最全版本｜壓縮空氣基本理論知識（二）

六、壓縮和壓縮比

1、壓縮

絕熱壓縮是一種在壓縮過程中氣體熱量不產生明顯傳入或傳出的壓縮過程。在一個完全隔熱的氣缸內上述過程可成為現實。等溫壓縮是一種在壓縮過程中氣體保持溫度不變的壓縮過程。

2、壓縮比：（R）

壓縮比是指壓縮機排氣和進氣的絕對壓力之比。例：在海平面時進氣絕對壓力為0.1 MPa ，排氣壓力為絕對壓力0. 8MPa。則壓縮比：

多級壓縮的優點：

• （1）、節省壓縮功；

• （2）、降低排氣溫度；

• （3）、提高容積係數；

• （4）、對活塞壓縮機來說，降低氣體對活塞的推力。

七、壓縮介質

為什麼要用空氣來作壓縮介質？

因為空氣是可壓縮、清晰透明的，並且輸送方便（不凝結）、無害性、安全、取之不盡。

惰性氣體是一種對環境不起化學作用的氣體，標準壓縮機能一樣壓縮惰性氣體。干氮和二氧化碳均為惰性氣體。

空氣的性質：

干空氣成分：

• 氮氣（N2） 78.03%

• 氧氣（O2） 20.93%

• 二氧化碳（CO2） 0.03%

分子量：28.96

比重：在0℃、760mmHg柱時，r0=1.2931kg/m³

比熱：在25℃、1個大氣壓時，Cp=0.241大卡/kg－℃

在t℃、壓力為H（mmhg）時，空氣的比重：

濕空氣的比重，還應考慮飽和水蒸氣分壓力（0.378ψ，Pb）。

壓力

1、壓力

這只是某一單位面積的力，如平方米上受1牛頓力度壓力單位為1帕斯卡：

即：1Pa = 1N/㎡

1Kpa = 1,000 Pa = 0.01 kg/c㎡

1Mpa = 106Pa = 10 kg/ c㎡

2、絕對壓力

絕對壓力是考慮到與完全真空或絕對零值相比，我們所居住的環境大氣具有0.1Mpa 的絕對壓力。在海平面上，儀錶壓力加上0.1MPa的大氣壓力可得出絕對壓力。高度越高大氣壓力就越低。

3、大氣壓力

氣壓表是用于衡量大氣的壓力。當加上儀錶壓力上就可得出絕對壓力。

絕對壓力=壓力計壓力＋大氣壓力

大氣壓力通常是以水銀mm為單位，但是任何一個壓力單位都能作出同樣很好的解釋：

1個物理大氣壓力 = 760毫米汞柱 = 10.33米水柱 =1.033kgf/c㎡≌0.1MPa.

