概述
前言:空气压缩机按照《GB/T 3853-2017 容积式压缩机 验收试验》进行容积流量测试时,需要对压
缩中产生的冷凝水进行测量,继而计算冷凝水所占的体积,修正最终测量的容积流量。但是由于实际操作过程中,测量冷凝水需要增加容量足够的缓冲罐,对测量人员的要求也较高,需要掌握时间,准确计量。测量的结果对最终测试结果影响很小。所以很多厂家选择不进行修正。
我们试图通过理论计算来估计冷凝水的析出量。
一、理论基础
1.1 水蒸气特性
根据水蒸气的性质,在2 MPa范围内水蒸气饱和分压力ps和饱和密度主要取决于温度。,也就是这个计算是在2 MPa以内进行。
2.2 压缩过程中析出冷凝水的阶段
压缩机工作过程中:
第一阶段 经过吸气压缩,这个过程我们通过控制其温度不允许析出冷凝水,
第二阶段 压缩后的空气经过冷却器进行冷却,这个阶段冷凝水析出
第三阶段 压缩空气通过调压阀后,减压膨胀,最终通过测量喷嘴排除,这个阶段由于膨胀也没有冷凝水。
也就是理论计算冷凝水的过程是从吸气状态也就是大气环境,到调压阀之前的状态变化。
二、计算方法对比
我目前有几种可参考的计算方案,其一是行业一位前辈编写的容积流量计算表格,其中涵盖了冷凝水的理论计算过程,但是新版的表格中此部分已经被弃用了。其二是《压缩机技术》杂志中,李申工程师写的《压缩空气含水量计算》。
2.1 公式分析
压缩后空气压力升高,饱和水蒸气分压力不能同步提高,含湿能力下降,就像海绵一样水会被挤出。
通过计算吸入状态空气中水的含量,和压缩后调压阀之前状态的饱和空气的水含量之差,得出析出冷凝水的含量。
注意:如果压缩后的空气状态相对湿度小于1,则表示理论没有冷凝水析出,不用进行计算,不再讨论,此后公式都是按照相对湿度大于1来考虑。
qmcd=Φ0ρs0Q0-1*ρs1Q1
其中:
qmcd----冷凝水质量流量,kg/min
Φ0------吸气状态下相对湿度,仪表测量
ρs0-----吸气状态下饱和水蒸气密度,kg/min,查表
Q0-----容积流量,m³/min,流量测试装置测量计算
ρs1-----压缩状态下饱和水蒸气密度,kg/min,查表
Q1-----压缩工况下容积流量,m³/min
2.2 方法的主要区别
前辈方法和论文方法主要的区别就在于Q1的计算过程:
论文方法
根据气体状态方程,p0V0/T0=p1V1/T1 得出:
Q1=T1p0Q0/T0p1
其中:
T1----供气阀前气体温度,K ,仪表测量
p0----吸气状态下大气压力,MPa ,仪表测量
T0----吸气状态气体温度,K,仪表测量
p1—供气阀前气体压力,注意是绝对压力,MPa,仪表测量
前辈方法
前辈的方法中,不再使用p0和p1进行状态的换算,而是使用前后状态中干空气的分压力进行计算。
Q1=T1(p0-Φ0ps0)Q0/T0(p1-1*ps1)
其中:
ps0----吸气状态下,饱和水蒸气分压力,MPa,查表
ps1----压缩状态下,饱和水蒸汽分压力,MPa,查表
2.3 结果对比
从结果看前辈方法稍偏大,总体相差不多。
三、其他
压缩后的相对湿度,可根据压缩前后单位质量含水(气态和液态)质量前后不变,来计算:
Φ1= Φ0ps0p1/ps1p0
根据现场实测,对比公式的准确性
最后
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