【壓縮機(jī)網(wǎng)】接上期——
有一門學(xué)科與壓縮機(jī)緊密相關(guān)，那就是熱力學(xué)。熱力學(xué)理論比螺桿壓縮機(jī)的出現(xiàn)早了100多年，熱力學(xué)的歷史可以追溯到1650年。1824年卡諾發(fā)表了著作《論火的動力》，奠定了現(xiàn)代熱力學(xué)。螺桿壓縮機(jī)直到1934年才出現(xiàn)。壓縮機(jī)有三個過程與熱力學(xué)息息相關(guān)：等溫壓縮、絕熱壓縮和多變壓縮。
等溫壓縮：就是在壓縮過程中工質(zhì)的溫度保持恒定不變；
絕熱壓縮：就是在壓縮過程中工質(zhì)不與外界發(fā)生熱交換；
多變壓縮：就是介于等溫壓縮和絕熱壓縮之間，更反映現(xiàn)實(shí)情況的壓縮過程。
2.1等溫壓縮
在壓縮過程中，氣體的溫度保持不變時，壓力隨體積的變化關(guān)系。
主機(jī)軸功率計(jì)算：
Pt=1.667 Ps Qv ln(Pd/Ps)公式（1）
Pt-壓縮機(jī)主機(jī)的等溫壓縮功率(kW)
Ps-壓縮機(jī)的吸氣壓力(bar)
Pd-壓縮機(jī)的排氣壓力(bar)
Qv-壓縮機(jī)的容積流量(m3/min)
密閉容器中的定量氣體，在恒溫下，氣體的壓強(qiáng)和體積成反比關(guān)系。
氣體狀態(tài)方程：
PV=nRT→P1V1=P2V2=常數(shù)公式（2）
這是一個理想過程，在工程計(jì)算中只能無限接近。
2.2絕熱壓縮
在氣體壓縮或者膨脹時熵保持不變，與周圍沒有熱交換。
主機(jī)軸功率計(jì)算：
公式（3）
Pad-壓縮機(jī)主機(jī)的等熵絕熱功率(kW)
Ps-壓縮機(jī)的吸氣壓力(bar)
Pd-壓縮機(jī)的排氣壓力(bar)
Qv-壓縮機(jī)的實(shí)際容積流量(m3/min)
k-被壓縮氣體的等熵指數(shù)
氣體狀態(tài)方程：
公式（4）
p=絕對壓力(Pa)
V=容積(m3)
T=絕對溫度(K)
κ=Cp/Cv=絕熱指數(shù)，空氣1.4
2.3多變壓縮
等溫壓縮是與外界發(fā)生完全熱交換的壓縮，絕熱壓縮是與外界沒有任何熱交換的壓縮。而實(shí)際上，所有壓縮機(jī)均處于兩種極端之間，即多變壓縮。
軸功率計(jì)算：
公式（5）
Pd-壓縮機(jī)主機(jī)的多變壓縮功率(kW)
Ps-壓縮機(jī)的吸氣壓力(bar)
Pd-壓縮機(jī)的排氣壓力(bar)
Qv-壓縮機(jī)的實(shí)際容積流量(m3/min)
m-被壓縮氣體的多變指數(shù)
2.4三種壓縮軸功率比較
舉例1
已知：Qv=45.4545(m3/min)，Ps=0.1(MPa)，Pd=0.8(MPa)，單級壓縮Ts=20℃。Td=75℃；二級壓縮參數(shù)：Ts1=20℃，Td1=Ts1+55=75℃；Ts2=Td1-8=67℃，Td2=Ts1+55=75℃
等溫壓縮：m=1（空氣，Td=20℃）；
絕熱壓縮：m=1.4（空氣，單級Td=260℃）；
多變壓縮：單級壓縮m=1.09，2級壓縮m1=1.2；m2=1.02
計(jì)算結(jié)果如圖23
在多變壓縮過程中，二級壓縮相對于單級壓縮理論上能省功3.78%，見圖24。得益于：二級壓縮壓比小于單級壓縮，容積效率高。接觸線泄露和余隙容積（泄露三角區(qū)和封閉容積）占比變??；二段壓縮的第二段壓縮多變指數(shù)接近等溫壓縮。
2.5螺桿壓縮機(jī)主機(jī)在不同壓力下需要潤滑油最低溫度
由于噴油螺桿空壓機(jī)中的潤滑油有等作用，因此，潤滑油失效對于主機(jī)來說是致命的傷害。由于空氣中含有水蒸汽，水蒸汽在一定的壓力下存在不同的壓力露點(diǎn)溫度，當(dāng)氣和油混合后，溫度低于壓力露點(diǎn)時，就會有液體水析出，使得潤滑油乳化失效。因此，不同壓力下，螺桿空壓機(jī)的油溫不能低于圖26的壓力露點(diǎn)。
三、螺桿壓縮機(jī)主機(jī)性能
3.1螺桿空壓機(jī)主機(jī)基本性能
