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压缩机基础知识下
第四部分后处理设备
第七章压缩空气含水量的处理
7.1冷冻式干燥机
7.1.1露点及压力露点
露点也就是指大气露点、常压露点，是指空气如果膨胀至自由状态下，水分凝结时的温度。
压力露点就是水分在压缩空气系统的压力下开始凝结的温度。
下图表列出了不同温度和压力下大气露点和压力露点的转换。
7.1.2空气中的含水量
如图所示，在75°F（10℃），相对湿度75%，排气量为100CFM（2.8m3/min）空压机中，每天吸入空气中的含水量为17.25Gal/24Hours,经后部冷却器后，压缩空气的含水量6.47Gal/24Hours,除去了10.78Gal/24Hours的水，再经过冷干机后，压缩空气的含水量仅为0.67Gal/24Hours。
经冷干机后，除水率高达96.12%。
这也是选用冷干机的原因
7.1.3冷冻式干燥机的工作原理
7.1.3.1冷冻干燥原理
空气中的水分一般以过热或饱和态存在于气体中。
当空气的温度被降低后（低于压力露点），空气中的水分就会以液态水的形式被析出，从而达到去除水分的目的。
属于物理干燥法。
冷冻干燥法就是使用制冷设备（冷冻式干燥机）将空气冷却，使其压力露点降到2～10℃，从而来干燥压缩空气。
冷冻干燥法可以实现设备的连续运转，因为没有再生过程，而且相对于吸附干燥方法，能源的消耗量较低，不需要再生气体，同时当空气的温度被降低后，其中的油蒸气也可以析出，所以可以满足一定的除油的需要。
但这种方法所能达到的干燥度不是很高，因为空气所降的最终温度直接影响干燥效果，冷冻干
度被降低后，其中的油蒸气也可以析出，所以可以满足一定的除油的需要。
但这种方法所能达到的干燥度不能很高，因为空气所降的最终温度不能降到0℃以下（水分在0℃以下会结霜或冰，不易清除）。
冷冻干燥可以单独使用，也可以作为吸附干燥的前级使用，先除去气体中的大量水分，从而降低吸附干燥器的工作强度。
但从冷冻式干燥机中出来的空气必须加热回温，以免影响吸附式干燥机的工作性能及吸附介质的寿命。
7.1.3.2冷冻式干燥机的工作原理
冷冻式干燥机的处理系统具体分为热交换系统及制冷系统两部分。
①热交换系统：
压缩空气首先进入到①空气预冷器中进行初步冷却，除去部分水分，然后进入到蒸发器②中，于冷媒进行热交换，使自身温度进一步下降。
最高于达压力露点2℃。
压缩空气中的大量水分在次温度下析出，再经气水分离器③分离，并由自动排水阀④将水分排出。
而干燥后的低温压缩空气则又进入到预冷却器①中，利用刚进入的压缩的热量使自己升温并排出干燥机外，即成为处理后的干燥的压缩空气。
②制冷系统
低温高压的液态冷媒在蒸发器③中吸收了压缩空气中的热量后成为气态，经气液分离器（12）及干燥过滤器⑧后进入冷媒压缩机（13）。
冷媒压缩机把低温低压气态制冷制压缩成高温高压气态制冷制进入到冷凝器中（14）或（15）中，经冷却后，冷媒变为高压低温的液态冷媒，经膨胀阀④进入蒸发器。
重复循环。
气液分离器③和干燥过滤器⑦是确保进入冷媒压缩机的冷媒为气态，从而保证了压缩机的正常工作。
由热力膨胀阀⑤及热气旁通阀⑥组成的双重自动平衡功能则可确保露点的稳定。
7.1.4冷冻式干燥处理风量的修正
由于冷干机在不同压力及不同进气温度下，所能处理的风量是不相同的（前提在一个稳定的露点上）。
为了达到理想的处理效果，在某些条件下，冷干机处理风量必须修正。
可参考下表。
冷干机修正参数表
进气
温度
（℃）
进气压力（MPa）
0.56
0.63
0.7
0.77
0.86
1.05
1.4
流量（%额定流量）
27
120
128
135
138
143
149
156
32
108
115
121
124
127
