压缩空气基本理论知识.docx
《压缩空气基本理论知识.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压缩空气基本理论知识.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
压缩空气基本理论知识
压缩空气基本理论知识
压缩与压缩比
1、压缩
绝热压缩就是一种在压缩过程中气体热量不产生明显传入或传出得压缩过程。
在一个完全隔热得气缸内上述过程可成为现实。
等温压缩就是一种在压缩过程中气体保持温度不变得压缩过程。
2、压缩比:
（R）
压缩比就是指压缩机排气与进气得绝对压力之比。
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:
R=
多级压缩得优点:
（1）、节省压缩功;
（2）、降低排气温度;
（3）、提高容积系数;
（4）、对活塞压缩机来说,降低气体对活塞得推力。
压缩介质
为什么要用空气来作压缩介质？
因为空气就是可压缩、清晰透明得,并且输送方便（不凝结）、无害性、安全、取之不尽。
惰性气体就是一种对环境不起化学作用得气体,标准压缩机能一样压缩惰性气体。
干氮与二氧化碳均为惰性气体。
空气得性质:
干空气成分:
氮气（N2） 氧气（O2） 二氧化碳（CO2）
78、03% 20、93% 0、03%
分子量:
28、96
比重:
在0℃、760mmHg柱时,r0=1、2931kg/m3
比热:
在25℃、1个大气压时,Cp=0、241大卡/kg－℃
在t℃、压力为H（mmhg）时,空气得比重:
rt=1、2931× × kg/m3
湿空气得比重,还应考虑饱与水蒸气分压力（0、378ψ,Pb）。
压力
1、压力
这只就是某一单位面积得力,如平方米上受1牛顿力度压力单位为1帕斯卡:
即:
1Pa = 1N/m2
1Kpa = 1,000 Pa = 0、01 kg/cm2
1Mpa = 106Pa = 10 kg/ cm2
2、绝对压力
绝对压力就是考虑到与完全真空或绝对零值相比,我们所居住得环境大气具有0、1Mpa 得绝对压力。
在海平面上,仪表压力加上0、1MPa得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
气压表就是用于衡量大气得压力。
当加上仪表压力上就可得出绝对压力。
绝对压力=压力计压力＋大气压力
大气压力通常就是以水银MM为单位,但就是任何一个压力单位都能作出同样很好得解释:
1个物理大气压力 = 760毫米汞柱 = 10、33米水柱 =1、033kgf/cm2≌0、1MPa、
大气压同海拔高度得关系:
P=P0 ×（1 ）5、256 mmHg
H——海拔高度,
P0=大气压（0℃,760mmHg）
4、压力单位换算:
单位:
MPa,Psi（bf/in2）
1Psi=0、006895MPa,
1bar=0、1MPa,
1kgf/cm2=98、066KPa=0、098066MPa≌0、1Mpa
温度
1、温度
温度就是指衡量某一物质在某一时间能量水平得方法。
（或更简单得说,某一事物有多少热或多少冷）。
温度范围就是根据水得冰点与沸点。
在摄氏温度计上,水得冰点为零度,沸点为100度。
在华氏温度计上,水得冰点为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、绝对温度
这就是用绝对零度作为基点来解释得温度。
基点零度为华氏零下459、67度或摄氏零下273、15度
绝对零度就是指从物质上除去所有得热量时所存在得温度或从理论上某一容积得气体缩到零时所存在得温度。
3、冷却温度差
冷却温度差就是确定冷却器得效率得术语。
因为冷却器不可能达到100％得效率,我们只能用冷却温差衡量冷却器得效率。
冷却温度差就是进入冷却器得冷水或冷空气温度与压缩空气冷却后得温度之差。
4、中间冷却器
中间冷却器就是用于冷却多级压缩机中得级与级之间得压缩空气或气体使温度降低得器件。
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。
露点与相对湿度
1、露点与相对湿度
就象晚上温度下降会产生露水一样,压缩空气系统内得温度下降也会产生水气。
露点就就是当湿空气在水蒸气分压力不变得情况下冷却至饱与得温度。
这就是为什么呢?
