壓縮空氣基礎(chǔ)物理理論

1、Committed to Sustainable Productivity壓縮空氣基本理論壓縮空氣基本理論 Atlas Copco Group Presentation 20102基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-空氣空氣 空氣是一種無色、無嗅、無味的氣體混合物。它是許多氣體的混合物，但是主要由氧氣（21%）和氮（78%）組成。這構(gòu)成相對(duì)比較穩(wěn)定，從海平面到25千米的高度都很穩(wěn)定。空氣不是一種單純的化學(xué)物質(zhì)，而是一種混合物。這就是為什么它可以按其組成成份分離，例如，通過冷卻分離。 大氣中總是或多或少含有固體顆粒，例如，灰塵、沙子、煙塵和結(jié)晶鹽。污染程度越高的地區(qū)，這種雜質(zhì)也越多，農(nóng)村和高海拔地區(qū)的雜質(zhì)較少。

2、Atlas Copco Group Presentation 2010壓縮和壓縮比壓縮和壓縮比壓縮絕熱壓縮是一種在壓縮過程中氣體熱量不產(chǎn)生明顯傳入或傳出的壓縮過程。在一個(gè)完全隔熱的氣缸內(nèi)上述過程可成為現(xiàn)實(shí)。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(jī)排氣和進(jìn)氣的絕對(duì)壓力之比。例：在海平面時(shí)進(jìn)氣絕對(duì)壓力為0.1 MPa ，排氣壓力為絕對(duì)壓力0. 8MPa。則壓縮比： P2 0.8R=- =- =8 P1 0.1多級(jí)壓縮的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省壓縮功；降低排氣溫度；提高容積系數(shù)；對(duì)活塞壓縮機(jī)來說，降低氣體對(duì)活塞的推力。相同分子量的PV/T為一常數(shù)，在定頻螺桿壓縮機(jī)運(yùn)行

3、中可認(rèn)為固定轉(zhuǎn)速下單位時(shí)間所壓縮的空氣分子量接近。（不考慮氣壓，空濾壓差，環(huán)境濕度等的影響）3 Atlas Copco Group Presentation 20104基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-熱力學(xué)原理熱力學(xué)原理氣體定律 玻意耳定律指出，如果溫度恒定（等溫），壓力和體積的乘積是個(gè)常數(shù) 這意味著溫度不變的情況下，如果壓縮過程體積減半，壓力則加倍。 查理定律規(guī)定，如果壓力恒定（等壓），體積之比等于溫度之比。 氣體的一般定律是波義耳定律和查理定律的結(jié)合定律。它說明了壓力、體積和溫度之間的相互影響。當(dāng)其中一個(gè)參數(shù)變化時(shí)，就會(huì)至少影響另外兩個(gè)參數(shù)中的一個(gè)發(fā)生變化。思考案例：排氣壓力上升，體積縮小對(duì)溫度的影響.

4、 等溫壓縮下壓力和體積的關(guān)系. Atlas Copco Group Presentation 2010基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-空氣空氣 為什么要用空氣來作壓縮介質(zhì)？因?yàn)榭諝馐强蓧嚎s、清晰透明的，并且輸送方便（不凝結(jié)）、無害性、安全、取之不盡。惰性氣體是一種對(duì)環(huán)境不起化學(xué)作用的氣體，標(biāo)準(zhǔn)壓縮機(jī)能一樣壓縮惰性氣體。干氮和二氧化碳均為惰性氣體?？諝獾男再|(zhì)：干空氣成分：氮?dú)猓∟2） 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(shí)，r0=1.2931kg/m3比熱：在25、1個(gè)大氣壓時(shí)，Cp=0.241大卡/kg在t、壓力為H（mmh

5、g）時(shí)，空氣的比重： 273 Hrt=1.2931 - -kg/m3 273+t 760濕空氣的比重，還應(yīng)考慮飽和水蒸氣分壓力（0.378，Pb）。思考案例：環(huán)境對(duì)排氣量的影響.5 Atlas Copco Group Presentation 20106基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-空氣空氣濕空氣 空氣可以被看作是一種干燥的空氣和水蒸汽的混合物。含有水蒸汽的空氣被稱為潮濕空氣，但空氣的濕度可以在廣泛的范圍有所不同。兩種極限是完全干燥的空氣和水分飽和的空氣。空氣中可容納的最高水蒸汽壓力會(huì)隨著氣溫的上升而不斷上升。不同溫度下的最大水蒸汽壓力也不同?？諝馔ǔ２话敲炊嗟乃魵庖灾劣谶_(dá)到最大壓力。相對(duì)蒸氣壓（也

