【壓縮機(jī)網(wǎng)】一、壓縮機(jī)分類與隔膜壓縮機(jī)原理

　　壓縮機(jī)是一種用于提升氣體壓力和輸送氣體的通用機(jī)械，種類眾多，可按應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)路線分類，具體情況如下：

　　1.按應(yīng)用領(lǐng)域分類

　　按應(yīng)用領(lǐng)域分類，壓縮機(jī)可分為制冷壓縮機(jī)、空氣壓縮機(jī)和工業(yè)氣體壓縮機(jī)。

　?、?a target="_blank" class="keylink">制冷壓縮機(jī)用于提升制冷劑蒸氣的溫度和壓力，然后將其排至冷凝器，實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)中制冷劑的不斷循環(huán)流動(dòng)，應(yīng)用于空氣制冷、冷藏冷凍等領(lǐng)域。

　　②空氣壓縮機(jī)用于將空氣等壓縮介質(zhì)由低溫低壓狀態(tài)壓縮至高壓高溫狀態(tài)，從而為各類工業(yè)設(shè)備提供氣源動(dòng)力。

　?、酃I(yè)氣體壓縮機(jī)用于將各類工業(yè)氣體由低壓狀態(tài)壓縮至高壓狀態(tài)后充裝儲(chǔ)存或直接應(yīng)用于特定生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，不同的壓縮介質(zhì)和應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)于工業(yè)氣體壓縮機(jī)的要求不盡相同。

　　2.按技術(shù)路線分類

　　根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《壓縮機(jī)分類》（GB/T 4976-2017），按技術(shù)路線分類，壓縮機(jī)可分為容積式壓縮機(jī)和動(dòng)力式壓縮機(jī)。

　?、偃莘e式壓縮機(jī)通過改變工作腔容積的大小提高氣體壓力，可進(jìn)一步分為往復(fù)式壓縮機(jī)和回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，其中往復(fù)式壓縮機(jī)包括活塞壓縮機(jī)和隔膜壓縮機(jī)兩類，主要通過活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)或膜片在氣缸內(nèi)做反復(fù)變形壓縮氣體從而提高氣體壓力；回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)主要包括螺桿壓縮機(jī)和渦旋壓縮機(jī)兩類，主要通過一個(gè)或幾個(gè)轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使工作容積產(chǎn)生周期性變化，從而提高氣體壓力，該類壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，但密封性差，排氣壓力較低，主要用于制冷或空氣動(dòng)力領(lǐng)域。

　?、趧?dòng)力式壓縮機(jī)通過提高氣體運(yùn)動(dòng)速度，將其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力從而提高氣體壓力，該類壓縮機(jī)排氣壓力隨氣體流量變化，排氣壓力和運(yùn)轉(zhuǎn)狀況均不穩(wěn)定，通常用于低壓、大流量氣體壓縮。

　　3.隔膜壓縮機(jī)基本情況

　?。?）隔膜壓縮機(jī)的構(gòu)造及工作原理

　　隔膜壓縮機(jī)主要由曲軸箱、中體、缸體部件以及電機(jī)、供油管路、氣體管路、儀表、緩沖罐、底座等組成（見圖1）。

　　缸體部件是隔膜壓縮機(jī)的核心部件，包括缸體、缸蓋、一組膜片和O型圈，一組膜片位于缸體和缸蓋之間，缸體和缸蓋上均有限制膜片變形的型腔，膜片與缸蓋型腔組合成氣體壓縮腔，膜片與缸體型腔組合成液壓油腔，氣體壓縮腔和液壓油腔均通過O型圈進(jìn)行密封。隔膜壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)飛輪或皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)曲軸、連桿和活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞通過缸體上的液壓油分配系統(tǒng)推動(dòng)液壓油按照一定的規(guī)律作用于膜片上，并通過膜片變形改變氣體壓縮腔的容積，氣體分別通過進(jìn)氣閥、排氣閥進(jìn)入和排出氣體壓縮腔，實(shí)現(xiàn)氣體增壓。隔膜壓縮機(jī)工作原理示意圖如圖2。

　　（2）隔膜壓縮機(jī)的特性

　　基于獨(dú)特的機(jī)械構(gòu)造和工作原理，隔膜壓縮機(jī)具備如下優(yōu)良特性：

　　①不會(huì)污染壓縮介質(zhì)：由于隔膜壓縮機(jī)缸體部件是由帶型腔的液壓油腔和氣體壓縮腔兩部分組成，液壓油腔和氣體壓縮腔之間用金屬膜片完全隔開，使氣體在增壓過程中不會(huì)被運(yùn)動(dòng)部件的液壓油污染，氣體純度可以得到較好保證，最高可達(dá)6N以上。（6N：氣體純度的表示方式，N前數(shù)字指純度百分比中9的個(gè)數(shù)，6N即99.9999%。）

