空氣壓縮機作為四大動力源之一的空氣供應(yīng)設(shè)備，在機械制造、石油化工、食品醫(yī)藥、電子制造、交通基建等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，是最為重要的通用設(shè)備之一。然而，國內(nèi)很多壓縮機用戶對空壓機的節(jié)能概念并不是很重視，認(rèn)為只要設(shè)備性能穩(wěn)定可靠即可，其它是次要的，在壓力、排氣量達(dá)標(biāo)之后，往往將購機價格放在優(yōu)先考慮的地位。
其實實際情況并非如此，空壓機作為用電大戶，空壓系統(tǒng)電能消耗占工業(yè)用電量的8～10%左右。2020年全國工業(yè)用電50297億度，空壓機耗電量取中間值約為4526億度，其中有效能耗只占66%，其余34%的能量（約1539億度電）被白白浪費掉，空壓系統(tǒng)的節(jié)能亟待高效開展。另有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在空壓機的整個生命周期中（噴油螺桿空壓機一般在8-10年左右），設(shè)備購置成本僅占5%，維護(hù)成本占18%左右，運行電費占到了的77%甚至更高。因此，實施空壓機節(jié)能降耗措施意義重大。
我國目前針對螺桿空壓機的能效標(biāo)準(zhǔn)是2020年7月1日正式實施的GB19153-2019《容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級》，指出比功率越小，能效水平越高。該標(biāo)準(zhǔn)將空壓機的能效分為1級、2級、3級三個等級。其中噴油螺桿空壓機每兩個能效等級之間能效普遍相差10%左右，因不同排氣壓力和額定功率有不同的差異。
目前，提高壓縮空氣系統(tǒng)的主流措施包括進(jìn)行合適的空壓機選型、按實際用氣量來配置后處理設(shè)備、壓縮空氣管路合理布置、智能集中管理、防治“跑冒滴漏”、余熱回收以及高質(zhì)量維修保養(yǎng)等。當(dāng)然，在預(yù)算足夠的情況下，采用能效等級更高的空壓機是最為重要的一種節(jié)能方式。
十多年來，噴油雙螺桿空壓機由于主機關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化加快，而得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在7.5-355kW功率范圍內(nèi)基本取代了傳統(tǒng)的活塞式空壓機而成為市場主流機型，國內(nèi)市場每年越有50萬臺上下的銷售量，且以10%左右的速度在不斷增長。在此背景下，對螺桿空壓機進(jìn)行整機能效提升具有十分重要的現(xiàn)實意義。
螺桿空壓機是由眾多部件組合而成，但影響整機能效最為重要的因素是螺桿主機，即“機頭”。目前市場上的雙螺桿空壓機主要分為單級壓縮和兩級壓縮兩種。單級壓縮是最早出現(xiàn)，應(yīng)用也最廣泛的一種機型。而在實際使用中，一些功率大、產(chǎn)氣需求大的空壓機組，往往采用兩級壓縮，也是近年來除了永磁變頻螺桿空壓機之外的另一大熱門機型。近幾年，行業(yè)內(nèi)企業(yè)都熱衷于申報《國家工業(yè)節(jié)能技術(shù)裝備推薦目錄》和“能效之星”，實際上，其中入選的高能效空壓機很多都是兩級壓縮機型。
從兩級壓縮螺桿空壓機的工作原理看，就是將一級壓縮轉(zhuǎn)子和二級壓縮轉(zhuǎn)子組合在一個機殼內(nèi)，并分別通過斜齒輪直接傳動。自然空氣通過空氣過濾器進(jìn)入第一級壓縮，在壓縮腔與少量潤滑油混合，同時將混合氣體壓縮到級間壓力。壓縮后的氣體進(jìn)入冷卻通道，與大量油霧接觸，從而大大降低溫度。降溫后的壓縮氣體進(jìn)入第二級轉(zhuǎn)子，進(jìn)行二次壓縮。被壓縮到終排氣壓力，然后通過排氣法蘭排出空壓機，完成整個壓縮過程。
相比單級壓縮，兩級螺桿空壓機具有自己獨特的優(yōu)勢。
首先，分級壓縮，可以節(jié)省壓縮功。兩級螺桿空壓機通過兩級串聯(lián)工藝，使得原來單級壓縮過程分為兩個壓縮過程進(jìn)行。這樣的工藝設(shè)置可以降低每個單級壓縮過程中的壓縮比，進(jìn)而可以有效地大幅降低每一級螺桿轉(zhuǎn)子在嚙合、壓縮過程中所受的阻力。壓縮過程中做功阻力的降低，也就意味著每級軸承的負(fù)荷減少，即可以降低每級壓縮所需驅(qū)動功率。
理想氣體壓縮過程中，單級壓縮所需功率與多級壓縮所需功率之和相等。但在實際壓縮過程中，由于聯(lián)軸器傳遞功率損失、軸承摩擦系數(shù)和冷卻液黏度等一系列因素都隨所受作用力的增大而增大，從而產(chǎn)生超出相同比例的無用功。所以通過降低各級壓縮比的方法可以減少實際壓縮過程中的無用功，從而使得多級壓縮所需功率之和小于單級壓縮所需功率。
其次，中間噴油冷卻，降低了進(jìn)入下一級的氣體溫度。所有的氣體壓縮過程其實就是氣體與運動部件的摩擦并被其壓縮的過程。既然存在摩擦，氣體就會因摩擦而產(chǎn)生溫升，必然存在膨脹趨勢，這部分能量在空氣壓縮這個固定容積內(nèi)就會以力的形式，通過增加自身壓力的途徑來得到釋放。
氣體的溫度提高了氣體在壓縮過程中自身的壓力，提高了壓縮比，因此必然要付出額外的功率，用來驅(qū)動設(shè)備將空氣壓縮至期望的壓力值。所以，兩級螺桿空壓機設(shè)置有冷卻液噴射裝置，通過向經(jīng)過一級壓縮后的空氣噴射霧狀冷卻劑，使壓縮空氣進(jìn)入第二級壓縮階段前，就被降低了溫度，達(dá)到相應(yīng)的冷卻效果，如同為單級空壓機降低環(huán)境溫度或進(jìn)氣溫度。這樣的冷卻裝置不僅大大節(jié)約了二次壓縮所需能量，而且使用冷卻劑噴射裝置可以省去中間冷卻器；冷卻劑噴射裝置所噴射出的霧狀冷卻劑在降低氣體溫度的同時，也有效降低了整個壓縮系統(tǒng)的溫度，減少了冷卻液的揮發(fā)，有助于油品長時間保持優(yōu)良的使用性能，降低維修頻次和成本。
近年來，國家壓縮機檢測中心的數(shù)據(jù)顯示，兩級壓縮的空壓機效率明顯高于單級，尤其是110kW以上，原來單級壓縮的空壓機幾乎不可能達(dá)到1級能效等級，甚至很難達(dá)到2級能效，而兩級壓縮技術(shù)的應(yīng)用則可以讓大功率空壓機較為輕易的達(dá)到1級能效。據(jù)行業(yè)資料顯示，不同功率的兩級壓縮螺桿空壓機能效值均由于單級壓縮能效值10%以上，平均高15%左右，有的甚至接近20%。
采用不同的壓縮方式，單臺設(shè)備能效提升如此巨大的原因，一個是上面提到的中間冷卻液噴射使得壓縮過程接近等溫壓縮之外，另一個重要原因是內(nèi)泄漏更少，容積效率更高。