CommittedtoSustainableProductivity壓縮空氣基本理論第1頁2基礎理論-空氣空氣是一個無色、無嗅、無味氣體混合物。它是許多氣體混合物，不過主要由氧氣（21%）和氮（78%）組成。這組成相對比較穩定，從海平面到25千米高度都很穩定。空氣不是一個單純化學物質，而是一個混合物。這就是為何它能夠按其組成成份分離，比如，經過冷卻分離。大氣中總是或多或少含有固體顆粒，比如，灰塵、沙子、煙塵和結晶鹽。污染程度越高地域，這種雜質也越多，農村和高海拔地域雜質較少。第2頁壓縮和壓縮比壓縮

絕熱壓縮是一個在壓縮過程中氣體熱量不產生顯著傳入或傳出壓縮過程。在一個完全隔熱氣缸內上述過程可成為現實。等溫壓縮是一個在壓縮過程中氣體保持溫度不變壓縮過程。

2、壓縮比：（R）壓縮比是指壓縮機排氣和進氣絕對壓力之比。例：在海平面時進氣絕對壓力為0.1MPa，排氣壓力為絕對壓力0.8MPa。則壓縮比：P20.8R=---------=---------=8P10.1多級壓縮優點節約壓縮功；降低排氣溫度；提升容積系數；對活塞壓縮機來說，降低氣體對活塞推力。相同分子量PV/T為一常數，在定頻螺桿壓縮機運行中可認為固定轉速下單位時間所壓縮空氣分子量靠近。（不考慮氣壓，空濾壓差，環境濕度等影響）3第3頁4基礎理論-熱力學原理氣體定律玻意耳定律指出，假如溫度恒定（等溫），壓力和體積乘積是個常數這意味著溫度不變情況下，假如壓縮過程體積減半，壓力則加倍。查理定律要求，假如壓力恒定（等壓），體積之比等于溫度之比。氣體普通定律是波義耳定律和查理定律結合定律。它說明了壓力、體積和溫度之間相互影響。當其中一個參數改變時，就會最少影響另外兩個參數中一個發生改變。思索案例：排氣壓力上升，體積縮小對溫度影響.等溫壓縮下壓力和體積關系.第4頁基礎理論-空氣為何要用空氣來作壓縮介質？因為空氣是可壓縮、清楚透明，而且輸送方便（不凝結）、無害性、安全、取之不盡。惰性氣體是一個對環境不起化學作用氣體，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。空氣性質：干空氣成份：氮氣（N2）

氧氣（O2）

二氧化碳（CO2）78.03%20.93%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，空氣比重：273Hrt=1.2931×-------×-------kg/m3273+t760濕空氣比重，還應考慮飽和水蒸氣分壓力（0.378ψ，Pb）。思索案例：環境對排氣量影響.5第5頁6基礎理論-空氣濕空氣空氣能夠被看作是一個干燥空氣和水蒸汽混合物。含有水蒸汽空氣被稱為潮濕空氣，但空氣濕度能夠在廣泛范圍有所不一樣。兩種極限是完全干燥空氣和水分飽和空氣。空氣中可容納最高水蒸汽壓力會伴隨氣溫上升而不停上升。不一樣溫度下最大水蒸汽壓力也不一樣。空氣通常不包含那么多水蒸氣以至于到達最大壓力。相對蒸氣壓（也稱為相對濕度）是實際蒸汽壓力相對于同溫度下飽和壓力百分比。露點是空氣中水蒸氣飽和時溫度。今后，假如溫度下降，出現冷凝水。大氣露點便是大氣壓力下水蒸汽開始凝結時溫度。壓力露點是壓力下露點溫度。露點和相對濕度就象晚上溫度下降會產生露珠一樣，壓縮空氣系統內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情況下冷卻至飽和溫度。這是為何呢?含有水分空氣只能容納一定量水分。假如經過壓力或冷卻使體積縮小，就沒有足夠空氣來容納全部水分，所以多于水分析出成為冷凝水。離開后冷卻器空氣通常是完全飽和。分離器內冷凝水就顯示了這一點，所以空氣溫度有任何降低，就會產生冷凝水。設定濕度可認為是濕空氣所含水蒸氣重量，即：水蒸氣重量和干燥空氣重量之比。

