您的工廠適合選擇螺旋式空壓機?

近年螺旋式空壓機有往小型化 (5~15hp) 及大型化 (315~600hp) 兩端發展的趨勢，因此許多工廠負責人對於工作場所或工廠小氣量需求是否採用「螺旋式空壓機選型」有許多疑惑。未來服務工業 (空壓機械) 將針對這個部分提出我們在產業數十年的見解。

螺旋式空氣壓縮機發展已經有兩百年以上的歷史, 而微油螺旋式空氣壓縮機一直在20馬力至300馬力之間是各家空壓機品牌最常見的範圍 (雙段無油螺旋式空氣壓縮機則主要是在30hp~500hp); 事實上這並非沒有原因。螺旋式空氣壓縮機低於20馬力會有加工精度與機體轉子組立間隙相對過大回漏效率不佳的問題，高於300馬力則因為離心式空壓機相較於螺旋式更高效率 (能效高出約20%以上) 的原因, 所以螺旋式的應用範圍一直落在20馬力至300馬力。

微油螺旋空壓機的最適範圍20~300hp

雖然近年來加工機械精密程度大幅提升, 但是因為使用成本的原因, 5hp~20hp小馬力螺旋式空氣壓縮機達到一定市場滲透率之後, 逐漸停滯. 原因是 :

  1. 高昂的維護成本 : 微油螺旋式空氣壓縮機的三濾一油 (潤滑油, 油過濾器, 空氣進氣濾清器, 油氣分離器) 項目眾多且費用不低, 加上冷卻器的清洗, 各種控制電器的更換保養, 費用相較於往復式或渦卷式著實高出不少.
  2. 馬力數越小節電效果越有限 : 渦卷式空壓機效率較往復式高出30%以上, 微型螺旋式空壓機則與渦卷式空壓機相差不多; 如果以10hp (7.5kW) 螺旋式空壓機與網復式空壓機節電效果相比, 小馬力應用的行業運轉時數又較低, 所以節電效果相對不那麼吸引人.

無油螺旋式空氣壓縮機適合50~500hp

無油螺旋式空氣壓縮機從壓縮腔需要介質潤滑與否區分為乾式壓縮與水潤滑兩種; 而從壓縮的行程是一組機體或由一組機體壓縮後再由另一組機體進行第二次壓縮, 又可以區分為單段與雙段。日本神鋼無油螺旋式空壓機採用的是乾式雙段壓縮的設計, 而採用這樣設計而捨棄其他形式的原因是 :

  • 無油螺旋式空壓機採用單段乾式壓縮的能效極差 : 乾式壓縮採用公母轉子不接觸的方式, 如果進氣與排氣壓差過大, 則壓縮空氣回漏的機率就會大增, 降低效率.
  • 無油螺旋是空壓機採用單段水潤滑壓縮新機能效佳, 隨著時間效率衰減快 : 利用軟水噴射進入壓縮腔, 可以產生密封效果, 新機的時候效率會比乾式壓縮佳; 但是隨著運轉時間造成的主轉子與機殼, 副轉子電木與機殼的磨損讓間隙放大難以回復 (需要放電鍍層補償), 效率會開始大幅度降低. 尤其經過大保養之後的機體, 風量衰減會相當明顯.

以上原因也就是為什麼無油螺旋式空氣壓縮機是以雙段乾式壓縮為主流的原因。

超過500馬力之後, 由於雙段的能效遠不及離心式的能效, 因此500馬力以上就會是離心式空壓機的天下了。

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研發實驗室潔淨乾燥壓縮空氣規劃 01: 冷凍式乾燥機選型

台灣冬天的環境溫度一般是攝氏5~15度C, 夏天環境溫度一般是攝氏30~40度C (頂樓機房通風不佳的話通常會達40度C以上) 。環境溫度越高, 空氣中的含水氣量 (相對濕度) 會越高, 2大氣經過壓縮機壓縮之後, 夏天產生的冷凝水會比冬天多出不少。

而螺旋式空壓機出口的壓縮空氣溫度通常=環境溫度+攝氏15度C; 因此夏天頂樓空壓機房通風差者出口溫度約為50~60度C。

在夏天壓縮空氣進入空氣桶經過空氣桶降溫之後, 到乾燥機入口溫度約45度C~55度C。

1. 標準入氣型 : 請參考下表，乾燥機入口溫度最高建議不超過攝氏50度C (通風差夏天就會超過) 。

2. 高溫入氣型 : 請參考下表 : 乾燥機因為預冷設計, 冷媒壓縮機及熱交換器均更高一個框號, 因此入口溫度最高允許到攝氏80度C。

3. 冷凍式乾燥機選型的第一步是至少處理風量不要低於空壓機排氣量的3~5%，最好是高於或相當；因此我們初步選擇TRX-50型的 (7.0m3/min; 每分鐘可處理7.0m3壓縮空氣的機型）（請參考下表）。