6、稱為相對(duì)濕度）是實(shí)際蒸汽壓力相對(duì)于同溫度下飽和壓力的百分比。 露點(diǎn)是空氣中水蒸氣飽和時(shí)的溫度。此后，如果溫度下降，出現(xiàn)冷凝水。大氣露點(diǎn)便是大氣壓力下水蒸汽開始凝結(jié)時(shí)的溫度。壓力露點(diǎn)是壓力下的露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)和相對(duì)濕度就象晚上溫度下降會(huì)產(chǎn)生露水一樣，壓縮空氣系統(tǒng)內(nèi)的溫度下降也會(huì)產(chǎn)生水氣。露點(diǎn)就是當(dāng)濕空氣在水蒸氣分壓力不變的情況下冷卻至飽和的溫度。這是為什么呢? 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，因此多于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(nèi)的冷凝水就顯示了這一點(diǎn)，因此空氣溫度有任何的降低，就會(huì)產(chǎn)生冷凝水。

7、設(shè)定的濕度可認(rèn)為是濕空氣所含水蒸氣的重量，即：水蒸氣重量和干燥空氣重量之比。相對(duì)濕度 -濕度 Ps= - = - 0-飽和絕對(duì)濕度 Pb 當(dāng)Ps=0, =0時(shí)，稱為干空氣； Ps=Pb, =1時(shí)，稱為飽和空氣。絕對(duì)濕度1M3濕空氣所含水蒸氣的重量。 Gs水蒸氣重量= - V濕空氣體積 水蒸氣重量含濕量= - 干空氣重量 飽和空氣當(dāng)沒有再多的水氣能容納在空氣中時(shí)，就產(chǎn)生了空氣的飽和，任何加壓或降溫均會(huì)導(dǎo)致冷凝水的析出。思考案例：1.經(jīng)過后冷后壓縮空氣的性質(zhì)？ 2.環(huán)境濕度對(duì)排氣量的影響 3.壓縮機(jī)運(yùn)行中如何避免冷凝水進(jìn)入油系統(tǒng)? Atlas Copco Group Presentation 20

8、10基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-狀態(tài)及氣量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的定義是：空氣吸入壓力為0.1MPa，溫度為15.6（國內(nèi)行業(yè)定義是0）的狀態(tài)下提供給用戶系統(tǒng)的空氣的容積。如果需要用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，來反映考慮實(shí)際的操作條件，諸如海拔高度、溫度和相對(duì)濕度則將應(yīng)實(shí)際吸入狀態(tài)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。常態(tài)空氣規(guī)定壓力為0.1MPa、溫度為20、相對(duì)濕度為36狀態(tài)下的空氣為常態(tài)空氣。常態(tài)空氣與標(biāo)準(zhǔn)空氣不同在于溫度并含有水分。當(dāng)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(tài)壓縮機(jī)進(jìn)口狀態(tài)下的空氣。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的高度。海拔在壓縮機(jī)工程方面占有重要因素，因?yàn)樵诤０胃叨仍礁?空氣變得越稀薄

9、，絕對(duì)壓力變得越低。既然在海拔上的空氣比較稀薄，那么電動(dòng)機(jī)的冷卻效果就比較差，這使得標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)只能局限在一定的海拔高度內(nèi)運(yùn)行。EP200 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組的最大容許運(yùn)行海拔高度為2286米。影響排氣量的因素：Pj、Tj、海拔高度、n、V余、泄漏等。海拔高度對(duì)壓縮機(jī)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(jī)溫升越大；容積流量容積流量是指在單位時(shí)間內(nèi)壓縮機(jī)吸入標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的流量。用單位：M3/min (立方米/分)表示。標(biāo)方用N M3/min表示。1CFM=0.02832 M3/min, 或者 1 M3/min=35.311CFM,7思考案例：實(shí)際運(yùn)行中的壓