大氣壓同海拔高度的關係：

H=海拔高度，

P0=大氣壓（0℃，760mmHg）

4、壓力單位換算：

單位： MPa，Psi（bf/in2）

1Psi=0.006895MPa,

1bar=0.1MPa,

1kgf/c㎡=98.066KPa=0.098066MPa≌0.1Mpa

溫度

1、溫度

溫度是指衡量某一物質在某一時間能量水平的方法。（或更簡單的說，某一事物有多少熱或多少冷）。

溫度範圍是根據水的冰點和沸點。在攝氏溫度計上，水的冰點為零度，沸點為100度。在華氏溫度計上，水的冰點為32度，沸點為212度。

從華氏轉換成攝氏：華氏=1.8攝氏＋32， 攝氏=5/9（華氏-32）

2、絕對溫度

這是用絕對零度作為基點來解釋的溫度。

基點零度為華氏零下459.67度或攝氏零下273.15度

絕對零度是指從物質上除去所有的熱量時所存在的溫度或從理論上某一容積的氣體縮到零時所存在的溫度。

3、冷卻溫度差

冷卻溫度差是確定冷卻器的效率的術語。因為冷卻器不可能達到100％的效率，我們只能用冷卻溫差衡量冷卻器的效率。

冷卻溫度差是進入冷卻器的冷水或冷空氣溫度和壓縮空氣冷卻后的溫度之差。

4、中間冷卻器

中間冷卻器是用於冷卻多級壓縮機中的級與級之間的壓縮空氣或氣體使溫度降低的器件。中間冷卻器通過降低進入下一級壓縮空氣溫度達到降低壓縮功率以有助於增加效率。

露點和相對濕度

1、露點和相對濕度

就象晚上溫度下降會產生露水一樣，壓縮空氣系統內的溫度下降也會產生水氣。露點就是當濕空氣在水蒸氣分壓力不變的情況下冷卻至飽和的溫度。

這是為什麼呢？ 含有水分的空氣只能容納一定量的水分。如果通過壓力或冷卻使體積縮小，就沒有足夠的空氣來容納所有的水分，因此多於的水分析出成為冷凝水。

離開后冷卻器的空氣通常是完全飽和的。分離器內的冷凝水就顯示了這一點，因此空氣溫度有任何的降低，就會產生冷凝水。

設定的濕度可認為是濕空氣所含水蒸氣的重量，即：水蒸氣重量和乾燥空氣重量之比。

相對濕度ψ

當Ps=0, ψ=0時，稱為干空氣；

Ps=Pb, ψ=1時，稱為飽和空氣。

絕對濕度--1m³濕空氣所含水蒸氣的重量。

2、飽和空氣

當沒有再多的水氣能容納在空氣中時，就產生了空氣的飽和，任何加壓或降溫均會導致冷凝水的析出。

3、水氣分離器

水氣分離器是用於收集和除去在冷卻過程中從空氣或氣體中冷凝出來水的器件。

儲氣筒是用於儲存壓縮機排放出來的壓縮空氣和氣體的容器。儲氣筒有利於消除排氣管路中的脈衝，並在需求量大於壓縮機的能力時，可起儲存和補充提供壓縮空氣的作用。

4、乾燥機

乾燥機是用於乾燥空氣的裝置。用我們的術語，就是用其乾燥的壓縮空氣。離開后冷卻器的空氣通常是完全飽和的，就是說任何降溫都會產生冷凝水。冷凍式乾燥機是通過降低壓縮空氣的溫度，析去水分，然後將空氣再加熱到接近原來的溫度。

再生式乾燥機是使空氣通過含有化學物質的過濾器以析出水分。這種裝置比冷凍式裝置更能吸附水氣。

狀態及氣量

1、標準狀態

標準狀態的定義是：空氣吸入壓力為0.1MPa，溫度為15.6℃（國內行業定義是0℃）的狀態下提供給用戶系統的空氣的容積。如果需要用標準狀態，來反映考慮實際的操作條件，諸如海拔高度、溫度和相對濕度則將應實際吸入狀態轉換成標準狀態。

2、常態空氣

規定壓力為0.1MPa、溫度為20℃、相對濕度為36％狀態下的空氣為常態空氣。常態空氣與標準空氣不同在於溫度並含有水分。當空氣中有水氣，一旦把水氣分離掉，氣量將有所降低。

3、吸入狀態

壓縮機進口狀態下的空氣。

4、海拔高度

按海平面垂直向上衡量，海拔只不過是指海平面以上的高度。海拔在壓縮機工程方面佔有重要因素，因為在海拔高度越高，空氣變得越稀薄，絕對壓力變得越低。既然在海拔上的空氣比較稀薄，那麼電動機的冷卻效果就比較差，這使得標準電動機只能局限在一定的海拔高度內運行。EP200 標準機組的最大容許運行海拔高度為2286米。

5、影響排氣量的因素

Pj、Tj、海拔高度、n、V余、泄漏等。

6、海拔高度對壓縮機的影響

• 海拔越高，空氣越稀薄，絕壓越低，壓比越高，Nd越大；

• 海拔越高，冷卻效果越差，電機溫升越大；

• 海拔越高，空氣越稀薄，柴油機的油氣比越大，N越小。

7、容積流量

容積流量是指在單位時間內壓縮機吸入標準狀態下空氣的流量。用單位：m³/min （立方米/分）表示。標方用Nm³/min表示。

1CFM=0.02832m³/min,

或者

1m³/min=35.311CFM

S--標準狀態，A--實際狀態

8、余隙容積

余隙容積是指正排量容積式（往複或螺桿）壓縮機衝程終端留下的容積，此容積的壓縮空氣經膨脹后返回到吸入口，並對容積係數產生巨大的影響。

9、負載係數

負載係數是指某一段時間內壓縮機的平均輸出與壓縮機的最大額定輸出之比。不明智的做法就是賣給用戶的壓縮機，正好滿足用戶的最大的需求，增加一個或幾個工具或有泄漏會導致工廠的壓力下降。為了避免這種情況，英格索蘭多年來一直建議採用負載係數：取用戶系統所需氣量的極大值，併除以0.9或0.8的負載係數。（或任何用戶認為是個安全係數）