相對濕度ψ

χ-濕度Psψ=-----------------=-----------

χ0-飽和絕對濕度Pb

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濕空氣所含水蒸氣重量。Gs—水蒸氣重量χ=----------------------V—濕空氣體積

水蒸氣重量含濕量=---------------------

干空氣重量

飽和空氣當沒有再多水氣能容納在空氣中時，就產生了空氣飽和，任何加壓或降溫均會造成冷凝水析出。思索案例：1.經過后冷后壓縮空氣性質？2.環境濕度對排氣量影響3.壓縮機運行中怎樣防止冷凝水進入油系統?第6頁基礎理論-狀態及氣量標準狀態標準狀態定義是：空氣吸入壓力為0.1MPa，溫度為15.6℃（國內行業定義是0℃）狀態下提供給用戶系統空氣容積。假如需要用標準狀態，來反應考慮實際操作條件，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。

常態空氣要求壓力為0.1MPa、溫度為20℃、相對濕度為36％狀態下空氣為常態空氣。常態空氣與標準空氣不一樣在于溫度并含有水分。當空氣中有水氣，一旦把水氣分離掉，氣量將有所降低。吸入狀態

壓縮機進口狀態下空氣。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高度。海拔在壓縮機工程方面占有主要原因，因為在海拔高度越高,空氣變得越稀薄，絕對壓力變得越低。既然在海拔上空氣比較稀薄，那么電動機冷卻效果就比較差，這使得標準電動機只能局限在一定海拔高度內運行。EP200標準機組最大允許運行海拔高度為2286米。

影響排氣量原因：Pj、Tj、海拔高度、n、V余、泄漏等。

海拔高度對壓縮機影響：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；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,7思索案例：實際運行中壓縮機排氣量和標稱排氣量區分第7頁8基礎理論-物理單位大氣壓力空氣柱在底面積為1平方厘米上作用力為10.13N。所以，海平面絕對大氣壓力大約是10.13x104N/m2，等于10.13x104Pa（帕斯卡，壓力國際單位）。或者使用另外一個慣用單位：1bar=1x105Pa。離海平面越高（或者低），大氣壓力就越低（或高）。大多數壓力表標定為容器中壓力與大氣壓力之差，所以為了得到絕對壓力，必須加上當地大氣壓力。絕對壓力絕對壓力是考慮到與完全真空或絕對零值相比，我們所居住環境大氣含有0.1Mpa絕對壓力。在海平面上，儀表壓力加上0.1MPa大氣壓力可得出絕對壓力。高度越高大氣壓力就越低。大氣壓同海拔高度關系：HP=P0×（1-----------）5.256mmHg44300H——海拔高度，P0=大氣壓（0℃，760mmHg）

