空压机相关的一些计算及原理
作为空压机的销售工程师来说，除了必须了解自己公司的产品性能外，本文涉及的一些计算也是必不可少的，否则，你的专业背景将非常苍白。 本文本着“知其然，并知其所以然”的原则进行讲解... 问 ▍“标方”和“立方”的单位转换推导 答 1Nm³/min（标方）≈1.07m³/min 那么，这个换算是怎么得来的呢？ 这两种状态只有温度的区别：标方0℃（273K），立方20℃（293K） 再有，我们要用到“理想气体状态方程” 两种状态下压力、物质的量、常数均相同，不同的只是温度（热力学温度K） 推导出：V₁/T₁=V₂/T₂（也就是盖·吕萨克定律）。 设：V₁、T₁是标方，V₂、T₂是立方 则：V₁：V₂=T₁：T₂ 即：V₁：V₂=273：293 故：V₁≈1.07V₂ 结果：1Nm³/min≈1.07m³/min
问
▍试计算空压机的耗油量 答 250kW，8公斤，排气量为40m³/min的空压机，含油量为3PPM，则机组运行1000小时理论上耗油多少升？ 解答： ▪ 每立方每分钟耗油： ——3×1.2=3.6mg/m3 ▪ 40立方每分钟耗油： ——40×3.6/1000=0.144g ▪ 运行1000小时耗油： ——1000×60×0.144=8640g=8.64kg ▪ 换算成体积 8.64/0.8=10.8L （润滑油的密度约0.8） 以上只是理论耗油，实际当中要大于此值（油分芯过滤持续下降），如按4000小时计算，40立方的空压机则至少跑油40升（两桶）。通常40方空压机每次保养加油约10~12桶（18升/桶），耗油量约20%。 问 ▍高原气量计算 答 空压机从平原到高原，计算其排气量： 引用公式： V₁/V₂=R₂/R₁ V₁=平原地区气量，V₂=高原地区气量 R₁=平原的压缩比，R₂=高原的压缩比 例：空压机110kW，排气压力8bar，容积流量20m³/min，该机型在海拔2000米的高度的排气量为多少?（2000米时的大气压假定为0.85bar，真实计算时可查阅海拔对应的大气压表） 解：根据公式 V₁/V₂=R₂/R₁ （标号1为平原，2为高原） V₂=V₁R₁/R₂ R₁=9/1=9 R₂=(8+0.85)/0.85=10.4 V₂=20×9/10.4=17.3m³/min 则：该机型在海拔2000米的高度的排气量为17.3m³/min，意味着这台空压机在高原地区使用的话，排气量有明显衰减。 所以，如高原地区客户需求某一定量的压缩空气，需要注意我们的空压机排气量高海拔衰减后是否能满足要求。 与此同时，很多提出需求的客户，尤其经设计院设计的，还总喜欢使用Nm³/min的单位，需注意转换后再计算。 问 ▍空压机充罐时间的计算 答 空压机充满一个储气罐要多长时间？虽然这样计算并没有什么太大的用，相当不准确，最多只能算一个近似值。但很多用户出于对空压机实际排气量的怀疑，还是愿意尝试这种方法，所以这种计算的场景也还是挺多的。 首先是这种计算的原理：实际也就是两种气体状态的体积转换。 其次是这种计算误差大的原因：一是某些必要的数据现场根本没有条件测量，例如温度，所以只能忽略；二是测量的实际操作性无法精确，如空压机需满载时切换到充罐状态。 但是，即便如此，有需求的话我们还是要知道是怎么个计算法： 例：10m³/min，8bar的空压机多长时间可以将一个2m³的储气罐充满？ 说明：什么叫充满？就是说空压机后接2立方的储气罐，储气罐的排气端阀门关闭，直到空压机打到8bar卸载，储气罐表压也为8公斤。这段时间需要多长？ 注意：这个时间需要从空压机开始加载算起，不能包括前面星三角转换，或者变频机升频的过程。这就是为什么说现场实际操作无法精确的原因。如果空压机后接管道有旁通，在空压机满载状态快速切换到充储气罐的管路，误差将小一些。 首先是最简单的方法（估算）： 在不考虑温度的情况下： p₁V₁=p₂V₂（波义耳-马略特定律） 通过这个式子发现，气体体积变化的大小实际就是压缩比。 则：t=V₁/（V₂/R）min （标号1为储气罐容积，2为空压机容积流量） t=2m³/（10m³/9）min=1.8min 充满约需1.8分钟，即约1分48秒。 其次是稍微复杂的方法： 其中： Q0－未计及冷凝水的压缩机容积流量m3/min； Vk－储气罐容积m3； τ－充气时间min； px1－压缩机吸气压力MPa； Tx1－压缩机吸气温度K； pk1－充气开始时储气罐内气体压力MPa； pk2－充气终止，热平衡后储气罐内气体压力MPa； Tk1－充气开始时储气罐内气体温度K； Tk2－充气终止，热平衡后储气罐内气体温度K； Tk －储气罐内气体温度K。 问 ▍气动工具耗气量计算 答 各气动装置在断续工作时（即时用时停）的气源系统耗气量计算方法： Q＝0.5ψ×K1×K2×K3×Qmax m³/min 其中： Qmax－实际需要的最大耗气量。 ψ－利用系数。 它考虑到全部气动设备不会同时使用的系数，经验值0.95～0.65，一般情况下气动设备数目越多，则同时使用的情况愈少，其值就小，反之其值就大。2台设备取0.95，4台设备取0.9，6台设备取0.85，8台设备取0.8，10台以上设备取0.65。 K1－漏损系数，值在1.2～1.5范围内选取。 K2－备用系数，值在1.2～1.6范围内选取。 K3－不平均系数 它考虑气源系统中按平均耗气量计算中有不平均的因素存在，为保证其最大使用量而设，其值在1.2～1.4范围内选取。 问 ▍气量不足时，计算气量差额 答 由于用气设备增加导致供气量不足，欲维持额定的工作压力需增加多大的空压机才可以满足。 公式： 其中： Q实－实际状态下系统所需的空压机流量； Q原－原使用的空压机容积流量； P实－实际状况下所能达到的压力MPa； P原－原使用所能达到的工作压力MPa； ΔQ－需增加的容积流量（m3/min）。 例：原有空压机为10立方8公斤，用户增加设备目前空压机压力只能打到5公斤，问，需要增加至少多大的空压机才能满足8公斤的用气需求。 △Q=10*（0.8-0.5）/（0.5+0.1013） ≈4.99m³/min 故：需要至少排气量为4.99立方8公斤的空压机。 实际上此一公式的原理是：通过计算距目标压力的差额，占当前压力的比例。此比例套用到当前所用空压机的流量，即得出距目标流量的值。
