国家标准GBT3853计入冷凝水的空压机容积流量修正计算

国家标准GB/T3853计入冷凝水的
空压机容积流量修正计算
雷笑，孙志新，许文锌
（爱景智能装备（无锡）有限公司，江苏无锡214000）
[摘要]：空压机在运行过程吸入的气体中含有一定的水分，当这些气体被压缩时，这些水分也一并被压缩经过冷却后就会变成冷凝水。

在标准工况下空气的相对湿度为0，因此空气在压缩过程中不会产生冷凝水，但在容积流量实际测试时，一般很难满足标准工况要求。

通过查阅相关标准和文献资料阐述国家标GB/T3853中计入冷凝水的空压机容积流量修正计算公式，并借助相关试验，验证国家标准GB/T3853中计入冷凝水的空压机容积流量修正计算公式的正确性。

[关键词]：空压机；冷凝水；容积流量；修正
中图分类号：TH455文献标志码：B
文章编号：1006-2971（2020）02-0041-04
National Standard GB/T3853Volume Flow Correction Calculation
of Air Compressor with Condensate
LEI Xiao,SUN Zhi-xin,XU Wen-xin
(Air Think Intelligent Equipment(Wuxi)Co.,Ltd.,Wuxi214000,China)
Abstract:The air compressor in the process of operation contains a certain amount of water in the gas.while the gases are compressed,the water will also be compressed and become condensate after cooling.The relative hu-midity of air is0under standard working condition,so the air will not produce condensate in the process of compression,but it is difficult to meet the requirements of standard working condition in the actual test of vol-ume flow.By referring to relevant standards and literature,this paper expounds the calculation formula of volume flow correction of air compressor included in the national standard GB/T3853,and verifies the correctness of the calculation formula of volume flow correction of air compressor specified in the national standard GB/T3853with the help of relevant tests.
Key words：air compressor;condensate;volume flow;correction
1引言
众所周知，人们平时说的“空气”，实际上都含有水蒸气，也就是湿空气，它是由干空气和水蒸气混合而成，空气压缩机工作过程中，空气中的水蒸气也会一并被压缩，压缩后经过冷凝会形成冷凝水。

国家标准GB/T3853《容积式压缩机验收试验》试验规定工况为：
吸气空气压力：100kPa（绝压）
吸气空气温度：20℃
收稿日期：2019-12-23
相对水蒸气压力：0
冷却水温度：20℃
在理想状态下，即吸气相对水蒸气压力为0的情况下空压机不会产生冷凝水，但在实际情况下，空气中都会含有一定的水蒸气，这些水蒸气在空气压缩机工作的过程中会被压缩，产生的压缩空气中会含有水，这些水经过冷却、冷凝会产生冷凝水，为了得到空压机在标准工况下的准确容积流量，就需要针对冷凝水对容积流量进行修正。