壓縮氣體是通過消耗外部能量使氣體獲得壓力勢能的過程，壓縮機(jī)正是壓縮氣體的締造者。因此，螺桿空壓機(jī)主機(jī)基本性能離不開這四個方面：壓力、流量、功率和比功率。見圖27?！ ?.1.1螺桿空壓機(jī)主機(jī)基本性能-壓力
獲取壓縮空氣的壓力勢能是空壓機(jī)最基本的性能，螺桿空壓機(jī)也不例外。螺桿空壓機(jī)主機(jī)通過消耗外部能源來提高空氣的壓力，壓力越高，消耗能量越多，同時對主機(jī)要求也越高。通常我們把空壓機(jī)按輸出壓力分為四類：
低壓：0.2～1.0MPa
中壓：1.0～10MPa
高壓：10～100MPa
超高壓：100MPa以上
螺桿空壓機(jī)通常輸出壓力在0.2～4.0MPa，也就是說在此區(qū)間其性能、可行性和經(jīng)濟(jì)性較好。這是由于壓縮機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)和工作方式?jīng)Q定的，同時也是市場需求最多的壓力段。見圖28，氣體壓力坐標(biāo)顯示。
空壓機(jī)提供壓縮空氣壓力主要提供壓比來衡量，就是輸出壓力Pd與吸氣壓力Ps的比值，比值越高，輸出壓力越高。
ε=Pd/Ps公式（6）
對于螺桿空壓機(jī)主機(jī)而言，有內(nèi)壓比和外壓比。
內(nèi)壓比：主機(jī)齒間容積內(nèi)的壓力與吸氣壓力之比，吸、排氣口的位置與形狀決定；
外壓比：排氣管內(nèi)的壓力與吸氣壓力之比。運(yùn)行工況或工藝流程所需要的吸、排氣壓力。
當(dāng)內(nèi)壓力比≠外壓力比時，主機(jī)都會多耗功；當(dāng)內(nèi)壓力比=外壓力比時，主機(jī)才是最佳狀態(tài)。
對于螺桿空壓機(jī)主機(jī)來說，當(dāng)主機(jī)、環(huán)境溫度、吸氣壓力、主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)等因素相同的情況下，輸出壓力越高，功耗越高。見圖30。
3.1.2螺桿空壓機(jī)主機(jī)基本性能-流量
流量通常由質(zhì)量流量和容積流量，在空壓系統(tǒng)行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中，我們通常采用容積流量作為流量計(jì)量方式，在我國又被稱為排氣量或銘牌流量：在所要求的排氣壓力下，空壓機(jī)單位時間內(nèi)排出的氣體容積，折算到進(jìn)氣狀態(tài)，也即第一級進(jìn)氣接管處的吸氣壓力與吸氣溫度和濕度時的容積值。單位為m3/min。容積流量分實(shí)際容積流量和標(biāo)準(zhǔn)容積流量。
通常的樣本、選型、機(jī)器銘牌都是用標(biāo)準(zhǔn)容積流量。標(biāo)準(zhǔn)容積流量在壓縮空氣市場需求由于行業(yè)、地域及用途，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（溫度，壓力及組份）的差異有兩種定義：
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為壓力P=101.325KPa；標(biāo)準(zhǔn)溫度T=0℃；相對濕度為0%。通常在工業(yè)氣體，化工行業(yè)或投標(biāo)標(biāo)書中經(jīng)常遇到，簡稱“標(biāo)方”，通常算式符號為“VN”，單位為Nm3/min。
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為壓力P=101.325KPa；標(biāo)準(zhǔn)溫度T=20℃；相對濕度為0%。通常在壓縮空氣行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用，稱為“標(biāo)準(zhǔn)工況”，通常算式符號為“V”，單位為m3/min。
通常我們空壓機(jī)行業(yè)采用的標(biāo)準(zhǔn)容積流量是后一種，兩個狀態(tài)下的容積流量換算可以通過公式：
V(m3/min)=1.0732VN(Nm3/min)公式（7）