134
140
37
89
95
100
102
106
111
116
43
6
70
74
75
78
82
85
49
50
53
56
57
59
62
64
54
40
43
46
46
48
51
53
注：
不在此表的参数可通过插值法求得。
进口温度，进口压力，需要的气量和压力露点是你选择干燥机必须建立的。
这些操作条件确定后，你就可以运用干燥机规格表和型号选择表来选择最经济的冷冻式干燥机。
例如：
选择一台干燥机，压缩状态是0.7MPa下6m3/min气量，进口温度43℃，要求压力露点2～4℃。
第一步：
从修正表中确定进口温度43℃。
第二步：
在43℃找到0.7MPa的工作压力，冷干机的容量为额定工况下的0.74
第三步：
修正冷干机处理量
第四步：
通过干燥机规格表选择正确的冷干机。
7.2吸附式干燥机
7.2.1吸附的基本原理
附过程的机理相当复杂，现在有许多关于吸附原理的理论。
这些理论对吸附作用的解释都存在一顶的优缺点。
一般来说，单组分气相吸附可以分为物理吸附和化学吸附两大类。
物理吸附是在有范德瓦尔力作用，来推动传质作用，从而形成吸附这种吸附所产生的吸附热比较小。
化学吸附是吸附剂表面分子吸附压缩空气中的水，产生电子转移或形成烙合物，化学吸附的吸附和解析过程比物理吸附慢。
其实物理和化学吸附并没有严格的区别。
吸附剂能够吸附物质的数量是一定的，从宏观的角度来说，吸附剂吸收了一定数量的物质后就达到了饱和，不能进一步吸附；从微观的方面来看，吸附和解析作用一直是在同时进行的，只是达到了某一个平衡态后，吸附和解析的速率相同。
7.2.2吸附式干燥机的分类
按照吸附过程中是否有外界热量输入，可将媳妇式干燥机分为：
①无热再生吸附②微热再生吸附③有热再生吸附三大类。
7.2.3各类吸附式干燥机工作原理
（1）有热再生吸附某些吸附剂，例如硅胶、活性氧化铝，分子筛等，对空气中水分
的吸附能力随温度的变化而变化，吸附温度降低时吸附容量增加，反之吸附能力减小，所以利用吸附剂的这种特性，可以用于对压缩空气中水分的干燥。
吸附过程达到平衡后不能进一步吸附，所以有热再生吸附器一般采用双塔结构，一塔对压缩空气中的水蒸气进行吸附，另外一塔对吸附剂进行脱吸处理，两塔交替工作，工作的周期一般在8h以上。
图35-5所示为有热再生干燥的原理图。
这种干燥方法能够媳妇大量的水蒸气，工作周期长，但是设备体积庞大，而且再生时需要消耗大量的再生蒸气和电能。
近年来，利用其他能源来作为再生能源的工作系统已经慢慢被采用，这对于节能、提高经济效益的意义比较重大。
有热再生干燥可分为吸附、再生、吹冷和均压四个过程。
吸附在常温下进行，然后通入再生蒸气或用电加热使吸附剂脱吸，脱吸过程完成后将吸附剂降温，使其恢复到吸附状态。
在一个工作循环中，吸附器内的温度变化呈现一定的特性，如图35-6所示。
吸附剂再生时温度高，再生就会比较充分，但是实际操作中，由于吸附剂的耐热温度有限，所以过高的再生温度会造成吸附剂局部过热，反尔使吸附剂失效。
一般使用的再生温度：
硅胶150～200℃；活性氧化铝250～300℃；分子筛300～350℃。
（2）无热再生吸附某些吸附剂，例如硅胶、活性氧化铝分子筛等，对水的吸附容量和水蒸气的分压力有比较大的关系。
利用这些吸附剂的这种特性，使吸附过程在一定的压力下进行，而脱吸过程在常压或者真空状态下进行。
无热再生吸附也采用双塔结构两塔交替工作，工作周期为2～10min。
压缩空气进入吸附塔中被干燥，一部分气体被返回用于吹除吸附剂中的水分。
这类吸附器的特点是体积小、制造简单，可以制取-70℃左右露点的干燥气体。
应当注意的是油分可以使吸附剂的吸附能力大幅度降低，所以对压缩空气中的油必须做严格的处理。
无热再生干燥由吸附，再生和均压3个过程组成如图35-7所示。