2关于冷凝水的容积流量修正计算
2.1标准中关于冷凝水的容积流量修正计算
国家标准GB/T3853《容积式压缩机验收试验》中6.5.4条规定了当试验中有冷凝水从空气压缩机中排出时，在计算吸气气体流量时，可按照下式修正[1]
q Vcd=q mcd·R V·T1
p1（1）式中q Vcd——
—空压机吸入状态下的冷凝水蒸气的
容积流量
q mcd——
—所收集的冷凝液总质量流量
R V——
—水蒸气的气体常数，461
T1——
—吸气热力学温度
p1——
—吸气压力（绝对压力）
同时国家标准GB/T3853《容积式压缩机验收试验》中6.6规定，当试验中从空气压缩机任何一处收集并测得排出的蒸汽冷凝液时，则允许确定等效的吸入流量并按照以下公式计算修正后的容积流量[1]
q V，corr=K1·K2·K3（q VR+q Vcd）（2）式中q V.corr——
—修正后的容积流量
q VR——
—由试验测试结果获得的实际容积流量
K1，K2，K3——
—修正系数
2.2压缩空气冷凝水量的计算
大气中都含有一定的水分，每千克质量的干空气中所混合的水蒸气的质量数量称为该湿空气的质量含湿量，湿空气饱和含湿量计算式是计算压缩空气干燥器负荷大小的基本公式，又称0.622公式，它源自理想气体状态方程，精确度很高，计算公式如下[2]
d=m a m
g
=622p s p-p
s
（3）式中m a——
—水蒸气质量，g
m g——
—干空气质量，kg
d——
—质量含湿量，g/kg
p s——
—饱和水蒸气分压力，MPa
p——
—湿空气的全压力，MPa
当空气为非饱和状态，质量含湿量的计算公式可变化如下[2]
d=m a m
g
=622ϕp s p-ϕp
s
（4）式中ϕ——
—相对湿度
湿空气的饱和水蒸气分压力是空气温度的单值函数，在已知空气干球温度t（℃）或者热力学温度T（K）时，国内外常用的求饱和水蒸气分压力p q.b（hPa）戈夫-格雷奇计算公式如下[3]
当T>273.15K时
lg p p.q=-7.90298（373.16T-1）+5.028081×lg（373.16T）-1.3816×10-7（1011.344（1-T373.16）-1）+8.1328×10-3
（10
-3.49149（373.16T-1）-1）+lg（1013.246）（5）
当T<273.15K时
lg p p.q=-9.09718（273.16T-1）-3.56654×lg（273.16T）+
0.876793（1-T273.16）+lg（6.1071）（6）
在此方程上建立起来的“饱和湿空气表”，它是流体力学、公称热力学及环境、大气等工程学必备的工具性资料，借助“饱和湿空气表”可以快速查阅到不同温度对应的饱和水蒸气分压力以及饱和水蒸气密度，如表1所示[4]。

3修正计算方法的验证
为验证上述计入冷凝水的空气压缩机容积流量修正计算方法的准确性，在实验室环境条件下，选定2种不同的型号规格的空气压缩机进行测试并且计算修正后的空气压缩机容积流量。

3.1A空压机
环境大气温度为30℃，相对湿度80%RH，大气压力0.1013MPa，压缩后的绝对压力为0.7MPa，后冷却器后的温度为35℃，未计冷凝水的压缩空
t /℃饱和水蒸气分压力
/kPa
饱和水蒸气密度/（g/m 3）
t /℃饱和水蒸气分压力
（kPa ）Pa
饱和水蒸气密
度/g/m 3
t /℃饱和水蒸气分压力
（kPa ）Pa
饱和水蒸气密度
/（g/m 3）
100101.23588.725 3.16323.02-10.562 4.4799070.04418.324 2.98021.76-20.517 4.1368557.75349.823 2.80620.55-30.476 3.8178047.32290.622 2.64019.41-40.437 3.5217538.51239.921 2.48418.31-50.402 3.2467031.13196.820 2.33417.28-60.369 2.9906524.98160.319 2.19316.29-70.338 2.7526019.91129.618 2.06015.36-80.310 2.5325515.73103.917 1.93614.46-90.284 2.3285012.3382.7716 1.81313.61-100.260 2.139459.57665.2815 1.70212.81-120.218 1.803407.37151.0514 1.59512.06-140.181 1.51539 6.98548.5413 1.49511.33-160.151 1.26938 6.61946.1512 1.40010.65-180.125 1.06037 6.27043.8711 1.31010.00-200.1020.88436 5.93641.6510 1.2269.390-220.08530.73435 5.61739.559 1.1478.811-240.07010.60734 5.31437.548 1.0718.263-260.05730.50233 5.02535.607 1.0017.745-280.04680.41232 4.75133.7760.9347.255-300.03810.33831 4.48832.0150.871 6.793-320.03090.27730 4.23930.3240.812 6.356-350.02230.20329 4.00028.7330.757 5.944-380.01610.14828 3.77627.1920.705 5.555-400.02280.11927 3.56127.7310.656 5.190-450.00720.06826
3.357
24.34
0.610
4.845
-50
0.0039
0.038
气容积流量0.8m 3/min 。

