压缩空气基本理论

压缩空气基本理论(1)压缩和压缩比压缩介质压力压缩和压缩比1、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。2、压缩比：（R）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0.1MPa，排气压力为绝对压力0.8MPa。则压缩比：P20.8R=---------=---------=8P10.1多级压缩的优点：（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，降低气体对活塞的推力。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。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：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，空气的比重：273Hrt=1.2931×-------×-------kg/m3273+t760湿空气的比重，还应考虑饱和水蒸气分压力（0.378ψ，Pb）。压力1、压力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：即：1Pa=1N/m21Kpa=1,000Pa=0.01kg/cm21Mpa=106Pa=10kg/cm22、绝对压力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。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.大气压同海拔高度的关系：HP=P0×（1-----------）5.256mmHg44300H——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压缩空气基本理论(2)温度露点及相对湿度状态及气量温度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）。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、绝对温度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。4、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。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ψχ-湿度Psψ=-----------------=-----------χ0-饱和绝对湿度Pb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。Gs—水蒸气重量χ=----------------------V—湿空气体积水蒸气重量含湿量=---------------------干空气重量2、饱和空气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。3、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。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。状态及气量1、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。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。3、吸入状态压缩机进口状态下的空气。4、海拔高度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：Pj、Tj、海拔高度、n、V余、泄漏等。6、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；（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，柴油机的油气比越大，N越小。7、容积流量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NM3/min表示。1CFM=0.02832M3/min,或者1M3/min=35.311CFM,S--标准状态，A--实际状态8、余隙容积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。ASMEPTC-9中有关采用低压喷嘴测试往复式压缩机的描述。ASMEPTC-10中有有关采用低压喷嘴测试动力式压缩机的描述。压缩空气基本理论(3)功率及比功率噪音和声音评估经验公式功率及比功率（能耗比、容积比能）1、压缩机效率容积效率是压缩机的实际气量和理论气量容积之比，用百分比表示。压缩效率是压缩给定量气体实际所需的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。相应的压缩效率可用百分比来确定和表示。就蒸汽驱动或内燃机驱动的压缩机而言，机械效率是指压缩机的指示功分马力和在轴上的制动分马力之比。就电动机驱动的压缩机而言，机械效率是指压缩气缸内的指示功率同压缩机的轴功率之比。用百分比来表示。2、总体效率总体效率是压缩机的压缩效率和机械效率的总和。压缩机轴功率（制动功率）包括：气体压缩功—指示功，摩擦功Ni机械效率ηm=--------Nad粗算：Nad=1.634PjVm(k/k-1)[ε(k-1/k)-1]KwN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，风冷压缩机的轴功率要加上风扇电机的功率。3、容积比能容积比能是指压缩机在单位时间内吸入单位气量所消耗的功率，通常用Kw/M3/min表示，在相同的排气压力下容积比能越小。即耗功少。该压缩机效率就是压缩机的真实效率的衡量。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功率是单位时间所做的功，诸如马力(千瓦)被定为76Kg-m/小时功率是能源的转换中衡量的指标。为了得到功率的成本，我们也必须包括时间，例如：耗费金钱不是千瓦而是千瓦小时。取马力并把其转换成耗费用户的成本，我们要用以下的公式：电机制动马力×0.746(转换成千瓦)×年运行小时×功率成本年成本=---------------------------------------------------电机效率噪音和声音评估噪音被认为是令人讨厌或干扰的声音。用户完全愿意整夜坐在迪斯科舞厅，边抽烟边欣赏高达95分贝的迪斯科音乐，但是不可思议的是他竟无法容忍第二天早上的65分贝的复印机噪音。用户喜欢迪斯科的噪音而不喜欢复印机的噪音。典型的鸡尾酒会噪音值为90分贝，摇滚乐队的噪音为100到138分贝之间。那么什么是分贝呢？分贝的定义可以解释为对两种能量比值的对数（以10为底）后乘以10。W2dB=10log-------W1增加10分贝表示能量的增加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。对我们的应用来说，我们是讨论声功率级-设定的W1参照值为10-12，其公式就变成了：PWL(dB)=10logW/10-12例如，如果我们有一个声源，发出一个10-5瓦特的功率级，那声功率是：10-5PWL=10log-------=70dB10-12当耳朵背对着噪音，人们发现耳朵就自动地“听不到”低频的噪声，非常类似下面的“A”级网络。为此，对工业噪声的测量选择的标准是“A”级噪声水平，并使用dBA术语。由于反射的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。测量气体设备声音的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和测量地点并且以“A”级网络测量噪声。所有制造商使用这些相同的基本规定测量噪声。如果两台同样噪声水平的机器并排运行，噪声水平的结果将增加了3dBA（两倍）例如：在我们原来的公式：10-5PWL=10log-------=70dB10-12如果，我们加倍我们声音功率水平到2×10-52×10-5PWL=10log---------=73dB10-12一个压缩机制造商声明：噪声水平担保为+3dBA是指其噪