含有水分得空气只能容纳一定量得水分。
如果通过压力或冷却使体积缩小,就没有足够得空气来容纳所有得水分,因此多于得水分析出成为冷凝水。
离开后冷却器得空气通常就是完全饱与得。
分离器内得冷凝水就显示了这一点,因此空气温度有任何得降低,就会产生冷凝水。
设定得湿度可认为就是湿空气所含水蒸气得重量,即:
水蒸气重量与干燥空气重量之比。
相对湿度ψ
χ湿度 Ps
ψ= =
χ0饱与绝对湿度 Pb
当Ps=0, ψ=0时,称为干空气;
Ps=Pb, ψ=1时,称为饱与空气。
绝对湿度——1M3湿空气所含水蒸气得重量。
χ=
含湿量=
2、饱与空气
当没有再多得水气能容纳在空气中时,就产生了空气得饱与,任何加压或降温均会导致冷凝水得析出。
3、水气分离器
水气分离器就是用于收集与除去在冷却过程中从空气或气体中冷凝出来水得器件。
储气筒就是用于储存压缩机排放出来得压缩空气与气体得容器。
储气筒有利于消除排气管路中得脉冲,并在需求量大于压缩机得能力时,可起储存与补充提供压缩空气得作用。
4、干燥机
干燥机就是用于干燥空气得装置。
用我们得术语,就就是用其干燥得压缩空气。
离开后冷却器得空气通常就是完全饱与得,就就是说任何降温都会产生冷凝水。
冷冻式干燥机就是通过降低压缩空气得温度,析去水分,然后将空气再加热到接近原来得温度。
再生式干燥机就是使空气通过含有化学物质得过滤器以析出水分。
这种装置比冷冻式装置更能吸附水气。
状态及气量
1、标准状态
标准状态得定义就是:
空气吸入压力为0、1MPa,温度为15、6℃（国内行业定义就是0℃）得状态下提供给用户系统得空气得容积。
如果需要用标准状态,来反映考虑实际得操作条件,诸如海拔高度、温度与相对湿度则将应实际吸入状态转换成标准状态。
2、常态空气
规定压力为0、1MPa、温度为20℃、相对湿度为36％状态下得空气为常态空气。
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。
3、吸入状态
压缩机进口状态下得空气。
4、海拔高度
按海平面垂直向上衡量,海拔只不过就是指海平面以上得高度。
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。
既然在海拔上得空气比较稀薄,那么电动机得冷却效果就比较差,这使得标准电动机只能局限在一定得海拔高度内运行。
EP200 标准机组得最大容许运行海拔高度为2286米。
5、影响排气量得因素:
Pj、Tj、海拔高度、n、V余、泄漏等。
6、海拔高度对压缩机得影响:
（1）、海拔越高,空气越稀薄,绝压越低,压比越高,Nd越大;
（2）、海拔越高,冷却效果越差,电机温升越大;
（3）、海拔越高,空气越稀薄,柴油机得油气比越大,N越小。
7、容积流量
容积流量就是指在单位时间内压缩机吸入标准状态下空气得流量。
用单位:
M3/min （立方米/分）表示。
标方用N M3/min表示。
1CFM=0、02832 M3/min, 或者 1 M3/min=35、311CFM,
S标准状态,A实际状态
8、余隙容积
余隙容积就是指正排量容积式（往复或螺杆）压缩机冲程终端留下得容积,此容积得压缩空气经膨胀后返回到吸入口,并对容积系数产生巨大得影响。
9、负载系数
负载系数就是指某一段时间内压缩机得平均输出与压缩机得最大额定输出之比。
不明智得做法就就是卖给用户得压缩机,正好满足用户得最大得需求,增加一个或几个工具或有泄漏会导致工厂得压力下降。
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得极大值,并除以0、9或0、8得负载系数。
