【壓縮機網】綠色制造是對傳統制造業的一次升級，在保證機械制造標準的前提下，通過資源環保控制理念，加強資源效率的管理，從而提高企業經濟效益的和諧發展。壓縮機作為工業生產中的核心設備，與綠色制造是緊密相關的。在壓縮機產品設計、材料技術、加工制造、運行維護和節能改造等方面通過技術升級以及新產品的開發，可實現綠色制造，z*終實現企業經濟效益和社會效益的協調優化。
引言
綠色制造，又稱環境意識制造、面向環境的制造等。它是一個綜合考慮環境影響和資源效益的現代化制造模式，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，廢棄資源和有害排放物z*小，符合環境保護要求，對生態環境無害或危害極少，節約資源和能源，使資源利用率z*高，能源消耗z*低。綠色制造是可持續發展戰略在制造業中的體現，也就是說，綠色制造是現代制造業的可持續發展模式。
中國制造業總量已超過美國，居世界第一。但是工業裝備運行故障多、效率低是影響中國制造業大部分企業效益的重要原因之一。我國不能總是依靠擴大生產規模來實現經濟的，必須落實安全生產和節約優先的方針，充分發揮現有裝備的作用，實施工業裝備全壽命綠色化和智能化工程科技發展戰略快速增長。壓縮機特別是工業用壓縮機作為提供壓縮氣體的高效節能設備，在工業生產中有著廣泛的應用。以離心壓縮機（圖1）為例，在重大化工裝置、氣體輸送和液化等領域，離心壓縮機都是z*關鍵的核心設備之一，已經成為體現國家裝備制造業水平的一個標志。
在壓縮機的制造過程中實現綠色制造，是未來發展的一個必然趨勢，通過綠色制造，可以促使企業不斷開發高性能、高可靠性的壓縮機產品，積極開發和應用綠色材料；同時，應用綠色加工技術來提高材料的利用率，實現節能降耗，減少加工過程中對環境的污染；努力發展綠色再制造技術，降低能源消耗，實現企業經濟效益和社會效益的協調優化。
本文從壓縮機的設計、材料、加工制造、運行維護以及節能改造等方面，對綠色制造在壓縮機產品中的應用進行了多方面的闡述。在總結了現有技術的同時，也展望了今后壓縮機關鍵技術的發展，為今后綠色制造在壓縮機產品中更好地應用指明了方向。
1 產品設計
1.1 節能高效
大型機組的耗功向10萬kW等級發展，如果機組效率能夠提高一個百分點，耗功指標就會減少1000kW，用戶每年就會多出幾百萬元的利潤，所以節能降耗是企業的生存之本，同時也是提高企業自主創新能力的基本著力點。站在壓縮機產品的設計研發的角度，需要考慮z*大限度地減少流動損失、漏氣損失、機械損失等各類損失。而為了減少這些損失，則需要從多方面努力，才能達到壓縮機的節能高效。
1）模型級開發方面
為了提高效率，減少機組功率消耗，為用戶節約運行成本，需要增加模型級的“密度”，減少模型級系列在流量系數變化的步長，從而使壓縮機的每一級都能選到高效率基本級，進而提高整機的計算效率；不只開發通用模型級，還要針對從輕到重不同分子量的介質、不同的機組類型開發不同的專用模型級，使模型級的效率優勢發揮到極致；通過拓寬模型級曲線范圍，使壓縮機機組具有更寬廣的操作范圍，使得機組在變工況下運行時效率水平不發生明顯的降低，提高機組多工況運行的適應能力。
2）靜止部件優化
通過對流道中各靜止部件的優化，減少因為結構設計不合理導致額外增加的流動損失、分離損失，從而減少額外的功率消耗。其中包括：進氣蝸殼、排氣蝸殼、加氣蝸殼、抽氣蝸殼、管路變徑、彎道整流、以及支撐、筋板等結構件對流動的影響。
3）關注級間影響的研究
對于一臺完整的壓縮機組來說，如果相鄰兩級的性能匹配不好，就不可能做到整機的高效率。所以對于模型級葉輪，不能僅僅考慮單級性能，要考慮級與級的連接對整機性能的影響。尤其要考慮上一級出口流場品質對下一級產生影響的程度，盡量將不均勻性降到z*小。
4）機組氣動方案優化
一臺壓縮機產品的氣動選型方案不是w*的，需要通過周密的綜合考慮，為用戶提供能耗z*低、成本z*小的解決方案：
a.等溫壓縮時壓比分配與冷卻次數的設定及成本對比研究；
b.不同機型方案功耗與成本對比研究；
c.同種機型時應用不同模型級匹配方案的對比研究；
d.同種機型不同級數方案成本對比及轉子穩定性研究；
方案優化可以通過利用設計者的經驗，對不同方案對比來得到，也可以通過選型軟件的優化算法自動得到。
5）降低泄漏損失