10、縮機(jī)排氣量和標(biāo)稱排氣量的區(qū)別 Atlas Copco Group Presentation 20108基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-物理單位物理單位 大氣壓力 空氣柱在底面積為1平方厘米上的作用力為10.13N。因此，海平面的絕對(duì)大氣壓力大約是10.13x104N/m2，等于10.13x104Pa（帕斯卡，壓力的國際單位）?；蛘呤褂昧硗庖环N常用的單位：1bar=1x105Pa。離海平面越高（或者低），大氣壓力就越低（或高）。大多數(shù)的壓力表標(biāo)定為容器中的壓力與大氣壓力之差，因此為了得到絕對(duì)壓力，必須加上當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫?。絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力是考慮到與完全真空或絕對(duì)零值相比，我們所居住的環(huán)境大氣具有0.1Mpa 的

11、絕對(duì)壓力。在海平面上，儀表壓力加上0.1MPa的大氣壓力可得出絕對(duì)壓力。高度越高大氣壓力就越低。大氣壓同海拔高度的關(guān)系： HP=P0 （1- -）5.256 mmHg 44300 H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=0.098066MPa0.1Mpa Atlas Copco Group Presentation 20109基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-物理單位物理單位溫度 氣體溫度要想定義清楚非常難。溫度是一種對(duì)分子的動(dòng)能測(cè)量。分子運(yùn)動(dòng)越快

12、，溫度則越高。溫度在絕對(duì)零度時(shí)，運(yùn)動(dòng)完全停止。開氏溫度（K）就是基于這種現(xiàn)象的，但是它采用與攝氏溫度同樣的刻度單位：T = t + 273.2T = 絕對(duì)溫度 (K)t = 攝氏溫度 (C) Atlas Copco Group Presentation 201010基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-物理單位物理單位熱容量 熱是能量的一種形式，表現(xiàn)為物質(zhì)的無秩序的分子的動(dòng)能。物體的熱容量（也叫做熵）是溫度升高一個(gè)單位（1K）所需的熱量，也表示為J/K。 物質(zhì)的比熱或比熵應(yīng)用非常廣泛，即單位物質(zhì)質(zhì)量（1kg）改變單位溫度（1K）所需要的熱量。比熱的單位是J/（kg x K）。同樣的，摩爾熱容量的單位是J/（mol

13、 x K）。請(qǐng)舉例說明壓縮空氣系統(tǒng)中哪些情況可以用到熱容量及熱容流量的概念？如何簡單判斷冷干機(jī)制冷量是否正常？ Atlas Copco Group Presentation 201011基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-物理單位物理單位 功 機(jī)械功可以定義為作用在物體上的力與在該力的方向上所運(yùn)動(dòng)的距離的乘積。和熱一樣，功也是一種能量，能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。不同之處就是力代替了溫度。汽缸內(nèi)的氣體被移動(dòng)的活塞壓縮便說明了這一點(diǎn)，即力推動(dòng)活塞產(chǎn)生了壓縮。因此能量從活塞上轉(zhuǎn)移到氣體。這種能量的轉(zhuǎn)移世界上熱力學(xué)中的功。做功的結(jié)果表現(xiàn)形式有很多種，例如勢(shì)能的改變、動(dòng)能的改變或者熱能的改變等。與混合氣體體積變化有關(guān)

14、的機(jī)械功是工程熱力學(xué)中最重要的過程之一。功的國際單位是焦耳：1J=1Nm=1Ws。 Atlas Copco Group Presentation 201012基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-物理單位物理單位 功率 功率是單位時(shí)間內(nèi)完成的功。它是計(jì)算做功快慢的物理量。它的國際單位是瓦特：1W=1J/s。例如，流向壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)軸的功率或能量流在數(shù)字上等于系統(tǒng)中釋放的熱量與作用在壓縮氣體的熱量之和。如何計(jì)算不同工況下壓縮機(jī)的軸功率？ 軸功率對(duì)壓縮機(jī)產(chǎn)熱量的影響？ Atlas Copco Group Presentation 201013基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-物理單位物理單位容積流量 該系統(tǒng)容積流量是衡量單位時(shí)間內(nèi)氣體的

15、體積。可以這樣計(jì)算：物質(zhì)流過的橫截面積與平均流速的乘積。容積流量的國際單位是m3/s。然而，單位升/秒（l/s）也經(jīng)常用在壓縮機(jī)的容積流量中（也稱作流量容積率），表示為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)升/秒（Nl/s）或者是自由空氣流量（l/s）。Nl /s是在“ 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)”下，即按照壓力為1.013bar（a），溫度為0重新計(jì)算出的流量。標(biāo)方單位Nl/s主要用于確定質(zhì)量流量。自由空氣流量（FAD），壓縮機(jī)的輸出流量換算成進(jìn)氣條件下（進(jìn)氣壓力為1bar（a），進(jìn)氣溫度為20）的空氣流量。兩種容積流量之間的關(guān)系是（請(qǐng)注意，下面的簡單計(jì)算公式?jīng)]有考慮濕度）：思考充氣流量和容積流量的關(guān)系？油氣分離器中計(jì)算空氣流速和壓力的關(guān)