　　②密封性好：氣體壓縮腔由膜片與缸蓋型腔組成，缸蓋周圈有O型圈槽用于安裝O型密封圈，O型密封圈結(jié)構(gòu)為靜密封，氣體無泄露。

　?、蹓嚎s效率高，易實(shí)現(xiàn)超高壓壓縮：隔膜壓縮機(jī)氣體壓縮腔的散熱面積大，同時(shí)缸蓋和缸體均帶有冷卻水套，使得氣體壓縮腔具有較好的散熱性能，氣體壓縮過程中氣體溫度基本保持不變，因此隔膜壓縮機(jī)的壓縮效率較高，最高可使氣體壓力增加15倍（即在溫度不變條件下，氣體體積縮小至原體積的1/15），易實(shí)現(xiàn)超高壓壓縮。（根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，PV/T=C（P為氣體壓強(qiáng)，V為氣體體積，T為氣體溫度，C為常數(shù)），在壓縮機(jī)為氣體增壓時(shí)，若氣體溫度保持不變，則氣體體積將成比例縮?。蝗魺o法很好控制氣體溫度，使氣體溫度上升較快，則較難壓縮氣體體積。此外，壓縮機(jī)的密封部件也難以承受過高的溫度。因此，壓縮機(jī)能否在增壓過程中有效控制氣體溫度，將直接影響壓縮效率。

　　（3）隔膜壓縮機(jī)與其它壓縮機(jī)的對(duì)比

　　隔膜壓縮機(jī)與目前市場(chǎng)中應(yīng)用較為廣泛的離心壓縮機(jī)、螺桿壓縮機(jī)、渦旋壓縮機(jī)和活塞壓縮機(jī)等其它壓縮機(jī)類型的對(duì)比情況具體見表1。

　　特種氣體是指對(duì)氣體純度有特殊要求、在特定領(lǐng)域中應(yīng)用的工業(yè)氣體。理論上，高純度氫氣亦屬于特種氣體。但特種氣體涵蓋兩百余種氣體，單一種類氣體在特種氣體應(yīng)用總量中占比較小，行業(yè)內(nèi)一般將氫氣和特種氣體作為兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域；同時(shí)，隔膜壓縮機(jī)在氣體充裝環(huán)節(jié)主要應(yīng)用于高純度氫氣充裝。

　　由表1可見，與隔膜壓縮機(jī)相比，離心壓縮機(jī)等動(dòng)力式壓縮機(jī)的排氣壓力不穩(wěn)定且相對(duì)較低，同時(shí)工作效率較低，運(yùn)轉(zhuǎn)狀況不穩(wěn)定，通常用于大流量氣體壓縮領(lǐng)域；渦旋壓縮機(jī)和螺桿壓縮機(jī)等回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的密封性較差，排氣壓力通常不超過2.0MPa，主要用于制冷或空氣動(dòng)力領(lǐng)域；活塞壓縮機(jī)與隔膜壓縮機(jī)同屬于往復(fù)式壓縮機(jī)，但由于其密封性不如隔膜壓縮機(jī)，且潤(rùn)滑油易污染壓縮介質(zhì)，在工業(yè)氣體壓縮領(lǐng)域，僅適用于對(duì)氣體純度及密封性要求不高的工業(yè)氣體壓縮。

　　綜上，與其它壓縮機(jī)類型相比，隔膜壓縮機(jī)具有不污染壓縮介質(zhì)、密封性好、壓縮效率高、易實(shí)現(xiàn)高壓壓縮等優(yōu)良特性，故適宜于壓縮高純度、稀有貴重、易燃易爆、有毒有害、具有腐蝕性或放射性及高壓工業(yè)氣體。

