压缩空气基本理论

1212h

压缩空气基本理论(一)
! s! m5 Y  q) J! q# G
压缩和压缩比                     
压缩介质
压力
   
                        压缩和压缩比
5 m; {4 v2 V' f* Q1、压缩
绝热压缩是一种在压缩过程中气体热量不产生明显传入或传出的压缩过程。在一个完全隔热的气缸内上述过程可成为现实。等温压缩是一种在压缩过程中气体保持温度不变的压缩过程。
  m, I& L. j: r0 x2、压缩比：（R）
" E7 a. F! q5 _- j% q% h" L压缩比是指压缩机排气和进气的绝对压力之比。例：在海平面时进气绝对压力为0.1 MPa ，排气压力为绝对压力0. 8MPa。则压缩比：
        P2         0.8
R=--------- =--------- =8
3 F3 q0 \, m  ]9 D( s# o& w        P1         0.1
多级压缩的优点：
) T+ j2 ~3 w0 R8 M: Y  e             （1）、节省压缩功；
( F3 S4 p0 i$ ~! [+ _             （2）、降低排气温度；
( f- z" M6 I* [4 M  Q             （3）、提高容积系数；
9 k' B+ t2 S" M6 c& f5 s, }             （4）、对活塞压缩机来说，降低气体对活塞的推力。
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# L6 n' Y" x( V3 M, Y
                      压缩介质
为什么要用空气来作压缩介质？
因为空气是可压缩、清晰透明的，并且输送方便（不凝结）、无害性、安全、取之不尽。
7 S" e* w5 w; Q8 j& }惰性气体是一种对环境不起化学作用的气体，标准压缩机能一样压缩惰性气体。干氮和二氧化碳均为惰性气体。
空气的性质：
& U0 ]& T- I5 m/ _干空气成分：氮气（N2）     氧气（O2）        二氧化碳（CO2）
2 {' `$ |+ L2 @/ Z+ ]( m                 78.03%        20.93%            0.03%   
% p* X3 p/ }/ [7 Q1 [, S分子量：28.96
! O7 Y3 ]! n$ m$ `, i* S比重：在0℃、760mmHg柱时，r0=1.2931kg/m3
" U: M+ M+ D$ K- B1 {5 x$ c比热：在25℃、1个大气压时，Cp=0.241大卡/kg－℃
. `! e( u# ?7 M7 ^6 h在t℃、压力为H（mmhg）时，空气的比重：
# i+ \0 |/ k8 b2 h9 y$ D                  273       H
rt=1.2931× -------× -------kg/m3
" J' m1 v& ~4 W                 273+t     760
湿空气的比重，还应考虑饱和水蒸气分压力（0.378ψ，Pb）。

                        压力
# }" P) u# [2 F/ U' {, d, Y
1、压力
$ |) w# o8 }. z/ Z- q) K这只是某一单位面积的力，如平方米上受1牛顿力度压力单位为1帕斯卡：
2 {9 X! R: v9 K- I% D1 I即：1Pa = 1N/m2
     1Kpa = 1,000 Pa = 0.01 kg/cm2
     1Mpa = 106Pa = 10 kg/ cm2
2、绝对压力
0 S/ T: s4 Q' X绝对压力是考虑到与完全真空或绝对零值相比，我们所居住的环境大气具有0.1Mpa 的绝对压力。在海平面上，仪表压力加上0.1MPa的大气压力可得出绝对压力。高度越高大气压力就越低。
3、大气压力
8 ~1 A" u& _/ o7 p气压表是用于衡量大气的压力。当加上仪表压力上就可得出绝对压力。
! q" ]. ^2 q3 X) ^. H/ D4 l: S绝对压力=压力计压力＋大气压力
大气压力通常是以水银MM为单位，但是任何一个压力单位都能作出同样很好的解释：
1个物理大气压力 = 760毫米汞柱 = 10.33米水柱 =1.033kgf/cm2≌0.1MPa.
/ I1 t" L! i/ x# K) V大气压同海拔高度的关系：
5 X: w$ f( l: B                    H
P=P0 ×（1- ----------）5.256 mmHg
6 b+ t0 l! \* {- x" v8 O: x1 b                 44300
4 L5 P! [- T( N' \; H$ G    H——海拔高度，
! r  W0 C& G2 ~. B8 U    P0=大气压（0℃，760mmHg）
. u+ F9 C$ f+ R/ C$ I5 p
. I. e5 }' V, q8 |/ y4、压力单位换算：
* T( [8 ?' u6 O, `4 O* c: g; Z; E- }
$ U  F/ ^' }. U: D2 @& s3 q' F单位： MPa，Psi(bf/in2)

