空壓機小課堂

　　空壓機作為重要的能源產生形式

　　被廣泛應用于生產的各個環節

　　成為社會發展不可或缺的機器

　　面對如此常用的設備

　　我們都應該掌握哪些內容呢?

 

　　空氣基本理論知識

　　

　　什么叫空氣?什么叫常態空氣?

　　地球周圍的大氣，我們習慣上稱它為空氣。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。

 

　　空氣的標準狀態定義是什么?

　　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℃)時的空氣狀態叫空氣的標準狀態。

　　在標準狀態下，空氣密度是1.185kg/m³(空壓機排氣量、干燥機、過濾器等后處理設備的處理能力都是以空氣標準狀態下的流量來標注的，單位寫作Nm³/min)。

 

　　什么叫飽和空氣和未飽和空氣?

　　在一定的溫度和壓力下，濕空氣中水蒸氣的含量(即水蒸氣密度)是有一定限度的;在某一溫度下所含水蒸氣的量達到最大可能含量時，這時的濕空氣叫飽和空氣。水蒸氣未達最大可能含量時的濕空氣就叫未飽和空氣。

 

　　未飽和空氣在什么條件下成為飽和空氣?什么叫“結露”?

　　未飽和空氣在成為飽和空氣的瞬間，濕空氣中會有液態水珠凝結出來，這一現象稱為“結露”。結露現象是常見的，例如夏天空氣濕度很大，容易在自來水管的表面結成水珠，冬天早晨，住戶的玻璃窗上會出現水滴等，這些均是濕空氣在定壓下冷卻達到露點溫度而結露的結果。

 

　　什么是大氣壓、絕對壓力、表壓力?壓力常用單位有哪些?

　　包圍在地球表面一層很厚的大氣層對地球表面或表面物體所造成的壓力稱為“大氣壓”，符號為Ρb;直接作用于容器或物體表面的壓力，稱為“絕對壓力”，絕對壓力值以絕對真空作為起點，符號為Ρa;用壓力表、真空表、U形管等儀器測出來的壓力叫“表壓力”，“表壓力”以大氣壓為起點，符號為Ρg。三者之間的關系是：
 

　　Ρa=Ρb+Ρg

　　壓力是指某一單位面積的力，壓力單位為N/平方，記作Ρa，稱為帕斯卡。工程上常用MPa(兆帕)

　　1MPa=10六次方Pa

　　1標準大氣壓=0.1013MPa

 

　　什么叫溫度?常用溫度單位有哪些?

　　溫度是物質分子熱運動的統計平均值。

　　絕對溫度：以氣體分子停止運動時的最低極限溫度為起點的溫度，記為T。單位為“開(開爾文)”，單位符號為K。

　　攝氏溫度：以冰的融點為起點的溫度，單位為“攝氏度”，單位符號為℃。

　　此外英美國家還經常用“華氏溫度”，單位符號為F。

　　三種溫度單位之間的換算關系是：

　　T(K)=t(℃)+273.16

　　t(F)=32+1.8t(℃)

 

　　濕空氣中水蒸氣分壓力指的是什么?

　　濕空氣是水蒸氣與干空氣組成的混合物，在一定體積的濕空氣里水蒸氣所占的分量(以質量計)通常比干空氣要少得多，但它占有與干空氣相同的體積，也具有相同的溫度。濕空氣所具有的壓力是各組成氣體(即干空氣與水蒸氣)分壓力的和。濕空氣中水蒸氣所具有的壓力，稱為水蒸氣分壓力，記作Ρso。其值反映了濕空氣中水蒸氣含量的多少，水蒸氣含量越高，水蒸氣分壓力也越高。飽和空氣中水蒸氣分壓力叫水蒸氣飽和分壓力，記作Ρab。

 

　　什么叫空氣的濕度?濕度有幾種?

　　表示空氣干濕程度的物理量叫濕度。常用的濕度表示有：絕對濕度、相對濕度。

　　在標準狀態下，1m³容積中濕空氣含有水蒸氣的質量稱為濕空氣的“絕對濕度”，單位是g/m³。絕對濕度只表明單位體積濕空氣中，含有多少水蒸氣，而不能表示濕空氣吸收水蒸氣的能力，即不能表示濕空氣的潮濕程度。絕對濕度也就是濕空氣中水蒸氣的密度。

　　濕空氣中實際所含的水蒸氣量與同溫度下最大可能含有水蒸氣量的比值稱為“相對濕度”，常用φ來表示。相對濕度φ在0～100%之間。φ值越小，空氣越干燥，吸水能力越強。濕空氣的吸濕能力還與其溫度有關，濕空氣的溫度升高，飽和壓力相應增大，即濕空氣的吸濕能力增加。因此空壓機機房在安裝時應注意保持通風、降低溫度、室內無排水、積水，以減少空氣中的水分。
 

　　什么叫含濕量?含濕量怎樣計算?