　　（4）隔膜壓縮機(jī)應(yīng)用廣泛

　　如前所述，隔膜壓縮機(jī)適用于壓縮高純度、稀有貴重、易燃易爆、有毒有害、具有腐蝕性或放射性及高壓工業(yè)氣體。具體而言，按照應(yīng)用環(huán)節(jié)劃分，隔膜壓縮機(jī)可分別應(yīng)用于氣體充裝和氣體使用環(huán)節(jié)。在氣體充裝環(huán)節(jié)，隔膜壓縮機(jī)主要用于對(duì)氣體純度要求較高的氫氣充裝和特種氣體充裝領(lǐng)域，氫氣和特種氣體制備充裝企業(yè)使用隔膜壓縮機(jī)將其制備或收集的氣體進(jìn)行壓縮，并充裝至鋼瓶等容器中進(jìn)行儲(chǔ)存，以供下游企業(yè)使用；在氣體使用環(huán)節(jié)，隔膜壓縮機(jī)主要用于需要壓縮高純度、稀有貴重、易燃易爆、有毒有害、具有腐蝕性或放射性及高壓工業(yè)氣體的化工、加氫站、軍工、核電等領(lǐng)域，化工、加氫站、軍工、核電等行業(yè)氣體使用企業(yè)在化學(xué)反應(yīng)、氣體加注等過程中，使用隔膜壓縮機(jī)對(duì)氣體進(jìn)行加壓，以滿足相關(guān)工藝和加注要求。

　?。?）隔膜壓縮機(jī)技術(shù)方向

　　容積流量是衡量單臺(tái)隔膜壓縮機(jī)單位時(shí)間內(nèi)可壓縮的氣體流量。近年來，下游領(lǐng)域?qū)τ诟裟嚎s機(jī)壓縮氣體流量的要求不斷提高。對(duì)于壓縮氣體流量要求較大的客戶而言，采用同時(shí)使用多臺(tái)隔膜壓縮機(jī)的方式雖然可以滿足需求，但會(huì)大大提升隔膜壓縮機(jī)的檢測(cè)及維修保養(yǎng)成本。此外，隨著氫燃料電池汽車的普及率不斷提升，加氫站日加注量亦隨之不斷提升，小容積流量的隔膜壓縮機(jī)將難以滿足其使用要求。

　　排氣壓力是衡量隔膜壓縮機(jī)將氣體壓縮后的最高排氣壓力，對(duì)于等量的氣體而言，其壓力越高，所占空間越小。近年來，隨著化工等下游行業(yè)技術(shù)和工藝的革新以及隔膜壓縮機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，超高壓隔膜壓縮機(jī)的需求日漸增多。此外，氫氣壓力越高，一輛氫燃料電池汽車可儲(chǔ)存的燃料越多，對(duì)提升續(xù)航能力具有重要意義。

　　綜上，近年來，隨著下游行業(yè)技術(shù)工藝的不斷進(jìn)步以及隔膜壓縮機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，下游客戶對(duì)隔膜壓縮機(jī)的容積流量和排氣壓力提出了更高要求。因此，大容積流量、高排氣壓力隔膜壓縮機(jī)產(chǎn)品是當(dāng)前和未來隔膜壓縮機(jī)廠商的重要研制方向。

　　二、隔膜壓縮機(jī)產(chǎn)業(yè)政策與頂層設(shè)計(jì)

　　2021年，國(guó)務(wù)院及相關(guān)部門發(fā)布《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》《關(guān)于加快培育發(fā)展制造業(yè)優(yōu)質(zhì)企業(yè)的指導(dǎo)意見》等文件，明確鼓勵(lì)國(guó)產(chǎn)高端制造行業(yè)的發(fā)展，為隔膜壓縮機(jī)這一技術(shù)含量高、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的高端通用設(shè)備行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了十分有利的發(fā)展環(huán)境。

　　隔膜壓縮機(jī)行業(yè)及其下游各相關(guān)領(lǐng)域，均受到國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策支持，見表3。

　　同時(shí)，隔膜壓縮機(jī)下游主要應(yīng)用領(lǐng)域也受到國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策大力支持。2020年9月，在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上正式宣布我國(guó)“雙碳”目標(biāo)，即力爭(zhēng)在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。此后，我國(guó)先后發(fā)布多個(gè)相關(guān)指導(dǎo)意見及產(chǎn)業(yè)政策，均將鋰電池、氫能、光伏、核能等作為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重點(diǎn)發(fā)展行業(yè)。

　　同時(shí)，伴隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)升級(jí)步伐的穩(wěn)步推進(jìn)，特種氣體、半導(dǎo)體、精細(xì)化工等行業(yè)也持續(xù)受到國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策支持。隔膜壓縮機(jī)是氫氣和特種氣體制備充裝、鋰電池上游氟化工、光伏和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上游硅化工、氫燃料電池汽車加氫站和核電站建設(shè)等領(lǐng)域的重要設(shè)備，前述領(lǐng)域的迅猛發(fā)展帶動(dòng)隔膜壓縮機(jī)市場(chǎng)需求大幅提升，為隔膜壓縮機(jī)行業(yè)發(fā)展帶來重要契機(jī)。

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