, j5 X- b  t+ q! c1Psi=0.006895MPa,
1bar=0.1MPa,
1kgf/cm2=98.066KPa=0.098066MPa≌0.1Mpa

: P6 m: n5 M! z# {* x
压缩空气基本理论(二)

" |% _8 I0 }/ y1 h! K) d" k- L温度                     
露点及相对湿度
状态及气量
3 _1 T& f9 L4 h& x% _   
- h, z# \  `. Z; B. F                        温度

1、温度
温度是指衡量某一物质在某一时间能量水平的方法。（或更简单的说，某一事物有多少热或多少冷）。
) ~: H6 G; x9 @' T温度范围是根据水的冰点和沸点。在摄氏温度计上，水的冰点为零度，沸点为100度。在华氏温度计上，水的冰点为32度，沸点为212度。
从华氏转换成摄氏：华氏=1.8摄氏＋32， 摄氏=5/9（华氏-32）

2 @7 l: r2 E# p2、绝对温度
+ L) t" R. }- F- e1 F' U这是用绝对零度作为基点来解释的温度。
基点零度为华氏零下459.67度或摄氏零下273.15度
) {1 o9 X% k/ {- z绝对零度是指从物质上除去所有的热量时所存在的温度或从理论上某一容积的气体缩到零时所存在的温度。

3、冷却温度差
% e! K* N: @& y4 z& N3 R1 }* S冷却温度差是确定冷却器的效率的术语。因为冷却器不可能达到100％的效率，我们只能用冷却温差衡量冷却器的效率。
冷却温度差是进入冷却器的冷水或冷空气温度和压缩空气冷却后的温度之差。
( R  n8 D3 I. k( `
- X# z% L% H" O4、中间冷却器
中间冷却器是用于冷却多级压缩机中的级与级之间的压缩空气或气体使温度降低的器件。中间冷却器通过降低进入下一级压缩空气温度达到降低压缩功率以有助于增加效率。
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, X& Z: q3 K& V: k
                        露点和相对湿度
1、露点和相对湿度
就象晚上温度下降会产生露水一样，压缩空气系统内的温度下降也会产生水气。露点就是当湿空气在水蒸气分压力不变的情况下冷却至饱和的温度。
这是为什么呢? 含有水分的空气只能容纳一定量的水分。如果通过压力或冷却使体积缩小，就没有足够的空气来容纳所有的水分，因此多于的水分析出成为冷凝水。
离开后冷却器的空气通常是完全饱和的。分离器内的冷凝水就显示了这一点，因此空气温度有任何的降低，就会产生冷凝水。
设定的湿度可认为是湿空气所含水蒸气的重量，即：水蒸气重量和干燥空气重量之比。

相对湿度ψ
! D* H6 C5 ?! B! E       χ-湿度                   Ps
ψ= ----------------- = -----------
$ A- e/ T; K1 m- r  M8 g     χ0-饱和绝对湿度        Pb
# `! w5 n( t$ D4 n1 U 当Ps=0, ψ=0时，称为干空气；
   Ps=Pb, ψ=1时，称为饱和空气。

绝对湿度——1M3湿空气所含水蒸气的重量。
- \& \, |' ]% Z6 \, r0 F7 b         Gs—水蒸气重量
$ E/ C, v" Y8 ^$ p% Tχ=  ----------------------
         V—湿空气体积

                水蒸气重量
含湿量= ---------------------
                干空气重量
9 l2 A( A- u% Y5 I4 q  C& v2 ?. ]/ R' y
2、饱和空气
8 v/ m1 s1 `& h3 K  }1 }3 R( A当没有再多的水气能容纳在空气中时，就产生了空气的饱和，任何加压或降温均会导致冷凝水的析出。

8 G2 i" H7 D5 h* W5 P3、水气分离器
水气分离器是用于收集和除去在冷却过程中从空气或气体中冷凝出来水的器件。
储气筒是用于储存压缩机排放出来的压缩空气和气体的容器。储气筒有利于消除排气管路中的脉冲，并在需求量大于压缩机的能力时，可起储存和补充提供压缩空气的作用。
) l, q3 H. _( `9 ?/ Q8 t  x: L
4、干燥机
干燥机是用于干燥空气的装置。用我们的术语，就是用其干燥的压缩空气。离开后冷却器的空气通常是完全饱和的，就是说任何降温都会产生冷凝水。冷冻式干燥机是通过降低压缩空气的温度，析去水分，然后将空气再加热到接近原来的温度。
再生式干燥机是使空气通过含有化学物质的过滤器以析出水分。这种装置比冷冻式装置更能吸附水气。
- y) ?/ f0 c( b; V% D
                        状态及气量