密封泄漏與壓縮機機組氣動方案、結構方案優化一樣，也是影響離心壓縮機機組效率的關鍵因素。與眾多影響因素比較而言，采用先進密封技術，通過降低密封泄漏量來提高效率是z*直接也是z*有效的手段。
a.工程塑料密封
工程塑料密封(如圖2所示)的應用將迷宮密封從金屬材料時代跨入非金屬材料時代，采用工程塑料，并通過合理的結構設計，可使密封的性能得到顯著提升。利用工程塑料的低硬度、高彈性及強度適中的特點，密封間隙較軟,金屬密封間隙進一步降低。該密封z*大的優點是密封間隙的維持，即當梳齒與轉子碰撞時，塑料梳齒可發生暫時的彈性變形，然后恢復到原有的幾何狀態，這樣梳齒和轉子不會被磨損，間隙得以維持。性能對比測試結果顯示，利用工程塑料密封，單級效率可提高0.5%～1%。
b.機械用碳密封
機械用碳密封是以改性機械用碳材料作為密封功能材料的一種密封，密封采用金屬與機械用碳一體的方式制作。利用機械用碳材料的低硬度、自潤滑性能實現密封的低間隙運轉，減少氣體泄漏量。利用金屬材料的強度保證密封的整體剛性。機械用碳密封的泄漏量遠低于普通梳齒密封。
6）降低機械損失
機械損失也是影響整機效率的因素之一，降低機械損失可以從多個方面入手，以軸承為例，可以從以下幾個方面來達到節能降耗的目的：
A.注重無油綠色軸承的應用
電磁軸承(圖3)和動壓氣體軸承(圖4)均屬于非機械接觸式軸承，具有不需油潤滑、綠色環保無污染、損失小等一系列優點。目前這兩類軸承在小功率的鼓風機方面已經得到了廣泛的應用。
b.改進傳統軸承結構，減小潤滑油量，降低功耗通過開發節油軸承系列，改進軸承進油和噴油方式，改善了軸承的散熱條件，降低了軸承的潤滑油量，減少了功率損失，降低了軸瓦溫度。例如沈鼓集團目前應用的節油軸承，與傳統軸承相比，其潤滑油量可減少25%～35%，功率損失可減少30%～40%，推力軸承的瓦溫下降z*高可達15℃。
1.2 安全可靠
從綠色制造的概念里可以看出，產品的功能和質量是綠色制造的前提和基礎。一個無法保證安全平穩運行的產品談不上綠色環保。設備能夠安全可靠的運行不僅能夠降低維修成本，延長產品的使用周期，更是提升了安全指數，避免惡性事故的發生。可以說，只有在保證了設備的安全可靠，才能真正的實現企業經濟效益和社會效益的共同提升。
API標準中要求，離心壓縮機產品（包括輔助設備）的設計和構成應確保其z*短使用壽命為20年，不間斷連續運轉時間至少為5年。一般來說，在生產流程里離心壓縮機是w*的動力設備，一旦壓縮機有故障，整個生產裝置不得不停產。
壓縮機的安全可靠體現在兩個方面：一是安全，要保證機組的服役周期和使用壽命；二是平穩，要保證組振動等一系列動力學指標限制在一定水平之下。為了達到這樣一個目標，除了借助于產品設計運行經以外，相應的分析驗證不可忽略。在壓縮機的產品設計過程中，在安全可靠性分析方面需要關注的問題大致可分為兩個方面：
1）關鍵零部件完整性評估
葉輪、機殼、管路等壓縮機關鍵零部件需要進行強度和變形分析以滿足其強度和剛度要求。對于這部分分析，在具備成熟的一般性分析技術的同時，也需要不斷開發新的分析技術，以滿足不同機組的運行要求、滿足解決新問題的特定要求（圖5）。
目前，CAE軟件在工程和產品設計過程中得到了廣泛的應用，壓縮機各零部件在常規載荷下的動力和靜力學特性可以比較容易得到，包括：應力、變形、彈塑性、固有頻率等一系列結果。不同的壓縮機企業，依據自己的經驗，確定相應的判別校核準則：通過校核，進行后續的設計工作；若不能通過，再次進行優化設計，直至通過為止。
上述分析能夠滿足壓縮機的基本運行要求，但隨著能源化工以及其它相關產業的快速發展，常規分析已經不能滿足壓縮機的安全性分析。對于大型化和高參數化的壓縮機組，與以往傳統壓縮機相比，在安全可靠性方面呈現兩個顯著特點：一是靜力學和動力學特性發生了變化；二是結構場、溫度場、流場、聲場等多場耦合效應表現更為突出。這也帶來了有關機組服役壽命方面的新的問題，這些問題并不僅僅出現在個別壓縮機企業，而是全世界范圍內的行業共性難題。比如：在流固熱耦合作用下以及寬運行工況下的葉輪/葉片這樣核心做功部件的疲勞損傷問題；在流聲固耦合作用下的管路的振動問題等等(圖6)。
2）轉子振動分析
壓縮機轉子振動問題可能有如下的幾種表現形式：
a. 一般性振動：無法避免，可以抑制；
b. 共振，包括：彎曲振動、扭轉振動以及彎扭耦合振動。這類振動在轉子設計時是應該避免的；
