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。

  本文本着“知其然,并知其所以然”的原则进行讲解...

  ▍“标方”和“立方”的单位转换推导

  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
 

  ▍试计算空压机的耗油量

  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%。
 

  ▍高原气量计算

  空压机从平原到高原,

  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。
 

  ▍空压机充罐时间的计算

  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。
 

  ▍气动工具耗气量计算

  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×Qmaxm³/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。
 

  ▍气量不足时,计算气量差额

  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。