（1）查表1可知，当进气温度为t =30℃，饱和
水蒸气压力p s =0.0042MPa ，环境相对湿度Φ=80%，
湿空气全压力p =0.1013MPa ，将数据代入公式（4）中得到进气质量含湿量d =21.34g/kg ；排气温度t =35℃，查图1可知饱和水蒸气压力p s =0.0056MPa ，相对湿度Φ=100%，湿空气全压力p =0.7MPa ，将数
据代入公式（3）中得到进气质量含湿量d 1=5.02g/kg 。

（2）已经干空气的密度为ρ0=1.293kg/m 3，因
此每分钟产生冷凝水为0.8×1.293×（21.34-5.02）×
10-3=0.01688kg/min 。

（3）冷凝水排量q mcd =0.01688kg/min ，相关数据代入公式（1）中得q Vcd =0.023m 3/min 。

（4）由公式（2）得修正后的容积流量q V.corr =0.8+0.023=0.823m 3/min （K 1、K 2、K 3=1）。

3.2
B 空压机
环境大气温度为31℃，相对湿度45%RH ，大气压力0.1001MPa ，压缩后的绝对压力为0.9MPa ，
表1
饱和湿空气表
后冷却器后的温度为40℃，未计冷凝水的压缩空气容积流量0.9m3/min。

（1）查表1可知，当进气温度为t=31℃，饱和水蒸气压力p s=0.0045MPa，环境相对湿度Φ=45%，湿空气全压力p=0.1001MPa，将数据代入公式（4）中得到进气质量含湿量d=12.84g/kg；排气温度t= 40℃，查表1可知饱和水蒸气压力p s=0.0074MPa，相对湿度Φ=100%，湿空气全压力p=0.9MPa，将数据代入公式（3）中得到进气质量含湿量d=5.16g/kg。

（2）已经干空气的密度为ρ0=1.293kg/m3，因此每分钟产生冷凝水为0.9×1.293×（12.84-5.16）×10-3=0.00894kg/min。

（3）冷凝水排量q mcd=0.00894kg/min，相关数据代入公式（1）中得q Vcd=0.013m3/min。

（4）由公式（2）得修正后的容积流量q V.corr= 0.9+0.013=0.913m3/min（K1、K2、K3=1）。

3.3测试结果分析
分析上面结果可以看出，A、B空压机试验环境温度基本一样，A空压机试验环境相对湿度为80%RH，B空压机试验环境相对湿度为45%RH，A 空压机环境的相对湿度比B空压机高，A空压机产生的冷凝水量更多，测试结果经过修正以后，A空压机容积流量增加（0.823-0.8）/0.8=2.88%，B空压机容积流量增加（0.913-0.9）/0.9=1.4%。

4结语
通过分析相关标准以及查阅大量文献，结合实际工作经验，对国家标准GB/T3853中计入冷凝水的空气压缩机容积流量修正计算公式进行探讨，然后借助相关试验验证国家标准GB/T3853中计入冷凝水的空气压缩机容积流量修正计算公式的准确性，为以后相关专业的试验人员提供一套科学、准确的空压机容积流量修正方式，从而为未来相关检验工作提供指导意义。

参考文献：
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作者简介：雷笑（1993-），女，湖北黄岗人，研究生，毕业于广西科技大学，主要研究流体仿真。

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（上接第13页）
4结论
本文利用CFD软件PumpLinx对压缩机热力过程进行了数值模拟。

模拟结果表明：无油涡旋压缩机单个工作腔的压力分布均匀，在径向间隙处存在较大压力梯度；工作腔内轴向存在较大温度梯度；吸气腔内存在“吸气增压”效应，且一对对称工作腔内压力和温度存在差异；吸气过程结束前，吸气腔容积有略微降低，吸气口会产生涡流；没有润滑油的密封作用，在相同泄漏间隙值下，无油涡旋压缩机的内部泄漏相对于有油压缩机更为明显。

本文研究，为进一步研究无油涡旋压缩机的冷却及性能优化提供了依据参考。

参考文献：
[1]赵远扬，李连生，束鹏程.喷水涡旋空气压缩机工作特性
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作者简介：李晓然（1995-），石家庄人，硕士，就读于西安交通大学能原与动力工程学院，主要研究方向为涡旋压缩机。

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