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空壓機(jī)為什么需要分級(jí)壓縮？
來源:
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作者:shouli
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發(fā)布時(shí)間: 2019-12-24
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很多人都知道，壓縮機(jī)兩級(jí)適合產(chǎn)高壓，一級(jí)適合產(chǎn)氣量大。有時(shí)候，還需要進(jìn)行兩次以上的壓縮，為什么需要分級(jí)壓縮呢？
當(dāng)要求氣體的工作壓力較高時(shí)，采用單級(jí)壓縮不僅不經(jīng)濟(jì)，有時(shí)甚至是不可能實(shí)現(xiàn)的，必須采用多級(jí)壓縮。多級(jí)壓縮就是將氣體從吸入開始，經(jīng)過幾次升壓而達(dá)到所需要的工作壓力。
1、節(jié)省功率消耗
采用多級(jí)壓縮，可以通過在級(jí)間設(shè)置中間冷卻器的方法，使被壓縮氣體在經(jīng)過一級(jí)壓縮后，先進(jìn)行等壓冷卻，以降低溫度，再進(jìn)入下一級(jí)氣缸。溫度降低、密度增大，這樣易于進(jìn)一步壓縮，較之一次壓縮可以大大節(jié)省耗功量。因此在相同的壓力下多級(jí)壓縮做功的面積就比單級(jí)壓縮要少。級(jí)數(shù)越多省的功耗就越多越接近于等溫壓縮。
注意：噴油螺桿空壓機(jī)的空壓機(jī)已經(jīng)非常接近定溫過程。如到達(dá)飽和狀態(tài)后繼續(xù)壓縮繼續(xù)冷卻的話，將有冷凝水析出。這些冷凝水如果與壓縮空氣一起進(jìn)入油氣分離器（油箱）內(nèi)，會(huì)使冷卻油乳化，影響潤滑效果。隨著冷凝水的不斷增加，油位也會(huì)不斷上升，最后冷卻油將會(huì)隨同壓縮空氣進(jìn)入系統(tǒng)，污染壓縮空氣，對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重后果。
因此，為了防止冷凝水的產(chǎn)生，壓縮腔內(nèi)的溫度不能過低，必須大于冷凝溫度。如排氣壓力為11bar（A）的空壓機(jī)，冷凝溫度為68℃，當(dāng)壓縮腔內(nèi)溫度低于68℃時(shí)，將有冷凝水析出。因此噴油螺桿空壓機(jī)的排氣溫度不能過低，即等溫壓縮的應(yīng)用在噴油螺桿機(jī)中由于冷凝水的問題受到了限制。
2、提高容積利用率
由于制造、安裝以及運(yùn)行三方面的原因，氣缸內(nèi)的余隙容積總是不可避免的，而余隙容積不僅直接減小了氣缸的有效容積，而且其中所殘留的高壓氣體還必須膨脹至吸氣壓力，氣缸才能開始吸入新鮮氣體，這樣就等于進(jìn)一步減小了氣缸的有效容積。
不難理解，如果壓力比愈大，則余隙容積內(nèi)殘留氣體膨脹愈劇，氣缸有效容積則愈小。在極限情況下，甚至能夠出現(xiàn)余隙容積內(nèi)的氣體在氣缸內(nèi)完全膨脹后，壓力仍不低于吸氣壓力，這時(shí)就無法繼續(xù)吸、排氣，氣缸的有效容積就變成了零。如果采用多級(jí)壓縮，則每一級(jí)的壓縮比很小，余隙容積內(nèi)殘留氣體稍微膨脹即可達(dá)到吸氣壓力，這樣自然就可以使氣缸有效容積增大，從而提高氣缸容積的利用率。
3、降低排氣溫度