c. 動力失穩：轉子穩定性是指轉子在受到某種擾動后能否恢復到原來狀態的能力。轉子振動異常并不僅僅變現為振動幅值的加大，還會產生轉定子碰磨、軸承損壞、連鎖停機以及轉子疲勞破壞等嚴重后果。
對于轉子振動分析，在理論分析的同時加以實驗驗證，基于成熟的轉子穩定性分析軟件，在設計階段即可預測轉子的穩定性；同時采用包括阻尼軸承、阻尼密封、阻旋柵、反旋流裝置等技術手段可以有效提高轉子的運行穩定性（圖7、8）。
1.3 減振降噪
噪聲是壓縮機的排放物之一，它不能避免，但可以抑制。透平機械的噪聲是體現產品質量和競爭力的重要指標。
一般情況下，一個完整的聲學系統由聲源、傳播介質、接收者三個部分組成。為了降低透平機械噪聲，需要進行以下三個方面研究工作：
“源”，即深入研究透平機械噪聲產生的機理。
“傳”，即深入研究透平機械噪聲傳播的機理。
“控”，在深入了解“源”和“傳”機理的基礎上有針對性的提出降噪措施。
圍繞這三方面研究工作，重點提高低噪聲設計、制造工藝和測試分析技術水平。通過整機和關鍵部件聲學計算與仿真技術研究，實現設備功能設計與減振降噪基礎理論相結合，提高設備低噪聲設計水平。
2 材料技術
材料的使用對于制造技術能否實現綠色制造而言是非常關鍵的，這是因為材料作為產品的物質基礎，其特性是要跟隨產品的整個使用循環周期的。只有通過對高性能、低成本新材料開發的不斷探索，才能更大限度的增大綠色制造技術的生態效益。
2.1 低成本高性能材料的開發和應用
1）高強鋁合金葉輪材料
高強鋁合金材料用于離心葉輪的制備具有如下的優勢：
a. 葉輪質量輕，在大部分情況下可有效改善轉子的動力學特性；
b. 尺寸相同時，鍛件成本低;
c. 加工性好，加工成本低;
d. 超高比強度，葉輪可用于更高的周速;
e. 抗氫脆效果好。
在壓縮機產品上的應用，確實起到了降低成本、減小消耗的作用；
2）耐腐蝕新材料研究
腐蝕介質（如含濕硫化氫）下的機組通流部分性能保證，必須通過耐腐蝕材料的應用來得到解決。腐蝕會顯著降低金屬材料的強度、塑性、韌性等力學性能，破壞金屬構件的幾何形狀，縮短裝置的使用壽命，甚至造成災難性事故。據統計，發達國家每年因腐蝕造成的經濟損失約占國民生產總值的2%～4%，每年由于金屬腐蝕造成的鋼鐵損失約占當年鋼產量的10%～20%，美國每年因腐蝕要多消耗3.4%的能源。我國作為發展中國家，這一情況顯然會更加嚴峻。
低成本耐腐蝕材料的應用可以在不加大材料成本的前提下，有效降低腐蝕誘發的風險，避免損失。
3）超高強度鋼的研究和應用
高強度材料具有更好的承載性能，該材料用于葉輪制造上，可進一步提高葉輪周速，提高單級壓比，也使得壓縮機機組減少級數、縮小尺寸、降低成本成為可能。
2.2 材料制備新工藝的開發與應用
在大型及超大型金屬部件毛坯料制備過程中，如果采用傳統冶煉工藝，水口和冒口部分質量差無法使用，每一個鋼錠水冒口均屬廢除部分。但是采用構筑成型法(圖9)就可以完全避免該問題，使材料利用率提升25%～30%。
2.3 涂層技術的開發和應用
涂層可以保護材料基體不受傷害，延長產品的使用壽命和運行穩定性，是一種彌補材料基體性能劣勢的有效手段。它可以在不增加原材料成本的基礎上將材料的使用壽命和性能得到進一步提升，提高資源利用率，是綠色制造概念不可缺少的表面改性方法。
耐腐蝕防結垢涂層(圖10)。具有良好的耐腐蝕性，優異的抗污垢能力，它能使金屬表面特別光滑，不粘性可以降低有機/無機附著物的粘結，非常有利于保證產品的氣動性能和機械性能。
耐磨涂層。表面強化耐磨涂層技術是提高材料耐磨、耐沖刷性的一個重要方法。根據不同介質以及不同的使用要求。可以有多個涂層方案供選擇。有效降低粒子沖刷對葉輪葉片的磨損。
3 加工制造
3.1 加工工藝升級
不斷改進原有的生產工藝，將過去高耗能、高污染的工藝進行改良和替換，在產品制造過程中z*大限度地減少環境污染，降低能耗，提高生產效率，降低生產成本。
以三元閉式葉輪為例，采用整體加工工藝（葉輪整體銑制和電火花加工），與傳統的兩件焊接的葉輪相比，所用的鍛件材料僅為兩件焊接葉輪的一半。同時在加工效率、加工質量以及后續的葉輪性能保證等方面都具有絕對優勢。有效控制了產品的成本。
近些年，3D打印技術迅速崛起并逐漸在制造業顯露頭角。美國《時代》周刊也將3D打印列為“美國十大增長z*快的工業”。3D打印技術與傳統工業的“減材制造”相比，從原理上它就貫徹了綠色制造的概念，基本實現了材料的零損耗，避免了傳統加工工藝因切削、成型而需要附加的成本和能源消耗，用料只有傳統工藝的1/3～1/2，制造速度卻快了3～4倍，實現了省材、節能、環保的目標。圖11為采用3D打印技術制造的葉輪。