　　在濕空氣中，1kg干空氣含有水蒸氣的質量叫做濕空氣的“含濕量”，常用。來表示，含濕量ω幾乎同水蒸氣分壓力Pso成正比，而同空氣總壓力p成反比。ω確切反映了空氣中含有的水蒸氣量的多少，如大氣壓力一般不變，則濕空氣溫度一定時，Pso也一定，此時相對濕度增加，其含濕量增加，吸濕能力減少。

 

　　飽和空氣中水蒸氣的密度取決于什么?

　　空氣中水蒸氣的含量(水蒸氣密度)是有極限的。在氣動壓力(2MPa)范圍內，可認為飽和空氣中水蒸氣的密度只取決于溫度的高低而與空氣壓力大小無關，溫度越高，飽和水蒸氣的密度越大。譬如，在40℃時1立方空氣，不論其壓力是0.1MPa還是1.0MPa，它的飽和水蒸氣密度是一樣的。

　　什么叫濕空氣?

　　含有一定量水蒸氣的空氣叫濕空氣，不含水蒸氣的空氣叫干空氣。我們周圍的空氣都是濕空氣。在一定海拔高度下，干空氣的組成成分及比例基本穩定不變，它對整個濕空氣的熱工性能無特殊意義。濕空氣中的水蒸氣含量雖然不大，但含量的變化對濕空氣的物理性質影響很大。水蒸氣含量的多少決定了空氣的干燥和潮濕程度。空壓機的工作對象就是濕空氣。

 

　　什么是熱量?

　　熱量是能量的一種形式。常用單位：KJ/(kg·℃)、cal/(kg·℃)、kcal/(kg·℃)等。1kcal=4.186kJ，1kJ=0.24kcal。

　　根據熱力學定律，熱量能通過對流、傳導、輻射等形式，從高溫端向低溫端自發傳遞。在沒有外功耗情況下，熱量永遠不可能作反向傳遞。

 

　　什么是顯熱?什么是潛熱?

　　物體在加熱或冷卻過程中，溫度升高或降低而不改變其原有相態所需吸收或放出的熱量，稱為顯熱。如將水從20℃升高到80℃所吸收到的熱量，就叫顯熱。

　　在物體吸收或放出熱量過程中，其相態發生了變化，如：氣體變成液體，但溫度不發生變化，這種吸收或放出的熱量叫潛熱。潛熱不能用溫度計測量出來，人體也無法感受到，但可通過實驗計算出來。

　　飽和空氣在放出熱量后，一部分水蒸氣會相變成液態水，而此時飽和空氣溫度并不下降，這部分放出的熱量就是潛熱。

 

　　什么是空氣的焓值?

　　空氣的焓值是指空氣所含有的總熱量，通常以干空氣的單位質量為基準。焓用符號ι表示。

 

　　什么叫露點?它和什么有關?

　　未飽和空氣在保持水蒸氣分壓不變(即保持絕對含水量不變)情況下降低溫度，使之達到飽和狀態時的溫度叫露點。溫度降至露點時，濕空氣中便有凝結水滴析出。

　　濕空氣的露點不僅與溫度有關，而且與濕空氣中水分含量的多少有關。含水量大的露點高，含水量少的露點低。在一定的濕空氣溫度下，露點溫度越高，說明濕空氣中水蒸氣分壓力越大，濕空氣中水蒸氣的含量也越大。露點溫度在壓縮機工程中有重要用途，如空壓機出口溫度過低時，油氣桶內會因溫度過低而造成油氣混合物結露，使潤滑油含水影響潤滑效果。因此，空壓機出口溫度設計時必須保證不低于相應分壓力下的露點溫度。

 

　　什么是壓力露點?

　　濕空氣被壓縮后，水蒸氣密度增加，溫度也上升。壓縮空氣冷卻時，相對濕度便增加，當溫度繼續下降到相對濕度達100%時，便有水滴從壓縮空氣中析出，這時的溫度就是壓縮空氣的“壓力露點”。

 

　　壓力露點與常壓露點有什么關系?