對于螺桿空壓機(jī)主機(jī)來說，在其他條件相同的情況下，轉(zhuǎn)子中心距越大，其容積流量越大；主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)越高，其容積流量越大。
V容積流量=qv主機(jī)壓縮容積×n機(jī)頭轉(zhuǎn)數(shù)公式（8）
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3公式（9）
式中Z1——陽轉(zhuǎn)子的齒數(shù)；n——陽轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；λ——轉(zhuǎn)子長徑比；D——陽轉(zhuǎn)子的外徑。
因此，我們通常為了經(jīng)濟(jì)性，減少主機(jī)種類，可以通過確定主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)來調(diào)節(jié)空壓機(jī)的排氣量以滿足市場需求。
但是，螺桿空壓機(jī)主機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)不可能無限高，通常在800～10000rpm之間，見圖31。所以，螺桿主機(jī)廠開發(fā)出不同容積流量段范圍的主機(jī)來滿足螺桿空壓機(jī)對流量的要求。見圖32。
根據(jù)產(chǎn)生壓縮空氣容積流量不同，空壓機(jī)通?？梢苑譃椋?/p>
微型壓縮機(jī)<1m3/min;
小型壓縮機(jī)1～10 m3/min;
中型壓縮機(jī)>10～<100 m3/min;
大型壓縮機(jī)≥100 m3/min
螺桿空壓機(jī)主機(jī)適用于單機(jī)在1～100 m3/min最具有可靠性和經(jīng)濟(jì)性，也是空壓機(jī)市場主要機(jī)型。見圖28橫坐標(biāo)指示。
3.1.3螺桿空壓機(jī)主機(jī)基本性能-功率
我們從圖33的壓縮機(jī)示功圖可以看出壓縮機(jī)工作過程做功過程：
1-2-3-4曲線圍成的面積就是壓縮機(jī)的耗功。從圖面積大小我們可以看出：等溫壓縮最省功，絕熱壓縮最耗功。
W等溫<W多變<W絕熱
前面第二章介紹過了等溫壓縮主機(jī)功率計(jì)算（見公式1）和絕熱壓縮主機(jī)功率計(jì)算（見公式2），壓力越高，主機(jī)耗功越高；容積流量越大，主機(jī)耗功越高，見圖34。
3.1.4螺桿空壓機(jī)主機(jī)比功率及計(jì)算
在空壓機(jī)主機(jī)在工作時單位時間的容積流量所消耗的軸功率。比功率的單位為：kW/（m3/min）。
其計(jì)算公式如下：
SER主機(jī)=Pd主機(jī)/qv公式（10）
Pd主機(jī)——主機(jī)軸功率；
qv——主機(jī)單位時間容積流量
如圖35，某主機(jī)性能參數(shù)在規(guī)定工況下，排氣壓力在0.7MPa時軸功率和氣量（見方框）。
其比功率值為：
SER主機(jī)=117/23.1=5.065（kW/（m3/min））
螺桿空壓機(jī)主機(jī)的比功率值越小，其能耗越低，主機(jī)性能越好。在流量不變的情況下，輸出壓力越高，主機(jī)軸功率越大，因此其比功率值越大，見圖36。
每一款螺桿空壓機(jī)主機(jī)都有最佳比功率值，這與主機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)。當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)過低時泄漏增加，氣量減少而導(dǎo)致比功率值變高；當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)過高時摩擦力增加，軸功率增加而導(dǎo)致比功率值變高，見37。但一定有一個最佳轉(zhuǎn)數(shù)使得比功率值為最低。這就是為什么說，主機(jī)越大越節(jié)能是不一定正確的緣由。