3.2 工藝仿真技術
采用工藝模擬技術將數值仿真、物理模擬、實驗測試和專家系統相結合，確定z*佳工藝參數、確定z*優工藝方案，預測不同工藝過程中可能產生的異常問題，找到有效的控制措施，將隱患消滅在計算機模擬加工的反復試驗過程當中。就能有效控制和保證加工工件的質量，達到綠色制造的目的。
數值仿真方法在規律性、趨勢性的研究方面具有準確高效的優勢。目前在材料制備、材料熱處理、焊接、切削加工等多個工藝過程中應用了數值仿真手段。它對解決部件尺寸的大型化，縮短研究周期、減少材料使用、減少實驗消耗、減少經費開銷會起到極為關鍵的作用(圖12)。
4 運行維護
壓縮機組各類性能的實際表現要看現場運行的具體狀態，一個機組既要有優良的先天的設計性能，又要有不打折扣的后天的實際運轉表現。一旦壓縮機運行狀態出現異常或發生突發故障，將導致生產線或生產設備停機，造成重大經濟損失，嚴重的甚至造成爆炸，對企業的人員和設備造成嚴重破壞后果。因此，對關鍵設備運行狀態的監控和故障診斷一直備受重視(圖13)。
對于機組運行狀態的評估至少可以從兩個方面手：一個是通過結構動力學的指標來評估機組是否在健康狀態運行；二是通過熱力學參數來評估是否發揮了z*大的效能。
4.1 設備健康狀態在線監控及故障診斷
壓縮機的機械性能故障主要表現為異常的響聲、振動及過熱等。可能的產生原因有：轉子不平衡，半速渦動及油膜振蕩、轉子不對中、共振、部件松動、轉子與定子摩擦、轉子結構缺陷與裂紋、軸承缺陷等。
通過遠程在線故障檢測，實現數據互聯、信息共享。由數據驅動，機組事件觸發服務行動，再經過事件篩查、分析診斷、專家會診、生成解決方案、實施方案等服務環節，為用戶提供集成化、一站式服務。
4.2 壓縮機熱力性能監測與調節
壓縮機的熱力性能故障，如排氣量不足、壓力不常、溫度異常等，比機械性能故障發生的更為頻繁，這是壓縮機的故障診斷與旋轉機械相比所特有的一面關于這方面的問題，已經得到了包括壓縮機用戶、壓機生產企業、專家學者等在內的方方面面越來越多的關注，通過壓縮機熱力性能遠程在線監測與調節無疑是一條重要的解決途徑(圖14)。
以沈鼓集團的在線監測診斷系統為例，該系統可以通過監測機組現場運行的熱力性能參數，通過預的特定算法，在線對機組運行狀態進行分析評估，判斷機組是否在高效區運行，同時給出如何提升機組運行效能的解決方案，根據實時運行狀態，推薦z*佳效率工況，為系統優化提供依據。
5 節能改造
壓縮機市場經過多年長期的發展，增量市場增速已經明顯放緩，作為壓縮機制造企業，不論是從企業生存發展角度，還是從節能降耗的戰略角度，都必須高度重視存量市場，把近些年來的新技術應用于已有機組的節能改造。
目前，大多數企業對節能改造技術重視不夠，特別是關鍵機組無備臺，節能改造風險較大。而有些企則對效率低下的機組成功進行了綠色再制造，均在當年回收成本，節能效果十分明顯。
節能改造案例一：某公司乙烯裝置擴容改造，從64萬噸/年到74萬噸/年的擴容改造，改造后的壓縮機運行平穩，整機效率照比原來現場運行工況提高了約6%，估算壓縮機改造后可以節省約1700kW，年運行成本節省約952萬元，節能效益顯著。
節能改造案例二：某公司進口機組改造，機組改造成功后，壓縮機軸功率可以節省約3200kW,年運行成本節省約1792萬元，其節能效益十分可觀。改造前后性能對比如表1所示。
6 總結和展望
對綠色環保的追求是沒有止境的，對于機械行業來講，未來幾十年的z*大的發展趨勢就是綠色制造，這是挑戰，更是機遇。
壓縮機行業應繼續秉承綠色制造的理念，結合國家的政策要求，持續開展與重大技術裝備相關的綠色制造核心關鍵技術研發，加快綠色制造技術成果的轉化和產業化應用的速度。在今后，應重點關注以下三個發展方向：
1）不斷推出節能高效的綠色產品。這是維系企業生存和發展需要永恒追求的目標；
2）持續加強綠色制造技術創新。將綠色制造的理念落實到產品制造的每一個環節，不斷開發新的技術；
3）大力擴展產品在綠色環保領域的應用。關注國家的政策方針，不斷加強產品在新能源開發、清潔能源開采、能量回收以及綠色再制造等各類環保領域的應用。