壓縮機(jī)的排除氣體的溫度是隨壓縮比的增加而升高的，壓縮比越高排氣溫度就越高，但是過高的排氣溫度往往是不允許的。這是由于：在油潤滑的壓縮機(jī)中，潤滑油溫度搞了會(huì)降低粘度，加劇磨損，當(dāng)溫度升高過高時(shí)容易在缸內(nèi)及閥門上形成積碳，加劇磨損，有事甚至發(fā)生爆炸?；诟鞣N原因，大大限制了排氣溫度，所以必須采用多級(jí)壓縮降低排氣溫度。
注意：分級(jí)壓縮可以降低螺桿空壓機(jī)的排氣溫度，同時(shí)也可使空壓機(jī)的熱力過程盡可能地向定溫壓縮靠近，以達(dá)到節(jié)能效果，但并不是絕對(duì)的。尤其對(duì)于排氣壓力13bar以下的噴油螺桿空壓機(jī)而言，由于其在壓縮過程中噴入了低溫的冷卻油，壓縮過程已經(jīng)接近了定溫過程，沒必要再進(jìn)行二級(jí)壓縮。如在此噴油冷卻的基礎(chǔ)上再進(jìn)行分級(jí)壓縮，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本提高，還增加了氣體的流動(dòng)阻力和額外的功耗，有點(diǎn)得不償失。此外，如溫度過低，在壓縮過程中形成冷凝水的話將導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)惡化，造成嚴(yán)重后果。
4、降低作用在活塞桿上的氣體力
活塞壓縮機(jī)上，當(dāng)壓縮比較高而采用單級(jí)壓縮時(shí)，氣缸直徑較大，就有較高的氣體終壓作用在較大活塞面積上，活塞上的氣體里就較大。如果采用多級(jí)壓縮就能大大降低作用于活塞上的氣體力因而有可能使得機(jī)構(gòu)輕巧，機(jī)械效率提高。
當(dāng)然，多級(jí)壓縮也不是級(jí)數(shù)越多越好。因?yàn)榧?jí)數(shù)越多，壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜，尺寸、重量和造價(jià)都要增加；氣體通道增加，氣閥及管理的壓力損失增加等，所以有時(shí)級(jí)數(shù)越多反而時(shí)經(jīng)濟(jì)性下降，級(jí)數(shù)多了運(yùn)動(dòng)機(jī)件增加，發(fā)生故障的機(jī)會(huì)也會(huì)增加。由于摩擦增加，機(jī)械效率也將有所降低。
當(dāng)要求氣體的工作壓力較高時(shí)，采用單級(jí)壓縮不僅不經(jīng)濟(jì)，有時(shí)甚至是不可能實(shí)現(xiàn)的，必須采用多級(jí)壓縮。多級(jí)壓縮就是將氣體從吸入開始，經(jīng)過幾次升壓而達(dá)到所需要的工作壓力。
1、節(jié)省功率消耗
采用多級(jí)壓縮，可以通過在級(jí)間設(shè)置中間冷卻器的方法，使被壓縮氣體在經(jīng)過一級(jí)壓縮后，先進(jìn)行等壓冷卻，以降低溫度，再進(jìn)入下一級(jí)氣缸。溫度降低、密度增大，這樣易于進(jìn)一步壓縮，較之一次壓縮可以大大節(jié)省耗功量。因此在相同的壓力下多級(jí)壓縮做功的面積就比單級(jí)壓縮要少。級(jí)數(shù)越多省的功耗就越多越接近于等溫壓縮。
注意：噴油螺桿空壓機(jī)的空壓機(jī)已經(jīng)非常接近定溫過程。如到達(dá)飽和狀態(tài)后繼續(xù)壓縮繼續(xù)冷卻的話，將有冷凝水析出。這些冷凝水如果與壓縮空氣一起進(jìn)入油氣分離器（油箱）內(nèi)，會(huì)使冷卻油乳化，影響潤滑效果。隨著冷凝水的不斷增加，油位也會(huì)不斷上升，最后冷卻油將會(huì)隨同壓縮空氣進(jìn)入系統(tǒng)，污染壓縮空氣，對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重后果。
