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1. 压力定义与计量单位

压力在物理学中也称为压强，指气体分子热运动对容器壁面产生的垂直作用力。国际单位制规定每平方米面积承受1牛顿力为1帕斯卡，即：

帕斯卡（Pa）是压力的基本计量单位。在实际工程应用中，为便于表示较大压力值，常使用千帕（kPa）和兆帕（MPa）作为单位，换算关系为 \( 1 \, \text{kPa} = 10^3 \, \text{Pa} \)，\( 1 \, \text{MPa} = 10^6 \, \text{Pa} \)。

2. 大气压力基准

大气压力指地球表面单位面积所承受的大气层重力。在北纬45度、温度15摄氏度的标准条件下，海平面每平方米面积承受约101,300牛顿力，这一数值定义为1标准大气压，即：

标准大气压是一个理论基准值。在实际工程应用中，需根据作业地点的海拔高度和气温进行修正计算。表1-1详细列出了不同海拔高度对应的大气状态参数。

3. 表压力与绝对压力区别

压力表测量得到的压力值为表压力，表示容器内压力与当地大气压力的差值。当地大气压力需通过专用气压计测量。

绝对压力为表压力与当地大气压力的代数和。本技术手册中，如无特别说明，所有压力值均指绝对压力。

4. 真空状态定义

真空指容器或系统中气体压力低于周围环境大气压力的状态。真空度用真空计测量，若以绝对压力表示，则为环境大气压力减去真空计读数，单位为帕斯卡（Pa）。

压缩机是通过机械方式提高气体压力的专用设备，在行业内有时也称为"压气机"或"气泵"。

根据压力提升范围不同，压缩机分为以下三类：

• 压力提升值小于0.2MPa的设备，特称为鼓风机
• 压力提升值小于0.02MPa的设备，称为通风机
• 压力提升值大于0.2MPa的设备，即为压缩机

容积式压缩机通过直接改变气体密闭空间的容积来实现压力提升。这类压缩机具有多种结构形式，主要包括：

• 往复式压缩机（活塞式压缩机）
• 回转式压缩机（包括螺杆式、滑片式、涡旋式等）
• 隔膜式压缩机

工作腔指容积式压缩机中直接用于气体压缩的密闭空间。

• 单作用往复压缩机中，工作腔即为气缸
• 双作用往复压缩机中，单个气缸包含两个交替工作的工作腔
• 回转式压缩机中，气缸内可能设有多个同时或交替工作的工作腔

工作容积指工作腔中实际处理气体的有效空间，例如往复压缩机中活塞往复运动扫过的容积区域。

余隙容积指工作腔在排气过程结束后仍残留高压气体的空间区域。无论是往复压缩机还是回转压缩机，都不同程度地存在余隙容积。

在往复压缩机中，余隙内的高压气体在活塞回程时会产生膨胀过程；而在回转压缩机中，这部分气体常成为工作腔的外泄漏源。从工作腔利用率角度看，余隙容积常被视为有害空间，通常希望其值尽可能小。

排量指压缩机旋转一周所形成的工作容积总和，计量单位为立方厘米（cm³）或立方米（m³）。对于特定压缩机，排量是一个固定参数，能准确反映设备处理能力的大小，因此在微型制冷和空调压缩机领域，常用排量来表示设备容量规格。

容积流量在国内曾被称为排气量或输气量，指压缩机在指定排气压力下单位时间内排出的气体容积，需折算到第一级进气接管处的压力 \( p_1 \) 和温度 \( T_1 \) 状态。

计算容积流量时需考虑以下因素：

1. 计入级间分离出的水分折算为蒸汽的容积
2. 考虑气体压缩性的影响
3. 当存在中间抽气或补气时，需相应增减该部分气体折算到进口状态的容积

容积流量用 \( q_v \) 表示，常用单位有 \( \text{m}^3/\text{s} \)、\( \text{m}^3/\text{min} \)、\( \text{m}^3/\text{h} \) 及 \( \text{L/h} \)。

容积流量可转换为质量流量：\( q_m = q_v\rho_1 \)，其中 \( \rho_1 \) 为气体在 \( p_1 \)、\( T_1 \) 状态下的密度，单位为kg/h。

标准容积流量也称为供气量，指压缩机单位时间排出气体容积折算到标准状态的值，计算时不考虑级间分离的水分和抽气量。

标准状态有两种常用定义：

1. 化工计算标准：压力 \( 1.013 \times 10^5 \, \text{Pa} \) (760 mmHg)，温度273 K
2. 空气动力计算标准：海平面平均压力 \( 1.013 \times 10^5 \, \text{Pa} \)，温度15℃

