在正式了解空气压缩机之前,有必要重温一些曾经在学校学过的知识,以及行业常用的一些术语、概念,以便更好地学习和理解接下来的内容。
压缩机具有压缩、输送气体的功能。根据气体的成分,可以把气体分为单组分和混合气体两种。
(1)单组分气体:顾名思义,它只含有一种组分,如氮气、氧气、氢气、丙烷、丁烷等。
*需要说明的是,不可能有绝对意义上的单组分气体。
(2)混合气体:含有多种组分的气体称为混合气体。工业中常用的许多气体都是混合气体,如空气、天然气、R407C、R410A等。
我们都知道,空气包裹着地球,空气无色无味,自然状态下为气态。自然界中的空气是多种气体和水蒸气、杂质的混合物。这些气体主要有氮气、氧气、稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙、氡)、二氧化碳等。
干洁空气的主要成分如图2-1所示(即去除水蒸气和固体杂质的空气)。
空气和其他物质一样,有其独有的体积、质量、温度等物理性质(表2-1)。空气没有固定的形状和体积,因此具有可压缩性。当空气体积被压缩时,空气内部的压强就会增大,可以对外做功;当外力撤消时,空气在内部压强的作用下,恢复到原来的体积。这就是压缩空气作为动力源最通俗的原理。
图2-1 干洁空气的主要成分
表2-1 空气的基本物理量
湿空气是干空气和水蒸气的混合物,凡含有水蒸气的空气就是湿空气。因此,我们周边环境的大气均为湿空气。空气压缩机的压缩介质就是湿空气,因此需要对湿空气的物理性质有所了解。
湿空气的物理性质除与它的组成成分有关外,还取决于它所处的状态。湿空气的状态通常可以用压力、温度、相对湿度、含湿量及焓等参数来度量和描述。这些参数称为湿空气的状态参数。
所谓理想气体,就是忽略气体分子的自身体积,假设分子间没有相互吸引和排斥,即不计分子势能,分子与器壁之间发生的碰撞是完全弹性的,不造成动能损失。这种气体称为理想气体。
*必须知道,理想气体在客观上是不存在的,它只是实际气体的一种极限。
为了服务于实际工程应用,在热力学中,常温常压下的干空气可视为理想气体。同时,湿空气中的水蒸气含量一般很少,只有几克到几十克,在空气压缩机的应用中,水蒸气的分压力很小,比容很大。因此,干空气可以视为理想气体,湿空气也可视为理想气体。
理想气体状态方程:
pv = RT 或 pV = mRT
pV = NR m T
式中: p ——气体绝对压力,Pa;
v ——比体积,m 3 /kg;
V ——容积,m 3 ;
m ——气体质量,kg;
R ——气体常数,J/(kg·K),取决于气体的性质;
N ——物质的量, N = m / M , M 为相对分子质量;
T ——气体热力学温度,K;
R m ——通用气体常数, R m = MR ,对任何气体 R m ≈8310J/(kmol·K)。
气体的一些物理性质和参数:压力、温度、体积。这3个参数是可以直接测量的,因此叫作气体的基本状态参数。除此之外,还有在探讨气体的热力性质时用到的比热容、比焓、比熵等,在探讨湿空气时用的湿度、干球温度、湿球温度、露点温度、含湿量等,其他还有黏度、热导率、溶解度等专业度很高的知识。
气体的一些化学性质和参数:可燃性、爆炸性、腐蚀性、热稳定性、毒性以及对环境的污染与破坏性等。当然,这些和我们要讲的空气压缩机关系不大,因为我们的压缩介质主要是空气,最多适用于惰性气体,是不太有这方面问题的。