之外再无有关0.8MPa咨询和应用之事。活塞机标准将额定排气压力0.8MPa改为0.7MPa经历史验证此决策是正确的，是早期节能的一大亮点。

 

至于0.8MPa暂与0.7MPa并存一段时间再议0.8MPa去留之说，因之后再无人提起而不了了之，沉寂于历史中。

 

螺杆机的额定排气压力，各厂家一开始便不约而同的取0.8MPa，之后才渐有0.7MPa，GB19153将0.8MPa与0.7MPa并列，从此0.8MPa便以标准的形式稳如泰山。

 

众所周知，螺杆机的能耗与输出压力成正比，排气压力每升高0.1MPa，总能耗便增大7%左右，全国海量螺杆机能耗节约7%对国民经济的贡献不言而喻。

 

活塞机多年验证额定压力0.7MPa的可行性，怎么号称先进的螺杆机的额定排气压力却非得比活塞机高0.1MPa，任由7%的能耗损失于不顾呢？

 

笔者浅见：工作压力≤0.63MPa的用气对象，其管路系统均较简单，其合理的系统压降通常不应超过供气压力的10%，若供气压力0.7MPa还不能满足≤0.63MPa工作压力需求，这表明用气系统自身有问题，应检查一下用气系统原始设计，供气量是否能满足风动机具正常用气量所需、系统的管路是否过细或过长、走向不合理造成流动阻力过大导致系统压降超限、运行中有无堵塞或泄漏、间歇性大用气量峰值需求的系统之储气罐容积是否足够大……无论上述哪种原因，均非额定压力0.7MPa不足之过，提高额定排气压力至0.8MPa的做法，那是代人受过，不但掩盖用气系统之差错，更严重的是以权威的标准形式放任7%能量损失。

 

不可否认，偌大中国必有排气压力0.8MPa的需求，但多年经验表明其量不大，不是主流，不妨借鉴活塞机照顾0.8MPa需求的范例：强度设计满足0.8MPa，内压力比按0.7MPa，即可确保少数0.8MPa运行安全，又可使广大用户在额定排气压力0.78MPa下运行得以永久性节能。

 

笔者猜测：当初将螺杆机额定排气压力定为0.8MPa一者活塞机的0.8MPa存废之争，后人知之甚少，二者可能与国人贪大求稳高点比低点保险的思维定式有关，0.8MPa比0.7MPa压力高，用户愿意买，谁还冒风险取值0.7MPa呢？然如今节能日趋紧迫，再不纠偏更待何时？！

 

如认定额定压力0.7MPa可行，令内压力比与外压力比相等，这轻而易举的小改进，便可获得明显的节能收益何乐而不为。

 

如认为当年额定排气压力0.7MPa虽然可行，但那是在活塞机上取得的，螺杆机是否适用尚难定论，为节能计，有关领导部门是否可组织有关专家和企业予以深度研判。

 

如还不能决策，可否退一步，将0.8MPa与0.7MPa整合为0.75MPa，使额定排气压力这严肃的主参数结束0.8MPa与0.7MPa取值仅差0.1MPa并列的怪胎。

 

如果额定排气压力0.75MPa，供气压力裕度高达20%还不能满足需求的话，这恐怕就不是技术研讨所能解决的问题了。

 

4、单一内压力比还要苟存到何时

 

众所周知，螺杆空压机的内压力比系指齿间容积的内压缩终了压力与吸气压力之比，内压力比等于外压力比，绝热效率最佳，若两者不相等，无论是过压缩还是欠压缩都将导致效率恶化，并产生额外噪声，相差越大越甚。

 

迄今市场上所见之国内外螺杆空压机均为单一内压力比，仅与0.7MPa和0.8MPa适配，至于其他各种排气压力需求，只能通过减压或节流这种产生额外能耗的方式凑合用，特别是较常用的0.4MPa和1.25MPa这两种排气压力，因与这唯一的内压力比偏离过多，额外能量损失之大可想而知。

 

做为曾经的设计人员，至今不确知GB19153中的1.0MPa和1.25MPa两种排气压力的输入比功率是在仅与0.7MPa、0.8MPa适配的内压力比条件下设（测）定的呢，还是在分别与1.0MPa、1.25MPa排气压力相等（当）的内压力比条件下设（测）定的。如是前者，内外压力比相差悬殊，附加能量损失势必很大，这种通过标准的形式，以牺牲能量为代价的下策，岂不与节能国策相悖？如是后者，市场上尚无适配内压力比机型，虽有个别企业宣称可提供不同内压力比机型，也只不过是只听楼梯响，不见人下来，这叫企业如何贯彻执行呢？