【壓縮機網】綠色制造是對傳統制造業的一次升級，在保證機械制造標準的前提下，通過資源環保控制理念，加強資源效率的管理，從而提高企業經濟效益的和諧發展。壓縮機作為工業生產中的核心設備，與綠色制造是緊密相關的。在壓縮機產品設計、材料技術、加工制造、運行維護和節能改造等方面通過技術升級以及新產品的開發，可實現綠色制造，z*終實現企業經濟效益和社會效益的協調優化。
引言
綠色制造，又稱環境意識制造、面向環境的制造等。它是一個綜合考慮環境影響和資源效益的現代化制造模式，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，廢棄資源和有害排放物z*小，符合環境保護要求，對生態環境無害或危害極少，節約資源和能源，使資源利用率z*高，能源消耗z*低。綠色制造是可持續發展戰略在制造業中的體現，也就是說，綠色制造是現代制造業的可持續發展模式。
中國制造業總量已超過美國，居世界第一。但是工業裝備運行故障多、效率低是影響中國制造業大部分企業效益的重要原因之一。我國不能總是依靠擴大生產規模來實現經濟的，必須落實安全生產和節約優先的方針，充分發揮現有裝備的作用，實施工業裝備全壽命綠色化和智能化工程科技發展戰略快速增長。壓縮機特別是工業用壓縮機作為提供壓縮氣體的高效節能設備，在工業生產中有著廣泛的應用。以離心壓縮機（圖1）為例，在重大化工裝置、氣體輸送和液化等領域，離心壓縮機都是z*關鍵的核心設備之一，已經成為體現國家裝備制造業水平的一個標志。
在壓縮機的制造過程中實現綠色制造，是未來發展的一個必然趨勢，通過綠色制造，可以促使企業不斷開發高性能、高可靠性的壓縮機產品，積極開發和應用綠色材料；同時，應用綠色加工技術來提高材料的利用率，實現節能降耗，減少加工過程中對環境的污染；努力發展綠色再制造技術，降低能源消耗，實現企業經濟效益和社會效益的協調優化。
本文從壓縮機的設計、材料、加工制造、運行維護以及節能改造等方面，對綠色制造在壓縮機產品中的應用進行了多方面的闡述。在總結了現有技術的同時，也展望了今后壓縮機關鍵技術的發展，為今后綠色制造在壓縮機產品中更好地應用指明了方向。
1 產品設計
1.1 節能高效
大型機組的耗功向10萬kW等級發展，如果機組效率能夠提高一個百分點，耗功指標就會減少1000kW，用戶每年就會多出幾百萬元的利潤，所以節能降耗是企業的生存之本，同時也是提高企業自主創新能力的基本著力點。站在壓縮機產品的設計研發的角度，需要考慮z*大限度地減少流動損失、漏氣損失、機械損失等各類損失。而為了減少這些損失，則需要從多方面努力，才能達到壓縮機的節能高效。
1）模型級開發方面
為了提高效率，減少機組功率消耗，為用戶節約運行成本，需要增加模型級的“密度”，減少模型級系列在流量系數變化的步長，從而使壓縮機的每一級都能選到高效率基本級，進而提高整機的計算效率；不只開發通用模型級，還要針對從輕到重不同分子量的介質、不同的機組類型開發不同的專用模型級，使模型級的效率優勢發揮到極致；通過拓寬模型級曲線范圍，使壓縮機機組具有更寬廣的操作范圍，使得機組在變工況下運行時效率水平不發生明顯的降低，提高機組多工況運行的適應能力。
2）靜止部件優化
通過對流道中各靜止部件的優化，減少因為結構設計不合理導致額外增加的流動損失、分離損失，從而減少額外的功率消耗。其中包括：進氣蝸殼、排氣蝸殼、加氣蝸殼、抽氣蝸殼、管路變徑、彎道整流、以及支撐、筋板等結構件對流動的影響。
3）關注級間影響的研究
對于一臺完整的壓縮機組來說，如果相鄰兩級的性能匹配不好，就不可能做到整機的高效率。所以對于模型級葉輪，不能僅僅考慮單級性能，要考慮級與級的連接對整機性能的影響。尤其要考慮上一級出口流場品質對下一級產生影響的程度，盡量將不均勻性降到z*小。
4）機組氣動方案優化
一臺壓縮機產品的氣動選型方案不是w*的，需要通過周密的綜合考慮，為用戶提供能耗z*低、成本z*小的解決方案：
a.等溫壓縮時壓比分配與冷卻次數的設定及成本對比研究；
b.不同機型方案功耗與成本對比研究；
c.同種機型時應用不同模型級匹配方案的對比研究；
d.同種機型不同級數方案成本對比及轉子穩定性研究；
方案優化可以通過利用設計者的經驗，對不同方案對比來得到，也可以通過選型軟件的優化算法自動得到。
5）降低泄漏損失
密封泄漏與壓縮機機組氣動方案、結構方案優化一樣，也是影響離心壓縮機機組效率的關鍵因素。與眾多影響因素比較而言，采用先進密封技術，通過降低密封泄漏量來提高效率是z*直接也是z*有效的手段。
