國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3853計(jì)入冷凝水的空壓機(jī)容積流量修正計(jì)算

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(shí)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)GB/T3853《容積式壓縮機(jī)驗(yàn)收試驗(yàn)》試驗(yàn)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(jī)不會產(chǎn)生冷凝水，但在實(shí)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(jī)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(jī)在標(biāo)準(zhǔn)工況下的準(zhǔn)確容積流量，就需要針對冷凝水對容積流量進(jìn)行修正。

2 關(guān)于冷凝水的容積流量修正計(jì)算

2.1 標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于冷凝水的容積流量修正計(jì)算

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3853《容積式壓縮機(jī)驗(yàn)收試驗(yàn)》中6.5.4條規(guī)定了當(dāng)試驗(yàn)中有冷凝水從空氣壓縮機(jī)中排出時，在計(jì)算吸氣氣體流量時，可按照下式修正[1]

式中 qVcd——空壓機(jī)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(xué)溫度

p1——吸氣壓力（絕對壓力）

同時國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3853《容積式壓縮機(jī)驗(yàn)收試驗(yàn)》中6.6規(guī)定，當(dāng)試驗(yàn)中從空氣壓縮機(jī)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(jì)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(yàn)測試結(jié)果獲得的實(shí)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(jì)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(jì)算式是計(jì)算壓縮空氣干燥器負(fù)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(jì)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(dāng)空氣為非飽和狀態(tài)，質(zhì)量含濕量的計(jì)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(xué)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(jì)算公式如下[3]

當(dāng)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(xué)、公稱熱力學(xué)及環(huán)境、大氣等工程學(xué)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(jì)算方法的驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述計(jì)入冷凝水的空氣壓縮機(jī)容積流量修正計(jì)算方法的準(zhǔn)確性，在實(shí)驗(yàn)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(jī)進(jìn)行測試并且計(jì)算修正后的空氣壓縮機(jī)容積流量。

3.1 A空壓機(jī)

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(jì)冷凝水的壓縮空氣容積流量0.8 m3/min。

（1） 查表1可知，當(dāng)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)

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(jì)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(dāng)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)試驗(yàn)環(huán)境溫度基本一樣，A空壓機(jī)試驗(yàn)環(huán)境相對濕度為80%RH，B空壓機(jī)試驗(yàn)環(huán)境相對濕度為45%RH，A空壓機(jī)環(huán)境的相對濕度比B空壓機(jī)高，A空壓機(jī)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(jī)容積流量增加（0.823-0.8）/0.8=2.88%，B空壓機(jī)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(biāo)準(zhǔn)以及查閱大量文獻(xiàn)，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3853中計(jì)入冷凝水的空氣壓縮機(jī)容積流量修正計(jì)算公式進(jìn)行探討，然后借助相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3853中計(jì)入冷凝水的空氣壓縮機(jī)容積流量修正計(jì)算公式的準(zhǔn)確性，為以后相關(guān)專業(yè)的試驗(yàn)人員提供一套科學(xué)、準(zhǔn)確的空壓機(jī)容積流量修正方式，從而為未來相關(guān)檢驗(yàn)工作提供指導(dǎo)意義。