 

既然谁都知道以唯一内压力比应对0.35MPa-1.6MPa宽广范围的各种排气压力有额外的能量损失，为何这明知是违背节能国策的单一内压力比却能坚挺多年而无人问津？是改变内压力比有难度没有企业顾意干呢，还是有关领导部门认为没必要管而放任自流？ 众所周知：改变内压力比可通过改变排气孔口轴向位置轻而易举的实现，笔者浅见：提供太多内压力比，既无必要也不现实，但为偏离这唯一的内压力比甚多的0.4MPa和1.25MPa两种较常用的排气压力提供相等（当）的内压力比机型，而其他较少应用的排气压力将能以较小的偏离就近借用，实现以三种内压力比机型为多种不同排气压力服务，便可收到明显节能收益。

 

鉴于当下企业多是以销定产，三种内压力比机型当不致产生积压库存之虞。

 

有人大代表针对高效电机标准推广不利现状，在高层提出强制执行的提案，为节能计，空压机有关领导部门可否借鉴此种为节能而敢言的壮举，出台强制推行至少三种内压力比机型的规定，并辅以适当奖励的政策，此举将使1.0MPa和1.25MPa两种排气压力的输入比功率降低，也可促使企业主动求变。

 

笔者有一事不明，多年来国内0.35MPa-0.5MPa排气压力用户并不少见，其所用螺杆机因内压力比偏离排气压力太多，不得不以减压却不能降低过压缩而发生额外耗能的方式凑合用，且油分降压，冷却油量随之减少，使得温度上升，可靠性随之降低，此种负面效果绝非个案。

 

后起之秀单螺杆机已先于双螺杆机拥有国标，且含0.4MPa系列，为何双螺杆机标准无0.4MPa系列？0.4MPa排气压力用户承受温度高、能耗高、可靠性差之弊端，要延续到何时？

 

5、由柴动空压机无考核谈及螺杆机旋向之弊

 

柴动空压机因有车蓬、车轮，可灵活拖动转场，无需厂房和水电系统等巨额基建投资，广泛应用户外，特别是无电少水的边远野外山区经常转移工地的基建工程，为国民经济发挥巨大作用。只因国家对其无考核，导致其只重可靠性而忽视经济性和通过性。柴动空压机的设计都是采用现有定型的空压机主机改装而成，其轴功率与柴油机标定功率大多不匹配，设计者既不愿改变主机去适应柴油机，又多是在对柴油机认知有限的基础上，认为驱动功率大点保险的心态下，导致驱动功率储备过大，大马拉小车比比皆是，额外的能量损失长期无人过问，又因无通过性考核，以致傻大粗笨成其一大特色，较之汽车相形见拙，这虽与设计者技能有关，但与无考核随意而为，也有脱不掉干系的。

 

如今柴动螺杆机已迅速取代柴动活塞机，遗憾的是后者上述弊端非但没有改进，反而又新添螺杆机旋向不适的窝心事。

 

柴油机除极个别需求外都是单一旋向，而螺杆机却是既有左旋，又有右旋，这就导致相当数量的螺杆机旋向不匹配，迄今无奈之下的对策是在两者间加装单级齿轮箱改变旋向，此举存在诸多弊病：

 

a、齿轮传动效率97—98%，仅此一项便产生2—3%的无功损耗；

 

b、柴油机与螺杆机转速相当仅为改变旋向而加装传动比接近1：1齿轮箱，因转速高，齿轮精度要求高，材料要优质、热处理需严格，使整机价格动辄推高过万甚至数万之多，既无端造成浪费又加重用户购机费用。

 

c、螺杆机体积小重量轻的特点因加装齿轮箱而丧失，因之又使傻大粗苯的机组外形更加肥胖。

 

柴动螺杆机经常途经山坡狭窄沟沟坎坎的无路地段，车体太宽难通过，车身太高重心高易倾覆，无论市场还是展会上所见柴动螺杆机高和宽多是超过2米以上的庞然大物，其通过性实在难如人意。

 

令人不解的是既有左旋又有右旋的螺杆机，所见柴动螺杆机却多是选用旋向不适的螺杆主机，缘何置性能良好旋向相同的螺杆机于不顾，偏偏喜好加装百害无一利的齿轮箱呢？

 