16、系. Atlas Copco Group Presentation 201014基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-熱力學(xué)原理熱力學(xué)原理 基本定律 能量存在著各種形式，如熱能、物理能、化學(xué)能、輻射能（光等）和電能。熱力學(xué)就是研究熱能的學(xué)科，即研究系統(tǒng)中發(fā)生改變的能力或者做功的多少。熱力學(xué)第一定律體現(xiàn)了能量守恒的原理。它說，能量既不能新生也不會(huì)被破壞，所以一個(gè)封閉系統(tǒng)的總能量總是守恒的，從而保持不變，它只不過是從一種形式轉(zhuǎn)變成另一種形式。因此，熱是一種能量，可以與功相互轉(zhuǎn)化。 熱力學(xué)第二定律表明物質(zhì)都本能的朝著大分子無序狀態(tài)變化。熵是無序狀態(tài)的測(cè)量單位：物質(zhì)最經(jīng)常的結(jié)構(gòu)形式固體晶體具有非常低的熵值。而氣體則具有很

17、高的熵值，因?yàn)闅怏w處于更加高度的無序狀態(tài)。做功時(shí)可以獲得的孤立能量系統(tǒng)的潛在能量隨著熵的增加而減少。熱力學(xué)第二定律表明熱量憑借自己的努力不能從較低溫度區(qū)域轉(zhuǎn)移到較高溫度區(qū)域。思考案例：以上基本定律在壓縮機(jī)系統(tǒng)中如何運(yùn)用？舉例運(yùn)用實(shí)例.自然界一切狀態(tài)都是在趨于平衡，壓縮機(jī)也是如此. 舉例壓縮機(jī)是如何趨于平衡的，趨于平衡的速度取決于哪些因素？ Atlas Copco Group Presentation 201015基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-熱力學(xué)原理熱力學(xué)原理 傳熱 一個(gè)物體內(nèi)溫度不同、不同物體或系統(tǒng)間存在溫度差都會(huì)發(fā)生熱傳遞，直到溫度相同為止，熱傳遞才結(jié)束。熱傳遞有三種形式：導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射。一般情況

18、下，熱傳遞的三種形式一般都同時(shí)發(fā)生，但是并不同量。 熱傳遞經(jīng)常發(fā)生在由墻壁隔開的兩個(gè)物體間。熱傳遞總系數(shù)“k”取決于墻壁的兩面的傳熱系數(shù)和墻壁自身的導(dǎo)熱系數(shù)。 這圖顯示了在逆流與平行流的換熱器中溫度的梯度變化。 Atlas Copco Group Presentation 201016基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-熱力學(xué)原理熱力學(xué)原理狀態(tài)變化 氣體的物態(tài)變化從一點(diǎn)到另一點(diǎn)都遵循p/V圖表。對(duì)于實(shí)際案件，三個(gè)變量p、V、T需要三個(gè)軸。隨著狀態(tài)的改變，三維圖線在P、V、T空間移動(dòng)著。然而，為了簡化，我們通常認(rèn)為其中一個(gè)參數(shù)不變，這就是常用的p/V圖。物態(tài)的五種不同的變化狀態(tài)如下：- 等容過程（定容）；- 等壓

19、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(fā)生了完全熱交換）等壓狀態(tài)的改變意味著體積變化，但壓力保持不變。等溫狀態(tài)的改變意味著壓力和體積都變化，但溫度保持不變。等容狀態(tài)的改變意味著壓力變化，但體積保持不變氣體被壓縮或者被膨脹，如果它的熵保持不變，它就與周圍環(huán)境沒有發(fā)生熱交換。這種狀態(tài)的變化遵循泊松定律。 Atlas Copco Group Presentation 201017基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-壓縮機(jī)的型式壓縮機(jī)的型式 兩種基本壓縮方式壓縮空氣（或氣體）有兩個(gè)方法：容積式壓縮和動(dòng)力式壓縮。 例如，容積式壓縮機(jī)包括往復(fù)（活塞）式壓縮機(jī)、軌道（滾動(dòng)）式壓