壓力單位換算：

單位：MPa，Psi(bf/in2)1Psi=0.006895MPa,1bar=0.1MPa,1kgf/cm2=98.066KPa=0.098066MPa≌0.1Mpa第8頁9基礎理論-物理單位溫度氣體溫度要想定義清楚非常難。溫度是一個對分子動能測量。分子運動越快，溫度則越高。溫度在絕對零度時，運動完全停頓。開氏溫度（K）就是基于這種現象，不過它采取與攝氏溫度一樣刻度單位：T=t+273.2T=絕對溫度(K)t=攝氏溫度(C)第9頁10基礎理論-物理單位熱容量熱是能量一個形式，表現為物質無秩序分子動能。物體熱容量（也叫做熵）是溫度升高一個單位（1K）所需熱量，也表示為J/K。物質比熱或比熵應用非常廣泛，即單位物質質量（1kg）改變單位溫度（1K）所需要熱量。比熱單位是J/（kgxK）。一樣，摩爾熱容量單位是J/（molxK）。請舉例說明壓縮空氣系統中哪些情況能夠用到熱容量及熱容流量概念？怎樣簡單判斷冷干機制冷量是否正常？第10頁11基礎理論-物理單位功機械功能夠定義為作用在物體上力與在該力方向上所運動距離乘積。和熱一樣，功也是一個能量，能從一個物體轉移到另一個物體。不一樣之處就是力代替了溫度。汽缸內氣體被移動活塞壓縮便說明了這一點，即力推進活塞產生了壓縮。所以能量從活塞上轉移到氣體。這種能量轉移世界上熱力學中功。做功結果表現形式有很各種，比如勢能改變、動能改變或者熱能改變等。與混合氣體體積改變相關機械功是工程熱力學中最主要過程之一。功國際單位是焦耳：1J=1Nm=1Ws。第11頁12基礎理論-物理單位功率功率是單位時間內完成功。它是計算做功快慢物理量。它國際單位是瓦特：1W=1J/s。比如，流向壓縮機驅動軸功率或能量流在數字上等于系統中釋放熱量與作用在壓縮氣體熱量之和。怎樣計算不一樣工況下壓縮機軸功率？軸功率對壓縮機產熱量影響？第12頁13基礎理論-物理單位容積流量該系統容積流量是衡量單位時間內氣體體積。能夠這么計算：物質流過橫截面積與平均流速乘積。容積流量國際單位是m3/s。然而，單位升/秒（l/s）也經慣用在壓縮機容積流量中（也稱作流量容積率），表示為標準狀態升/秒（Nl/s）或者是自由空氣流量（l/s）。Nl/s是在“標準狀態”下，即按照壓力為1.013bar（a），溫度為0℃重新計算出流量。標方單位Nl/s主要用于確定質量流量。自由空氣流量（FAD），壓縮機輸出流量換算成進氣條件下（進氣壓力為1bar（a），進氣溫度為20℃）空氣流量。兩種容積流量之間關系是（請注意，下面簡單計算公式沒有考慮濕度）：思索充氣流量和容積流量關系？油氣分離器中計算空氣流速和壓力關系.第13頁14基礎理論-熱力學原理基本定律能量存在著各種形式，如熱能、物理能、化學能、輻射能（光等）和電能。熱力學就是研究熱能學科，即研究系統中發生改變能力或者做功多少。熱力學第一定律表達了能量守恒原理。它說，能量既不能新生也不會被破壞，所以一個封閉系統總能量總是守恒，從而保持不變，它只不過是從一個形式轉變成另一個形式。所以，熱是一個能量，能夠與功相互轉化。熱力學第二定律表明物質都本能朝著大分子無序狀態改變。熵是無序狀態測量單位：物質最經常結構形式固體晶體含有非常低熵值。而氣體則含有很高熵值，因為氣體處于愈加高度無序狀態。做功時能夠取得孤立能量系統潛在能量伴隨熵增加而降低。熱力學第二定律表明熱量憑借自己努力不能從較低溫度區域轉移到較高溫度區域。思索案例：以上基本定律在壓縮機系統中怎樣利用？舉例利用實例.自然界一切狀態都是在趨于平衡，壓縮機也是如此.舉例壓縮機是怎樣趨于平衡，趨于平衡速度取決于哪些原因？第14頁15基礎理論-熱力學原理

傳熱

一個物體內溫度不一樣、不一樣物體或系統間存在溫度差都會發生熱傳遞，直到溫度相同為止，熱傳遞才結束。熱傳遞有三種形式：導熱、對流和輻射。普通情況下，熱傳遞三種形式普通都同時發生，不過并不一樣量。熱傳遞經常發生在由墻壁隔開兩個物體間。熱傳遞總系數“k”取決于墻壁兩面傳熱系數和墻壁本身導熱系數。

這圖顯示了在逆流與平行流換熱器中溫度梯度改變。第15頁16基礎理論-熱力學原理狀態改變氣體物態改變從一點到另一點都遵照p/V圖表。對于實際案件，三個變量p、V、T需要三個軸。伴隨狀態改變，三維圖線在P、V、T空間移動著。然而，為了簡化，我們通常認為其中一個參數不變，這就是慣用p/V圖。物態五種不一樣改變狀態以下：-等容過程（定容）；-等壓過程（定壓）；-等溫過程（等溫）；-絕熱過程（周圍沒有熱交換）；-多變過程（周圍發生了完全熱交換）等壓狀態改變意味著體積改變，但壓力保持不變。等溫狀態改變意味著壓力和體積都改變，但溫度保持不變。等容狀態改變意味著壓力改變，但體積保持不變氣體被壓縮或者被膨脹，假如它熵保持不變，它就與周圍環境沒有發生熱交換。這種狀態改變遵照泊松定律。第16頁17基礎理論-壓縮機型式兩種基本壓縮方式