倘若国家有关部门为节能而出台柴动螺杆机性能和通过性考核标准并实施考核的话，必将促使旋向不适企业主动求变，喜装齿轮箱者将无米可炊，大马拉小车之弊定将随之改观，肥头大耳者亦将忙于减肥。

 

问题是，量大面广的柴动空压机这油老虎不予考核，是卡在什么环节上了呢？

 

6、如何全面评价空压机节能水平

 

众所周知，用户的用气量是变化的，所购空压机容积流量是按其最大用气量再加一定的储备而选定，故在运行中不可避免的经常发生用气量小于容积流量。为此空压机之调控系统可自动使其产气量随用气量减少而自动减少，确保不超压，即空压机由满负荷状态转换为部分负荷状态运行。满负荷状态系空压机的最佳状态，产气量最高，效率最佳，此状态再无节能潜力可挖。部分负荷状态时空压机的主机及电机二者均偏离其最佳状态，效率随之降低，偏离越多，降低越甚。不同调控方式可使部分负荷状态的能耗各不相同，故部分负荷状态具有可挖之节能潜力。

 

GB19153规定：空压机在规定工况下满负荷状态最大输入比功率值为空压机节能评价值，并以此评定其能效等级。力求优化输入比功率，所获得的仅是其满负荷状态的低能耗，这虽是空压机节能的主要节能环节，但若全面评价空压机节能水平，尚须顾及不可回避的部分负荷的节能，才能真正全面评价空压机运行节能水平。

 

近几年传人我国的永磁变频调控，突破了以往各种调控方式多年徘徊在低水平的困局，取得了显著的节能效益，时下每当提及螺杆机，言必称永磁变频，可见其在空压机节能中不可忽视的重大价值，但是它的节能价值却游离在GB19153之3.6款空压机评价值之外。

 

简言之，GB19153“空压机节能评价值”仅是满负荷状态输入比功率值，空压机考核并未涉及不可避免的部分负荷状态，怎能全面评价空压机之节能？

 

笔者对于满天飞的节能百分比之确切含义尚不明了：

 

先前对于节能10—15%便觉得很可观，之后听闻15—29.5%的节能成果，更是令人振奋，如今又惊闻38%、42%的节能新高点。在这令人惊叹之际，似有必要抓紧时间澄清一下这个节能百分比是相对谁而言这一疑虑。

 

试问，这些数据是指相对总能耗的百分比呢？还是相对部分负荷能耗的百分比？是相对单机而言还是相对变频与工频混搭组合而言？是套用某标准的书面数据呢，还是实际上机实测数据？

 

如是相对总能耗而言，那么其中相对满负荷状态能耗是指GB19153的三级能效等级还是对比厂家自己的数据？至于部分负荷能耗这可不像满负荷那么简单，所谓部分负荷不过是针对小于满负荷的无数大小不等的负荷之泛称，在不同情况下，比如空压机选型所造成的容积流量与用气量的匹配适宜程度、用气量大小变动幅度和频次的不同、各种调控方式的性能和精度之不同，乃致运行地域海拔、纬度高低不同、气温、湿度差异……空压机之部分负荷千差万别，各厂家宣称的节能百分比是专指某一特定的部分负荷呢，还是指定某几个特定部分负荷？是在什么特定工况下经过什么程序测定的？是否涉及甚低频率下不得不停机零排气时空运转之无功损耗？

 

迄今未闻各厂家有过协调一致的测定前提，也未见有关领导部门出台相关标准、那么是否可以认定各厂家宣称的节能百分比是在不统一的条件下测（设）定的？如是，各家的节能百分比便无可比性，没有可比性的节能百分比怎能判别谁优谁劣呢，它的存在价值何在？

 

如果说这节能百分比是套用某调控方式的书面标准数据而非上机实测值，它能代表厂家的实际节能水平吗？

 

联想到国内不在少数的组装企业大多采用D国XXX品牌主机，有的厂家精雕细刻而获近乎一级能效，而有的厂家粗制滥造连3级能效也勉强的现实，便可足以明晰其误。

 

希望国家有关部门能尽快出台相关标准，如有困难，哪怕是过度性的简易细则，以规范此种乱象，使国家能确实掌握空压机节能真相，使各企业结束无真实目标的盲目竞争，使用户在咨询、招标采购中能获真品！