20、縮機(jī)和不同類型回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)（螺栓、齒、葉片）。在容積式壓縮中，空氣進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)壓縮室，然后由進(jìn)氣道進(jìn)入壓縮室的通口關(guān)閉。每個(gè)壓縮室的容積漸漸減小，空氣在內(nèi)部被壓縮。當(dāng)壓力達(dá)到了設(shè)計(jì)指定的壓縮比時(shí)，室門或氣閥打開，壓縮空氣便進(jìn)入了排氣系統(tǒng)，壓縮室的容積會(huì)繼續(xù)減小。在動(dòng)力式壓縮過程中，空氣在快速旋轉(zhuǎn)的壓縮葉輪的葉片與加速器之間流動(dòng)以達(dá)到較高的流速。然后氣體通過擴(kuò)散器排出，此時(shí)氣體動(dòng)能被轉(zhuǎn)化為靜態(tài)壓力。動(dòng)力最好的壓縮機(jī)是渦輪增壓壓縮機(jī)，此種壓縮機(jī)具有軸向或徑向流型方式。這些都應(yīng)用于大流量功率的壓縮機(jī)。 Atlas Copco Group Presentation 201018基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-壓縮

21、機(jī)的型式壓縮機(jī)的型式 容積式壓縮機(jī)-恒流量自行車打氣筒是一個(gè)最簡單的容積式壓縮機(jī)，空氣進(jìn)入打氣筒“氣缸”后被移動(dòng)的“活塞”壓縮?；钊綁嚎s機(jī)的操作原理也是這樣，活塞前進(jìn)和后退的運(yùn)動(dòng)由連桿和旋轉(zhuǎn)的曲軸來帶動(dòng)。如果活塞只有一側(cè)起壓縮作用，那么這種壓縮機(jī)叫做單作用壓縮機(jī)。如果活塞的頂部和底部都起壓縮作用，那么這種壓縮機(jī)就叫做雙作用壓縮機(jī)。 壓力比指的是進(jìn)排氣道處氣體絕對(duì)壓力之間的關(guān)系。因此，若某臺(tái)機(jī)器進(jìn)氣壓力是一個(gè)大氣壓（1bar（a），然后把氣體壓縮到7bar，那么這時(shí)此壓縮機(jī)的壓縮比就是（7+1）/1=8。這顯示了帶自動(dòng)氣閥的活塞式壓縮機(jī)的工作原理。p/V圖顯示了工作過程中無損失的氣缸的完全進(jìn)氣

22、和排氣。 Atlas Copco Group Presentation 201019基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-壓縮機(jī)的型式壓縮機(jī)的型式動(dòng)力式壓縮機(jī)-恒壓力 動(dòng)力式壓縮機(jī)，氣體流動(dòng)的同時(shí)壓力也在增加。由于葉輪中旋轉(zhuǎn)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，氣體流動(dòng)加速到很高的速度。然后氣體在擴(kuò)散器中膨脹減速，其速度轉(zhuǎn)化為靜態(tài)壓力。氣流的主要流向決定壓縮機(jī)的屬性，即徑向壓縮機(jī)還是軸向壓縮機(jī)。與容積式壓縮機(jī)相比，動(dòng)力式壓縮機(jī)有這么一個(gè)特性：工作壓力的較小變化會(huì)引起氣體流速的較大變化。每個(gè)葉輪的速度都存在一個(gè)上限流量速度和一個(gè)下限流量速度。上限指的是氣體流速到達(dá)聲速，下限指的是反壓力大于壓縮機(jī)設(shè)計(jì)壓力，這時(shí)回流進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)部，這就會(huì)產(chǎn)生爆

23、震、噪音和機(jī)械性損壞的危險(xiǎn)。 Atlas Copco Group Presentation 201020基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-壓縮機(jī)的型式壓縮機(jī)的型式多級(jí)壓縮從理論上講，空氣或氣體可以等熵壓縮（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(huán)的一部分。如果壓縮氣體在壓縮后達(dá)到的溫度時(shí)可以立即使用，等熵壓縮過程就會(huì)有一定的優(yōu)勢(shì)。在現(xiàn)實(shí)中，空氣或氣體幾乎不能壓縮后就立即使用，通常是它們被使用前就冷卻到環(huán)境溫度了。因此，等溫壓縮過程是首選，因?yàn)樗枰^少的功。一種執(zhí)行等溫壓縮過程的常見實(shí)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的能量比等溫壓縮