壓縮空氣（或氣體）有兩個方法：容積式壓縮和動力式壓縮。比如，容積式壓縮機包含往復（活塞）式壓縮機、軌道（滾動）式壓縮機和不一樣類型回轉式壓縮機（螺栓、齒、葉片）。在容積式壓縮中，空氣進入一個或多個壓縮室，然后由進氣道進入壓縮室通口關閉。每個壓縮室容積漸漸減小，空氣在內部被壓縮。當壓力到達了設計指定壓縮比時，室門或氣閥打開，壓縮空氣便進入了排氣系統，壓縮室容積會繼續減小。在動力式壓縮過程中，空氣在快速旋轉壓縮葉輪葉片與加速器之間流動以到達較高流速。然后氣體經過擴散器排出，此時氣體動能被轉化為靜態壓力。動力最好壓縮機是渦輪增壓壓縮機，此種壓縮機含有軸向或徑向流型方式。這些都應用于大流量功率壓縮機。第17頁18基礎理論-壓縮機型式

容積式壓縮機-恒流量自行車打氣筒是一個最簡單容積式壓縮機，空氣進入打氣筒“氣缸”后被移動“活塞”壓縮。活塞式壓縮機操作原理也是這么，活塞前進和后退運動由連桿和旋轉曲軸來帶動。假如活塞只有一側起壓縮作用，那么這種壓縮機叫做單作用壓縮機。假如活塞頂部和底部都起壓縮作用，那么這種壓縮機就叫做雙作用壓縮機。壓力比指是進排氣道處氣體絕對壓力之間關系。所以，若某臺機器進氣壓力是一個大氣壓（1bar（a）），然后把氣體壓縮到7bar，那么這時此壓縮機壓縮比就是（7+1）/1=8。這顯示了帶自動氣閥活塞式壓縮機工作原理。p/V圖顯示了工作過程中無損失氣缸完全進氣和排氣。第18頁19基礎理論-壓縮機型式動力式壓縮機-恒壓力動力式壓縮機，氣體流動同時壓力也在增加。因為葉輪中旋轉葉片轉動，氣體流動加速到很高速度。然后氣體在擴散器中膨脹減速，其速度轉化為靜態壓力。氣流主要流向決定壓縮機屬性，即徑向壓縮機還是軸向壓縮機。與容積式壓縮機相比，動力式壓縮機有這么一個特征：工作壓力較小改變會引發氣體流速較大改變。每個葉輪速度都存在一個上限流量速度和一個下限流量速度。上限指是氣體流速抵達聲速，下限指是反壓力大于壓縮機設計壓力，這時回流進入壓縮機內部，這就會產生爆震、噪音和機械性損壞危險。第19頁20基礎理論-壓縮機型式多級壓縮

從理論上講，空氣或氣體能夠等熵壓縮（按熵不變）或者等溫壓縮（按溫度不變溫）。這兩種壓縮過程可能只是理論上可逆循環一部分。假如壓縮氣體在壓縮后到達溫度時能夠馬上使用，等熵壓縮過程就會有一定優勢。在現實中，空氣或氣體幾乎不能壓縮后就馬上使用，通常是它們被使用前就冷卻到環境溫度了。所以，等溫壓縮過程是首選，因為它需要較少功。一個執行等溫壓縮過程常見實用方法是在壓縮過程中冷卻氣體。若有效工作壓力為7bar，等熵壓縮理論上需要能量比等溫壓縮要多37%。一個降低氣體熱量實用方法是把壓縮過程分成幾個階段。在氣體進入下一步壓縮之前就冷卻，直到最終壓縮。當每一步壓縮壓縮比相同時，壓縮過程會實現最好效果，這么做也會增加能量利用效率。經過增加壓縮級數，整個過程就會靠近等溫壓縮。不過，壓縮分級數量會受到經濟上以及安裝設計限制。彩色區域表示分成二級壓縮后節約功。第20頁21基礎理論-壓縮機型式

