空壓機(jī)的人都應(yīng)該懂的空氣基礎(chǔ)理論知識(shí)

地球周圍的大氣，我們習(xí)慣上稱它為空氣。

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。

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(guó)內(nèi)行業(yè)定義是0℃）時(shí)的空氣狀態(tài)叫空氣的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，空氣密度是1.185kg/m3（空壓機(jī)排氣量、干燥機(jī)、過(guò)濾器等后處理設(shè)備的處理能力都是以空氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量來(lái)標(biāo)注的，單位寫作Nm3/min）。

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(dá)到Z大可能含量時(shí)，這時(shí)的濕空氣叫飽和空氣。水蒸氣未達(dá)Z大可能含量時(shí)的濕空氣就叫未飽和空氣。

未飽和空氣在成為飽和空氣的瞬間，濕空氣中會(huì)有液態(tài)水珠凝結(jié)出來(lái)，這一現(xiàn)象稱為“結(jié)露”。結(jié)露現(xiàn)象是常見(jiàn)的，例如夏天空氣濕度很大，容易在自來(lái)水管的表面結(jié)成水珠，冬天早晨，住戶的玻璃窗上會(huì)出現(xiàn)水滴等，這些均是濕空氣在定壓下冷卻達(dá)到露點(diǎn)溫度而結(jié)露的結(jié)果。

包圍在地球表面一層很厚的大氣層對(duì)地球表面或表面物體所造成的壓力稱為“大氣壓”，符號(hào)為Ρb；直接作用于容器或物體表面的壓力，稱為“JUE對(duì)壓力”，JUE對(duì)壓力值以JUE對(duì)真空作為起點(diǎn)，符號(hào)為Ρa；用壓力表、真空表、U形管等儀器測(cè)出來(lái)的壓力叫“表壓力”，“表壓力”以大氣壓為起點(diǎn)，符號(hào)為Ρg。三者之間的關(guān)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）

在舊的單位制中，壓力通常用kgf/cm2（千克力/平方厘米）作單位。

溫度是物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均值。

JUE對(duì)溫度：以氣體分子停止運(yùn)動(dòng)時(shí)的Z低極限溫度為起點(diǎn)的溫度，記為T。單位為“開(kāi)（開(kāi)爾文）”，單位符號(hào)為K。

攝氏溫度：以冰的融點(diǎn)為起點(diǎn)的溫度，單位為“攝氏度”，單位符號(hào)為℃。

此外英美國(guó)家還經(jīng)常用“華氏溫度”，單位符號(hào)為F。

三種溫度單位之間的換算關(guān)系是

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(zhì)量計(jì)）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。

表示空氣干濕程度的物理量叫濕度。常用的濕度表示有：JUE對(duì)濕度、相對(duì)濕度。

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1m3容積中濕空氣含有水蒸氣的質(zhì)量稱為濕空氣的“JUE對(duì)濕度”，單位是g/m3。JUE對(duì)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。JUE對(duì)濕度也就是濕空氣中水蒸氣的密度。

濕空氣中實(shí)際所含的水蒸氣量與同溫度下Z大可能含有水蒸氣量的比值稱為“相對(duì)濕度”，常用φ來(lái)表示。相對(duì)濕度φ在0～100％之間。φ值越小，空氣越干燥，吸水能力越強(qiáng)；φ值越大，空氣越潮濕，吸水能力越弱。濕空氣的吸濕能力還與其溫度有關(guān)，濕空氣的溫度升高，飽和壓力相應(yīng)增大，如此時(shí)的水蒸氣的含量不變，則濕空氣的相對(duì)濕度φ將下降，就是說(shuō)濕空氣的吸濕能力增加。因此空壓機(jī)機(jī)房在安裝時(shí)應(yīng)注意保持通風(fēng)、降低溫度、室內(nèi)無(wú)排水、積水，以減少空氣中的水分。