压缩空气被送入塔1进行干燥、一部分气体被返回到塔2中，同时气体的压力降低，对塔2中的吸附剂进行脱吸处理，然后将
塔2中的压力回复到常压，使吸附剂再次具有吸附能力。
图中所表示的情况为塔1进行吸附，塔2进行脱吸时气体的流动方式。
吸附过程中吸附的水分要被再生气体带走，所需的再生气体量按下式决定：
（35-1）
式中qv为吸附塔进气流量；qv1为吸附塔再生气流量，p为吸附塔气体绝对压力；p1为吸附塔再生气压力。
式（35-1）所计算出来的是最小再生气体耗量，理论上讲小于该流量，吸附剂中的水分就不能完全被再生气体带走，
由吸附的基本原理可知，吸附是一个吸热的过程。
在无热再生干燥方法中，必须将吸附热蓄积起来，用于脱吸过程，既回热。
产品气会带走一定的热量，所以必须使压缩气体在吸附器中停留的时间较短，而且为了更好的实现回热，也必须使两塔交替工作的周期比较短。
（3）微热再生吸附图35-8是微热再生吸附原理示意图。
无热再生循环中，一般虽然不需要加入额外的能源，但是由于需要消耗一部分压缩气体用于吸附剂的再生，而且实际操作过程中，由式（35-1）所计算得到的再生气体耗量，一般不能满足吹干吸附剂的要求，这样间接减少了产品气的供量，所以可以对再生气体进行加热，提高其吹干吸附剂的能力，从而减少再生气体的耗量。
微热再生干燥方法是近年来被广为研究的一种比较先进的方法，这种干燥方法工作稳定，工作周期为30～60min。
3.三种吸附方法的比较见表35-6
表35-6三种吸附方法的比较
吸附方法
加热再生
无热再生
微热再生
吸附塔大小
（相对）
1.0
3/4～1/2
1/3
吸附剂
硅胶、活性氧化铝
活性氧化铝、分子筛
处理量/
m3（标）/h
100～5000
1～1000
1～5000
工作压力/MPa
0.05
0.5～1.5
0.3～2.0
露点/℃
（含水量）
20～40
20～35
20～40
工作周期
6～3h
5～10min
30～60min
出口露点/℃
-10～70
-40
-40
再生温度/℃
150～300
2～-30
40～50
再生气量（%）
0～8
15～20
4～8
加热器尺寸
大
无
小
第五部分空压系统
第八章空压系统基础知识
8.1压缩空气的需求量
为了正确选择空压站中空压机的台数及型号，首先必须了解压缩空气的需求量。
但是精确的估计出需求量是比较困难的，这尤其是在用气网络大，且用户需求各有不同时更是如此。
传统上，确定一个新建厂的压缩空气需求量的方法是：
将所有用气设备的用气量（m3/min）相加起来，再考虑安全系数，泄露系数及公司发展的增加量。
在一个现有工厂里，你只要作一个简单的测试便可知道压缩空气供给量是否足够。
如不满足使用，则可能估算出还需增加多少。
8.1.1确定需求量的步骤
——了解各用气机器及工具无间断的持续运行时的有效空气需求量。
这些数据可在用气机器或工具的生产厂提供的说明书中找到，但如果仅仅是简单地把这些用气量相加，就可能把压缩空气设备规格定的过大。
——了解各用气机器及工具的用气时间长短。
除去输送用气或其他持续用气设备之外，大多数的使用压缩空气的机器及工具均不会持续不段地使用。
因此，应取一个用气时间平均值作为系数。
（为此，需对生产过程进行分析。
）
一般而言，平均用气时间在百分之二十至六二之间（用气系数为持续进行时有效用气量的0.2至0.6）。
——考虑到同时性系数
同时性系数（既同一种设备同时用气的概率）中使用多台用气设备过程中所积累的一个经验值。
适用的经验值如下：
——2台机器：
×0.96
——4台机器：
×0.90
——6台机器：
×0.85
——8台机器：
×0.80
——10台机器以上：
×0.70
——压缩空气需求量
将各台机器及工具持续运行时的用气乘以相应的用气时间系数及同时性系数，即得出接入用气网络的个设备的平均用气量。
