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水冷系統的基本原理，是利用熱傳遞的基本規律，利用冷水來吸收設備運行過程中散發的熱量，在空壓機設備中，水冷改造主要是以冷卻塔、設備和換熱器構建內循環系統，當循環水出現損耗時需要及時進行補水。空壓機運行過程中，內部的高溫潤滑油和高壓壓縮氣體會進入到換熱器中，與殼體內部的冷卻水發生熱交換，在溫度降到一定程度后，潤滑油會回流到主機中繼續參與循環，壓縮空氣則會從出氣口排出，冷卻水帶走熱量后，會進入冷卻塔，冷卻后經水泵加壓，再次進入系統循環。在這個過程中，冷卻水可以連續進入換熱器，使得冷卻能夠隨時進行，與風冷系統相比，冷卻增強。
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壓縮過程指數也會影響排氣溫度。在實際運行中，壓縮過程指數主要與氣缸冷卻狀況有關。冷卻效果越好，指數越小，排氣溫度越低。因此，可通過強化氣缸的冷卻以降低排氣溫度。
實踐表明，內泄漏是造成排氣溫度偏高、甚至過高的重要原因之一。特別是在壓縮機某級膨脹及吸氣過程中，如果該級排氣閥門關閉不嚴，造成排氣管內未來得及冷卻的高溫高壓氣體又回流(內泄漏)到氣缸，將使該級排氣溫度急劇升高。為此，應特別注意防止此類情況的發生。
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空壓機排出的壓縮空氣很多情況下是不能直接被氣動裝置使用。因為壓縮機從大氣中吸入含有水分和灰塵的空氣，經壓縮后空氣的溫度可能提高到100℃以上，此時空壓機里的潤滑油也部分變成氣態。這樣，排出的壓縮空氣就是含有油分、水分及灰塵的高溫氣體。如果將這種壓縮空氣直接送給氣動系統，由于空氣質量不良，使氣動系統的可靠性和使用壽命大大降低（尤其對電磁閥、氣缸等帶有密封元件設備的壽命有很大的影響的），由此造成的損失往往大大超過氣源處理裝置的成本和維修費用，故正確選用空壓機后處理系統是必要的。但壓縮空氣在經過后處理系統后，會有不同程度的壓降，這就會造成能耗的增加，所以在選配后處理設備時，其節能性是重要參考指標之一！
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