在濕空氣中，1kg干空氣含有水蒸氣的質(zhì)量叫做濕空氣的“含濕量”，常用。來(lái)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(shí)，Pso也一定，此時(shí)相對(duì)濕度增加，其含濕量增加，吸濕能力減少。

空氣中水蒸氣的含量（水蒸氣密度）是有極限的。在氣動(dòng)壓力（2MPa）范圍內(nèi)，可認(rèn)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(wú)關(guān)，溫度越高，飽和水蒸氣的密度越大。譬如，在40℃時(shí)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。

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(wěn)定不變，它對(duì)整個(gè)濕空氣的熱工性能無(wú)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(duì)濕空氣的物理性質(zhì)影響很大。水蒸氣含量的多少?zèng)Q定了空氣的干燥和潮濕程度?？諌簷C(jī)的工作對(duì)象就是濕空氣。

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(jù)熱力學(xué)定律，熱量能通過(guò)對(duì)流、傳導(dǎo)、輻射等形式，從高溫端向低溫端自發(fā)傳遞。在沒(méi)有外功耗情況下，熱量永遠(yuǎn)不可能作反向傳遞。

物體在加熱或冷卻過(guò)程中，溫度升高或降低而不改變其原有相態(tài)所需吸收或放出的熱量，稱為顯熱。它能使人們有明顯的冷熱變化感覺(jué)，通?？捎脺囟扔?jì)測(cè)量出來(lái)。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(guò)程中，其相態(tài)發(fā)生了變化（如氣體變成液體……），但溫度不發(fā)生變化，這種吸收或放出的熱量叫潛熱。潛熱不能用溫度計(jì)測(cè)量出來(lái)，人體也無(wú)法感受到，但可通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算出來(lái)。

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

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(zhì)量為基準(zhǔn)。焓用符號(hào)ι表示。

未飽和空氣在保持水蒸氣分壓不變（即保持JUE對(duì)含水量不變）情況下降低溫度，使之達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度叫露點(diǎn)。溫度降至露點(diǎn)時(shí)，濕空氣中便有凝結(jié)水滴析出。

濕空氣的露點(diǎn)不僅與溫度有關(guān)，而且與濕空氣中水分含量的多少有關(guān)。含水量大的露點(diǎn)高，含水量少的露點(diǎn)低。在一定的濕空氣溫度下，露點(diǎn)溫度越高，說(shuō)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(diǎn)溫度在壓縮機(jī)工程中有重要用途，如空壓機(jī)出口溫度過(guò)低時(shí)，油氣桶內(nèi)會(huì)因溫度過(guò)低而造成油氣混合物結(jié)露，使?jié)櫥秃绊憹?rùn)滑效果。因此，空壓機(jī)出口溫度設(shè)計(jì)時(shí)必須保證不低于相應(yīng)分壓力下的露點(diǎn)溫度。

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(shí)，相對(duì)濕度便增加，當(dāng)溫度繼續(xù)下降到相對(duì)濕度達(dá)100％時(shí)，便有水滴從壓縮空氣中析出，這時(shí)的溫度就是壓縮空氣的“壓力露點(diǎn)”。

壓力露點(diǎn)與常壓露點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系與壓縮比有關(guān)，在壓力露點(diǎn)相同情況下，壓縮比越大，所對(duì)應(yīng)的常壓露點(diǎn)越低。例如：0.7MPa的壓縮空氣壓力露點(diǎn)為2℃時(shí)，相當(dāng)于常壓露點(diǎn)為-23℃。當(dāng)壓力提高到1.0MPa時(shí)，同樣壓力露點(diǎn)為2℃時(shí)，其對(duì)應(yīng)的常壓露點(diǎn)降到-28℃。

