瞭解空壓機測量：工作、功率和流量

與氣體混合物體積變化相關的機械工作是工程熱力學中最重要的流程之一。 

壓縮機流速通常使用質量流量計測量。直覺上，以體積比質量來理解氣體的流速更容易。感知到這樣做的缺點可能是必須指定氣體的進氣口條件，因為容量會隨著進氣口條件的變化而改變。然而，對於壓縮機而言，出口質量流速也會取決於進氣口條件，也就是說，一定要指定達到流速的進氣口條件。

系統的體積流速是每單位時間流動的流體體積的量度。其可計算為流動之橫截面積與平均流速之乘積。流速的 SI 單位為 m3/s。

然而，購買壓縮機時，您通常會發現壓縮機的容量，以公升 / 秒（l/s）表示。這是壓縮機的 FAD 或自由空氣輸送量。

什麼是自由空氣輸送？自由空氣是指壓縮機入口條件下的空氣，即環境溫度和壓力。輸送意味著僅考慮從壓縮機出口流出的空氣。這與進氣口進入的空氣不同，因為有些空氣可能會從壓縮機的進氣口和出口之間漏出。壓縮機的流速通常以出口處的質量流量計測量。這意味著只會測量輸送的空氣。然後使用入口條件將其轉換為「自由空氣」。

FAD 旨在用於不同壓縮機之間的比較，或將壓縮機的容量與工具的消耗量相匹配。除非另有說明，否則壓縮機或工具的 FAD（可在其規格表上找到）是在維持參考入口條件（即 20°C、1 bar 和 0% RH）的情況下測量的。裝入壓縮機元件排氣量的空氣質量會隨著空氣密度而變化，因此會改變壓縮機出口側有效獲得的流量量。密度取決於空氣的溫度和壓力。因此，測量的出口質流除以入口空氣密度。密度效應以此方式消除。

然而，溫度和壓力會產生副作用。此外，零件之間的間隙大小會根據溫度而改變，導致更多或更少的洩漏。進氣口壓力的變化也會造成過壓或過低壓縮，從而改變結果的出口流速。因此 ，在相同條件下比較壓縮機很重要，一般來說（但不一定）是 ISO1217:2009 標準中定義的參考條件。在其他產業或地區中，可以使用不同的參考條件。

另一種常用的流速是正常流速（Nl/s），其中參考值為 0°C、1 atm 和 0% RH。

兩種流量之間的關係為 q_FAD = q_N × T_FAD / T_N × P_{N / P FAD}

（請注意，上面的簡化公式不考慮濕度）。

• qFAD 反映了實際的操作條件 ，考慮空氣離開壓縮機的壓力和溫度。
• qN 提供標準化參考值 ，使不同系統之間的壓縮機效能比較變得更容易。

工程師和工業買家依賴 qN 進行基準評估，而 qFAD 對於實際系統設計和操作至關重要。

雖然它似乎是體積流速，但 FAD 可以視為以體積表示的質量流速。這是因為在固定條件下，氣流的密度是恆定的，因此質流是恆定的且已知的。

以下範例說明了自由空氣輸送 (FAD) ：

• 壓縮機在 10 bar (e) 下運作時，39l/s 的 FAD 代表什麼？
• 在 10 bar (e) 的壓力下填充 39l 桶槽需要多長時間？

我們可以將 FAD 視為質流速率。10 bar (e) 或 11 bar (a) 下的 39l 空氣總質量，是環境條件下 39l 空氣質量的 11 倍。我們可以將後者稱為質量單位。假設桶槽在開始時已經充滿環境空氣，內部已經有一個「質量單位」，我們只需要再多 10 個。由於我們知道壓縮機每秒會輸送一個質量單位，因此我們需要 10 秒鐘才能將此質量輸送到儲槽。

此處說明 bar (a) 和 bar (e) 之間的差異。

SER 是一種效率度量，以在特定壓力下提供 1 公升 FAD 所需的能量量表示。這給出了以焦耳 / 升（J/l）為單位的值。例如，消耗 35kW 以提供 100L/s 的機器具有 350J/l 的 SER。

根據流量和壓力來指定壓縮空氣系統，而不是 kW 或馬力，是最佳方式，讓其效能符合您的需求。壓縮機尺寸應更準確地符合您的業務需求，而不僅僅是依據 kW 額定值。

本文中涵蓋了許多與機械工作、電力和流量相關的技術術語。瞭解這些資訊對於投資適用於您應用的正確設備非常重要。如果您購買的設備太大或太小，就有效率不足的風險。

重要的是要考慮在給定的時間範圍內移動物體以完成給定的工作需要多大的力量。如上所述，這是以流量和壓力表示的。除了升 / 秒（l/s）之外，流量以立方英尺 / 分鐘 (cfm) 或立方米 / 小時（m3/h）表示。這些測量值都與速度有關。

壓力以以上提到的 bar 或磅 / 平方英吋 (psi) 表示。如果您需要移動重物，您需要更大的壓力。您還需要確定您是否需要全天氣供應，以及您的應用是否有不同的要求。在決定定定速與變速驅動 (VSD) 機器之間的尺寸和選擇時，此內容很有用。請參閱我們的空壓機選擇指南。