因此，為了防止冷凝水的產(chǎn)生，壓縮腔內(nèi)的溫度不能過低，必須大于冷凝溫度。如排氣壓力為11bar（A）的空壓機(jī)，冷凝溫度為68℃，當(dāng)壓縮腔內(nèi)溫度低于68℃時(shí)，將有冷凝水析出。因此噴油螺桿空壓機(jī)的排氣溫度不能過低，即等溫壓縮的應(yīng)用在噴油螺桿機(jī)中由于冷凝水的問題受到了限制。
2、提高容積利用率
由于制造、安裝以及運(yùn)行三方面的原因，氣缸內(nèi)的余隙容積總是不可避免的，而余隙容積不僅直接減小了氣缸的有效容積，而且其中所殘留的高壓氣體還必須膨脹至吸氣壓力，氣缸才能開始吸入新鮮氣體，這樣就等于進(jìn)一步減小了氣缸的有效容積。
不難理解，如果壓力比愈大，則余隙容積內(nèi)殘留氣體膨脹愈劇，氣缸有效容積則愈小。在極限情況下，甚至能夠出現(xiàn)余隙容積內(nèi)的氣體在氣缸內(nèi)完全膨脹后，壓力仍不低于吸氣壓力，這時(shí)就無法繼續(xù)吸、排氣，氣缸的有效容積就變成了零。如果采用多級(jí)壓縮，則每一級(jí)的壓縮比很小，余隙容積內(nèi)殘留氣體稍微膨脹即可達(dá)到吸氣壓力，這樣自然就可以使氣缸有效容積增大，從而提高氣缸容積的利用率。
3、降低排氣溫度
壓縮機(jī)的排除氣體的溫度是隨壓縮比的增加而升高的，壓縮比越高排氣溫度就越高，但是過高的排氣溫度往往是不允許的。這是由于：在油潤滑的壓縮機(jī)中，潤滑油溫度搞了會(huì)降低粘度，加劇磨損，當(dāng)溫度升高過高時(shí)容易在缸內(nèi)及閥門上形成積碳，加劇磨損，有事甚至發(fā)生爆炸?；诟鞣N原因，大大限制了排氣溫度，所以必須采用多級(jí)壓縮降低排氣溫度。
注意：分級(jí)壓縮可以降低螺桿空壓機(jī)的排氣溫度，同時(shí)也可使空壓機(jī)的熱力過程盡可能地向定溫壓縮靠近，以達(dá)到節(jié)能效果，但并不是絕對(duì)的。尤其對(duì)于排氣壓力13bar以下的噴油螺桿空壓機(jī)而言，由于其在壓縮過程中噴入了低溫的冷卻油，壓縮過程已經(jīng)接近了定溫過程，沒必要再進(jìn)行二級(jí)壓縮。如在此噴油冷卻的基礎(chǔ)上再進(jìn)行分級(jí)壓縮，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本提高，還增加了氣體的流動(dòng)阻力和額外的功耗，有點(diǎn)得不償失。此外，如溫度過低，在壓縮過程中形成冷凝水的話將導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)惡化，造成嚴(yán)重后果。
4、降低作用在活塞桿上的氣體力
活塞壓縮機(jī)上，當(dāng)壓縮比較高而采用單級(jí)壓縮時(shí)，氣缸直徑較大，就有較高的氣體終壓作用在較大活塞面積上，活塞上的氣體里就較大。如果采用多級(jí)壓縮就能大大降低作用于活塞上的氣體力因而有可能使得機(jī)構(gòu)輕巧，機(jī)械效率提高。
當(dāng)然，多級(jí)壓縮也不是級(jí)數(shù)越多越好。因?yàn)榧?jí)數(shù)越多，壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜，尺寸、重量和造價(jià)都要增加；氣體通道增加，氣閥及管理的壓力損失增加等，所以有時(shí)級(jí)數(shù)越多反而時(shí)經(jīng)濟(jì)性下降，級(jí)數(shù)多了運(yùn)動(dòng)機(jī)件增加，發(fā)生故障的機(jī)會(huì)也會(huì)增加。由于摩擦增加，機(jī)械效率也將有所降低。
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