a.工程塑料密封
工程塑料密封(如圖2所示)的應用將迷宮密封從金屬材料時代跨入非金屬材料時代，采用工程塑料，并通過合理的結構設計，可使密封的性能得到顯著提升。利用工程塑料的低硬度、高彈性及強度適中的特點，密封間隙較軟,金屬密封間隙進一步降低。該密封z*大的優點是密封間隙的維持，即當梳齒與轉子碰撞時，塑料梳齒可發生暫時的彈性變形，然后恢復到原有的幾何狀態，這樣梳齒和轉子不會被磨損，間隙得以維持。性能對比測試結果顯示，利用工程塑料密封，單級效率可提高0.5%～1%。
b.機械用碳密封
機械用碳密封是以改性機械用碳材料作為密封功能材料的一種密封，密封采用金屬與機械用碳一體的方式制作。利用機械用碳材料的低硬度、自潤滑性能實現密封的低間隙運轉，減少氣體泄漏量。利用金屬材料的強度保證密封的整體剛性。機械用碳密封的泄漏量遠低于普通梳齒密封。
6）降低機械損失
機械損失也是影響整機效率的因素之一，降低機械損失可以從多個方面入手，以軸承為例，可以從以下幾個方面來達到節能降耗的目的：
A.注重無油綠色軸承的應用
電磁軸承(圖3)和動壓氣體軸承(圖4)均屬于非機械接觸式軸承，具有不需油潤滑、綠色環保無污染、損失小等一系列優點。目前這兩類軸承在小功率的鼓風機方面已經得到了廣泛的應用。
b.改進傳統軸承結構，減小潤滑油量，降低功耗通過開發節油軸承系列，改進軸承進油和噴油方式，改善了軸承的散熱條件，降低了軸承的潤滑油量，減少了功率損失，降低了軸瓦溫度。例如沈鼓集團目前應用的節油軸承，與傳統軸承相比，其潤滑油量可減少25%～35%，功率損失可減少30%～40%，推力軸承的瓦溫下降z*高可達15℃。
1.2 安全可靠
從綠色制造的概念里可以看出，產品的功能和質量是綠色制造的前提和基礎。一個無法保證安全平穩運行的產品談不上綠色環保。設備能夠安全可靠的運行不僅能夠降低維修成本，延長產品的使用周期，更是提升了安全指數，避免惡性事故的發生。可以說，只有在保證了設備的安全可靠，才能真正的實現企業經濟效益和社會效益的共同提升。
API標準中要求，離心壓縮機產品（包括輔助設備）的設計和構成應確保其z*短使用壽命為20年，不間斷連續運轉時間至少為5年。一般來說，在生產流程里離心壓縮機是w*的動力設備，一旦壓縮機有故障，整個生產裝置不得不停產。
壓縮機的安全可靠體現在兩個方面：一是安全，要保證機組的服役周期和使用壽命；二是平穩，要保證組振動等一系列動力學指標限制在一定水平之下。為了達到這樣一個目標，除了借助于產品設計運行經以外，相應的分析驗證不可忽略。在壓縮機的產品設計過程中，在安全可靠性分析方面需要關注的問題大致可分為兩個方面：
1）關鍵零部件完整性評估
葉輪、機殼、管路等壓縮機關鍵零部件需要進行強度和變形分析以滿足其強度和剛度要求。對于這部分分析，在具備成熟的一般性分析技術的同時，也需要不斷開發新的分析技術，以滿足不同機組的運行要求、滿足解決新問題的特定要求（圖5）。
目前，CAE軟件在工程和產品設計過程中得到了廣泛的應用，壓縮機各零部件在常規載荷下的動力和靜力學特性可以比較容易得到，包括：應力、變形、彈塑性、固有頻率等一系列結果。不同的壓縮機企業，依據自己的經驗，確定相應的判別校核準則：通過校核，進行后續的設計工作；若不能通過，再次進行優化設計，直至通過為止。
上述分析能夠滿足壓縮機的基本運行要求，但隨著能源化工以及其它相關產業的快速發展，常規分析已經不能滿足壓縮機的安全性分析。對于大型化和高參數化的壓縮機組，與以往傳統壓縮機相比，在安全可靠性方面呈現兩個顯著特點：一是靜力學和動力學特性發生了變化；二是結構場、溫度場、流場、聲場等多場耦合效應表現更為突出。這也帶來了有關機組服役壽命方面的新的問題，這些問題并不僅僅出現在個別壓縮機企業，而是全世界范圍內的行業共性難題。比如：在流固熱耦合作用下以及寬運行工況下的葉輪/葉片這樣核心做功部件的疲勞損傷問題；在流聲固耦合作用下的管路的振動問題等等(圖6)。
2）轉子振動分析
壓縮機轉子振動問題可能有如下的幾種表現形式：
a. 一般性振動：無法避免，可以抑制；
b. 共振，包括：彎曲振動、扭轉振動以及彎扭耦合振動。這類振動在轉子設計時是應該避免的；
c. 動力失穩：轉子穩定性是指轉子在受到某種擾動后能否恢復到原來狀態的能力。轉子振動異常并不僅僅變現為振動幅值的加大，還會產生轉定子碰磨、軸承損壞、連鎖停機以及轉子疲勞破壞等嚴重后果。
