雷 笑，孫志新，許文鋅

（愛景智能裝備（無錫） 有限公司，江蘇無錫 214000）

1 引言

眾所周知，人們平時說的“空氣”，實際上都含有水蒸氣，也就是濕空氣，它是由干空氣和水蒸氣混合而成，空氣壓縮機工作過程中，空氣中的水蒸氣也會一并被壓縮，壓縮后經(jīng)過冷凝會形成冷凝水。國家標準GB/T3853《容積式壓縮機驗收試驗》試驗規(guī)定工況為：

吸氣空氣壓力：100 kPa（絕壓）

吸氣空氣溫度：20 ℃

相對水蒸氣壓力：0

冷卻水溫度：20 ℃

在理想狀態(tài)下，即吸氣相對水蒸氣壓力為0的情況下空壓機不會產(chǎn)生冷凝水，但在實際情況下，空氣中都會含有一定的水蒸氣，這些水蒸氣在空氣壓縮機工作的過程中會被壓縮，產(chǎn)生的壓縮空氣中會含有水，這些水經(jīng)過冷卻、冷凝會產(chǎn)生冷凝水，為了得到空壓機在標準工況下的準確容積流量，就需要針對冷凝水對容積流量進行修正。

2 關(guān)于冷凝水的容積流量修正計算

2.1 標準中關(guān)于冷凝水的容積流量修正計算

國家標準GB/T3853《容積式壓縮機驗收試驗》中6.5.4條規(guī)定了當試驗中有冷凝水從空氣壓縮機中排出時，在計算吸氣氣體流量時，可按照下式修正[1]

式中 qVcd——空壓機吸入狀態(tài)下的冷凝水蒸氣的容積流量

qmcd——所收集的冷凝液總質(zhì)量流量

RV——水蒸氣的氣體常數(shù)，461

T1——吸氣熱力學溫度

p1——吸氣壓力（絕對壓力）

同時國家標準GB/T3853《容積式壓縮機驗收試驗》中6.6規(guī)定，當試驗中從空氣壓縮機任何一處收集并測得排出的蒸汽冷凝液時，則允許確定等效的吸入流量并按照以下公式計算修正后的容積流量[1]

式中 qV.corr——修正后的容積流量

qVR——由試驗測試結(jié)果獲得的實際容積流量

K1，K2，K3——修正系數(shù)

2.2 壓縮空氣冷凝水量的計算

大氣中都含有一定的水分，每千克質(zhì)量的干空氣中所混合的水蒸氣的質(zhì)量數(shù)量稱為該濕空氣的質(zhì)量含濕量，濕空氣飽和含濕量計算式是計算壓縮空氣干燥器負荷大小的基本公式，又稱0.622公式，它源自理想氣體狀態(tài)方程，精確度很高，計算公式如下[2]

式中 ma——水蒸氣質(zhì)量，g

mg——干空氣質(zhì)量，kg

d——質(zhì)量含濕量，g/kg

ps——飽和水蒸氣分壓力，MPa

p——濕空氣的全壓力，MPa

當空氣為非飽和狀態(tài)，質(zhì)量含濕量的計算公式可變化如下[2]

式中 φ——相對濕度

濕空氣的飽和水蒸氣分壓力是空氣溫度的單值函數(shù)，在已知空氣干球溫度t（℃） 或者熱力學溫度T（K） 時，國內(nèi)外常用的求飽和水蒸氣分壓力pq.b（hPa） 戈夫-格雷奇計算公式如下[3]

當T＞273.15K時

在此方程上建立起來的“飽和濕空氣表”，它是流體力學、公稱熱力學及環(huán)境、大氣等工程學必備的工具性資料，借助“飽和濕空氣表”可以快速查閱到不同溫度對應(yīng)的飽和水蒸氣分壓力以及飽和水蒸氣密度，如表1所示[4]。

3 修正計算方法的驗證

為驗證上述計入冷凝水的空氣壓縮機容積流量修正計算方法的準確性，在實驗室環(huán)境條件下，選定2種不同的型號規(guī)格的空氣壓縮機進行測試并且計算修正后的空氣壓縮機容積流量。