這種綜合氣量選擇能顧及未預計到的空氣需量的增加。無需額外的資本的投入，就可做一些小型的擴建。

10、氣量測試

（1）、往複式壓縮機氣缸容積

壓縮機氣缸的容積是指活塞移動的容積減去活塞桿佔有的體積。通常是用每分鐘立方米來表示。多級壓縮機的容積只是第一級壓縮的容積，因為逐一通過所有級的氣體都來源於第一級。

（2）、測試

低壓噴嘴測試是一種精確衡量壓縮機所提供空氣的方法。這一方法得到壓縮空氣和氣體學會的認可，還為ASME能源測試代號委員會所接受。

ASME PTC-9中有關採用低壓噴嘴測試往複式壓縮機的描述。ASME PTC-10中有有關採用低壓噴嘴測試動力式壓縮機的描述。

功率及比功率

（能耗比、容積比能）

1、壓縮機效率

容積效率是壓縮機的實際氣量和理論氣量容積之比，用百分比表示。

壓縮效率是壓縮給定量氣體實際所需的功率與理論功率之比。理論功率可按等溫工況或絕熱工況來計算。相應的壓縮效率可用百分比來確定和表示。就蒸汽驅動或內燃機驅動的壓縮機而言，機械效率是指壓縮機的指示功分馬力和在軸上的制動分馬力之比。就電動機驅動的壓縮機而言，機械效率是指壓縮氣缸內的指示功率同壓縮機的軸功率之比。用百分比來表示。

2、總體效率

總體效率是壓縮機的壓縮效率和機械效率的總和。

壓縮機軸功率（制動功率）包括：氣體壓縮功-指示功，摩擦功

粗算：Nad=1.634PjVm（k/k-1）[ε（k-1/k）-1] Kw

N電機=N軸/η傳， η傳（皮帶：0.92～0.98,齒輪：0.97～0.99）

螺桿壓縮機中，風冷壓縮機的軸功率要加上風扇電機的功率。

3、容積比能

容積比能是指壓縮機在單位時間內吸入單位氣量所消耗的功率，通常用Kw/m³/min表示，在相同的排氣壓力下容積比能越小。即耗功少。該壓縮機效率就是壓縮機的真實效率的衡量。

比功率：規定工況：

Pj=1bar（A），tj=20℃， ψ=0, t水=15℃

Pc =7bar（表）， 水量≤2.5L/m³

功率是單位時間所做的功，諸如馬力（千瓦）被定為76Kg-m/小時

功率是能源的轉換中衡量的指標。

為了得到功率的成本，我們也必須包括時間，例如：耗費金錢不是千瓦而是千瓦小時。

取馬力並把其轉換成耗費用戶的成本，我們要用以下的公式：

噪音和聲音評估

噪音被認為是令人討厭或干擾的聲音。

用戶完全願意整夜坐在迪斯科舞廳，邊抽煙邊欣賞高達95分貝的迪斯科音樂，但是不可思議的是他竟無法容忍第二天早上的65分貝的複印機噪音。用戶喜歡迪斯科的噪音而不喜歡複印機的噪音。典型的雞尾酒會噪音值為90分貝，搖滾樂隊的噪音為100到138分貝之間。

