氣源裝置及系統(tǒng)

1、第八章 氣源裝置及系統(tǒng),第一節(jié) 概述,氣壓傳動是以壓縮空氣作為工作介質，對能量進行傳遞和轉換的一種傳動方式,氣動系統(tǒng)由動力元件（氣壓發(fā)生裝置）、執(zhí)行元件（氣缸或氣動馬達）、輔助元件（氣源處理元件）、控制元件（控制閥）組成,一、氣動系統(tǒng),工作原理 通過氣壓發(fā)生裝置將原動機輸出的機械能轉變?yōu)榭諝獾膲毫δ埽霉苈贰⒏鞣N控制閥及輔助元件將壓力能傳送到執(zhí)行元件，再轉換成機械能，從而完成直線運動或回轉運動，并對外做功,氣動系統(tǒng)工作原理圖,二、 氣動技術的應用準則,自動化實現(xiàn)的主要方式有：機械方式、電氣方式、液壓方式和氣動方式等。 任何一種方式都不是萬能的：在對實際生產設備、生產線進行自動化設計和改造時，

2、必須對各種技術進行比較，揚長避短，選出最適合的方式、或幾種方式的組合，以使設備更簡單、更經濟，工作更可靠、更安全。 氣壓傳動與控制廣泛應用于工業(yè)領域各部門：氣動系統(tǒng)掌握容易，結構簡單，操作方便，整個系統(tǒng)的可靠性和安全性較好，系統(tǒng)維護保養(yǎng)較容易,氣壓傳動控制與其它控制方式的性能比較,第二節(jié) 壓縮空氣,壓縮空氣的作用：在氣動系統(tǒng)中，壓縮空氣是傳遞信號和動力的工作介質，它通過控制元件控制執(zhí)行機構，以實現(xiàn)動作,一、空氣,1. 空氣的組成,空氣的組成,地表附近,2. 空氣的性質,1）密度:單位體積內所含氣體的質量稱為密度，用表示，單位為kg/m3,式中 m空氣的質量，單位為kg； V空氣的體積，單位為m

3、3,一、空氣,2. 空氣的性質,2）壓縮性和膨脹性。一般把氣體體積隨壓力增大而減小的性質稱為壓縮性；氣體體積隨溫度升高而增大的性質稱為膨脹性。氣體的壓縮性和膨脹性遠大于液體的壓縮性，計算時應考慮,3）粘度?？諝獾恼扯仁軠囟鹊挠绊戄^大，受壓力影響甚微，可忽略不計。空氣的運動粘度隨溫度變化的關系見表9-2,一、空氣,空氣的運動粘度與溫度的關系（壓力0.1013MPa,4）空氣濕度：通常把空氣分為濕空氣與干空氣兩類，含有水蒸氣的空氣稱為濕空氣，不含有水蒸氣的空氣稱為干空氣,一、空氣,4）空氣濕度 濕空氣所含水蒸氣程度用空氣濕度和含濕量來表示，含濕量是指在含有質量濕空氣中所混合的水蒸氣的質量，稱為該濕

4、空氣的質量含濕量?？諝鉂穸仁侵冈?m3體積濕空氣中所混合的水蒸氣的質量，稱為該濕空氣空氣濕度，表示方法分為絕對濕度和相對濕度,一、空氣,1）絕對濕度：1m3濕空氣中所含水蒸氣的質量稱為絕對濕度，也就是濕空氣中水蒸氣的密度。單位為：kg/m3。 2）飽和絕對濕度：空氣中水蒸氣的含量是有極限的。在一定的溫度和壓力下，空氣中所含水蒸氣達到最大極限時，這時的濕空氣稱為飽和濕空氣。在一定溫度下，1 m3的飽和濕空氣中，所含水蒸氣的質量稱為飽和濕空氣的絕對濕度，用表示， 即,3）相對濕度：在同一溫度和壓力下，濕空氣的絕對濕度和飽和絕對濕度之比稱為該濕空氣在此溫度和壓力下的相對濕度,一、空氣,5）空氣露點:

5、在保持壓力不變的溫度下，降低未飽和濕空氣的溫度，使其達到飽和狀態(tài)時的溫度稱為露點。即濕空氣冷卻到露點溫度以下，就會有水滴析出。實踐中采用降溫法去除濕空氣中的水分即是根據(jù)這個原理。 （6）空氣的壓力:指其各組成氣體分壓力之和。分壓力是指這種氣體在相同溫度下，單獨占空氣總容積時所的壓力,1) 理想氣體:無粘性的氣體稱為理想氣體。 (2) 實際氣體:有粘性的氣體稱為實際氣體。 (3) 流量:常有體積流量 和質量流量,二、氣體的力學性能,1）體積流量,第二節(jié) 壓縮空氣,2）質量流量,4）氣阻:在氣動系統(tǒng)中，氣流通過某元件時的壓力降與流量之比稱該元件的氣阻。 （5）氣體流速 1）聲速:聲音在空氣中的傳播