此外还需注意：
——生产厂样本中所列的气量是针对新机器而言的。
按使用时间长短（磨损状况）的不同，用气量会增加百分之五至十不等。
——压缩空气的泄露，原则上是不能完全避免的，因此，对此应做相当考虑。
对新的管网，至少以考虑百分之五较为现实，管路较旧时，损失可达百分之二十五。
8.1.2测试法——检查现有空气压缩机气量
定时泵气实验是一种比较容易切较为精确的检查现有空气压缩机气量或输出的方法，这将有助于判断压缩空气的短缺不是由于机器的磨损或故障所造成的。
以下为进行定时泵气实验的程序：
1、储气罐容积，立方米（m3）
2、压缩机与储气罐之间管道的容积，立方米（m3）
3、总容积（1项+2项）V总，立方米（m3）
4、空压机全载运行
5、关闭储气罐与工厂空气系统之间的气阀
6、储气罐放气，将压力降至0.48MPa（G）表压
7、很快关闭放气阀
8、储气罐泵气至0.7MPa（G表压）所需要的时间，秒
现在你已有了确定现有压缩机实际气量所需要的数据，公式是：
式中C：
压缩机排气量，m3/min
P2：
第8项压力，MPa（需转换为绝对压力）
P1：
第7项压力，MPa（需转换为绝对压力）
PA：
大气压力，MPa（海平面上为0.1MPa）
T：
时间，S
如果实验数据的计算结果与你厂空气压缩机的额定气量接近，你可以较为肯定你厂空气叙述的符合太高，从而需要增加供气量。
8.1.2估算法
V=V现有设备用气量+V后处理设备用气量+V泄露量+V储备量
8.2确定所需的增加压缩空气
根据将系统压力提高到所需要压力的空气量，就能确定要增加的压缩空气供气量需要的气量（m3/min）=
×现有气量（m3/min）式中，需要的气量：
需要的压缩空气供气量；现有的气量：
现有的压缩空气供气量
P2：
需要的系统压力，MPa（A绝对压力）
P1：
现有的系统压力，MPa（A绝对压力）
需增加的气量=需要的气量-现有的气量
注意：
还应把将来的需求和泄露因素考虑进去。
8.3压缩空气系统泄露的影响
一个输水或输油管网系统有泄露，通常会被立即修复，而压缩空气管网泄露，却常常不被重视，因为漏出的压缩空气不会造成危害，也不会留下明显的损害。
然而，她浪费了大量的金钱。
例如：
相当于6min的孔径小漏点，在0.7MPa压力下最大泄露量为2.676m3/min，这相当于SULLAIR25HP压缩机的排气量。
若以0.6元/度电，每年运行8000小时计算，此小漏点每年造成的经济损失高达86400元。
工厂整个系统的泄露量可通过在不供气情况下通过测定系统加载压力与卸载压力的周期时间来计算。
式中
VL=泄露量
t1=加载时间：
秒
t2=卸载时间：
秒
注意为测量精确，需要对比两个时间进行多次测量，取其算术平均值进行计算。
若泄漏量超过整个系统的5%，就必须进行筑漏。
8.4储气罐尺寸选择
8.4.1储气罐的作用
——稳定压缩空气气流脉动与压力。
——初步分离冷凝水。
——存储压缩空气，延长空压机空车或停车时间。
8.4.2启动频度
由于电机在启动阶段内电机发热加剧，应当避免因过快连续启动而超过允许的热量，因此电机的启动频度不应超过允许数值。
星三角接法电机允许启动频度
额定功率
（千瓦）
7.5
11-55
75-132
160
200-450
电动机容许
启动频度
（每小时/次）
20
15
8
4
3
8.4.3储气罐尺寸的计算
储气罐所须之尺寸，可用下式来确定：
其中：
V=所需压力罐容积，单位升（L）
VC=压缩机排气量，L/S
（若在一个管网中如有多台压缩机，则以其中最大一台几的流量计算[前提：
这些压缩机的压力开关，逐台下降方式调整]）
P1=压缩机吸入压力，bar
T2=储气罐温度，单位K
fmax=压缩机最大允许启动频度。
S
△P=压力开关压差值（Pe-Pb）,单位bar.