24、要多37%。一種降低氣體熱量的實(shí)用方法是把壓縮過程分成幾個(gè)階段。在氣體進(jìn)入下一步壓縮之前就冷卻，直到最后的壓縮。當(dāng)每一步壓縮的壓縮比相同時(shí)，壓縮過程會(huì)實(shí)現(xiàn)最好的效果，這樣做也會(huì)增加能量的利用效率。通過增加壓縮級(jí)數(shù)，整個(gè)過程就會(huì)接近等溫壓縮。但是，壓縮的分級(jí)數(shù)量會(huì)受到經(jīng)濟(jì)上以及安裝設(shè)計(jì)的限制。彩色區(qū)域表示分成二級(jí)壓縮后節(jié)省的功。 Atlas Copco Group Presentation 201021基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-壓縮機(jī)的型式壓縮機(jī)的型式 容積式壓縮機(jī)和動(dòng)力式壓縮機(jī)的比較動(dòng)力式壓縮機(jī)的壓力/流量曲線與容積式壓縮機(jī)的相應(yīng)曲線有很大不同。動(dòng)力式壓縮機(jī)具有變流量、恒壓力的特性。相反，容積式壓縮機(jī)

25、則具有恒定流量、可變壓力的特點(diǎn)。容積式壓縮機(jī)甚至可以在低速時(shí)達(dá)到較高的壓縮比，動(dòng)力式壓縮機(jī)則是為大流量而設(shè)計(jì)。右圖顯示了速度不變時(shí)，載荷的變化形成的離心式壓縮機(jī)和容積式壓縮機(jī)各自的性能曲線。 Atlas Copco Group Presentation 201022基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-電氣電氣 交流電基本術(shù)語及定義交流電產(chǎn)自交流發(fā)電機(jī)，用于為辦公室和車間提供電能，使標(biāo)準(zhǔn)、固定速度的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)等。它的大小和方向以正弦模式進(jìn)行著平穩(wěn)的周期性變化。電壓與電流一樣，其大小從零增長到最大值，然后又減小至零，改變方向，再增大到反方向的最大值，然后又變成零。這樣電流就完成了一個(gè)周期T，T是以秒做單位的，在一個(gè)

26、周期中電流值完成從大到小或從小到大。頻率是周期的倒數(shù)，表明每秒完成的周期數(shù)，其單位是赫茲。 電流或電壓的大小通常由一周期的電流值或電壓值的均方根（RMS）來表示。從正弦模式可知，電流與電壓的均方根是：這圖顯示了正弦波動(dòng)電壓（50赫茲）的一個(gè)波長。 Atlas Copco Group Presentation 201023基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-電氣電氣交流電的歐姆定律電流和電壓之間的相位差由角表示。感應(yīng)電阻（稱為電抗）由X表示。電阻由R表示。繞組或者導(dǎo)體的視在電阻由Z表示。交流電歐姆定律： Atlas Copco Group Presentation 201024基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-電氣電氣三相制式

27、單相交流電源是波動(dòng)的。對(duì)于民用來說，這不是問題。然而，對(duì)于電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行來說，則建議采用更穩(wěn)定的電流。使用三相交流電源、三相同時(shí)運(yùn)行，每個(gè)電流相對(duì)于其他兩項(xiàng)電流，相位都相差1/3的周期時(shí)間。在發(fā)電廠中，三相交流電是由帶有三個(gè)獨(dú)立繞組的發(fā)電機(jī)產(chǎn)出。單相交流電可以取自于單個(gè)火線與零線之間。三相交流電可以有兩種連接方式，即星形連接（Y）或三角形連接（）。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(yè)壓縮機(jī)是第一批裝有變速驅(qū)動(dòng)（VSD）的工業(yè)機(jī)械裝備，VSD也稱為變頻驅(qū)動(dòng)器，VSD通過改變輸送到電機(jī)上的電源頻率來調(diào)節(jié)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和力矩。最常見的設(shè)計(jì)是