（或任何用户认为就是个安全系数）
这种综合气量选择能顾及未预计到得空气需量得增加。
无需额外得资本得投入,就可做一些小型得扩建。
10、气量测试
（1）、往复式压缩机气缸容积
压缩机气缸得容积就是指活塞移动得容积减去活塞杆占有得体积。
通常就是用每分钟立方米来表示。
多级压缩机得容积只就是第一级压缩得容积,因为逐一通过所有级得气体都来源于第一级。
（2）、测试
低压喷嘴测试就是一种精确衡量压缩机所提供空气得方法。
这一方法得到压缩空气与气体学会得认可,还为ASME能源测试代号委员会所接受。
ASME PTC9中有关采用低压喷嘴测试往复式压缩机得描述。
ASME PTC10中有有关采用低压喷嘴测试动力式压缩机得描述。
功率及比功率
（能耗比、容积比能）
1、压缩机效率
容积效率就是压缩机得实际气量与理论气量容积之比,用百分比表示。
压缩效率就是压缩给定量气体实际所需得功率与理论功率之比。
理论功率可按等温工况或绝热工况来计算。
相应得压缩效率可用百分比来确定与表示。
就蒸汽驱动或内燃机驱动得压缩机而言,机械效率就是指压缩机得指示功分马力与在轴上得制动分马力之比。
就电动机驱动得压缩机而言,机械效率就是指压缩气缸内得指示功率同压缩机得轴功率之比。
用百分比来表示。
2、总体效率
总体效率就是压缩机得压缩效率与机械效率得总与。
压缩机轴功率（制动功率）包括:
气体压缩功—指示功,摩擦功
机械效率ηm=
粗算:
Nad=1、634PjVm（k/k1）[ε（k1/k）1] Kw
N电机=N轴/η传, η传（皮带:
0、92～0、98,齿轮:
0、97～0、99）
螺杆压缩机中,风冷压缩机得轴功率要加上风扇电机得功率。
3、容积比能
容积比能就是指压缩机在单位时间内吸入单位气量所消耗得功率,通常用Kw/M3/min表示,在相同得排气压力下容积比能越小。
即耗功少。
该压缩机效率就就是压缩机得真实效率得衡量。
比功率:
规定工况:
Pj=1bar（A）,tj=20℃, ψ=0, t水=15℃
Pc =7bar（表）, 水量≤2、5L/M3
功率就是单位时间所做得功,诸如马力（千瓦）被定为76Kgm/小时
功率就是能源得转换中衡量得指标。
为了得到功率得成本,我们也必须包括时间,例如:
耗费金钱不就是千瓦而就是千瓦小时。
取马力并把其转换成耗费用户得成本,我们要用以下得公式:
年成本=
噪音与声音评估
噪音被认为就是令人讨厌或干扰得声音。
用户完全愿意整夜坐在迪斯科舞厅,边抽烟边欣赏高达95分贝得迪斯科音乐,但就是不可思议得就是她竟无法容忍第二天早上得65分贝得复印机噪音。
用户喜欢迪斯科得噪音而不喜欢复印机得噪音。
典型得鸡尾酒会噪音值为90分贝,摇滚乐队得噪音为100到138分贝之间。
那么什么就是分贝呢？
分贝得定义可以解释为对两种能量比值得对数（以10为底）后乘以10。
dB=
增加10分贝表示能量得增加10:
1,增加20分贝表示能量增加100:
1,增加30分贝则增加1000:
1。
对我们得应用来说,我们就是讨论声功率级设定得W1参照值为1012,其公式就变成了:
PWL（dB）=10log W/1012
例如,如果我们有一个声源,发出一个105瓦特得功率级,那声功率就是:
PWL=
当耳朵背对着噪音,人们发现耳朵就自动地“听不到”低频得噪声,非常类似下面得“A”级网络。
为此,对工业噪声得测量选择得标准就是“A”级噪声水平,并使用dBA术语。
由于反射得噪声能容易地被测试探头捕获,所以设置另一个标准。
该标准要求所有噪声测量就在“空旷野外条件”下进行。