圖38中的紅色曲線就是某螺桿主機(jī)可以選用氣量與可接受比功率值的主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)范圍，也是我們在設(shè)計(jì)變頻空壓機(jī)挑選主機(jī)及轉(zhuǎn)數(shù)的依據(jù)。
我們在設(shè)計(jì)螺桿空壓機(jī)及變頻空壓機(jī)時，在保證品質(zhì)的同時，也要考慮主機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化。因此，我們會利用主機(jī)比功率值曲線來設(shè)計(jì)開發(fā)不同壓力及流量的螺桿空壓機(jī)，見圖39。
3.2螺桿空壓機(jī)主機(jī)噴油量及計(jì)算
在市場上，大多數(shù)螺桿空壓機(jī)需要潤滑油的參與，因?yàn)闈櫥驮诼輻U空壓機(jī)工作的時候必不可少，有七大功能：潤滑、密封、冷卻、保護(hù)、減震、降噪、清潔。
特別是冷卻功效，就是我們在螺桿空壓機(jī)工作的時候時常要關(guān)注空壓機(jī)控制器顯示中的油溫不能高也不能過低。
為什么主機(jī)排氣油溫不能過高？通常我們設(shè)定在105℃時候報(bào)警，110℃時候跳機(jī)？一個原因是螺桿空壓機(jī)潤滑油在高于120℃時候其性能和功效會大打折扣，同時，冷卻主機(jī)也是一為了避免主機(jī)絕熱壓縮帶來功耗過大，二是為了避免主機(jī)過熱影響壽命。
為什么主機(jī)排氣油溫不能過低呢？這就是我們在第二章中“2.5螺桿壓縮機(jī)主機(jī)在不同壓力下需要潤滑油最低溫度”提到的，油溫過低會帶來空氣中水蒸汽液化，從而引起潤滑油的乳化和失效。
通常我們在設(shè)計(jì)螺桿空壓機(jī)時，油溫控制在：
風(fēng)冷螺桿空壓機(jī)：T油=T環(huán)境+15℃公式（11）
水冷螺桿空壓機(jī)：T油=T環(huán)境+8℃公式（12）
螺桿空壓機(jī)噴油量的計(jì)算也是設(shè)計(jì)工程師必備的工作，在給定排氣溫度后，螺桿壓縮機(jī)的噴油量可由壓縮機(jī)的熱平衡式?jīng)Q定。由能量守恒定律，得壓縮機(jī)的熱平衡式為：
p=qmgcpg（Td-Tsg）+qmocpo（Td-Tso）公式（13）
式中P——壓縮機(jī)軸功率；
qmg——?dú)怏w質(zhì)量流量；
qmo——噴油質(zhì)量流量；
cpg——?dú)怏w的比定壓熱容；
cpo——油的比定壓熱容；
Tsg——?dú)怏w的進(jìn)氣溫度；
Tso——噴油溫度；
現(xiàn)在，每個主機(jī)供應(yīng)商都會提供每一個壓力段下，潤滑油的噴油量。大大減輕了螺桿空壓機(jī)設(shè)計(jì)工程師的負(fù)擔(dān)。見圖41藍(lán)框。
注：本文未完待續(xù)，更多精彩內(nèi)容見下期！
作者簡介
梁柳生，高級工程師，1990開始從事空壓機(jī)行業(yè)工作；有在國企、合資及外企工作經(jīng)歷，其中22年在AC集團(tuán)工作。先后從事過空壓機(jī)及后處理設(shè)備的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品工藝、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤服務(wù)等及全國銷售總監(jiān)并有在歐洲學(xué)習(xí)和工作的經(jīng)歷。2017年創(chuàng)辦上善氣體工作室，專業(yè)從事壓縮空氣系統(tǒng)研究，行業(yè)精益生產(chǎn)管理及銷售的培訓(xùn)工作
國家標(biāo)準(zhǔn)JBT10526-2005《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》第一起草人
全國壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會委員