那麼什麼是分貝呢？

分貝的定義可以解釋為對兩種能量比值的對數（以10為底）后乘以10。

增加10分貝表示能量的增加10:1，增加20分貝表示能量增加100:1，增加30分貝則增加1000:1。

對我們的應用來說，我們是討論聲功率級-設定的W1參照值為10-12，其公式就變成了：

例如，如果我們有一個聲源，發出一個10-5瓦特的功率級，那聲功率是：

當耳朵背對著噪音，人們發現耳朵就自動地「聽不到」低頻的雜訊，非常類似下面的「A」級網路。

為此，對工業雜訊的測量選擇的標準是「A」級雜訊水平，並使用dBA術語。

由於反射的雜訊能容易地被測試探頭捕獲，所以設置另一個標準。該標準要求所有雜訊測量就在「空曠野外條件」下進行。

測量氣體設備聲音的ANSIS51規則指出：雜訊應該在離機器一米遠，一點五米高處測量。

因此，這裡我們確定了測試探頭位置和測量地點並且以「A」級網路測量雜訊。

所有製造商使用這些相同的基本規定測量雜訊。

如果兩台同樣雜訊水平的機器並排運行，雜訊水平的結果將增加了3dBA（兩倍）

例如：在我們原來的公式：

如果，我們加倍我們聲音功率水平到2×10-5

一個壓縮機製造商聲明：雜訊水平擔保為+3dBA是指其雜訊水平將是其所聲明的雜訊水平的兩倍或二分之一。

兩台以不同速度運轉的機組，可能有同樣的雜訊水平，但聽起來完全不同。一台可能比另一台更刺耳。這是因為雜訊是根據把頻譜中所有的頻率相加得出的一個數目來形成dBA。

為測量雜訊水平，將測量到每一個音階帶的雜訊，以「A」反評定並對比相加以得出答數（dBA）。

所有這些意味著什麼：

1、這意味著，由於反射我們不能將一台壓縮機安置在房間里，然後期望有和在空曠野外條件下相同的雜訊水平。

2、我們不能光憑兩台不同的機組（以不同的速度，不同的驅動，不同的組件和不同的外殼）就能對雜訊水平做出一個聰明的猜測。測量雜訊的唯一方法是使用一台聲音測量設備。

八、我們怎樣克服雜訊水平中明顯的差異？

• 1、通過準確測量雜訊水平

• 2、通過知道雜訊水平是怎樣構成的來理智地指定頻率的差別和刺耳的因素。

• 3、知道兩個有相同雜訊水平，然而不同頻率特性的機組雜訊對耳朵的傷害是相同的，即使其中一個確實「聽起來」更輕一些。

九、我們怎樣才能進一步降低雜訊？

• 1、保機體中的所有接頭是安全的，叉車孔關閉，機組在地面的基體是固封住的。

• 2、通過管道輸送進氣和排氣。

• 3、減少反射雜訊。

聲音和雜訊測量充其量只不過是一種非常不精確的科學。對於這個課題的討論希望能避免野外問題，野外修正的大量費用和用戶的不滿意。

• 1、所有雜訊水平測量使用ANSLS51標準。這是一個工業標準。我們應該通過這個標準的參考了引用所用的雜訊水平。簡短的說，該標準要求空曠野外測量（無反射牆和屋頂），機組周圍的多點測量，並對測量值取平均值。應該在機組一米以外，地面和基礎水平上的一點五米處測量。任何單點測量可以起過引用的A雜訊水平。只要平均讀數能滿足或低於引用水平。此外，所採用的測量是所衡量雜訊的應該寬頻帶的平均值。當要求或給予應該頻率帶分析時，一些中頻帶的讀數能而且通常確實比雜訊衡量平均值更高。再一次指出，這是標準所接受的。

• 2、在標準結構中 沒有給予和適用的公差

• 3、沒有真正的在野外安置的機組應寫上「空曠野外」安置。實際上規則地點的雜訊水平總是要更高一些，因為從附近牆壁和或屋頂以及附近設備分佈的反射。

• 4、可能提交的雜訊水平數據是當測量應該特定壓縮機時採用實際的測量得到的並在一個同類型壓縮機在同樣的條件下重複運行可被解釋為典型的雜訊水平。

注意：

對於任何多點測量或重複壓縮機測量時，有一定的誤差聯繫。這些誤差指出了為了擔保雜訊水平對一個特定壓縮機的問題，應該在總的dBA衡量值上加上3分貝。當給予一個用戶雜訊水平擔保時，服從以上要求是絕對必要的。

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