3.1 A空壓機

環(huán)境大氣溫度為30 ℃，相對濕度80%RH，大氣壓力0.1013 MPa，壓縮后的絕對壓力為0.7 MPa，后冷卻器后的溫度為35 ℃，未計冷凝水的壓縮空氣容積流量0.8 m3/min。

（1） 查表1可知，當進氣溫度為t=30 ℃，飽和水蒸氣壓力ps=0.0042 MPa，環(huán)境相對濕度Φ=80%，濕空氣全壓力p=0.1013 MPa，將數(shù)據(jù)代入公式（4）中得到進氣質(zhì)量含濕量d=21.34 g/kg；排氣溫度t=35 ℃，查圖1可知飽和水蒸氣壓力ps=0.0056 MPa，相對濕度Φ=100%，濕空氣全壓力p=0.7 MPa，將數(shù)據(jù)代入公式（3）中得到進氣質(zhì)量含濕量d1=5.02 g/kg。

（2） 已經(jīng)干空氣的密度為ρ0=1.293 kg/m3，因此每分鐘產(chǎn)生冷凝水為0.8×1.293×（21.34-5.02）×10-3=0.01688 kg/min。

（3） 冷凝水排量qmcd=0.01688 kg/min，相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（1） 中得qVcd=0.023 m3/min。

（4） 由公式（2）得修正后的容積流量qV.corr=0.8+0.023=0.823 m3/min（K1、K2、K3=1）。

3.2 B空壓機

環(huán)境大氣溫度為31 ℃，相對濕度45%RH，大氣壓力0.1001 MPa，壓縮后的絕對壓力為0.9 MPa，后冷卻器后的溫度為40 ℃，未計冷凝水的壓縮空氣容積流量0.9 m3/min。

表1 飽和濕空氣表

（1） 查表1可知，當進氣溫度為t=31 ℃，飽和水蒸氣壓力ps=0.0045 MPa，環(huán)境相對濕度Φ=45%，濕空氣全壓力p=0.1001 MPa，將數(shù)據(jù)代入公式（4）中得到進氣質(zhì)量含濕量d=12.84 g/kg；排氣溫度t=40℃，查表1可知飽和水蒸氣壓力ps=0.0074 MPa，相對濕度Φ=100%，濕空氣全壓力p=0.9MPa，將數(shù)據(jù)代入公式（3）中得到進氣質(zhì)量含濕量d=5.16 g/kg。

（2） 已經(jīng)干空氣的密度為ρ0=1.293 kg/m3，因此每分鐘產(chǎn)生冷凝水為0.9×1.293×（12.84-5.16）×10-3=0.00894 kg/min。

（3） 冷凝水排量qmcd=0.00894 kg/min，相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（1） 中得qVcd=0.013 m3/min。

（4） 由公式（2） 得修正后的容積流量qV.corr=0.9+0.013=0.913 m3/min（K1、K2、K3=1）。

3.3 測試結(jié)果分析

分析上面結(jié)果可以看出，A、B空壓機試驗環(huán)境溫度基本一樣，A空壓機試驗環(huán)境相對濕度為80%RH，B空壓機試驗環(huán)境相對濕度為45%RH，A空壓機環(huán)境的相對濕度比B空壓機高，A空壓機產(chǎn)生的冷凝水量更多，測試結(jié)果經(jīng)過修正以后，A空壓機容積流量增加（0.823-0.8）/0.8=2.88%，B空壓機容積流量增加（0.913-0.9）/0.9=1.4%。

4 結(jié)語

通過分析相關(guān)標準以及查閱大量文獻，結(jié)合實際工作經(jīng)驗，對國家標準GB/T3853中計入冷凝水的空氣壓縮機容積流量修正計算公式進行探討，然后借助相關(guān)試驗驗證國家標準GB/T3853中計入冷凝水的空氣壓縮機容積流量修正計算公式的準確性，為以后相關(guān)專業(yè)的試驗人員提供一套科學、準確的空壓機容積流量修正方式，從而為未來相關(guān)檢驗工作提供指導(dǎo)意義。