28、使用整流器電橋?qū)⒔涣鬏斎腚娫崔D(zhuǎn)變成直流電源。直流電源通過利用轉(zhuǎn)換開關(guān)電路（現(xiàn)在IGBT-型電力半導(dǎo)體開關(guān)）轉(zhuǎn)換成準(zhǔn)正弦交流電源與脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)。 Atlas Copco Group Presentation 201025基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-電氣電氣功率 有效功率P（單位：瓦特）是做了功的有用功率。功率計(jì)只能用來測(cè)量有電壓的工作組件，測(cè)量的就是電路中通過的電流。 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的功率。它包括有效功率和無效功率和電力分配系統(tǒng)中的所有熱損失。單相交流電 3相交流電 U = 電壓 (V) I = 電流 (A) = 相位角有用功、無用功和視在功率之間的

29、關(guān)系通常由能量三角形來說明。相位角表示的是電流與電壓的相位差。功率因數(shù)（PF）則等于cos 。對(duì)于使用低功率因數(shù)、滯后功率因數(shù)電器的消費(fèi)者，許多電力公司通過罰款來解決問題。這是因?yàn)榕潆?、輸電和發(fā)電設(shè)備都是較大，以便滿足視在功率（有用功和無用功之和與熱損失之和），而消費(fèi)者都根據(jù)電表記錄的kWh（千瓦時(shí)）的消耗來交費(fèi)用。功率因數(shù)的改善往往會(huì)節(jié)省大量成本。通過減少無功功率可以提高功率因數(shù)：- 使用高功率因數(shù)設(shè)備：照明鎮(zhèn)流器- 使用領(lǐng)先功率因數(shù)且負(fù)載恒定的同步電動(dòng)機(jī)- 使用功率因數(shù)升級(jí)的電容該圖顯示了可視功率（S）、無功功率（Q）和有效功率（P）之間的關(guān)系。由S與P之間的相位角產(chǎn)生了功率因數(shù)cos（）

30、。發(fā)電機(jī)繞組間的相位差給出了系統(tǒng)的正弦電壓曲線。其最大值與發(fā)電機(jī)繞組有相同的相位差。 Atlas Copco Group Presentation 201026基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速如果異步電動(dòng)機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)速度與磁場(chǎng)相同，轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電流將會(huì)是零。然而，由于軸承的各種損失，例如，這是不可能的，軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度總是低于磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速（叫做“滑程”）的1-5%。(永磁電動(dòng)機(jī)不會(huì)產(chǎn)生任何滑程。)效率 電動(dòng)機(jī)中的能量轉(zhuǎn)換不會(huì)沒有損失。那些損失是在其他機(jī)構(gòu)中的電阻損耗、通風(fēng)損失、磁化損失和摩擦損失。P2總是電動(dòng)機(jī)銘牌上印有的數(shù)據(jù) 絕緣等級(jí) 電動(dòng)機(jī)繞組中的絕緣材料按照IEC 60085來分級(jí)，IEC 60

31、085是由國際電工技術(shù)委員會(huì)發(fā)表的一份標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)溫度的不同，字母來代表等級(jí)數(shù)，此溫度是隔離應(yīng)用領(lǐng)域的上限。如果超出上限10持續(xù)一段時(shí)間，絕緣材料的使用壽命就會(huì)縮短一半左右。 Atlas Copco Group Presentation 201027基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-電機(jī)電機(jī)防護(hù)等級(jí) 按照IEC 60034-5，防護(hù)等級(jí)指定了電動(dòng)機(jī)防接觸和防水的分類情況。這些都是以字母IP和兩位數(shù)字表示。第一位數(shù)字表明電動(dòng)機(jī)固體對(duì)接觸和滲透的保護(hù)程度。第二個(gè)數(shù)字表明防水的程度。例如，IP23中的（2）表示防固體物的厚度是12mm；（3）表示從垂直方向起可以防止水直接噴灑到60的位置IP54：（5）防塵；（4）對(duì)

32、來自各個(gè)方向水的噴灑都可以防護(hù)。IP55：（5）防塵；（5）對(duì)來自各個(gè)方向的低壓噴射的水都可以防護(hù)。冷卻方法 按照IEC 60034-6冷卻方法說明了電動(dòng)機(jī)如何冷卻。這是用字母IC、代表冷卻方式的數(shù)字（不通風(fēng)、自通風(fēng)、強(qiáng)制冷卻）和冷卻操作模式（內(nèi)部冷卻、表面冷卻、閉路冷卻、液體冷卻等等）來表示。 Atlas Copco Group Presentation 201028基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-電機(jī)電機(jī)星形連接（Y）和三角形（）連接 三相電動(dòng)機(jī)有兩種連接方法：星形（Y）或三角形（）。三相電動(dòng)機(jī)的繞組標(biāo)有U、V和W（U1-U2；V1-V2；W1-W2）。在美國標(biāo)準(zhǔn)則使用T1、T2、T3、T4、T5和T6

