空气与压缩空气.pdf

空气与压缩空气在地球引力作用下,大量气体聚集在地球周围,形成数千公里的大气层。气体密度随离地面高度的增加而变得愈来愈稀薄。探空火箭在 3000 公里高空仍发现有稀薄大气, 有人认为,大气层的上界可能延伸到离地面 6400 公里左右。地表大气平均压力为 1 个大气压,相当于每平方厘米地球表面包围 1034g 空气。地球总表面积为 510100934 平方公里,所以大气总质量约为 ×1015 吨,差不多占地球总质量的百万分之一,大气随高度的增加而逐渐稀薄, 50% 的质量集中在 30km 以下的范围内。高度 100km 以上的空气质量仅是整个大气圈质量的百万分之一。地面的大气是多种气体的混合物,其中:氮 78% 、氧 21% 、氩 % 、二氧化碳 % 、氖 % ,此外还有其它惰性气体、臭氧、水气和尘埃等。由于环境污染,目前空气还含有二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等有毒气体。干空气的分子量为 ,在 0℃、 760mmHg 柱时的密度为 。空气经过机械压缩以后就成了压缩空气,用作生产压缩空气的设备通常称为空气压缩机。人类很早就懂得使用压缩空气,现在压缩空气已是人类生产、生活中一种不可缺少的动力。随着现代工业的不断发展,对压缩空气质量的要求也越来越高,而且呈多样化。现代产业对压缩空气的要求可分为以下几个方面: 1)压力、流量的要求:任何需要压缩空气的场合对压缩空气的压力和流量都是有要求的。目前最普遍的压力值在 ( g)左右。在一些特殊场合如玻璃行业,对压缩空气的压力要求可能为 - MPa ( g)左右;在某些军工企业,对压缩空气压力要求可能在几十 MPa 。市场上有各种各样的空气压缩机可以来满足这些要求。 2)干燥度(即含水量或露点温度)的要求:不同的工艺对压缩空气露点温度要求也不同,如用作仪表方面的压缩空气压力露点一般要求在-40℃以下,而在半导体芯片厂对压缩空气的压力露点可能要求在-70℃,但在多数场合,对压缩空气的露点温度要求在 0℃以上就已足够。压缩空气的露点要求通常由干燥机来实现。 3)清洁度的要求(相对比较复杂,包括:固体物、油雾、微生物、有害气体等):由压缩空气过滤器来解决。 压力、流量与温度压力、流量与温度是压缩空气的三个基本指标。由于地球引力的作用,地球表面的大气层对地球表面或表面物体所造成的压力称为“大气压”。由于地球表面的海拔高度不同,所处不同高度的空气密度不同,所以, 处在不同高度上的物体受到的大气压力的大小也不同。所谓标准大气压力是指在摄氏零度( 0℃)条件下,在纬度 45 度的海平面上,所受到的大气压力(干燥空气),经测量标准大气压力等于 760mmHg (汞) /cm2 ,即每平方厘米承受 760mmHg 的压力,我们可以换算为 kgf (千克力): 76cm×= = 。一个标准大气压力相当于每平方厘米承受 ,约 1公斤压力。压力的法定单位是帕斯卡( Pa ): 1Pa=1N/m2 (牛顿/平方米)。工程上常用的是兆帕( MPa ): 1MPa=106Pa 。也有人方厘米)作压力单位,而且 f经常省略: 1kgf/cm2 = 。 1个标准大气压力=×= ≈ 。国外也有用巴(bar) 和 psi 作为压缩空气压力单位的,这些单位与 MPa 的关系如下: 1bar= 1psi= 气体在容器内的压力,在实际应用中有两种不同的表示方法,一种是直接表示气体施于器壁上的压力大小的实际数值,叫做绝对压力,用符号“P(a)”表示;另一种是用压力表测量压力值时的显示值,叫做表压力,用符号“P(g)”表示。当绝对压力高于当地大气压时,压力表所指示的数值为正值,这时: P(a) = B + P(g) (B——当地大气压力) 压缩空气的流量用 Nm3/min 或用 Nm3/h 来表示,通常表示空气在“空气压缩机吸气状态”下的容积流量。国家标准 GB3853 对一般容积式空气压缩机的吸气状态规定为:空气温度 t=20℃,绝对压力 P= ,相对湿度φ=0 %(标准状态)。空压机厂家对其产品宣传数据中空压机的排气量是基于什么吸气状态下一般都没有表明。为了与空压机配套,压缩空气干燥机和过滤器等后处理设备的处理能力都是以空气标准状态下的流量来标注的,单位中的 N就是表示标准状态,不过 N常常被省略。在国外,一些国家习惯用 cfm (每分钟立方英尺)表示压缩空气的流量, cfm 与