容積式壓縮機和動力式壓縮機比較

動力式壓縮機壓力/流量曲線與容積式壓縮機對應曲線有很大不一樣。動力式壓縮機含有變流量、恒壓力特征。相反，容積式壓縮機則含有恒定流量、可變壓力特點。容積式壓縮機甚至能夠在低速時到達較高壓縮比，動力式壓縮機則是為大流量而設計。右圖顯示了速度不變時，載荷改變形成離心式壓縮機和容積式壓縮機各自性能曲線。第21頁22基礎理論-電氣交流電基本術語及定義

交流電產自交流發電機，用于為辦公室和車間提供電能，使標準、固定速度電動機轉動等。它大小和方向以正弦模式進行著平穩周期性改變。電壓與電流一樣，其大小從零增加到最大值，然后又減小至零，改變方向，再增大到反方向最大值，然后又變成零。這么電流就完成了一個周期T，T是以秒做單位，在一個周期中電流值完成從大到小或從小到大。頻率是周期倒數，表明每秒完成周期數，其單位是赫茲。電流或電壓大小通常由一周期電流值或電壓值均方根（RMS）來表示。從正弦模式可知，電流與電壓均方根是：這圖顯示了正弦波動電壓（50赫茲）一個波長。

第22頁23基礎理論-電氣交流電歐姆定律

電流和電壓之間相位差由角φ表示。感應電阻（稱為電抗）由X表示。電阻由R表示。繞組或者導體視在電阻由Z表示。

交流電歐姆定律：第23頁24基礎理論-電氣三相制式單相交流電源是波動。對于民用來說，這不是問題。然而，對于電動機運行來說，則提議采取更穩定電流。使用三相交流電源、三相同時運行，每個電流相對于其它兩項電流，相位都相差1/3周期時間。在發電廠中，三相交流電是由帶有三個獨立繞組發電機產出。單相交流電能夠取自于單個火線與零線之間。三相交流電能夠有兩種連接方式，即星形連接（Y）或三角形連接（Δ）。在星形連接中，相電壓位于兩相輸出電壓之間。在三角形連接中，主電壓位于兩相輸出電壓之間。工業壓縮機是第一批裝有變速驅動（VSD）工業機械裝備，VSD也稱為變頻驅動器，VSD經過改變輸送到電機上電源頻率來調整交流感應電動機轉速和力矩。最常見設計是使用整流器電橋將交流輸入電源轉變成直流電源。直流電源經過利用轉換開關電路（現在IGBT-型電力半導體開關）轉換成準正弦交流電源與脈沖寬度調制（PWM）技術。第24頁25基礎理論-電氣功率有效功率P（單位：瓦特）是做了功有用功率。功率計只能用來測量有電壓工作組件，測量就是電路中經過電流。視在功率S（伏特·電壓）是必須自來電源、消耗后得到有功功率功率。它包含有效功率和無效功率和電力分配系統中全部熱損失。單相交流電

3相交流電

U=電壓

(V)I=電流

(A)φ=相位角有用功、無用功和視在功率之間關系通常由能量三角形來說明。相位角表示是電流與電壓相位差。功率因數（PF）則等于cosφ。對于使用低功率因數、滯后功率因數電器消費者，許多電力企業經過罰款來處理問題。這是因為配電、輸電和發電設備都是較大，方便滿足視在功率（有用功和無用功之和與熱損失之和），而消費者都依據電表統計kWh（千瓦時）消耗來交費用。功率因數改進往往會節約大量成本。經過降低無功功率能夠提升功率因數：-使用高功率因數設備：照明鎮流器-使用領先功率因數且負載恒定同時電動機-使用功率因數升級電容該圖顯示了可視功率（S）、無功功率（Q）和有效功率（P）之間關系。由S與P之間相位角φ產生了功率因數cos（φ）。

