空壓機(jī)為什么需要分級(jí)壓縮？壓縮一次不行嗎？
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發(fā)布日期： 2022.09.28
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當(dāng)要求氣體的工作壓力較高時(shí)，采用單級(jí)壓縮不僅不經(jīng)濟(jì)，有時(shí)甚至是不可能實(shí)現(xiàn)的，必須采用多級(jí)壓縮。多級(jí)壓縮就是將氣體從吸入開(kāi)始，經(jīng)過(guò)幾次升壓而達(dá)…
當(dāng)要求氣體的工作壓力較高時(shí)，采用單級(jí)壓縮不僅不經(jīng)濟(jì)，有時(shí)甚至是不可能實(shí)現(xiàn)的，必須采用多級(jí)壓縮。多級(jí)壓縮就是將氣體從吸入開(kāi)始，經(jīng)過(guò)幾次升壓而達(dá)到所需要的工作壓力。
當(dāng)要求氣體的工作壓力較高時(shí)，采用單級(jí)壓縮不僅不經(jīng)濟(jì)，有時(shí)甚至是不可能實(shí)現(xiàn)的，必須采用多級(jí)壓縮。多級(jí)壓縮就是將氣體從吸入開(kāi)始，經(jīng)過(guò)幾次升壓而達(dá)到所需要的工作壓力。
采用多級(jí)壓縮，可以通過(guò)在級(jí)間設(shè)置中間冷卻器的方法，使被壓縮氣體在經(jīng)過(guò)一級(jí)壓縮后，先進(jìn)行等壓冷卻，以降低溫度，再進(jìn)入下一級(jí)氣缸。溫度降低、密度增大，這樣易于進(jìn)一步壓縮，較之一次壓縮可以大大節(jié)省耗功量。因此在相同的壓力下多級(jí)壓縮做功的面積就比單級(jí)壓縮要少。級(jí)數(shù)越多省的功耗就越多越接近于等溫壓縮。
注意：
噴油螺桿空壓機(jī)的空壓機(jī)已經(jīng)非常接近定溫過(guò)程。如到達(dá)飽和狀態(tài)后繼續(xù)壓縮繼續(xù)冷卻的話，將有冷凝水析出。這些冷凝水如果與壓縮空氣一起進(jìn)入油氣分離器（油箱）內(nèi)，會(huì)使冷卻油乳化，影響潤(rùn)滑效果。隨著冷凝水的不斷增加，油位也會(huì)不斷上升，最后冷卻油將會(huì)隨同壓縮空氣進(jìn)入系統(tǒng)，污染壓縮空氣，對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重后果。
因此，為了防止冷凝水的產(chǎn)生，壓縮腔內(nèi)的溫度不能過(guò)低，必須大于冷凝溫度。如排氣壓力為11bar（A）的空壓機(jī)，冷凝溫度為68℃，當(dāng)壓縮腔內(nèi)溫度低于68℃時(shí)，將有冷凝水析出。因此噴油螺桿空壓機(jī)的排氣溫度不能過(guò)低，即等溫壓縮的應(yīng)用在噴油螺桿機(jī)中由于冷凝水的問(wèn)題受到了限制。
由于制造、安裝以及運(yùn)行三方面的原因，氣缸內(nèi)的余隙容積總是不可避免的，而余隙容積不僅直接減小了氣缸的有效容積，而且其中所殘留的高壓氣體還必須膨脹至吸氣壓力，氣缸才能開(kāi)始吸入新鮮氣體，這樣就等于進(jìn)一步減小了氣缸的有效容積。
不難理解，如果壓力比愈大，則余隙容積內(nèi)殘留氣體膨脹愈劇，氣缸有效容積則愈小。在極限情況下，甚至能夠出現(xiàn)余隙容積內(nèi)的氣體在氣缸內(nèi)完全膨脹后，壓力仍不低于吸氣壓力，這時(shí)就無(wú)法繼續(xù)吸、排氣，氣缸的有效容積就變成了零。如果采用多級(jí)壓縮，則每一級(jí)的壓縮比很小，余隙容積內(nèi)殘留氣體稍微膨脹即可達(dá)到吸氣壓力，這樣自然就可以使氣缸有效容積增大，從而提高氣缸容積的利用率。
壓縮機(jī)的排除
氣體的溫度是隨壓縮比的增加而升高的，壓縮比越高排氣溫度就越高，但是過(guò)高的排氣溫度往往是不允許的。這是由于：在油潤(rùn)滑的壓縮機(jī)中，潤(rùn)滑油溫度高
了會(huì)降低粘度，加劇磨損，當(dāng)溫度升高過(guò)高時(shí)容易在缸內(nèi)及閥門(mén)上形成積碳，加劇磨損，有時(shí)甚至發(fā)生爆炸。
基于各種原因，大大限制了排氣溫度，所以必須采用多級(jí)壓縮降低排氣溫度。
注意： 分級(jí)壓縮可以降低螺桿空壓機(jī)的排氣溫度，同時(shí)也可使空壓機(jī)的熱力過(guò)程盡可能地向定溫壓縮靠近，以達(dá)到節(jié)能效果，但并不是絕對(duì)的。尤其對(duì)于排氣壓力13bar以下的噴油螺桿空壓機(jī)而言，由于其在壓縮過(guò)程中噴入了低溫的冷卻油，壓縮過(guò)程已經(jīng)接近了定溫過(guò)程，沒(méi)必要再進(jìn)行二級(jí)壓縮。如在此噴油冷卻的基礎(chǔ)上再進(jìn)行分級(jí)壓縮，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本提高，還增加了氣體的流動(dòng)阻力和額外的功耗，有點(diǎn)得不償失。此外，如溫度過(guò)低，在壓縮過(guò)程中形成冷凝水的話將導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)惡化，造成嚴(yán)重后果。
活塞壓縮機(jī)上，當(dāng)壓縮比較高而采用單級(jí)壓縮時(shí)，氣缸直徑較大，就有較高的氣體終壓作用在較大活塞面積上，活塞上的氣體力
就較大。如果采用多級(jí)壓縮就能大大降低作用于活塞上的氣體力因而有可能使得機(jī)構(gòu)輕巧，機(jī)械效率提高。
當(dāng)然，多級(jí)壓縮也不是級(jí)數(shù)越多越好 。因?yàn)榧?jí)數(shù)越多，壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜，尺寸、重量和造價(jià)都要增加；氣體通道增加，氣閥及管理的壓力損失增加等，所以有時(shí)級(jí)數(shù)越多反而經(jīng)濟(jì)性下降，級(jí)數(shù)多了運(yùn)動(dòng)機(jī)件增加，發(fā)生故障的機(jī)會(huì)也會(huì)增加。由于摩擦增加，機(jī)械效率也將有所降低。
影響壓縮機(jī)效率的主要是機(jī)頭的內(nèi)泄露，多級(jí)壓縮可以減小每一級(jí)的壓比，壓比小自然內(nèi)泄露就改善，所以多級(jí)壓縮有一定的節(jié)能效果。但是如果機(jī)頭加工精度較高，可以有效的控制內(nèi)部間隙，減小內(nèi)泄露，一樣能夠獲得顯著的節(jié)能效果。單級(jí)壓縮機(jī)頭的零部件顯著比多級(jí)壓縮少，機(jī)器的可靠性高的多。從可靠性的角度看，高精度制造的單機(jī)壓縮，更符合用戶利益。
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