  P4 c4 N; z$ l8 C9 Y% H1 S1、标准状态
标准状态的定义是：空气吸入压力为0.1MPa，温度为15.6℃（国内行业定义是0℃）的状态下提供给用户系统的空气的容积。如果需要用标准状态，来反映考虑实际的操作条件，诸如海拔高度、温度和相对湿度则将应实际吸入状态转换成标准状态。
+ b8 t* a. E- H; v/ |, \
) q( [2 e! O5 r7 v' S7 h$ v% n( u2、常态空气
4 N" d4 @* T% H规定压力为0.1MPa、温度为20℃、相对湿度为36％状态下的空气为常态空气。常态空气与标准空气不同在于温度并含有水分。当空气中有水气，一旦把水气分离掉，气量将有所降低。
2 C/ X# n& x2 b- C, I5 b# q+ u
+ `5 k$ m* Z0 V' q& |3、吸入状态
- ^' b! l& w6 m! ?+ w) M压缩机进口状态下的空气。

4、海拔高度
( h2 n% f7 M2 L" r% I按海平面垂直向上衡量，海拔只不过是指海平面以上的高度。海拔在压缩机工程方面占有重要因素，因为在海拔高度越高,空气变得越稀薄，绝对压力变得越低。既然在海拔上的空气比较稀薄，那么电动机的冷却效果就比较差，这使得标准电动机只能局限在一定的海拔高度内运行。EP200 标准机组的最大容许运行海拔高度为2286米。

5、影响排气量的因素：
. R( t. ~, L7 X3 ?2 l$ oPj、Tj、海拔高度、n、V余、泄漏等。

% L' @" B- K5 F# V- _  x4 p6、海拔高度对压缩机的影响：
   （1）、海拔越高，空气越稀薄，绝压越低，压比越高，Nd越大；
  o1 ?0 L+ ?) g+ `+ ]6 G& f9 W   （2）、海拔越高，冷却效果越差，电机温升越大；
. W0 a/ q3 a6 O0 _2 _) y" R   （3）、海拔越高，空气越稀薄，柴油机的油气比越大，N越小。

2 M+ ]2 I  H* \4 u8 z7、容积流量
& n2 a. C1 h$ ]) h3 V1 v* g  \容积流量是指在单位时间内压缩机吸入标准状态下空气的流量。用单位：M3/min (立方米/分)表示。标方用N M3/min表示。
+ s4 s9 \& n8 u5 x* n; _, x  s1CFM=0.02832 M3/min, 或者 1 M3/min=35.311CFM,
$ ]9 W$ T& ~( G9 n5 X6 SS--标准状态，A--实际状态
, s- f7 u8 X5 f8 D
' t; @  X* c  c8、余隙容积
2 U( I/ A. ^$ ~+ B% v  K1 B余隙容积是指正排量容积式（往复或螺杆）压缩机冲程终端留下的容积，此容积的压缩空气经膨胀后返回到吸入口，并对容积系数产生巨大的影响。

9、负载系数
8 Z( L: D  |# N- k9 S负载系数是指某一段时间内压缩机的平均输出与压缩机的最大额定输出之比。不明智的做法就是卖给用户的压缩机，正好满足用户的最大的需求，增加一个或几个工具或有泄漏会导致工厂的压力下降。为了避免这种情况，英格索兰多年来一直建议采用负载系数：取用户系统所需气量的极大值，并除以0.9或0.8的负载系数。(或任何用户认为是个安全系数)
这种综合气量选择能顾及未预计到的空气需量的增加。无需额外的资本的投入，就可做一些小型的扩建。

10、气量测试
   （1）、往复式压缩机气缸容积
2 M6 }* x* {! E- l压缩机气缸的容积是指活塞移动的容积减去活塞杆占有的体积。通常是用每分钟立方米来表示。多级压缩机的容积只是第一级压缩的容积，因为逐一通过所有级的气体都来源于第一级。
   （2）、测试
低压喷嘴测试是一种精确衡量压缩机所提供空气的方法。这一方法得到压缩空气和气体学会的认可，还为ASME能源测试代号委员会所接受。ASME PTC-9中有关采用低压喷嘴测
试往复式压缩机的描述。ASME PTC-10中有有关采用低压喷嘴测试动力式压缩机的描述。