空气压缩机概论

空氣壓縮機概論高壓空氣機械包括空氣壓縮機、真空泵及壓縮空氣機械等。空氣壓縮機之功用與送風機相同，均為對氣體施予機械能以轉換為氣體之能量，提高氣體壓力，增加氣體之速度。二者之主要區別在於送風機乃用在風壓低於12者，而壓縮機則指提升之壓力大於12以上者。在送風機之使用上，因空氣之壓縮不大，故其溫度之變化小，通常不需考慮到冷卻之問題。但在壓縮機之使用，因壓力之提升大（可大35002），故溫度上升亦大，對長期使用之情況，均需考慮其冷卻作用。 空氣特性： 基本式 Pv = RT 若為絕熱變化過程，則可以下式表示： （P vk）= Constant 式中， P：絕熱壓力（）（=大氣壓力+錶壓力） v：空氣於P及T狀態時之比容（m3）R：空氣之氣體常數（=29.3）T：空氣絕對溫度（oK=273.15+空氣溫度）k：空氣之比熱比（=1.4） 壓縮機之標準吸氣口狀態為空氣溫度20，絕對壓力760 Hg，相對濕度75%，此時1m3的空氣重為1.2 kg。 (二)往復式空氣壓縮機之特性 衝程容積vo為活塞在整個衝程中之位移造成的容積，設D為活塞直徑(m)，L為位移距離(m)，則衝程容積vo為 vo =D2 L4 （m2） 1 理論排氣量Qth Qth = nv0N （m3min）. (1) 式中， n：汽缸數 vo：衝程容積 （m2） N：活塞每分鐘往返次數（RPM） 2 容積效率 圖二，vc為汽缸之餘隙容積(clearance volume)，容積效率定義為空氣吸入衝程容積與活塞之衝程容積vo之比值，餘隙比(clearance ratio)定義為餘隙容積vc與衝程容積vo之比，即 = vcvo 故容積效率可寫成 由上式可知愈大，容積效率愈小，但因壓縮機之吸氣與排氣閥門等裝置，餘隙容積不可能省略。 3 壓縮空氣之功率 (1) 等溫壓縮之功率Lis若壓縮機之排氣量為Qs（m3sec），則等溫壓縮功率Lis為 .(2) 式中， Ps、Pd：壓縮機吸入側與排出側之壓力（kgm3）Qs：吸入側之流量（m3sec）(2) 絕熱壓縮之功率Lad 絕熱壓縮功率Lad為 (3)(3) 多變壓縮之功率Lp 多變壓縮功率Lp為 (4) 多變壓縮指數n值，可由多變過程中入口與出口狀態之壓力與溫度之關係為： 由(5)式可求出 n值TS：壓縮機入口側溫度 (即室溫) Td：壓縮機出口側溫度 4 軸動力L 壓縮機曲柄軸所需之動力，可由各種不同型別原動力機供給，但因機械摩擦的關係，常大於上述各功率。若使用馬達，則馬達之軸功動力可由馬達電功乘以馬達效率 (約90%)求之。 軸動力L = 馬達電功率（kW）馬達效率（%）（kW）. (6) 5 各種效率 (1) 等溫壓縮效率= 等溫壓縮功率/軸動力 = LisL. (7) (2) 絕熱壓縮效率= 絕熱壓縮功率/軸動力 = LadL. (8) (3) 多變壓縮效率= 多變壓縮功率/軸動力 = LpL. (9) (4)容積效率= 吸氣狀態時之空氣流量/壓縮機之衝程為移容積 = QsQth.（10） 式中，Qs：換算成吸氣狀態時的空氣流量（m3sec）Qth：壓縮機之衝程位移體積率（m3sec） 6 性能曲線 壓縮機之性能曲線，係以輸出壓力P2為橫座標，以空氣流量Q、軸動力L及效率（絕熱效率ad、容積效率V.）為縱座標，繪製而成。(三)空氣流量測定法 1文氏管流量計 . (11) (12) 為文氏流量計所測得之質量流率(kg/min)，Y稱為文氏管流量計之膨脹修正係(Expansion correction factor )，隨管徑比D2D1變化與壓力比（P2P1）之函數。管路中測定空氣流量換算成吸氣口處之流量率，設：大氣壓力Ps，吸氣口溫度Ts，吸氣口空氣密度s，則 (13) (四)壓縮空氣中水蒸汽所占體積之計算大氣(atmospheric air)為乾空氣與水蒸汽之混合物，台灣為海島型氣候濕大，水蒸汽經壓縮易凝結為水，經過除水器排出或沉積於儲氣筒中，故文氏流量計所測得之流量須加以修正。設大氣溫度為T1，相對濕度為1，管道出口量得溫度為T2，相對濕度為2，因壓縮過程水蒸汽被除去之質量率為mw，一般而言2隨壓縮空氣壓力增加而減小。 .(14) ：除去水蒸汽之質量流率：文氏流量計所測得之質量流率 （kg/min）w1：大氣溫濕度狀態之濕度比 （specific humidity）w2：管道出口狀態之濕度