【壓縮機(jī)網(wǎng)】接上期——
有一門學(xué)科與壓縮機(jī)緊密相關(guān)，那就是熱力學(xué)。熱力學(xué)理論比螺桿壓縮機(jī)的出現(xiàn)早了100多年，熱力學(xué)的歷史可以追溯到1650年。1824年卡諾發(fā)表了著作《論火的動力》，奠定了現(xiàn)代熱力學(xué)。螺桿壓縮機(jī)直到1934年才出現(xiàn)。壓縮機(jī)有三個過程與熱力學(xué)息息相關(guān)：等溫壓縮、絕熱壓縮和多變壓縮。
等溫壓縮：就是在壓縮過程中工質(zhì)的溫度保持恒定不變；
絕熱壓縮：就是在壓縮過程中工質(zhì)不與外界發(fā)生熱交換；
多變壓縮：就是介于等溫壓縮和絕熱壓縮之間，更反映現(xiàn)實(shí)情況的壓縮過程。
2.1等溫壓縮
在壓縮過程中，氣體的溫度保持不變時，壓力隨體積的變化關(guān)系。
主機(jī)軸功率計(jì)算：
Pt=1.667 Ps Qv ln(Pd/Ps)公式（1）
Pt-壓縮機(jī)主機(jī)的等溫壓縮功率(kW)
Ps-壓縮機(jī)的吸氣壓力(bar)
Pd-壓縮機(jī)的排氣壓力(bar)
Qv-壓縮機(jī)的容積流量(m3/min)
密閉容器中的定量氣體，在恒溫下，氣體的壓強(qiáng)和體積成反比關(guān)系。
氣體狀態(tài)方程：
PV=nRT→P1V1=P2V2=常數(shù)公式（2）
這是一個理想過程，在工程計(jì)算中只能無限接近。
2.2絕熱壓縮
在氣體壓縮或者膨脹時熵保持不變，與周圍沒有熱交換。
主機(jī)軸功率計(jì)算：
公式（3）
Pad-壓縮機(jī)主機(jī)的等熵絕熱功率(kW)
Ps-壓縮機(jī)的吸氣壓力(bar)
Pd-壓縮機(jī)的排氣壓力(bar)
Qv-壓縮機(jī)的實(shí)際容積流量(m3/min)
k-被壓縮氣體的等熵指數(shù)
氣體狀態(tài)方程：
公式（4）
p=絕對壓力(Pa)
V=容積(m3)
T=絕對溫度(K)
κ=Cp/Cv=絕熱指數(shù)，空氣1.4
2.3多變壓縮
等溫壓縮是與外界發(fā)生完全熱交換的壓縮，絕熱壓縮是與外界沒有任何熱交換的壓縮。而實(shí)際上，所有壓縮機(jī)均處于兩種極端之間，即多變壓縮。
軸功率計(jì)算：
公式（5）
Pd-壓縮機(jī)主機(jī)的多變壓縮功率(kW)
Ps-壓縮機(jī)的吸氣壓力(bar)
Pd-壓縮機(jī)的排氣壓力(bar)
Qv-壓縮機(jī)的實(shí)際容積流量(m3/min)
m-被壓縮氣體的多變指數(shù)
2.4三種壓縮軸功率比較
舉例1
已知：Qv=45.4545(m3/min)，Ps=0.1(MPa)，Pd=0.8(MPa)，單級壓縮Ts=20℃。Td=75℃；二級壓縮參數(shù)：Ts1=20℃，Td1=Ts1+55=75℃；Ts2=Td1-8=67℃，Td2=Ts1+55=75℃
等溫壓縮：m=1（空氣，Td=20℃）；
絕熱壓縮：m=1.4（空氣，單級Td=260℃）；
多變壓縮：單級壓縮m=1.09，2級壓縮m1=1.2；m2=1.02
計(jì)算結(jié)果如圖23
在多變壓縮過程中，二級壓縮相對于單級壓縮理論上能省功3.78%，見圖24。得益于：二級壓縮壓比小于單級壓縮，容積效率高。接觸線泄露和余隙容積（泄露三角區(qū)和封閉容積）占比變??；二段壓縮的第二段壓縮多變指數(shù)接近等溫壓縮。
2.5螺桿壓縮機(jī)主機(jī)在不同壓力下需要潤滑油最低溫度
由于噴油螺桿空壓機(jī)中的潤滑油有等作用，因此，潤滑油失效對于主機(jī)來說是致命的傷害。由于空氣中含有水蒸汽，水蒸汽在一定的壓力下存在不同的壓力露點(diǎn)溫度，當(dāng)氣和油混合后，溫度低于壓力露點(diǎn)時，就會有液體水析出，使得潤滑油乳化失效。因此，不同壓力下，螺桿空壓機(jī)的油溫不能低于圖26的壓力露點(diǎn)。
三、螺桿壓縮機(jī)主機(jī)性能
3.1螺桿空壓機(jī)主機(jī)基本性能