發電機繞組間相位差給出了系統正弦電壓曲線。其最大值與發電機繞組有相同相位差。第25頁26基礎理論-電機轉速

假如異步電動機軸旋轉速度與磁場相同，轉子上感應電流將會是零。然而，因為軸承各種損失，比如，這是不可能，軸轉動速度總是低于磁場同時轉速（叫做“滑程”）1-5%。(永磁電動機不會產生任何滑程。)效率電動機中能量轉換不會沒有損失。那些損失是在其它機構中電阻損耗、通風損失、磁化損失和摩擦損失。P2總是電動機銘牌上印有數據

絕緣等級電動機繞組中絕緣材料按照IEC60085來分級，IEC60085是由國際電工技術委員會發表一份標準。依據溫度不一樣，字母來代表等級數，此溫度是隔離應用領域上限。假如超出上限10℃連續一段時間，絕緣材料使用壽命就會縮短二分之一左右。第26頁27基礎理論-電機防護等級按照IEC60034-5，防護等級指定了電動機防接觸和防水分類情況。這些都是以字母IP和兩位數字表示。第一位數字表明電動機固體對接觸和滲透保護程度。第二個數字表明防水程度。比如，IP23中（2）表示防固體物厚度是12mm；（3）表示從垂直方向起能夠預防水直接噴灑到60°位置IP54：（5）防塵；（4）對來自各個方向水噴灑都能夠防護。IP55：（5）防塵；（5）對來自各個方向低壓噴射水都能夠防護。冷卻方法按照IEC60034-6冷卻方法說明了電動機怎樣冷卻。這是用字母IC、代表冷卻方式數字（不通風、自通風、強制冷卻）和冷卻操作模式（內部冷卻、表面冷卻、閉路冷卻、液體冷卻等等）來表示。第27頁28基礎理論-電機星形連接（Y）和三角形（Δ）連接三相電動機有兩種連接方法：星形（Y）或三角形（Δ）。三相電動機繞組標有U、V和W（U1-U2；V1-V2；W1-W2）。在美國家標準準則使用T1、T2、T3、T4、T5和T6。對于星形連接來講，電動機繞組“端子”連接到一起，形成零點，外觀像一個星形（Y）。該圖顯示了電機繞組連接是星形連接，其中端頭連接在星形連接電機端子上。這個例子顯示了它連接在690V電源上。該圖顯示了電機繞組連接是組在三角形連接，其中端頭連接在三角形連接電機端子上。這個例子顯示了它連接在400V電源上。第28頁29基礎理論-電機電壓（相電壓=主電壓/√3；比如400V=690/√3）會穿過整個繞組。朝向零點電流Ih變成相電流，對應，相電流將會以If=Ih流過繞組。在三角形（Δ）連接中，起點和終點在不一樣相中是連在一起，然后就形成一個三角形(Δ）。所以，將有一主電壓流過繞組。進入電動機電流Ih是主電流，它將會在繞組之間分開，使每一相都通有電流，Ih/√3=If。一樣電動機能夠連接到690V星形連接上，也能夠連接到400V三角形連接上。在這兩種情況下，流過繞組電壓都會到達400V。對于通往電動機電流，連接到電壓為690V星形連接電流要低于連接到電壓為400V三角形連接電流。電流之間是√3關系。比如，對于電動機電板，它能夠使用690/400V電壓。就是說，星形連接主要用于高壓，而三角形連接主要用于低壓。也能夠源于電板電流對于星形連接電動機來說較低，而對于三角形連接電動機來說就較高。轉向主電源連接在三相電機端子上，顯示為U、V和W。位相序列分別是L1、L2和L3。該圖顯示了電機順時針轉動，如從“D”驅動端部看到一樣。為使電機逆時針轉動，要更換連接在起動器或電機上三根火線中任意兩個接線位置。當逆時針轉動時，要檢驗冷卻風扇運行。第29頁30基礎理論-電機力矩電動機轉向力矩是表示電動機轉向能力物理量。每臺電動機都存在最大力矩。當負載大于最大力矩時，電動機則不能轉動。在低