T1=压缩机吸入空气温度，K
0.25=由用气量决定的最不利系数（即压缩机的流量比总用气量高100%时，压缩机的启动频度达最高）。
例如：
已知：
最大允许工作压力：
7bar
流量：
645L/S
吸入压力：
1bar
压力开关压差值：
0.8bar
吸入温度：
20℃
储气罐温度：
28℃
调节方式：
满载/空载/间歇停机调节
压缩机直接充注储气罐
求：
压缩机气罐容量
解：
由公式9.3-2得：
注：
吸入温度与储气罐温度的差别，影响储气罐的容量。
吸入温度较高时，压缩空气罐的容量就大！
8.5压缩空气系统布置
8.5.1管路及配管常识
1、整个气管上的压力损失不超过0.021MPa（G表压），从压缩机到最远用气点，整个气流系统的损力损失保持在10%以下。
2、排气管的直径应和压缩机的排气管尺寸一样，应避免排气管的直径过大、过小。
3、在整个系统上安装压力表用于监视需要，安装位置包括储气罐，集气管，启动工具，生产用设置以及管路系统末梢。
4、使用大半径弯头（R＞3～5d）,使用球阀或蝶阀。
5、从主气管上连出用气管时，应尽可能靠近用气设备。
分支管要从总管的上方接出。
6、主气管应该按照最大的供气量设计。
7、连续管路中P＞0.7MPa时，最好用发兰连接。
8、输气管一定要有倾斜度；（一般情况下，长0.3m的输气管要有6.35MM的倾斜）。
8.5.2设备布置
1、往复式压缩机的设备布置
有油往复→后冷却器→水分离器→除油器→干燥器→精密过滤→储气罐→无油往复→后冷却器→水分离器→缓冲器
2、螺杆式压缩机的设备布置
螺杆式压缩机→储气罐→前置油过滤器→干燥器→精过滤器→系统
8.6空压站房通风方案
空气被压缩时，其温度随压缩过程而升高，同时也造成了空压站房内的温度升高，必须把这部分热量排走，以便维持空压机正常的工作温度。
对风冷式压缩机来说，它所产生的全部热量除残留在压缩空气中的残热之外，都必须经排风气流从机房内排出。
对于水冷式压缩机，压缩热量绝大部分已由冷却水带走，所以只剩下由电动机损失和压缩机散热而产生的热量需通过排风气流排出。
一般而言，风冷式压缩机中冷却后的热风排出，有两种方案可供选择。
通风方案A：
让冷却后的热风留入机房，然后使用壁式排风机排出。
冷却风以及机房的温升，可自由选择（推荐为△t=5-10℃）。
但冷却风的最终温度不得超过压缩机冷却空气的允许吸入温度（46℃，即最高工作温度），此方案可通过后述的通风方案变化1、3、5实现。
通风方案B：
让冷却风后的热空气通过排气管道直接排至室外。
所需的冷却空气流量及其温升，系由压缩机内部的冷却风扇所决定（△t=25℃），数值可以从、生产厂的数据表中获得。
因而，无须再用排风机。
此方案可通过下述之通风方案变化2、4、6实现。
变化的各通风方案如下：
方案Ⅰ：
不设进排气道
图6.2-1通风方案Ⅰ
优点：
——技术投入最少
——投资费用最小
——冬天机房空气自动加热
缺点：
——只使用小型压缩机（功率至75KW）
——由于较小的冷风温差（△t=5-10K）需较大的通风量
——提高了机房温度（接近△t）
——由于进气温度提高，增加压缩机热过载的风险
——机房要用通风机
方案Ⅱ：
设排风道
图6.2-2通风方案Ⅱ
优点：
——中等的技术投入
——中等小投资费用
——由于冷却空气温度较大（△t=25K）,只需要较小的通风量
——压缩机机房加热较小
——冬天可用换向闸加热机房
缺点：
——需排风道
——由于有排风道使过道变差
方案Ⅲ：
设进气道
图6.2-3通风变化Ⅲ
优点：
——技术投入中等
——投资费用中等
——冷却空气与吸入空气均冷
——因冷却空气温升较大（△t=25K）
而只需要较小的通风空气量机密
