目前市場上排氣壓力在 13bar以下的噴油螺桿空壓機(jī)中有單級(jí)壓縮和二級(jí)壓縮兩種，本文將就兩者的壓縮效率、節(jié)能等問題進(jìn)行分析和比較。

根據(jù)工程熱力學(xué)理論，空壓機(jī)在壓縮過程中定溫壓縮z*省功，這也可從圖一的 P-V(也叫示功圖)得出。面積0-1-2T-3-0為定溫壓縮所需要的功，面積0-1-2m-3-0為多變壓縮(實(shí)際壓縮過程)所需要的功。從圖中可以看出，定溫壓縮所需的功要小于多變壓縮的功。因而從消耗功的角度來看，定溫壓縮z*為有利。它不但可以減少消耗的功，還能降低壓縮后氣體的溫度，使空壓機(jī)材料的使用更為寬廣和經(jīng)濟(jì)，使空壓機(jī)的運(yùn)行更為可靠。

但對于定溫壓縮，要使氣體熱量隨時(shí)與外界交換，氣體溫度與外界相等實(shí)際工作中是不可能實(shí)現(xiàn)的。這只是制造廠家在產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)中努力的方向。為降低壓縮后的氣體溫度和提高空壓機(jī)效率、盡可能向定溫壓縮過程靠近(或降低多變指數(shù)m值)，制造廠家在空壓機(jī)設(shè)計(jì)過程中采取了多種措施。其中分級(jí)壓縮加中間冷卻和向壓縮腔內(nèi)噴油冷卻是z*常用的兩種方法。

1. 分級(jí)壓縮加中間冷卻

分級(jí)壓縮加中間冷卻是廣泛應(yīng)用于空壓機(jī)中降低排氣溫度的有效方法。而且分級(jí)壓縮后必須經(jīng)過中間冷卻，使進(jìn)入到第二級(jí)的壓縮空氣進(jìn)氣溫度等于或接近于第一級(jí)的進(jìn)氣溫度，這樣才能降低排氣溫度和功耗。見圖二，由于二級(jí)進(jìn)氣溫度被冷卻到一級(jí)進(jìn)氣溫度，圖中陰影部分的面積即為所節(jié)省的功耗(圖中2m’-2T’-2m”-2m-2m’)。分的級(jí)數(shù)和中間冷卻過程越多，就越接近定溫過程。但分級(jí)過多將增加氣體的流動(dòng)阻力，而且制造成本也大大增加。因此分級(jí)必須合理。

2. 向壓縮腔內(nèi)噴油冷卻

將循環(huán)冷卻的少量冷卻油噴成霧狀與氣體一起進(jìn)入壓縮腔內(nèi)，噴入的油霧吸收了壓縮空氣在壓縮過程中產(chǎn)生的大量熱量，然后與空氣一起排出空壓機(jī)殼體，經(jīng)油氣分離器分離后循環(huán)使用。噴油螺桿空壓機(jī)就是該方法z*典型的應(yīng)用實(shí)例。它可非常有效地降低排氣溫度和多變指數(shù)m值。這也是目前降低空壓機(jī)排氣溫度和多變指數(shù)mz*有效的一種方法，一般情況下它可使m降低到1.2以下。降低的程度取決于噴油量和噴油溫度。圖三中虛線右側(cè)為節(jié)省的功耗(即圖中面積1-2m-2m’-1)。

通過上面分析得出，分級(jí)壓縮加中間冷卻和噴油冷卻均可降低排氣溫度，節(jié)省功耗。而目前動(dòng)力用噴油螺桿空壓機(jī)的多變指數(shù)m 值z*低已經(jīng)可降低到1.1左右，接近定溫過程，單級(jí)壓比z*高可達(dá)13bar，而且排氣溫度仍可控制在90度以下。那么有否必要再進(jìn)行分級(jí)壓縮呢?

下面再s*先分析一下噴油螺桿空壓機(jī)的工作特點(diǎn)：

從上節(jié)所知，噴油螺桿空壓機(jī)的空壓機(jī)已經(jīng)非常接近定溫過程。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，影響潤滑效果;隨著冷凝水的不斷增加，油位也會(huì)不斷上升，z*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)的溫度不能過低，必須大于冷凝溫度(一定壓力下的冷凝溫度可從有關(guān)空氣特性圖表中查得)。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)的排氣溫度不能過低，即定溫壓縮的應(yīng)用在噴油螺桿空壓機(jī)中由于冷凝水的問題受到了限制。表1 是排氣壓力為10bar(g)的空壓機(jī)根據(jù)過程方程式計(jì)算得到的有關(guān)數(shù)據(jù)表。

表中m表示多變指數(shù)，P表示壓力，T表示溫度，in表示進(jìn)氣，out表示排氣，1表示一級(jí)，2表示二級(jí)。A表示絕對壓力。

數(shù)據(jù)分析

表中第一種情況為單級(jí)壓縮，多變指數(shù)只有1.08，非常接近定溫過程，排氣溫度為77℃，高于冷凝溫度68℃。符合要求。

表中第二種情況為二級(jí)壓縮，下面分三類工況討論：

第一類工況多變指數(shù)m與單級(jí)壓縮指數(shù)相同。采用中間冷卻后，排氣溫度為47.2℃。但由于遠(yuǎn)低于冷凝溫度值，壓縮過程中將有大量冷凝水析出，此方案不可取。

第二類工況，為了確保排氣溫度高于冷凝溫度，提高了二級(jí)進(jìn)氣溫度，z*后排氣溫度為69℃，符合要求。由于二級(jí)進(jìn)氣溫度接近一級(jí)排氣溫度，其熱力過程曲線與單級(jí)壓縮非常接近，比單級(jí)壓縮所節(jié)省的功耗微乎其微。

第三類工況，減少了噴油量，適當(dāng)提高多變指數(shù)，使z*終排氣溫度高于冷凝溫度，滿足要求。但一級(jí)壓縮過程的過程曲線位于單級(jí)壓縮曲線的右邊，二級(jí)壓縮的曲線由于采用了中冷，其曲線位置位于單級(jí)壓縮曲線的左邊，z*后兩者合并后與單級(jí)壓縮的功耗差不多。

通過上述圖表數(shù)據(jù)的分析，不難看出，分級(jí)壓縮可以降低空壓機(jī)的排氣溫度，同時(shí)也可使空壓機(jī)的熱力過程盡可能地向定溫壓縮靠近，以達(dá)到節(jié)能效果，但并不是絕對的。尤其對于排氣壓力13bar以下的噴油螺桿空壓機(jī)而言，由于其在壓縮過程中噴入了低溫的冷卻油，極大地降低了多變指數(shù)(m值只有1.1)，壓縮過程已經(jīng)接近了定溫過程，沒必要再進(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，如溫度過低，在壓縮過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。