對于轉子振動分析，在理論分析的同時加以實驗驗證，基于成熟的轉子穩定性分析軟件，在設計階段即可預測轉子的穩定性；同時采用包括阻尼軸承、阻尼密封、阻旋柵、反旋流裝置等技術手段可以有效提高轉子的運行穩定性（圖7、8）。
1.3 減振降噪
噪聲是壓縮機的排放物之一，它不能避免，但可以抑制。透平機械的噪聲是體現產品質量和競爭力的重要指標。
一般情況下，一個完整的聲學系統由聲源、傳播介質、接收者三個部分組成。為了降低透平機械噪聲，需要進行以下三個方面研究工作：
“源”，即深入研究透平機械噪聲產生的機理。
“傳”，即深入研究透平機械噪聲傳播的機理。
“控”，在深入了解“源”和“傳”機理的基礎上有針對性的提出降噪措施。
圍繞這三方面研究工作，重點提高低噪聲設計、制造工藝和測試分析技術水平。通過整機和關鍵部件聲學計算與仿真技術研究，實現設備功能設計與減振降噪基礎理論相結合，提高設備低噪聲設計水平。
2 材料技術
材料的使用對于制造技術能否實現綠色制造而言是非常關鍵的，這是因為材料作為產品的物質基礎，其特性是要跟隨產品的整個使用循環周期的。只有通過對高性能、低成本新材料開發的不斷探索，才能更大限度的增大綠色制造技術的生態效益。
2.1 低成本高性能材料的開發和應用
1）高強鋁合金葉輪材料
高強鋁合金材料用于離心葉輪的制備具有如下的優勢：
a. 葉輪質量輕，在大部分情況下可有效改善轉子的動力學特性；
b. 尺寸相同時，鍛件成本低;
c. 加工性好，加工成本低;
d. 超高比強度，葉輪可用于更高的周速;
e. 抗氫脆效果好。
在壓縮機產品上的應用，確實起到了降低成本、減小消耗的作用；
2）耐腐蝕新材料研究
腐蝕介質（如含濕硫化氫）下的機組通流部分性能保證，必須通過耐腐蝕材料的應用來得到解決。腐蝕會顯著降低金屬材料的強度、塑性、韌性等力學性能，破壞金屬構件的幾何形狀，縮短裝置的使用壽命，甚至造成災難性事故。據統計，發達國家每年因腐蝕造成的經濟損失約占國民生產總值的2%～4%，每年由于金屬腐蝕造成的鋼鐵損失約占當年鋼產量的10%～20%，美國每年因腐蝕要多消耗3.4%的能源。我國作為發展中國家，這一情況顯然會更加嚴峻。
低成本耐腐蝕材料的應用可以在不加大材料成本的前提下，有效降低腐蝕誘發的風險，避免損失。
3）超高強度鋼的研究和應用
高強度材料具有更好的承載性能，該材料用于葉輪制造上，可進一步提高葉輪周速，提高單級壓比，也使得壓縮機機組減少級數、縮小尺寸、降低成本成為可能。
2.2 材料制備新工藝的開發與應用
在大型及超大型金屬部件毛坯料制備過程中，如果采用傳統冶煉工藝，水口和冒口部分質量差無法使用，每一個鋼錠水冒口均屬廢除部分。但是采用構筑成型法(圖9)就可以完全避免該問題，使材料利用率提升25%～30%。
2.3 涂層技術的開發和應用
涂層可以保護材料基體不受傷害，延長產品的使用壽命和運行穩定性，是一種彌補材料基體性能劣勢的有效手段。它可以在不增加原材料成本的基礎上將材料的使用壽命和性能得到進一步提升，提高資源利用率，是綠色制造概念不可缺少的表面改性方法。
耐腐蝕防結垢涂層(圖10)。具有良好的耐腐蝕性，優異的抗污垢能力，它能使金屬表面特別光滑，不粘性可以降低有機/無機附著物的粘結，非常有利于保證產品的氣動性能和機械性能。
耐磨涂層。表面強化耐磨涂層技術是提高材料耐磨、耐沖刷性的一個重要方法。根據不同介質以及不同的使用要求。可以有多個涂層方案供選擇。有效降低粒子沖刷對葉輪葉片的磨損。
3 加工制造
3.1 加工工藝升級
不斷改進原有的生產工藝，將過去高耗能、高污染的工藝進行改良和替換，在產品制造過程中z*大限度地減少環境污染，降低能耗，提高生產效率，降低生產成本。
以三元閉式葉輪為例，采用整體加工工藝（葉輪整體銑制和電火花加工），與傳統的兩件焊接的葉輪相比，所用的鍛件材料僅為兩件焊接葉輪的一半。同時在加工效率、加工質量以及后續的葉輪性能保證等方面都具有絕對優勢。有效控制了產品的成本。
近些年，3D打印技術迅速崛起并逐漸在制造業顯露頭角。美國《時代》周刊也將3D打印列為“美國十大增長z*快的工業”。3D打印技術與傳統工業的“減材制造”相比，從原理上它就貫徹了綠色制造的概念，基本實現了材料的零損耗，避免了傳統加工工藝因切削、成型而需要附加的成本和能源消耗，用料只有傳統工藝的1/3～1/2，制造速度卻快了3～4倍，實現了省材、節能、環保的目標。圖11為采用3D打印技術制造的葉輪。