壓縮氣體是通過消耗外部能量使氣體獲得壓力勢能的過程，壓縮機(jī)正是壓縮氣體的締造者。因此，螺桿空壓機(jī)主機(jī)基本性能離不開這四個方面：壓力、流量、功率和比功率。見圖27?！ ?.1.1螺桿空壓機(jī)主機(jī)基本性能-壓力
獲取壓縮空氣的壓力勢能是空壓機(jī)最基本的性能，螺桿空壓機(jī)也不例外。螺桿空壓機(jī)主機(jī)通過消耗外部能源來提高空氣的壓力，壓力越高，消耗能量越多，同時對主機(jī)要求也越高。通常我們把空壓機(jī)按輸出壓力分為四類：
低壓：0.2～1.0MPa
中壓：1.0～10MPa
高壓：10～100MPa
超高壓：100MPa以上
螺桿空壓機(jī)通常輸出壓力在0.2～4.0MPa，也就是說在此區(qū)間其性能、可行性和經(jīng)濟(jì)性較好。這是由于壓縮機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)和工作方式?jīng)Q定的，同時也是市場需求最多的壓力段。見圖28，氣體壓力坐標(biāo)顯示。
空壓機(jī)提供壓縮空氣壓力主要提供壓比來衡量，就是輸出壓力Pd與吸氣壓力Ps的比值，比值越高，輸出壓力越高。
ε=Pd/Ps公式（6）
對于螺桿空壓機(jī)主機(jī)而言，有內(nèi)壓比和外壓比。
內(nèi)壓比：主機(jī)齒間容積內(nèi)的壓力與吸氣壓力之比，吸、排氣口的位置與形狀決定；
外壓比：排氣管內(nèi)的壓力與吸氣壓力之比。運(yùn)行工況或工藝流程所需要的吸、排氣壓力。
當(dāng)內(nèi)壓力比≠外壓力比時，主機(jī)都會多耗功；當(dāng)內(nèi)壓力比=外壓力比時，主機(jī)才是最佳狀態(tài)。
對于螺桿空壓機(jī)主機(jī)來說，當(dāng)主機(jī)、環(huán)境溫度、吸氣壓力、主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)等因素相同的情況下，輸出壓力越高，功耗越高。見圖30。
3.1.2螺桿空壓機(jī)主機(jī)基本性能-流量
流量通常由質(zhì)量流量和容積流量，在空壓系統(tǒng)行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中，我們通常采用容積流量作為流量計(jì)量方式，在我國又被稱為排氣量或銘牌流量：在所要求的排氣壓力下，空壓機(jī)單位時間內(nèi)排出的氣體容積，折算到進(jìn)氣狀態(tài)，也即第一級進(jìn)氣接管處的吸氣壓力與吸氣溫度和濕度時的容積值。單位為m3/min。容積流量分實(shí)際容積流量和標(biāo)準(zhǔn)容積流量。
通常的樣本、選型、機(jī)器銘牌都是用標(biāo)準(zhǔn)容積流量。標(biāo)準(zhǔn)容積流量在壓縮空氣市場需求由于行業(yè)、地域及用途，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（溫度，壓力及組份）的差異有兩種定義：
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為壓力P=101.325KPa；標(biāo)準(zhǔn)溫度T=0℃；相對濕度為0%。通常在工業(yè)氣體，化工行業(yè)或投標(biāo)標(biāo)書中經(jīng)常遇到，簡稱“標(biāo)方”，通常算式符號為“VN”，單位為Nm3/min。
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為壓力P=101.325KPa；標(biāo)準(zhǔn)溫度T=20℃；相對濕度為0%。通常在壓縮空氣行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用，稱為“標(biāo)準(zhǔn)工況”，通常算式符號為“V”，單位為m3/min。
通常我們空壓機(jī)行業(yè)采用的標(biāo)準(zhǔn)容積流量是后一種，兩個狀態(tài)下的容積流量換算可以通過公式：
V(m3/min)=1.0732VN(Nm3/min)公式（7）
