【壓縮機網(wǎng)】一、鼓風機技術概述

　　1.工作原理及分類

　　風機是對氣體輸送和氣體壓縮機械的習慣簡稱，即依靠輸入的機械能，提高氣體壓力并排送氣體的機械，按出口壓力大小分為通風機、鼓風機和壓縮機，各類風機的出口壓力范圍及應用場景如下表所示。

　　鼓風機是指在設計條件下風壓在30kPa- 200kPa以內(nèi)的風機，是工業(yè)生產(chǎn)中提供氣體動力的重要工藝設備，在國民經(jīng)濟和日常生活中占有重要的地位。按照工作原理和結構進行分類，鼓風機可分為羅茨鼓風機和離心鼓風機兩大類。鼓風機的具體分類如下圖所示：

　　2.常見類型鼓風機介紹

　　A.羅茨鼓風機

　　羅茨鼓風機是一種容積回轉式鼓風機。羅茨鼓風機的工作原理是通過一對互相嚙合的等直徑轉子將進氣口隔開，在同步齒輪的驅動下，以相同速度做反方向運動，將吸入的氣體壓縮并從吸氣口推至排氣口，當氣體到達排氣口的邊緣，因排氣側高壓氣體的回流而提升壓力，從而完成氣體輸送。

　　羅茨鼓風機的主要組成部分有轉子、齒輪、軸承、密封和機殼。其中，轉子是由葉輪和軸組成，葉輪分為兩葉直齒葉型和三葉螺旋齒葉型；齒輪同步傳遞轉矩，帶動轉子轉動；軸承一般選用滾動軸承，具有檢修方便、縮小尺寸的優(yōu)點；軸承密封主要采用骨架式橡膠油封；機殼有整體式和水平剖分式，結構簡單。

　　B.多級離心鼓風機

　　離心鼓風機工作原理為：當電機轉動帶動風機葉輪旋轉時，葉輪中葉片之間的氣體也跟著旋轉，并在離心力的作用下甩出這些氣體，氣體流速增大，使氣體在流動中把動能轉換為靜壓能，然后隨著流體的增壓，使靜壓能又轉換為動能，通過排氣口排出氣體，而在葉輪中間形成一定負壓，使外界氣體在大氣壓的作用下立即補入，在葉輪連續(xù)旋轉作用下不斷排出和補入氣體，從而達到連續(xù)鼓風的目的。離心鼓風機根據(jù)葉輪數(shù)量分為多級離心鼓風機和單級離心鼓風機。多級低速離心鼓風機一般是指轉子由2只或2只以上的葉輪串聯(lián)在一根主軸上的離心式鼓風機。相比羅茨鼓風機，多級離心鼓風機由于具有噪聲較低、運行較平穩(wěn)、供氣均勻等優(yōu)點，20世紀80年代以來，在國外的污水處理廠中取代了羅茨鼓風機，但仍然存在體積大、質量重、流量調(diào)節(jié)性能差、效率不高、能耗大和維護不方便等缺陷。

　　C.單級齒輪增速鼓風機

　　單級齒輪增速鼓風機是進入20世紀90年代，隨著“三元流動理論”在離心式壓縮機和鼓風機設計上的應用而發(fā)展起來的產(chǎn)品。單級齒輪增速鼓風機在設計上采用了三元流動設計理論，使單級離心式鼓風機效率大幅提高，遠優(yōu)于多級離心鼓風機，在結構上采用了軸向進氣導葉調(diào)節(jié)裝置，使得在低負荷條件下運行也有較高的運行效率，這是多級鼓風機和羅茨鼓風機所沒有的優(yōu)點。采用組裝式整體結構，電動機和鼓風機安裝在共用底座上，潤滑油系統(tǒng)緊湊安裝在機組底座內(nèi)，與相同流量和壓力的多級離心鼓風機比較，節(jié)約消耗，重量大大減輕，占地面積大也大幅縮小。由于采用三元流動葉輪，比普通的二元流動葉輪直徑要小，故轉子轉動慣量小，機組啟動和停車時間短，無需高位油箱和蓄能器，鼓風機轉速高。

　　D.空氣懸浮鼓風機

　　空氣懸浮鼓風機是離心式風機的一種，由離心葉輪與通流部件、空氣懸浮軸承、高速永磁同步電機、控制系統(tǒng)組成，使用高速永磁同步電機直驅結構把離心葉輪及電機驅動一體化集成設計，實現(xiàn)轉軸懸浮的功能?？諝鈶腋」娘L機采用動壓式空氣懸浮軸承，在主軸和軸承之間形成空氣膜，空氣膜產(chǎn)生向外的擴張力達到穩(wěn)定的懸浮效果。

　　E.磁懸浮鼓風機

　　磁懸浮鼓風機的主要結構是鼓風機葉輪直接安裝在電機軸延伸端上，而轉子被懸浮于主動式磁性軸承控制器上，不需要增速箱及聯(lián)軸器，實現(xiàn)由高速電動機直接驅動。磁懸浮鼓風機采用主動式磁懸浮軸承，在可控磁場吸引力的作用下實現(xiàn)轉子的懸浮。通過位置傳感器、功率放大器和控制器，實現(xiàn)對電機轉軸實時檢測、控制和故障診斷?？刂破髂苤鲃佑行б种妻D軸的不平衡振動。