——可增加吸气过滤
缺点：
——需设置进气道
——室温增高（增加△t）
——需要排风机做机房通风
——因进气道而使设备操作与维修不方便
变化Ⅳ：
设进气道与排气道
图6.2-4通风变化Ⅳ
优点：
——因冷却空气温升较大而只需较少的通风空气量（△t=25K）
——冷却空气与吸入空气均冷
——机房温度增加少
——机房无污染
缺点：
——技术投入较大
——投资费用高
——需进排气道
——冬季用吸入温度低而有霜冻之危险
——因气道而使设备操作或维修不方便
变化Ⅴ：
设进气道如变化Ⅲ，但压缩机从机房吸入有待压缩的空气
图6.2-5通风变化
优点：
——见变化Ⅲ，但此处有冷的冷却空气与热的吸入空气
——见变化Ⅲ
变化Ⅵ：
设进、排气道如变化Ⅳ，但压缩机从机房吸入有待压缩的空气
图6.2-6通风变化Ⅵ
优点：
见变化Ⅳ，但此处的冷却空气是冷的，吸入空气稍已被加热
缺点：
见变化Ⅵ，但此处因吸入温度更低而无冬季霜冻的危险。
最终决定选择何种通风方案，取决于实际所具备的种种条件。
一般适用：
空气的吸入温度与环境温度宜尽可能保持最低，以确保压缩机的工作可靠性。
压缩机过热会导致费时与耗资的维修工作（例如元件损坏，电机损坏），或至少造成压缩机停机。
这两种情况下，生产都会受到影响。
选择通风方案的决定条件：
——压缩机的安装地点如有独立的机房，则可以安装在较小的车间里选择较高的环境温度。
——较高的环境温度会降低压缩空气干燥器的效率。
需考虑所选的通风方式能否能达到所需的压力露点？
——压缩机安装地点如有其他机械设备如测量装置或机床等，它们的工作结果可能受影响（测量误差、工件误差）。
——安装地点的场地条件是否允许安装进排风道？
——机房各部分会不会出现热量聚集不散？
——敷设电缆的工程必增加费用
*凡在上角标有*的图，仅适用于冷却空气与吸入孔分开的压缩机。
注意：
压缩机受结构类型决定，会出现空转时所产生的部分气流排放于机房的情况，这一热量流同样应予考虑到。
它相当于压缩机空转功率消耗的百分之百。
但压缩机空转时产生的部分气流通常被排放于隔音罩内，或经排气冷却器回到压缩机的吸气管。
空压机基础知识
一、气动技术的优缺点：
优点：
1、作为工作介质的空气容易获取，且工作压力较低。
用过的空气可就地排放，无需回收管道。
2、空气的粘度小，流动阻力损失小，便于集中供气和远距离输送。
3、气动执行元件运动速度高。
4、气动系统对环境的适应能力强，能在温度范围很宽、潮湿和有灰尘的环境下可靠运行，稍有泄漏不会污染环境，无火灾、爆炸的危险，使用安全。
5、结构简单维护方便，成本低廉。
6、气动元件寿命长，目前电磁阀寿命可达3000～5000万次，气缸寿命可达2000～6000km。
7、本身有过载保护性能，执行元件在过载时会自动停止，无损坏危险，功率不够时会在会在负载作用下保持不动。
（压缩空气的工作压力决定气动工具的扭矩，压缩空气的流量决定气动工具的转速）
缺点：
1、因气体可压缩，使得工作部件运动速度稳定性差。
2、因工作压力低，气动执行元件的输出推力比液压的小。
3、启动信号的传递速度远低于电信号，而且有较大的延迟和失真，不宜用于需高速传递信号的复杂系统，气动信号的传递距离也受到一定的限制。
二、空压机的用途
空气压缩机顾名思义是将自由状态下的空气压缩成具有一定压力能（既压缩空气）的一种机械。
我们在机械、矿山、建筑等领域利用压缩空气作为动力风源，驱动各种风动工具（如风镐、风钻、气动扳手、气力喷砂等）；此时压力一般在0.6～1.5MPa。
用来控制仪表及自动化装置时其压力为0.6MPa。
交通运输业中利用压
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