對于螺桿空壓機(jī)主機(jī)來說，在其他條件相同的情況下，轉(zhuǎn)子中心距越大，其容積流量越大；主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)越高，其容積流量越大。
V容積流量=qv主機(jī)壓縮容積×n機(jī)頭轉(zhuǎn)數(shù)公式（8）
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3公式（9）
式中Z1——陽轉(zhuǎn)子的齒數(shù)；n——陽轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；λ——轉(zhuǎn)子長徑比；D——陽轉(zhuǎn)子的外徑。
因此，我們通常為了經(jīng)濟(jì)性，減少主機(jī)種類，可以通過確定主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)來調(diào)節(jié)空壓機(jī)的排氣量以滿足市場需求。
但是，螺桿空壓機(jī)主機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)不可能無限高，通常在800～10000rpm之間，見圖31。所以，螺桿主機(jī)廠開發(fā)出不同容積流量段范圍的主機(jī)來滿足螺桿空壓機(jī)對流量的要求。見圖32。
根據(jù)產(chǎn)生壓縮空氣容積流量不同，空壓機(jī)通?？梢苑譃椋?/p>
微型壓縮機(jī)<1m3/min;
小型壓縮機(jī)1～10 m3/min;
中型壓縮機(jī)>10～<100 m3/min;
大型壓縮機(jī)≥100 m3/min
螺桿空壓機(jī)主機(jī)適用于單機(jī)在1～100 m3/min最具有可靠性和經(jīng)濟(jì)性，也是空壓機(jī)市場主要機(jī)型。見圖28橫坐標(biāo)指示。
3.1.3螺桿空壓機(jī)主機(jī)基本性能-功率
我們從圖33的壓縮機(jī)示功圖可以看出壓縮機(jī)工作過程做功過程：
1-2-3-4曲線圍成的面積就是壓縮機(jī)的耗功。從圖面積大小我們可以看出：等溫壓縮最省功，絕熱壓縮最耗功。
W等溫<W多變<W絕熱
前面第二章介紹過了等溫壓縮主機(jī)功率計(jì)算（見公式1）和絕熱壓縮主機(jī)功率計(jì)算（見公式2），壓力越高，主機(jī)耗功越高；容積流量越大，主機(jī)耗功越高，見圖34。
3.1.4螺桿空壓機(jī)主機(jī)比功率及計(jì)算
在空壓機(jī)主機(jī)在工作時單位時間的容積流量所消耗的軸功率。比功率的單位為：kW/（m3/min）。
其計(jì)算公式如下：
SER主機(jī)=Pd主機(jī)/qv公式（10）
Pd主機(jī)——主機(jī)軸功率；
qv——主機(jī)單位時間容積流量
如圖35，某主機(jī)性能參數(shù)在規(guī)定工況下，排氣壓力在0.7MPa時軸功率和氣量（見方框）。
其比功率值為：
SER主機(jī)=117/23.1=5.065（kW/（m3/min））
螺桿空壓機(jī)主機(jī)的比功率值越小，其能耗越低，主機(jī)性能越好。在流量不變的情況下，輸出壓力越高，主機(jī)軸功率越大，因此其比功率值越大，見圖36。
每一款螺桿空壓機(jī)主機(jī)都有最佳比功率值，這與主機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)。當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)過低時泄漏增加，氣量減少而導(dǎo)致比功率值變高；當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)過高時摩擦力增加，軸功率增加而導(dǎo)致比功率值變高，見37。但一定有一個最佳轉(zhuǎn)數(shù)使得比功率值為最低。這就是為什么說，主機(jī)越大越節(jié)能是不一定正確的緣由。