4. 然後再依據下表的入氣溫度修正係數及壓縮空氣壓力進行修正（夏天機房環境溫度攝氏32~40度C時）：
1) 如果選擇TRX-50J 標準入氣型冷凍式乾燥機, 在乾燥機入氣溫度到攝氏50度C時, 標準入氣型乾燥機在環境攝氏15度C時不產生冷凝水的最高可以處理風量為7.0m3/每分鐘 x 0.5~0.68 x 1.0 = 3.5~4.79m3/每分鐘 –> 意思是說如果有超過每分鐘4.79m3的壓縮空氣經過乾燥機時, 無法確保不會有冷凝水。
2) 如果選擇TRX-50HJ 高溫入氣型冷凍式乾燥機, 在乾燥機入氣溫度到攝氏50度C時, 高溫入氣型乾燥機在環境攝氏15度C時不產生冷凝水的最高可以處理風量為 (實際上以下計算我是用入氣溫度攝氏55度C為基準查補正表係數來進行補正計算) 7.0m3/每分鐘 x 1.1~0.87 x 1.0 = 7.7~6.1m3/每分鐘 –> 意思是說如果有超過每分鐘7.7m3的壓縮空氣經過乾燥機時, 無法確保不會有冷凝水 (實際上同樣攝氏50度C條件下可處理風量約可再提高7%~10%)。
3) 五十馬力螺旋式空氣壓縮機實際排氣量約6.8~7.1m3/分鐘。
4) 因此我們選擇 高溫入氣型, 確保壓縮空氣經過冷凍式乾燥機之後不會產生冷凝水到生產設備現場, 避免製程設備的電磁閥不會有水氣故障, 氣動閥與氣壓缸不會有水氣造成潤滑油乳化故障。
5) 標準入氣型與高溫入氣型的差異主要在於冷媒壓縮機製冷量大小及熱交換器的銅管數量多寡; 因為影響成本甚鉅, 所以許多國產的冷凍式乾燥機設計時是以客戶不會用到滿載100%的狀況, 而是以空壓機滿載風量的70~80%設計, 如果又選用標準入氣型, 則冷凍乾燥效果在夏天（機房通風設計良好則沒問題）通常會造成問題. 影響客戶製程設備與產品良率。

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壓縮空氣中汙染物的來源哪些會影響研發實驗室研究品質或製程品質?

各行業或不同類型工廠對於壓縮空氣品質通常有一定的要求, 例如 : 食品飲料行業GMP廠或HACCP對於風險可能產生危害分成兩個層級，如果屬於低風險但是可能發生的部分希望透過設計方案來避免；如果是屬於極有可能讓風險變成危害時，則必須設置CCP管制點制點控制列入重點標準作業程序SOP來在於預防或防止物理性、化學性及生物性危害入侵防止。

壓縮空氣品質國際標準主要依ISO8573-1 (2010)，包括德國VDMA也在15329指令說明依ISO 8573.1至ISO 8573.9來進行實務、也包括英國BRC的BCAS 102指南也明確依據GMP/HACCP精神與ISO 8573.1來引導業者針對直接接觸(Class 2.2.1壓縮空氣品質等級)、間接接觸(Class 2.2.1壓縮空氣品質等級)及非接觸產品(Class 2.4.2壓縮空氣品質等級)三種分類，建議採用無油式空壓機。食品飲料廠則允許有油式空壓機但是以H1等級的食品級潤滑油 (食材允許含有食品級潤滑油汙染物的標準<10ppm)。

壓縮空氣中潛在汙染物來源可區分為四大部分(請參考下圖），其中不管是否採用無油式或有油式空壓機，皆可能由含汙染物環境中吸入空氣進行壓縮；只是有油式空壓機潤滑油與零件部品加深汙染食品安全的風險，非不銹鋼空氣桶、管路及閥件五金的鐵屑及洩漏加深影響食品安全污染來源。

生技製藥廠、高科技廠房、化妝品工廠與食品飲料廠都十分在意油氣與壓力露點；因為控制不佳傳了影響直接影響品質，更可能在儲存與運輸過程孳生微生物，造成安全疑慮。

掌握影響壓縮空氣品質的污染物來源，在廠房設計建造過程，設計空壓機系統與選配設備就可以注意到環境特性與符合行業要求的空氣品質。這樣在許多生技製藥廠或食品飲料廠做確效驗收時, 才能夠符合當初的設計規範, 並且協助工廠達成品質管控!

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