3.2 工藝仿真技術
采用工藝模擬技術將數值仿真、物理模擬、實驗測試和專家系統相結合，確定z*佳工藝參數、確定z*優工藝方案，預測不同工藝過程中可能產生的異常問題，找到有效的控制措施，將隱患消滅在計算機模擬加工的反復試驗過程當中。就能有效控制和保證加工工件的質量，達到綠色制造的目的。
數值仿真方法在規律性、趨勢性的研究方面具有準確高效的優勢。目前在材料制備、材料熱處理、焊接、切削加工等多個工藝過程中應用了數值仿真手段。它對解決部件尺寸的大型化，縮短研究周期、減少材料使用、減少實驗消耗、減少經費開銷會起到極為關鍵的作用(圖12)。
4 運行維護
壓縮機組各類性能的實際表現要看現場運行的具體狀態，一個機組既要有優良的先天的設計性能，又要有不打折扣的后天的實際運轉表現。一旦壓縮機運行狀態出現異常或發生突發故障，將導致生產線或生產設備停機，造成重大經濟損失，嚴重的甚至造成爆炸，對企業的人員和設備造成嚴重破壞后果。因此，對關鍵設備運行狀態的監控和故障診斷一直備受重視(圖13)。
對于機組運行狀態的評估至少可以從兩個方面手：一個是通過結構動力學的指標來評估機組是否在健康狀態運行；二是通過熱力學參數來評估是否發揮了z*大的效能。
4.1 設備健康狀態在線監控及故障診斷
壓縮機的機械性能故障主要表現為異常的響聲、振動及過熱等。可能的產生原因有：轉子不平衡，半速渦動及油膜振蕩、轉子不對中、共振、部件松動、轉子與定子摩擦、轉子結構缺陷與裂紋、軸承缺陷等。
通過遠程在線故障檢測，實現數據互聯、信息共享。由數據驅動，機組事件觸發服務行動，再經過事件篩查、分析診斷、專家會診、生成解決方案、實施方案等服務環節，為用戶提供集成化、一站式服務。
4.2 壓縮機熱力性能監測與調節
壓縮機的熱力性能故障，如排氣量不足、壓力不常、溫度異常等，比機械性能故障發生的更為頻繁，這是壓縮機的故障診斷與旋轉機械相比所特有的一面關于這方面的問題，已經得到了包括壓縮機用戶、壓機生產企業、專家學者等在內的方方面面越來越多的關注，通過壓縮機熱力性能遠程在線監測與調節無疑是一條重要的解決途徑(圖14)。
以沈鼓集團的在線監測診斷系統為例，該系統可以通過監測機組現場運行的熱力性能參數，通過預的特定算法，在線對機組運行狀態進行分析評估，判斷機組是否在高效區運行，同時給出如何提升機組運行效能的解決方案，根據實時運行狀態，推薦z*佳效率工況，為系統優化提供依據。
5 節能改造
壓縮機市場經過多年長期的發展，增量市場增速已經明顯放緩，作為壓縮機制造企業，不論是從企業生存發展角度，還是從節能降耗的戰略角度，都必須高度重視存量市場，把近些年來的新技術應用于已有機組的節能改造。
目前，大多數企業對節能改造技術重視不夠，特別是關鍵機組無備臺，節能改造風險較大。而有些企則對效率低下的機組成功進行了綠色再制造，均在當年回收成本，節能效果十分明顯。
節能改造案例一：某公司乙烯裝置擴容改造，從64萬噸/年到74萬噸/年的擴容改造，改造后的壓縮機運行平穩，整機效率照比原來現場運行工況提高了約6%，估算壓縮機改造后可以節省約1700kW，年運行成本節省約952萬元，節能效益顯著。
節能改造案例二：某公司進口機組改造，機組改造成功后，壓縮機軸功率可以節省約3200kW,年運行成本節省約1792萬元，其節能效益十分可觀。改造前后性能對比如表1所示。
6 總結和展望
對綠色環保的追求是沒有止境的，對于機械行業來講，未來幾十年的z*大的發展趨勢就是綠色制造，這是挑戰，更是機遇。
壓縮機行業應繼續秉承綠色制造的理念，結合國家的政策要求，持續開展與重大技術裝備相關的綠色制造核心關鍵技術研發，加快綠色制造技術成果的轉化和產業化應用的速度。在今后，應重點關注以下三個發展方向：
1）不斷推出節能高效的綠色產品。這是維系企業生存和發展需要永恒追求的目標；
2）持續加強綠色制造技術創新。將綠色制造的理念落實到產品制造的每一個環節，不斷開發新的技術；
3）大力擴展產品在綠色環保領域的應用。關注國家的政策方針，不斷加強產品在新能源開發、清潔能源開采、能量回收以及綠色再制造等各類環保領域的應用。
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