　　二、鼓風機行業(yè)發(fā)展概況

　　1.國內(nèi)發(fā)展情況

　　據(jù)中國通用機械協(xié)會風機分會統(tǒng)計的會員企業(yè)上報數(shù)據(jù)顯示，2017-2020年行業(yè)產(chǎn)值年均增長率保持在30%左右，離心鼓風機和羅茨鼓風機的產(chǎn)值年均復合增長率分別為39.05%、18.00%，產(chǎn)量年均復合增長率分別為41.20%、18.19%。離心鼓風機產(chǎn)值和產(chǎn)量的增速都大于羅茨鼓風機。2020年國內(nèi)鼓風機產(chǎn)量達到90,170臺，其中羅茨鼓風機產(chǎn)量79,855臺，離心鼓風機產(chǎn)量10,315臺，如下表所示：（單位：萬元、臺）

　　根據(jù)中國通用機械工業(yè)協(xié)會風機分會統(tǒng)計會員企業(yè)數(shù)據(jù)，截至2020年12月31日，協(xié)會會員單位中生產(chǎn)離心鼓風機的企業(yè)有33家；生產(chǎn)羅茨鼓風機的企業(yè)有29家。

　　國內(nèi)鼓風機行業(yè)企業(yè)主要分布在山東、江蘇、遼寧、陜西等地區(qū)，2020年，羅茨鼓風機的產(chǎn)值集中在華東地區(qū)，華東地區(qū)占據(jù)全國羅茨鼓風機產(chǎn)值86.59%的市場份額，離心鼓風機的產(chǎn)值主要分布在西北地區(qū)與華東地區(qū)，產(chǎn)值占比分別為32.69%和38.31%。

　　目前，鼓風機在下游市場主要集中在環(huán)保、化工、冶金、電力等領域，其中在環(huán)保領域占比最高，羅茨鼓風機占比達到42.18%，離心鼓風機占比達到31.99%。

　　（2）全球發(fā)展情況

　　在國外，羅茨鼓風機由于容量小、效率低、噪聲大、供氣不均勻等問題，基本上已經(jīng)被淘汰。至20世紀90年代，國外學者創(chuàng)造性地將三元流理論在離心鼓風機上實現(xiàn)應用，部分生產(chǎn)廠商據(jù)此設計制造出了單級離心鼓風機產(chǎn)品。相較于羅茨鼓風機和多級低速離心鼓風機，單級離心鼓風機具有效率高、占地面積小、流量調(diào)節(jié)范圍寬、自動化水平高等優(yōu)點，現(xiàn)已在全球范圍內(nèi)得到廣泛應用。

　　磁懸浮概念于19世紀中葉被提出，歐洲、美國和日本等國家在20世紀60代開始大力開展磁懸浮軸承的研究工作。自20世紀90年代中期，國外開始研究高速磁懸浮電機，相繼出現(xiàn)了永磁同步型磁懸浮電機、開關磁阻型磁懸浮電機、感應型磁懸浮電機等各種類型，主要應用于離心壓縮機。進入21世紀，隨著制造工藝技術的進步、控制理論與智能信息技術的發(fā)展，磁懸浮軸承技術趨于成熟，產(chǎn)品的性能也得到了優(yōu)化和提高。國外生產(chǎn)磁懸浮軸承技術相關產(chǎn)品的公司已有幾十家，如瑞典斯凱孚（SKF）、美國沃喀莎（Waukesha）、瑞士伊貝格（IBAG）、瑞士蘇爾壽（SULZER）、德國路斯特（LTIMOTION）、德國賽特勒斯（ZEITLOS）、 日本精工株式會社（NSK）等公司均有磁懸浮軸承產(chǎn)品在不同領域得到應用。

　　瑞士蘇爾壽（SULZER）的ABSHST 高速磁懸浮鼓風機從1996 年進入市場，發(fā)展到現(xiàn)在已有超過3,000臺設備在世界各地運行。瑞典阿特拉斯·科普柯（AtlasCopco）的ZBVSD+離心式磁懸浮鼓風機功率可達250kW，已經(jīng)成功應用于食品生產(chǎn)和火力發(fā)電煙氣脫硫。國內(nèi)雖然起步較晚，發(fā)展至今也取得了一些達到國際先進水平的研究成果，并涌現(xiàn)出了一批具有市場地位的磁懸浮軸承制造企業(yè)。