壓力露點(diǎn)單位雖然是攝氏度（℃），但它的內(nèi)涵是壓縮空氣的含水量。因此測(cè)量露點(diǎn)實(shí)際上就是測(cè)空氣的含水量。測(cè)量壓縮空氣露點(diǎn)的儀器很多，有用氮?dú)?、乙醚等作冷源的“鏡面露點(diǎn)儀”，有用五氧化二磷、氯化鋰等作電解質(zhì)的“電解濕度計(jì)”等。目前工業(yè)上普遍使用專用的氣體露點(diǎn)計(jì)來(lái)測(cè)量壓縮空氣的露點(diǎn)，如英國(guó)的SHAW露點(diǎn)儀，該儀器的測(cè)量范圍可達(dá)-80℃。

用露點(diǎn)儀測(cè)量空氣露點(diǎn)，特別是在被測(cè)空氣含水量極低時(shí)，操作要十分仔細(xì)和耐心。氣體采樣設(shè)備及連接管路必須是干燥的（至少要比被測(cè)氣體干燥），管路連接應(yīng)是完全密封的，氣體流速應(yīng)按規(guī)定選取，而且要求有足夠長(zhǎng)的預(yù)處理時(shí)間，稍一不慎，就會(huì)帶來(lái)很大誤差。實(shí)踐證明用五氧化二磷作電解質(zhì)的“微水分測(cè)定儀”來(lái)測(cè)量經(jīng)冷干機(jī)處理的壓縮空氣的壓力露點(diǎn)時(shí)，誤差很大。這是由于在測(cè)試過(guò)程中壓縮空氣會(huì)產(chǎn)生二次電解，使讀數(shù)值比實(shí)際高。所以在測(cè)量冷干機(jī)處理的壓縮空氣露點(diǎn)時(shí)，不應(yīng)當(dāng)使用這類儀器。

用露點(diǎn)儀測(cè)量壓縮空氣的壓力露點(diǎn)，取樣點(diǎn)應(yīng)放在干燥機(jī)的排氣管道內(nèi)，且樣氣中不能含有液態(tài)水滴。對(duì)于其他采樣點(diǎn)測(cè)出的露點(diǎn)都有誤差。

在冷干機(jī)里，蒸發(fā)溫度（蒸發(fā)壓力）的讀數(shù)是不能用來(lái)代替壓縮空氣的壓力露點(diǎn)的。這是由于在換熱面積有限的蒸發(fā)器里，壓縮空氣與冷媒蒸發(fā)溫度在熱交換過(guò)程中存在不可忽略的溫差（有時(shí)可達(dá)4~6℃）；壓縮空氣所能冷卻到的溫度總比冷媒蒸發(fā)溫度高。處于蒸發(fā)器與預(yù)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(xì)小水滴會(huì)隨氣流進(jìn)入預(yù)冷器，并在那里“二次蒸發(fā)”還原成水蒸氣，使壓縮空氣含水量增加，露點(diǎn)上升。因此在這種情況下，所測(cè)得的冷媒蒸發(fā)溫度總比壓縮空氣的實(shí)際壓力露點(diǎn)來(lái)得低。

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用SHAW露點(diǎn)計(jì)間歇取樣測(cè)量空氣壓力露點(diǎn)的步驟相當(dāng)麻煩，往往因測(cè)試條件不完備而影響測(cè)試結(jié)果。因此在要求不十分嚴(yán)格的場(chǎng)合，往往用溫度計(jì)來(lái)近似測(cè)量壓縮空氣的壓力露點(diǎn)。

用溫度計(jì)測(cè)量壓縮空氣壓力露點(diǎn)的理論依據(jù)是：如果被蒸發(fā)器強(qiáng)制冷卻后通過(guò)氣水分離器進(jìn)入預(yù)冷器的壓縮空氣，其中所帶的凝結(jié)水在氣水分離器得到完全分離，那么此時(shí)所測(cè)得的壓縮空氣溫度即是它的壓力露點(diǎn)。雖然實(shí)際上氣水分離器的分離效率不可能達(dá)到100％，但在預(yù)冷器與蒸發(fā)器凝結(jié)水排出良好的情況下，進(jìn)入氣水分離器并需通過(guò)氣水分離器排除的凝結(jié)水只占全部凝結(jié)水量的很少一部分。因此用這種方法測(cè)壓力露點(diǎn)誤差并不很大。