33、。對(duì)于星形連接來講，電動(dòng)機(jī)繞組“端子”連接到一起，形成零點(diǎn)，外觀像一個(gè)星形（Y）。該圖顯示了電機(jī)繞組的連接是星形連接，其中端頭連接在星形連接電機(jī)端子上。這個(gè)例子顯示了它連接在690 V電源上。該圖顯示了電機(jī)繞組的連接是組在三角形連接，其中端頭連接在三角形連接電機(jī)端子上。這個(gè)例子顯示了它連接在400 V電源上。 Atlas Copco Group Presentation 201029基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-電機(jī)電機(jī)電壓 （ 相電壓= 主電壓/ 3；例如400V=690/3）會(huì)穿過整個(gè)繞組。朝向零點(diǎn)的電流Ih變成相電流，相應(yīng)的，相電流將會(huì)以If=Ih流過繞組。在三角形（）連接中，起點(diǎn)和終點(diǎn)在不同的相中

34、是連在一起的，然后就形成一個(gè)三角形(）。因此，將有一主電壓流過繞組。進(jìn)入電動(dòng)機(jī)的電流Ih是主電流，它將會(huì)在繞組之間分開，使每一相都通有電流，Ih/3=If。同樣的電動(dòng)機(jī)可以連接到690V的星形連接上，也可以連接到400V的三角形連接上。在這兩種情況下，流過繞組的電壓都會(huì)達(dá)到400V。對(duì)于通往電動(dòng)機(jī)的電流，連接到電壓為690V的星形連接的電流要低于連接到電壓為400V的三角形連接的電流。電流之間是3的關(guān)系。例如，對(duì)于電動(dòng)機(jī)電板，它可以使用690/400V的電壓。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。也可以源于電板的電流對(duì)于星形連接電動(dòng)機(jī)來說較低，而對(duì)于三角形連接的電動(dòng)機(jī)來說就較

35、高。轉(zhuǎn)向 主電源連接在三相電機(jī)的端子上，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(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，如從“D”驅(qū)動(dòng)端部看到的一樣。為使電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，要更換連接在起動(dòng)器或電機(jī)上的三根火線中任意兩個(gè)的接線位置。當(dāng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，要檢查冷卻風(fēng)扇的運(yùn)行。 Atlas Copco Group Presentation 201030基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論-電機(jī)電機(jī)力矩 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向力矩是表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向能力的物理量。每臺(tái)電動(dòng)機(jī)都存在最大力矩。當(dāng)負(fù)載大于最大力矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)則不能轉(zhuǎn)動(dòng)。在低于電動(dòng)機(jī)的最大力矩的正常負(fù)荷范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，起動(dòng)序列會(huì)包括額外負(fù)載。電動(dòng)機(jī)性能通常變現(xiàn)為力矩曲線。

36、鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的力矩曲線，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)力矩比平常大。Mst =起動(dòng)力矩、Mmax =最大力矩（“切削力矩”）、Mmin =最小力矩（“鞍座力矩”）、Mn =額定力矩螺桿式壓縮機(jī)的星形/三角形啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的力矩曲線與螺桿壓縮機(jī)的力矩需求曲線。壓縮機(jī)在星形接線時(shí)是空載（空轉(zhuǎn)）。當(dāng)速度已達(dá)到約90-95%的額定速度時(shí)，電機(jī)切換到三角形接線，力矩增加，壓縮機(jī)加載，并且達(dá)到了它的工作點(diǎn)。 Atlas Copco Group Presentation 2010用氣量的確定用氣量的確定確定一個(gè)新廠的壓縮空氣要求的傳統(tǒng)方法是將所有用氣設(shè)備的用氣量（m3/min）加起來，再考慮增加一個(gè)安全、泄漏和發(fā)展系數(shù)。在一個(gè)現(xiàn)有工廠里，你只要作一些簡單的測(cè)試便可知道壓縮空氣供給量是否足夠。如不能，則可估算出還需增加多少。一般工業(yè)上空