　　空氣懸浮鼓風機從90年代末期開始在韓國萌芽，隨著美國航空民用化的開始，航空上的空氣葉輪就被引進到空氣懸浮鼓風機上來。韓國研究院一批專門研究空氣懸浮技術的專家團隊，參與了紐若斯空氣懸浮鼓風機的技術研發(fā)，對風機的變頻穩(wěn)定性、整機散熱性以及工況點效率都進行了提升，將空氣懸浮鼓風機帶到了新的高度。隨著磁懸浮鼓風機的加入以及中國國內(nèi)大量空氣懸浮鼓風機的涌入，國內(nèi)出現(xiàn)磁谷科技、海拓濱、億昇、鑫磊、金士頓、章鼓風機等品牌。

　　總體來說，羅茨鼓風機因為結構簡單，技術門檻低，早些年廣泛應用于諸多需要供氣的場合，但此類風機運行能耗高，導致運營成本較高；之后出現(xiàn)了離心葉輪技術，但在未能解決高速驅動的情況下，鼓風機廠商開始采用多級壓縮的方式，來提高風機的效率，這類風機廣泛地應用于中等以上規(guī)模的污水處理廠；隨著高速齒輪箱技術的發(fā)展，出現(xiàn)了齒輪增速單級離心鼓風機，進一步提高了風機的效率，但齒輪箱造價高，結構復雜，維護成本高，導致這類風機應用并不普遍；此后出現(xiàn)了磁懸浮/空氣懸浮離心式鼓風機，徹底解決了高速驅動、傳動、摩擦損耗、流體效率優(yōu)化等若干問題，實現(xiàn)了離心式鼓風機效率的最大化；得益于高效流體部件，高速永磁同步電機以及高頻變頻器，磁懸浮/空氣懸浮離心式鼓風機調(diào)節(jié)范圍廣。

　　三、行業(yè)監(jiān)管和行業(yè)政策

　　1.行業(yè)監(jiān)管體制和行業(yè)主管部門

　　我國對鼓風機制造行業(yè)采取國家宏觀調(diào)控和行業(yè)自律相結合的監(jiān)管模式。國家工業(yè)和信息化部是行業(yè)行政主管部門，主要負責制定并組織實施行業(yè)規(guī)劃、計劃和產(chǎn)業(yè)政策，推進產(chǎn)業(yè)結構戰(zhàn)略性調(diào)整和優(yōu)化升級；起草相關法律法規(guī)草案，制定規(guī)章，擬訂行業(yè)技術規(guī)范和標準并組織實施，指導行業(yè)質量管理工作；統(tǒng)計并發(fā)布相關信息；推動重大技術裝備發(fā)展和自主創(chuàng)新等工作。

　　全國風機標準化技術委員會是行業(yè)標準化技術歸口單位，主要負責全國透平式風機、通風機、鼓風機、壓縮機和羅茨鼓風機等工業(yè)風機方面專業(yè)領域標準化工作。

　　中國通用機械工業(yè)協(xié)會風機分會是行業(yè)自律管理機構，在制定行業(yè)規(guī)劃、經(jīng)濟技術政策和行業(yè)技術標準、經(jīng)濟立法等方面向政府部門提出建議，開展國內(nèi)外市場調(diào)研，推動結構調(diào)整，協(xié)調(diào)企業(yè)之間生產(chǎn)經(jīng)營、技術合作、信息共享及行業(yè)自律等工作。

　　目前，政府部門和行業(yè)協(xié)會對行業(yè)的管理僅限于宏觀管理，各企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營完全基于市場化的方式進行，行業(yè)內(nèi)已形成較為完善的市場化的競爭機制。

　　2.行業(yè)主要法律、法規(guī)及政策

　　在國家日益重視節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展的背景下，高效節(jié)能型風機產(chǎn)品受到國家政策的支持和鼓勵，磁懸浮離心式鼓風機產(chǎn)品及技術多次被國家相關部委列為高效節(jié)能產(chǎn)品和節(jié)能低碳技術。具體而言，目前主要的法律、法規(guī)及政策如上表所示。

　　節(jié)能減排作為“十四五”期間我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標，隨著“碳達峰”、“碳中和”時間表的提出，各行業(yè)對于產(chǎn)業(yè)升級改造，淘汰落后產(chǎn)能，提高能源利用效率，實現(xiàn)經(jīng)濟的綠色可持續(xù)發(fā)展已提上議事日程。鼓風機作為工業(yè)通用設備，在各行業(yè)中被廣泛應用，因此鼓風機的能耗效率對于該行業(yè)的節(jié)能減排目標具有重大意義。

　　新型鼓風機作為新一代節(jié)能高效的先進設備，在國家大力提倡節(jié)能減排，綠色發(fā)展的政策環(huán)境之下必然會有廣泛的應用。一方面在新增的建設項目中，大量企業(yè)為了達到節(jié)能環(huán)保的目標將優(yōu)先采用能耗低、效率高的設備，磁浮/空浮離心式鼓風機將在市場競爭中獲得優(yōu)勢地位；另一方面，我國原有的傳統(tǒng)風機市場在節(jié)能環(huán)保的政策壓力之下面臨著升級改造，存量設備改造市場為發(fā)行人的產(chǎn)品應用提供了廣闊的市場空間。

　　<注：本文未完待續(xù)，更多精彩見下期——>

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