　　壓力露點與常壓露點之間的對應關系與壓縮比有關，在壓力露點相同情況下，壓縮比越大，所對應的常壓露點越低。例如：0.7MPa的壓縮空氣壓力露點為2℃時，相當于常壓露點為-23℃。當壓力提高到1.0MPa時，同樣壓力露點為2℃時，其對應的常壓露點降到-28℃。

 

　　壓縮空氣露點用什么儀器來測量?

　　壓力露點單位雖然是攝氏度(℃)，但它的內涵是壓縮空氣的含水量。因此測量露點實際上就是測空氣的含水量。測量壓縮空氣露點的儀器很多，有用氮氣、乙醚等作冷源的“鏡面露點儀”，有用五氧化二磷、氯化鋰等作電解質的“電解濕度計”等。目前工業上普遍使用專用的氣體露點計來測量壓縮空氣的露點。

 

　　用露點儀測量壓縮空氣露點時應注意什么?

　　用露點儀測量空氣露點，特別是在被測空氣含水量極低時，操作要十分仔細和耐心。氣體采樣設備及連接管路必須是干燥的(至少要比被測氣體干燥)，管路連接應是完全密封的，氣體流速應按規定選取，而且要求有足夠長的預處理時間，稍一不慎，就會帶來很大誤差。實踐證明用五氧化二磷作電解質的“微水分測定儀”來測量經冷干機處理的壓縮空氣的壓力露點時，誤差很大。這是由于在測試過程中壓縮空氣會產生二次電解，使讀數值比實際高。所以在測量冷干機處理的壓縮空氣露點時，不應當使用這類儀器。

 

　　壓縮空氣的壓力露點應在干燥機哪個部位測量?

　　用露點儀測量壓縮空氣的壓力露點，取樣點應放在干燥機的排氣管道內，且樣氣中不能含有液態水滴。對于其他采樣點測出的露點都有誤差。

 

　　可以用蒸發溫度來代替壓力露點嗎?

　　在冷干機里，蒸發溫度(蒸發壓力)的讀數是不能用來代替壓縮空氣的壓力露點的。這是由于在換熱面積有限的蒸發器里，壓縮空氣與冷媒蒸發溫度在熱交換過程中存在不可忽略的溫差(有時可達4~6℃);壓縮空氣所能冷卻到的溫度總比冷媒蒸發溫度高。處于蒸發器與預冷器之間“氣水分離器”的分離效率也不可能是100%，總有一部分分離不盡的細小水滴會隨氣流進入預冷器，并在那里“二次蒸發”還原成水蒸氣，使壓縮空氣含水量增加，露點上升。因此在這種情況下，所測得的冷媒蒸發溫度總比壓縮空氣的實際壓力露點來得低。

 

　　在什么情況下可以用測量溫度的辦法來代替壓力露點?

　　用溫度計測量壓縮空氣壓力露點的理論依據是：如果被蒸發器強制冷卻后通過氣水分離器進入預冷器的壓縮空氣，其中所帶的凝結水在氣水分離器得到完全分離，那么此時所測得的壓縮空氣溫度即是它的壓力露點。雖然實際上氣水分離器的分離效率不可能達到100%，但在預冷器與蒸發器凝結水排出良好的情況下，進入氣水分離器并需通過氣水分離器排除的凝結水只占全部凝結水量的很少一部分。因此用這種方法測壓力露點誤差并不很大。

　　用這種方法測量壓縮空氣壓力露點時，溫度測點應選擇在冷干機蒸發器末端或氣水分離器內，因為這點壓縮空氣溫度最低。

 

　　壓縮空氣干燥方法有哪幾種?

　　壓縮空氣可以通過加壓、降溫、吸附等方法來除去其中的水蒸氣，并可通過加熱、過濾、機械分離等方法除去液態水分。

　　冷凍式干燥機就是對壓縮空氣進行降溫來排除其中所含水蒸氣，獲得相對干燥壓縮空氣的一種設備。空壓機的后部冷卻器也是利用降溫來排除其中所含水蒸氣。吸附式干燥器是利用吸附原理來排除壓縮空氣所含水蒸氣。

 

　　什么是壓縮空氣?有哪些特點?

　　空氣具有可壓縮性，經空氣壓縮機做機械功使本身體積縮小、壓力提高后的空氣叫壓縮空氣。

　　壓縮空氣是一種重要的動力源，與其他能源比，它具有下列明顯的特點：清晰透明，輸送方便，沒有特殊的有害性能，且無污染或低污染，溫度不高，沒有起火危險，不怕超負荷，能在許多不利環境下工作，獲取方便，取之不盡。

 

　　壓縮空氣里含有哪些雜質?

