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空壓機培訓100課之009：空壓機相關的一些計算及原理（干貨100%）
編輯：瑞田 發布時間：2019-09-24 關注：
作為空壓機的銷售工程師來說，除了必須了解自己公司的產品性能外，本文涉及的一些計算也是必不可少的，否則，你的專業背景將非常蒼白。
本文本著“知其然，并知其所以然”的原則進行講解...
問
▍“標方”和“立方”的單位轉換推導
答
1Nm³/min（標方）≈1.07m³/min
那么，這個換算是怎么得來的呢？
關于標方和立方的定義：空壓機培訓100課之001：與之相關的空氣基礎理論知識（一）
這兩種狀態只有溫度的區別：標方0℃（273K），立方20℃（293K）
再有，我們要用到“理想氣體狀態方程”：空壓機培訓100課之007：空壓機相關專業術語及名詞解釋（一）
兩種狀態下壓力、物質的量、常數均相同，不同的只是溫度（熱力學溫度K）
推導出：V?/T?=V?/T?（也就是蓋·呂薩克定律）。
設：V?、T?是標方，V?、T?是立方
則：V?：V?=T?：T?
即：V?：V?=273：293
故：V?≈1.07V?
結果：1Nm³/min≈1.07m³/min
問
▍試計算空壓機的耗油量
答
250kW，8公斤，排氣量為40m³/min的空壓機，含油量為3PPM，則機組運行1000小時理論上耗油多少升？
解答：
? 每立方每分鐘耗油：
——3×1.2=3.6mg/m3
? 40立方每分鐘耗油：
——40×3.6/1000=0.144g
? 運行1000小時耗油：
——1000×60×0.144=8640g=8.64kg
? 換算成體積 8.64/0.8=10.8L
（潤滑油的密度約0.8）
以上只是理論耗油，實際當中要大于此值（油分芯過濾持續下降），如按4000小時計算，40立方的空壓機則至少跑油40升（兩桶）。通常40方空壓機每次保養加油約10~12桶（18升/桶），耗油量約20%。
問
▍高原氣量計算
答
空壓機從平原到高原，計算其排氣量：
引用公式：
V?/V?=R?/R?
V?=平原地區氣量，V?=高原地區氣量
R?=平原的壓縮比，R?=高原的壓縮比
關于“壓縮比”參見：空壓機培訓100課之007：空壓機相關專業術語及名詞解釋（一）
例：空壓機110kW，排氣壓力8bar，容積流量20m³/min，該機型在海拔2000米的高度的排氣量為多少?（2000米時的大氣壓假定為0.85bar，真實計算時可查閱海拔對應的大氣壓表）
解：根據公式 V?/V?=R?/R?
（標號1為平原，2為高原）
V?=V?R?/R?
R?=9/1=9
R?=(8+0.85)/0.85=10.4
V?=20×9/10.4=17.3m³/min
則：該機型在海拔2000米的高度的排氣量為17.3m³/min，意味著這臺空壓機在高原地區使用的話，排氣量有明顯衰減。
所以，如高原地區客戶需求某一定量的壓縮空氣，需要注意我們的空壓機排氣量高海拔衰減后是否能滿足要求。
與此同時，很多提出需求的客戶，尤其經設計院設計的，還總喜歡使用Nm³/min的單位，需注意轉換后再計算。
問
▍空壓機充罐時間的計算
答
空壓機充滿一個儲氣罐要多長時間？雖然這樣計算并沒有什么太大的用，相當不準確，最多只能算一個近似值。但很多用戶出于對空壓機實際排氣量的懷疑，還是愿意嘗試這種方法，所以這種計算的場景也還是挺多的。
首先是這種計算的原理：實際也就是兩種氣體狀態的體積轉換。
其次是這種計算誤差大的原因：一是某些必要的數據現場根本沒有條件測量，例如溫度，所以只能忽略；二是測量的實際操作性無法精確，如空壓機需滿載時切換到充罐狀態。
但是，即便如此，有需求的話我們還是要知道是怎么個計算法：
例：10m³/min，8bar的空壓機多長時間可以將一個2m³的儲氣罐充滿？
說明：什么叫充滿？就是說空壓機后接2立方的儲氣罐，儲氣罐的排氣端閥門關閉，直到空壓機打到8bar卸載，儲氣罐表壓也為8公斤。這段時間需要多長？
注意：這個時間需要從空壓機開始加載算起，不能包括前面星三角轉換，或者變頻機升頻的過程。這就是為什么說現場實際操作無法精確的原因。如果空壓機后接管道有旁通，在空壓機滿載狀態快速切換到充儲氣罐的管路，誤差將小一些。
首先是最簡單的方法（估算）：
在不考慮溫度的情況下：
p?V?=p?V?（波義耳-馬略特定律）
通過這個式子發現，氣體體積變化的大小實際就是壓縮比。
則：t=V?/（V?/R）min
（標號1為儲氣罐容積，2為空壓機容積流量）
t=2m³/（10m³/9）min=1.8min
充滿約需1.8分鐘，即約1分48秒。
其次是稍微復雜的方法：
其中：
Q0－未計及冷凝水的壓縮機容積流量m3/min；
Vk－儲氣罐容積m3；
τ－充氣時間min；
px1－壓縮機吸氣壓力MPa；
Tx1－壓縮機吸氣溫度K；
pk1－充氣開始時儲氣罐內氣體壓力MPa；
pk2－充氣終止，熱平衡后儲氣罐內氣體壓力MPa；
Tk1－充氣開始時儲氣罐內氣體溫度K；
Tk2－充氣終止，熱平衡后儲氣罐內氣體溫度K；
Tk －儲氣罐內氣體溫度K。
問
▍氣動工具耗氣量計算
答
各氣動裝置在斷續工作時（即時用時停）的氣源系統耗氣量計算方法：
Q＝0.5ψ×K1×K2×K3×Qmax m³/min
其中：
Qmax－實際需要的最大耗氣量。
ψ－利用系數。
它考慮到全部氣動設備不會同時使用的系數，經驗值0.95～0.65，一般情況下氣動設備數目越多，則同時使用的情況愈少，其值就小，反之其值就大。2臺設備取0.95，4臺設備取0.9，6臺設備取0.85，8臺設備取0.8，10臺以上設備取0.65。
K1－漏損系數，值在1.2～1.5范圍內選取。
K2－備用系數，值在1.2～1.6范圍內選取。
K3－不平均系數
它考慮氣源系統中按平均耗氣量計算中有不平均的因素存在，為保證其最大使用量而設，其值在1.2～1.4范圍內選取。
問
▍氣量不足時，計算氣量差額
答
由于用氣設備增加導致供氣量不足，欲維持額定的工作壓力需增加多大的空壓機才可以滿足。
公式：
其中：
Q實－實際狀態下系統所需的空壓機流量；
Q原－原使用的空壓機容積流量；
P實－實際狀況下所能達到的壓力MPa；
P原－原使用所能達到的工作壓力MPa；
ΔQ－需增加的容積流量（m3/min）。
例：原有空壓機為10立方8公斤，用戶增加設備目前空壓機壓力只能打到5公斤，問，需要增加至少多大的空壓機才能滿足8公斤的用氣需求。
△Q=10*（0.8-0.5）/（0.5+0.1013）
≈4.99m³/min
故：需要至少排氣量為4.99立方8公斤的空壓機。
實際上此一公式的原理是：通過計算距目標壓力的差額，占當前壓力的比例。此比例套用到當前所用空壓機的流量，即得出距目標流量的值。
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