用這種方法測(cè)量壓縮空氣壓力露點(diǎn)時(shí)，溫度測(cè)點(diǎn)應(yīng)選擇在冷干機(jī)蒸發(fā)器末端或氣水分離器內(nèi)，因?yàn)檫@點(diǎn)壓縮空氣溫度Z低。

壓縮空氣可以通過(guò)加壓、降溫、吸附等方法來(lái)除去其中的水蒸氣，并可通過(guò)加熱、過(guò)濾、機(jī)械分離等方法除去液態(tài)水分。

冷凍式干燥機(jī)就是對(duì)壓縮空氣進(jìn)行降溫來(lái)排除其中所含水蒸氣，獲得相對(duì)干燥壓縮空氣的一種設(shè)備?？諌簷C(jī)的后部冷卻器也是利用降溫來(lái)排除其中所含水蒸氣。吸附式干燥器是利用吸附原理來(lái)排除壓縮空氣所含水蒸氣。

空氣具有可壓縮性，經(jīng)空氣壓縮機(jī)做機(jī)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(dòng)力源，與其他能源比，它具有下列明顯的特點(diǎn)：清晰透明，輸送方便，沒(méi)有特殊的有害性能，且無(wú)污染或低污染，溫度不高，沒(méi)有起火危險(xiǎn)，不怕超負(fù)荷，能在許多不利環(huán)境下工作，獲取方便，取之不盡。

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

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

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

汽化后的潤(rùn)滑油會(huì)形成一種有機(jī)酸腐蝕設(shè)備，使橡膠、塑料、密封材料變質(zhì)，堵塞小孔，造成閥類動(dòng)作失靈，污染產(chǎn)品。

壓縮空氣中的飽和水分會(huì)在一定條件下凝結(jié)成水，并集聚在系統(tǒng)中一些部位。這些水分對(duì)元件和管道有銹蝕作用，造成運(yùn)動(dòng)部件卡死或磨損，使氣動(dòng)元件動(dòng)作失靈和漏氣；在寒冷地區(qū)，水分結(jié)冰會(huì)造成管道凍結(jié)或凍裂。

壓縮空氣中的灰塵等雜質(zhì)會(huì)磨損氣缸、氣動(dòng)電動(dòng)機(jī)和氣動(dòng)換向閥中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面，降低系統(tǒng)的使用壽命。

與液壓系統(tǒng)對(duì)液壓油的潔凈程度有較高要求一樣，氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)壓縮空氣也有較高的質(zhì)量要求。

由空氣壓縮機(jī)排出的空氣不能直接被氣動(dòng)裝置使用?？諝鈮嚎s機(jī)從大氣中吸入含有水分和灰塵的空氣，經(jīng)壓縮后空氣的溫度提高到100℃以上，此時(shí)空氣壓縮機(jī)里的潤(rùn)滑油也部分變成氣態(tài)。這樣，空氣壓縮機(jī)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(dòng)系統(tǒng)，由于空氣質(zhì)量不良，使氣動(dòng)系統(tǒng)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(guò)氣源處理裝置的成本和維修費(fèi)用，故正確選用氣源處理系統(tǒng)是JUE對(duì)必要的。

不同用戶對(duì)氣源質(zhì)量有不同要求。GB/T 13277-1991《一般用壓縮空氣質(zhì)量等級(jí)》就是為此而制定的。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)壓縮空氣中固體粒子、水分及含油量作出了量的規(guī)定。

從更廣的意義上講，一個(gè)良好的氣源還應(yīng)當(dāng)在使用過(guò)程中壓力是穩(wěn)定的，對(duì)周圍環(huán)境造成的污染是Z小的。

1、壓縮空氣質(zhì)量等級(jí)的表示方法。壓縮空氣質(zhì)量等級(jí)用三個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字表示。如對(duì)某一污染物等級(jí)沒(méi)要求，則用“—”代替。