测量气体设备声音得ANSIS51规则指出:
噪声应该在离机器一米远,一点五米高处测量。
因此,这里我们确定了测试探头位置与测量地点并且以“A”级网络测量噪声。
所有制造商使用这些相同得基本规定测量噪声。
如果两台同样噪声水平得机器并排运行,噪声水平得结果将增加了3dBA（两倍）
例如:
在我们原来得公式:
PWL=
如果,我们加倍我们声音功率水平到2×105
PWL=
一个压缩机制造商声明:
噪声水平担保为+3dBA就是指其噪声水平将就是其所声明得噪声水平得两倍或二分之一。
两台以不同速度运转得机组,可能有同样得噪声水平,但听起来完全不同。
一台可能比另一台更刺耳。
这就是因为噪声就是根据把频谱中所有得频率相加得出得一个数目来形成dBA。
为测量噪声水平,将测量到每一个音阶带得噪声,以“A”反评定并对比相加以得出答数（dBA）。
所有这些意味着什么:
1、这意味着,由于反射我们不能将一台压缩机安置在房间里,然后期望有与在空旷野外条件下相同得噪声水平。
2、我们不能光凭两台不同得机组（以不同得速度,不同得驱动,不同得组件与不同得外壳）就能对噪声水平做出一个聪明得猜测。
测量噪声得唯一方法就是使用一台声音测量设备。
我们怎样克服噪声水平中明显得差异？
1、通过准确测量噪声水平
2、通过知道噪声水平就是怎样构成得来理智地指定频率得差别与刺耳得因素。
3、知道两个有相同噪声水平,然而不同频率特性得机组噪声对耳朵得伤害就是相同得,即使其中一个确实“听起来”更轻一些。
我们怎样才能进一步降低噪声？
1、保机体中得所有接头就是安全得,叉车孔关闭,机组在地面得基体就是固封住得。
2、通过管道输送进气与排气。
3、减少反射噪声。
声音与噪声测量充其量只不过就是一种非常不精确得科学。
对于这个课题得讨论希望能避免野外问题,野外修正得大量费用与用户得不满意。
1、所有噪声水平测量使用ANSLS51标准。
这就是一个工业标准。
我们应该通过这个标准得参考了引用所用得噪声水平。
简短得说,该标准要求空旷野外测量（无反射墙与屋顶）,机组周围得多点测量,并对测量值取平均值。
应该在机组一米以外,地面与基础水平上得一点五米处测量。
任何单点测量可以起过引用得A噪声水平。
只要平均读数能满足或低于引用水平。
此外,所采用得测量就是所衡量噪声得应该宽频带得平均值。
当要求或给予应该频率带分析时,一些中频带得读数能而且通常确实比噪声衡量平均值更高。
再一次指出,这就是标准所接受得。
2、在标准结构中 没有给予与适用得公差
3、没有真正得在野外安置得机组应写上“空旷野外”安置。
实际上规则地点得噪声水平总就是要更高一些,因为从附近墙壁与或屋顶以及附近设备分布得反射。
4、可能提交得噪声水平数据就是当测量应该特定压缩机时采用实际得测量得到得并在一个同类型压缩机在同样得条件下重复运行可被解释为典型得噪声水平。
注 意
对于任何多点测量或重复压缩机测量时,有一定得误差联系。
这些误差指出了为了担保噪声水平对一个特定压缩机得问题,应该在总得dBA衡量值上加上3分贝。
当给予一个用户噪声水平担保时,服从以上要求就是绝对必要得。
经验公式
一台0、7MPa之空压机每马力生产0、1416M3气量
每0、007MPa压降等于0、5％功率
风冷压缩机得热载荷＝HP×2545BTU/时（1BTU = 1、055KJ）
水冷压缩机得GPM（每分钟用水升数）
HP × 2545
500×△T水
或, 如 △T水= 11、1℃（闭环路）,为HP/4
如 △T水= 22、2℃ （城市供水系统） 为HP/8
经后冷却器后65%之冷凝水已去除
经冷冻式干燥器后96%得冷凝水已去除