圖38中的紅色曲線就是某螺桿主機(jī)可以選用氣量與可接受比功率值的主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)范圍，也是我們在設(shè)計(jì)變頻空壓機(jī)挑選主機(jī)及轉(zhuǎn)數(shù)的依據(jù)。
我們在設(shè)計(jì)螺桿空壓機(jī)及變頻空壓機(jī)時，在保證品質(zhì)的同時，也要考慮主機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化。因此，我們會利用主機(jī)比功率值曲線來設(shè)計(jì)開發(fā)不同壓力及流量的螺桿空壓機(jī)，見圖39。
3.2螺桿空壓機(jī)主機(jī)噴油量及計(jì)算
在市場上，大多數(shù)螺桿空壓機(jī)需要潤滑油的參與，因?yàn)闈櫥驮诼輻U空壓機(jī)工作的時候必不可少，有七大功能：潤滑、密封、冷卻、保護(hù)、減震、降噪、清潔。
特別是冷卻功效，就是我們在螺桿空壓機(jī)工作的時候時常要關(guān)注空壓機(jī)控制器顯示中的油溫不能高也不能過低。
為什么主機(jī)排氣油溫不能過高？通常我們設(shè)定在105℃時候報(bào)警，110℃時候跳機(jī)？一個原因是螺桿空壓機(jī)潤滑油在高于120℃時候其性能和功效會大打折扣，同時，冷卻主機(jī)也是一為了避免主機(jī)絕熱壓縮帶來功耗過大，二是為了避免主機(jī)過熱影響壽命。
為什么主機(jī)排氣油溫不能過低呢？這就是我們在第二章中“2.5螺桿壓縮機(jī)主機(jī)在不同壓力下需要潤滑油最低溫度”提到的，油溫過低會帶來空氣中水蒸汽液化，從而引起潤滑油的乳化和失效。
通常我們在設(shè)計(jì)螺桿空壓機(jī)時，油溫控制在：
風(fēng)冷螺桿空壓機(jī)：T油=T環(huán)境+15℃公式（11）
水冷螺桿空壓機(jī)：T油=T環(huán)境+8℃公式（12）
螺桿空壓機(jī)噴油量的計(jì)算也是設(shè)計(jì)工程師必備的工作，在給定排氣溫度后，螺桿壓縮機(jī)的噴油量可由壓縮機(jī)的熱平衡式?jīng)Q定。由能量守恒定律，得壓縮機(jī)的熱平衡式為：
p=qmgcpg（Td-Tsg）+qmocpo（Td-Tso）公式（13）
式中P——壓縮機(jī)軸功率；
qmg——?dú)怏w質(zhì)量流量；
qmo——噴油質(zhì)量流量；
cpg——?dú)怏w的比定壓熱容；
cpo——油的比定壓熱容；
Tsg——?dú)怏w的進(jìn)氣溫度；
Tso——噴油溫度；
現(xiàn)在，每個主機(jī)供應(yīng)商都會提供每一個壓力段下，潤滑油的噴油量。大大減輕了螺桿空壓機(jī)設(shè)計(jì)工程師的負(fù)擔(dān)。見圖41藍(lán)框。
注：本文未完待續(xù)，更多精彩內(nèi)容見下期！
作者簡介
梁柳生，高級工程師，1990開始從事空壓機(jī)行業(yè)工作；有在國企、合資及外企工作經(jīng)歷，其中22年在AC集團(tuán)工作。先后從事過空壓機(jī)及后處理設(shè)備的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品工藝、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤服務(wù)等及全國銷售總監(jiān)并有在歐洲學(xué)習(xí)和工作的經(jīng)歷。2017年創(chuàng)辦上善氣體工作室，專業(yè)從事壓縮空氣系統(tǒng)研究，行業(yè)精益生產(chǎn)管理及銷售的培訓(xùn)工作
國家標(biāo)準(zhǔn)JBT10526-2005《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》第一起草人
全國壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會委員
網(wǎng)友評論
條評論
最新評論