　　空壓機排出的壓縮空氣里含有很多雜質：①水，包括水霧、水蒸氣、凝結水;②油，包括油污、油蒸氣;③各種固態物質，如銹泥、金屬粉末、橡膠細末、焦油粒及濾材、密封材料的細末等，此外還有多種有害的化學異味物質等。

 

　　什么是氣源系統?由哪些部分組成?

　　由產生、處理和儲存壓縮空氣的設備所組成的系統稱為氣源系統。典型的氣源系統通常由下列部分組成：空氣壓縮機、后部冷卻器、過濾器(包括前置過濾器、油水分離器、管道過濾器、除油過濾器、除臭過濾器、滅菌過濾器等等)、穩壓儲氣罐、干燥機(冷凍式或吸附式)、自動排水排污器、輸氣管道、管路閥件、儀表等。上述設備根據工藝流程的不同需要，組合成完整的氣源系統。

 

　　壓縮空氣中的雜質有哪些危害?

　　從空壓機輸出的壓縮空氣中含有大量有害雜質，主要雜質是空氣中固體粒子、水分及含油。

　　汽化后的潤滑油會形成一種有機酸腐蝕設備，使橡膠、塑料、密封材料變質，堵塞小孔，造成閥類動作失靈，污染產品。

　　壓縮空氣中的飽和水分會在一定條件下凝結成水，并集聚在系統中一些部位。這些水分對元件和管道有銹蝕作用，造成運動部件卡死或磨損，使氣動元件動作失靈和漏氣;在寒冷地區，水分結冰會造成管道凍結或凍裂。

　　壓縮空氣中的灰塵等雜質會磨損氣缸、氣動電動機和氣動換向閥中的相對運動表面，降低系統的使用壽命。

 

　　為什么要對壓縮空氣進行凈化處理?

　　與液壓系統對液壓油的潔凈程度有較高要求一樣，氣動系統對壓縮空氣也有較高的質量要求。

　　由空氣壓縮機排出的空氣不能直接被氣動裝置使用。空氣壓縮機從大氣中吸入含有水分和灰塵的空氣，經壓縮后空氣的溫度提高到100℃以上，此時空氣壓縮機里的潤滑油也部分變成氣態。這樣，空氣壓縮機排出的壓縮空氣就是含有油分、水分及灰塵的高溫氣體。如果將這種壓縮空氣直接送給氣動系統，由于空氣質量不良，使氣動系統的可靠性和使用壽命大大降低，由此造成的損失往往大大超過氣源處理裝置的成本和維修費用，故正確選用氣源處理系統是絕對必要的。

 

　　氣源質量的標準有哪些?

　　不同用戶對氣源質量有不同要求。GB/T 13277.1-2008《一般用壓縮空氣質量等級》就是為此而制定的。該標準對壓縮空氣中固體粒子、水分及含油量作出了量的規定。

　　從更廣的意義上講，一個良好的氣源還應當在使用過程中壓力是穩定的，對周圍環境造成的污染是最小的。

　　⑴.壓縮空氣質量等級的表示方法。壓縮空氣質量等級用三個阿拉伯數字表示。如對某一污染物等級沒要求，則用“—”代替。

　　⑵.質量等級。

　　a.固體粒子。固體粒子尺寸和濃度的等級見表1-1。

　　

　　b.水、空氣中水蒸氣含量以壓力露點表示，壓力露點的等級見表1-2。

　　

　　c.總油量(包括油滴、懸浮粒子、油蒸氣)含油量等級見表1-3。

　　

　　壓縮空氣在工業被廣泛應用的原因是什么?

　　⑴.易于貯存：根據不同需求，可以貯存大容量的壓縮空氣。

　　⑵.控制簡單：作用氣動元件屬于簡單設計，因而適合較簡單控制的自動系統。

　　⑶.運動的選擇：氣動元件易于實現無級調速的直線和回轉運動。

　　⑷.售后成本低：由于氣動元件價格合適，整套裝置費用較低，而且氣動元件壽命長，所以維護費用較低。

　　⑸.可靠性：氣動元件有很長的工作壽命，所以系統有很高的可靠性。

　　⑹.適應性強：壓縮空氣很大程度上不受高溫、灰塵、腐蝕的影響，這一點是別的系統所不能及的。

　　⑺.環保減排：氣動元件是清潔的，以及有特殊的排出空氣處理方法，對環境污染少。

　　⑻.安全性：在危險地方不會引起火災，若系統過載執行元件只會停車或打滑。