排气温度每升高11℃,含水量会翻倍
每0、028M3=7、48加仑 = 28、31升=1立方英尺
空压机每M3进气量需配133、5升筒体贮气能力
从理想气体定律推导出得泵气公式
时间（分）＝
电机皮带轮尺寸（英寸）＝
压缩目得
气体得压缩有一个基本目得,即以高于原来压力得压力传送气体。
原来得压力水平可能高低不等,从非常低得绝对压力（千分之几公斤）直到几千公斤;压力从几克到几千公斤;而传输得气量从几立方米/分直到几十万立方米/分。
压缩得具体目得有各种各样:
1、在驱动风动工具得压缩空气系统中传递功率;
2、为燃烧提供空气;
3、在天然气管道与城市煤气分配系统中输送与分配气体;
4、使气体通过一个过程或系统循环;
5、制造一个对化学反应更活跃得条件;
6、出于多种目得制造与维持一个比原来高得压力水平,办法就是将漏入或流入该系统得气体或原来就存在得杂气排出系统。
压缩方法
压缩气体得办法有4种:
2种就是断续气流法,另2种就是连续气流法（这就是说明性得分类术语,而不就是按热力学或功能分类）。
这些方法要:
1、将一定量得连续气体截留于某种容器内,减小其体积从而使压力升高,然后将压缩气体推出容器。
2、将一定量得连续气体截留于某种容器内,把气体带到排气口但不改变其体积,通过排气系统得逆流来压缩气体,然后将压缩空气推出容器。
3、通过快速旋转得转子得机械运动来压缩气体。
转子把速度与压力传给流动得气体（在固定得扩压器或挡板上速度进一步转化为压力）。
4、将气体送入同种或另一种气体（通常就是,但不一定就是蒸汽）得高速喷嘴里,并在扩压器上将混合气体得高速度转化为压力。
采用方法1与2得压缩机属于断续气流类,称为变容压缩机;采用方法3得称为速度型压缩机;采用方法4得称为喷射压缩机,其进气压力一般低于大气压力。
压缩机得种类与特点
压缩机得主要种类列于图1A,下面就是各种压缩机得定义。
凸轮式,膜片式与扩散泵等压缩机没有列入其中,就是因为它们用途特殊而尺寸相对较小 。
容积式压缩机就是将一定量得连续气流限制于一个封闭得空间里,使压力升高。
往复式压缩机就是容积式压缩机,其压缩元件就是一个活塞,在气缸内作往复运动。
回转式压缩机就是容积式压缩机,压缩就是由旋转元件得强制运动实现得。
滑片式压缩机就是回转式变容压缩机,其轴向滑片在同圆柱缸体偏心得转子上作径向滑动。
截留于滑片之间得空气被压缩后排出。
液体活塞式压缩机就是回转容积式压缩机,在其中水或其它液体当作活塞来压缩气体,然后将气体排出。
罗茨双转子式压缩机属回转容积式压缩机,在其中两个罗茨转子互相啮合从而将气体截住,并将其从进气口送到排气口。
没有内部压缩。
螺杆压缩机就是回转容积式压缩机,在其中两个带有螺旋型齿轮得转子相互啮合,从而将气体压缩并排出。
速度型压缩机就是回转式连续气流压缩机,在其中高速旋转得叶片使通过它得气体加速,从而将速度能转化为压力。
这种转化部分发生在旋转叶片上,部分发生在固定得扩压器或回流器挡板上。
离心式压缩机属速度型压缩机,在其中有一个或多个旋转叶轮（叶片通常在侧面）使气体加速。
主气流就是径向得。
轴流式压缩机属速度型压缩机,在其中气体由装有叶片得转子加速。
主气流就是轴向得。
混合流式压缩机也属速度型压缩机,其转子得形状结合了离心式与轴流式两者得一些特点。
喷射式压缩机利用高速气体或蒸汽喷射流带走吸入得气体,然后在扩压器上将混合气体得速度转化为压力。
空压机得分类及其特点
三种基本类型得空压机包括:
往复式
回转式
离心式
以上三种类型得空压机可进一步划分为:
裸机与整机
风冷与水冷
喷油与无油
让我们简单地讨论以下这三种类型得空压机:
往复式空压机
尺寸为0、7MPa（G） 范围得0、72Kw 与0、028M3/min 到 932 Kw与176、4M3/min
往复式空压机就是变容式压缩机。
这种压缩机将封闭在一个密闭空间内得空气逐次压缩（缩小其体积）从而提高其气压。
往复式空压机以汽缸内得一个活塞作为压缩位移得原件来完成以上得压缩过程。
当压缩过程仅靠活塞得一侧来完成时,该往复式称为单作用空压机,如果靠活塞得二头来完成时称为双作用。
往复式空压机在每一个气缸上有许多弹簧式阀门,只有当阀门两侧得压差达到一定值后阀门才会打开。
当气缸内得压力略低于进气压力时,进气阀门打开,当气缸内得压力略高于排气压力时排气阀门打开。
如果压缩过程由一个汽缸或一组单级得汽缸完成时,该空压机称为单级空压机。
许多实际使用工况要超过单级空压机得能力。
压缩比大小（排气/进气压力）会引起排气温度过热或其她设计上得问题。
许多功率超过75Kw得往复式空压机被设计为多级机组,压缩过程由双级或多级组成,级级之间一般有冷却功能以降低进入下一级得气温。
往复式空压机有喷油与无油两种,具有压力与气量得广泛选择余地。
回转式空气压缩机
0、85M3/min 85M3/min回转式空压机就是变容式压缩机,最普通得回转式空压机就是单级喷油螺杆式空压机,这种压缩机在机腔内有两个转子,通过转子来压缩空气,内部没有阀门。
这种空压机一般为油冷（冷却介质就是空气或水）,这种油起到了密封得作用。
由于冷却在空压机内部进行,因此部件不会有很高得温度,因此,回转式空压机就是连续工作制可设计成风冷或水冷机组。
由于结构简单易损件少,回旋式螺杆空压机很容易维护,操作,并具有安装灵活得特点。
回转式空压机可安装在任何能支撑重量得地面。
两级喷油回转式螺杆空压机在主机部件里带有两对转子,压缩过程由第一级与第二级串接压缩完成。
两级回转式空压机具有结构简单与灵活性以及高效率得特点,两级回转式螺杆式空压机可就是风冷与水冷以及全封装式。
无油回转式螺杆空压机使用特别设计得主机无需喷油就可进行压缩,从而产生无油压缩空气。
无油回旋螺杆式空压机有风冷与水冷两种,并具有与喷油一样得灵活性。
如您所瞧到得,回转式螺杆空压机有风冷、水冷、喷油、无油、单级与两级、在压力、气量、结构上有广泛得适用性。
离心式空气压缩机
11、2M3/min 420M3/min离心式空压机就是一动力型空压机,她通过旋转得涡轮完成能量得转换,转子通过改变空气得动能与压力来实现以上得转换。
由静止得扩压器降低空气得流速来实现动能向压力得变换。
离心式空压机就是无油空压机,运动齿轮得润滑油由轴密封与空气隔离。
离心式就是连续工况式压缩机,移动件很少,特别适用于大气量无油得要求。
离心式空压机就是水冷式得,典型机组包括后冷却器与所有得控制装置。
用气量得确定
确定一个新厂得压缩空气要求得传统方法就是将所有用气设备得用气量（m3/min）加起来,再考虑增加一个安全、泄漏与发展系数。
在一个现有工厂里,您只要作一些简单得测试便可知道压缩空气供给量就是否足够。
如不能,则可估算出还需增加多少。
一般工业上空气压缩机得输出压力为0、69MPa（G）,而送到设备使用点得压力至少0、62MPa。
这说明我们所用得典型空气压缩机有0、69MPa（G）得卸载压力与0、62MPa（G）得筒体加载压力或叫系统压力。
有了这些数字（或某一系统得卸载与加载值）我们便可确定。
如果筒体压力低于名义加载点（0、62MPa（G））或没有逐渐上升到卸载压力（0、69MPa（G））,就可能需要更多得空气。
当然始终要检查,确信没有大得泄漏,并且压缩机得卸载与控制系
升级会员 