标准容积流量用 \( q_{VN} \) 表示，常用单位为 \( \text{m}^3/\text{h} \) 或 \( \text{m}^3/\text{min} \)。需注意，特定压缩机的标准容积流量也非恒定值。

理论容积流量为单位时间内压缩机工作容积的理论总和，等于每转排量与转速的乘积。理论容积流量用 \( q_{Vth} \) 表示，常用单位为 \( \text{m}^3/\text{min} \) 或 \( \text{m}^3/\text{s} \)。

压缩机排气压力指设备最终排出的气体压力，应在末级工作腔排气法兰接管处测量，单位为帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。在某些应用场合，排气压力也被称为"背压力"。

多级压缩机中，各级工作腔排出气体的压力分别称为该级的排气压力或级间压力。

压缩机排气温度指末级排出气体的温度，应在末级排气口法兰接管处测量，单位为开尔文（K）或摄氏度（℃）。

多级压缩机中，各级排出气体温度称为该级的排气温度。

压缩终了温度指工作腔内气体完成压缩过程、即将开始排气时的温度，通常略高于排出气体温度。

压缩机压力比也称为总压力比，指末级排气接管处压力（名义排气压力）与第一级进气接管处压力（名义进气压力）的比值，用 \( \varepsilon_t \) 表示，为无量纲参数。

各级排气压力与该级进气压力的比值称为该级名义压力比或级压力比，用 \( \varepsilon_i \) 表示（\( i = 1,2,3,\cdots \)）。

压缩机某一级在压缩终了时工作腔中的压力与进气终了压力的比值称为该级的实际压力比，用 \( \varepsilon' \) 表示。在回转压缩机中，此比值称为内压力比。

压力指示图用于表示压缩机工作腔内气体压力变化过程，主要有三种表示方法：

比功率是评价相同气体、相同排气压力下压缩机性能的重要指标，定义为压缩机单位容积流量消耗的功率，用 \( P_s \) 表示，单位为 \( \text{kW}/(\text{m}^3/\text{min}) \) 或 \( \text{kW}·\text{h}/\text{m}^3 \)。

压缩机实际容积流量与第一级工作腔理论容积流量的比值称为容积效率，用符号 \( \eta_v \) 表示。

对于多级压缩机，各级工作腔实际排出气体折算到该级进口状态的容积值与该级工作容积的比值称为该级的容积效率。

注：早期活塞压缩机文献中常将容积效率称为"排气系数"或"输气系数"，本手册统一采用"容积效率"这一术语。

压缩机能量利用效率的评价方法与常规热力机械不同，采用实现所需排气压力的理想循环消耗功与实际循环轴功的比值进行评估。

压缩机等温效率（也称全等温效率）定义为：按照第一级进气温度等温压缩至排气压力的理论循环指示功（或功率）与压缩机实际循环轴功（或轴功率）的比值，用符号 \( \eta_{t-t} \) 表示：

式中，\( W_{t-t} \) 和 \( P_{t-t} \) 分别表示理论等温循环指示功和功率；\( W_{sh} \) 表示各级实际循环指示功与机器摩擦功之和；\( P_{sh} \) 表示压缩机轴功率。

在某些技术资料中，等温效率也称为"压缩机装置等温效率"，该参数全面反映了压缩机各种能量损失，包括气阀损失、级间冷却不完善损失、泄漏损失和摩擦损失等。

部分文献将"压缩机等温效率"定义为各级进气温度等温理论循环指示功率之和与轴功率的比值。由于级间冷却不完善导致各级进气温度不同，该定义能更纯粹地反映压缩机本身的不完善性，排除冷却器设计优劣的影响。

另有"等温指示效率"概念，用 \( \eta_{t-i} \) 表示，定义为各级理论等温循环指示功之和与各级实际循环指示功之和的比值。该参数反映压缩机工作腔设计的完善程度，但需要实测各级压力指示图或通过数学模拟获得实际循环数据，应用较为不便。

压缩机绝热效率定义为各级绝热压缩理论循环指示功（或功率）之和与轴功（或轴功率）的比值，用符号 \( \eta_{ad} \) 表示：

绝热效率主要反映压缩机进排气过程压力损失、多变压缩过程与绝热压缩过程的差异以及摩擦功耗的影响，但不考虑级间冷却不完善因素。

压缩机从第一级吸气温度等温压缩至排气压力的理论循环指示功，与各级按空气冷却绝热压缩理论循环指示功总和的比值称为等温-绝热效率。

该参数主要反映压缩级数对经济性的影响。随着等温效率在级数选择中的广泛应用，等温-绝热效率现已较少使用。

性能系数与能效比专门用于评价制冷压缩机的热力性能。