2.2.5 压力

1.压力的定义与单位

人们通常所说的“压力”就是指压强。压强是气体分子热运动对容器壁面上的作用力，定义1m2面积上作用1N力为1Pa，即1Pa=1N/㎡。Pa为基本单位，当压力数值大时，可用kPa（1kPa=103Pa）与MPa（1MPa=106Pa）表示。

2.大气压

大气层对地球表面的压力称为大气压力。把温度为0℃、纬度为45°的海平面上的气压规定为1标准大气压。其在水银气压表上的数值为760mm水银柱高（相当于101.325kPa）。大气压的大小与海拔高度、大气温度、大气密度等有关，一般随海拔高度的增加成指数级递减。

大气压简便算法：每升高12m，大气压减少133Pa。例如，海拔2000m，则当地大气压为：

P_大气压=101325-2000×133/12=79158Pa=79.158kPa

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大气压对空气压缩机的性能影响很大，大气压的变化直接影响排气量的多少，这点要注意。可以这样理解：大气压实际是单位面积的从地面到大气层顶的空气柱的质量。可见，如果是高原地区的话，空气柱自然短一些，空气的密度也小一些，大气压也就低一些。空气压缩机一般都是直接吸入大气，如果在高原地区，相对于海平面附近的平原地区来说，因为空气的密度小了，吸入的空气也就少一些，排出的气量自然也会变少。

海拔高度对空气压缩机的影响：

（1）海拔越高，空气越稀薄，大气压越低，压缩比增高；

（2）海拔越高，冷却效果越差（风冷），可造成电机温升过高；

（3）海拔越高，同等转速下，压缩机的容积流量越少。

*关于海拔，因为地球本身并非真圆，平均海拔高度指的是各地多个测绘点的平均值，仅供总体参考。关于大气压，除了海拔高度因素外，还与温度、湿度有关，所以冬季干燥季节大气压较高，夏季雨天的大气压较低。当然，这些因素对大气压的影响并不大，在3%以内。

3.绝对压力、表压力、真空度

绝对压力，是物体所承受的实际压力，以绝对真空为零点算起的压力值。

表压力，也称相对压力，以大气压力为零点测得的压力，即压力表所指示的压力。它是绝对压力抵消当地大气压力后所余的压力，所以表压力等于绝对压力与该处大气压力之差。

真空度，指当绝对压力小于大气压力时，表压力为负值（即负压力），此负压力值的绝对值即称为真空度。

绝对压力、大气压、表压力、真空度的关系见图2-2。

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绝对压力为零时称为绝对真空（实际上宇宙中并不存在绝对真空）。当绝对压力等于大气压时，表压力为零，也可以说真空度为零。在日常工程中所说的“正压”和“负压”均是指表压力，通常测量“负压”的压力表称为“真空计或真空表”。

4.行业常用压力单位

空气压缩机行业俗称的压力是指“压强”，在整个工程领域几乎都把压强叫作压力。

国际单位：Pa（帕斯卡，简称“帕”）

1MPa（兆帕）=1000kPa（千帕）=10bar（巴）

1atm（标准大气压）=0.101325MPa（兆帕）=1.01325bar（巴）=760mmHg （毫米汞柱）≈10.33mH2O（米水柱）

1kgf/cm2（公斤力/平方厘米）≈0.98bar（巴）

1MPa（兆帕）≈145psi*

*psi（Pounds per square inch的缩写），意指磅力/平方英寸（lbf/in2），常用在欧美等英语区国家的产品参数上。

*kgf/cm2，作为压力单位一直沿用到20世纪80年代初，随着改革开放该单位制被废止，由 bar（巴）替代，但在压缩机行业内口语常称作“公斤”。

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简单形象地解释一下记得更牢，不严格地说：1cm2面积上放1kg，大概一个指甲盖面积上放1kg的东西，就是1公斤压力。动力用压缩空气通常为8bar，也就是俗称的8公斤，相当于指甲盖上压着8kg物体，这个力量对人体是很危险的。因此，要规范使用压缩空气，以免造成事故。

5.排气压力

排气压力是指最终排出压缩机的气体压力，又叫工作压力。通常，它在压缩机设备靠近排气口的位置测得，单位是MPa。

在某些场合，排气压力称作“背压力”。

在多级压缩机中，每一级工作腔排出气体的压力称为该级排气压力或级间压力。

压缩机铭牌上所标注的排气压力即为额定排气压力，一般为允许的最大排气压力，允许在该压力及以下的任意压力长期运行。除非得到制造商的同意或有科学的计算依据，否则不得超过该压力值运行。

*一些小修造厂强行改造空气压缩机，以提高空气压缩机的排气压力，此举风险性很高，很容易酿成事故。

压缩机的排气压力是由排气管网决定的，管网中的气体压力仅取决于压缩机在该压力下排入管网的气量与用户所消耗的气量是否平衡。

压力变化是气量供求变化的反映，压力变化是现象，气量变化是本质。

（1）若两者平衡，则压力稳定。

（2）若两者不平衡，则压力改变：

① 当排入量大于消耗量时，管网压力上升，并在达到新的平衡后，在此压力下稳定；

② 当排入量小于消耗量时，管网压力下降，并在达到新的平衡后，在此压力下稳定。

因此，压缩机的排气压力可控制排入量或消耗量来维持某个排气压力，该压力必然小于等于额定排气压力。

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空气压缩机的排气压力可以简单地理解为一种“能力”。它表示该空气压缩机排出的气体最高能达到多高的压力，再高的话，要么机器有限制，要么压缩机设备的功率不足。在实际应用中，经常有用户疑惑机器的排气压力达不到。这种情况大多数是排气量不足造成的，即消耗量大于空气压缩机的产气量。