6、速度稱為聲速。 2）馬赫數(shù):氣流速度與聲速之比稱為馬赫數(shù),二、氣體的力學性能,三、氣體狀態(tài)方程,氣體的三個狀態(tài)參數(shù)是壓力P、溫度T和體積V。氣體狀態(tài)方程是描述氣體處于某一平衡狀態(tài)時，這三個參數(shù)之間的關系,1. 理想氣體的狀態(tài)方程,一定質量的理想氣體在狀態(tài)變化的某一穩(wěn)定瞬時，有以下氣體狀態(tài)方程成立,三、氣體狀態(tài)方程,2. 理想氣體的狀態(tài)變化過程 1）等容過程,2）等壓過程,3）等溫過程,4）絕熱過程,三、氣體狀態(tài)方程,2. 理想氣體的狀態(tài)變化過程,或,式中 k絕熱指數(shù)；對干空氣k取1.4，對飽和蒸氣k取1.3,三、氣體狀態(tài)方程,例9-1：由空氣壓縮機往儲氣罐內充入壓縮空氣，使罐內壓力由P1=0.

7、1 MPa(絕對壓力)升到P2=0.25 MPa(絕對壓力)，氣罐溫度從室溫T1=15C升到T2，充氣結束后，氣罐溫度又逐漸降至室溫，此時罐內壓力為P2，求P2 和T2 各為多少。已知氣源溫度也為15,三、氣體狀態(tài)方程,四、氣體流動的基本方程,當氣體流速較低時，完全使用液體的連續(xù)方程、能量方程、動量方程三個基本方程；但當氣體流速較高時，氣體的可壓縮性對流體運動影響較大，不能再使用。下面介紹高速氣體流動的基本方程:壓縮氣體流動的連續(xù)方程、壓縮氣體流動的能量方程,1. 壓縮氣體流動的連續(xù)方程 根據(jù)質量守恒定律，氣體在管道內作恒定流動時，單位時間內流過管道任一通流截面的氣體質量都相等，即可壓縮氣體的

8、流量方程如下,1. 壓縮氣體流動的連續(xù)方程,四、氣體流動的基本方程,2. 壓縮氣體流動的能量方程 絕熱過程下壓縮氣體的能量方程。根據(jù)能量守恒定律，不可壓縮液體作穩(wěn)定流動時的伯努利方程,不計能量損耗和位能，則絕熱過程下壓縮氣體的能量方程為,四、氣體流動的基本方程,第三節(jié) 氣源系統(tǒng)及空氣凈化處理裝置,氣源系統(tǒng)是為氣動設備提供滿足要求的壓縮空氣的動力源。氣源系統(tǒng)一般由氣壓發(fā)生裝置、壓縮空氣的凈化處理裝置和傳輸管路系統(tǒng)組成。常用的氣源裝置是空氣壓縮機站，簡稱空壓站,對于一般的空壓站，除空氣壓縮機外，還必須設置后冷卻器、油水分離器和儲氣罐等。典型的空壓站布局，要求較高的場合如氣動儀表用氣，應經進一步過濾

9、、干燥處理方允許使用,空壓站布局 1空壓機 2電動機 3壓力表 4壓力開關 5截止閥 6后冷卻器 7油水分離器 8氣罐 9自動排水閥 10小氣罐 11單向閥 12安全閥,第三節(jié) 氣源系統(tǒng)及空氣凈化處理裝置,一、空氣壓縮機 空氣壓縮機簡稱空壓機，是空壓站的核心裝置。它的作用是將電機或內燃機的機械能轉化為壓縮空氣的壓力能，供給氣動系統(tǒng)使用,1. 分類 1）按工作原理分類：空壓機可分為容積式和速度式,2）按輸出壓力大小分類，空壓機可分為低壓空壓機（0.21.0 Mpa）、中壓空壓機（1.010 Mpa）、高壓空壓機（10100 Mpa）、超高壓空壓機（大于100 Mpa）。 3）按輸出流量或排量分類

10、，有微型空壓機（小于1 m3/min）、小型空壓機（110 m3/min）、中型空壓機（10100 m3/min）、大型空壓機（大于100 m3/min,第三節(jié) 氣源系統(tǒng)及空氣凈化處理裝置,2. 工作原理,活塞式空壓機是通過曲柄連桿機構帶動活塞在缸體內做往復運動，從而實現(xiàn)吸氣和排氣，達到提高氣壓的目的,活塞式空壓機的工作原理 1排氣閥 2氣缸 3活塞 4活塞桿 5、6、7、8曲柄連桿機構 9進氣閥 10閥門彈簧,一、空氣壓縮機,單級活塞式空壓機通常用于需要0.30.7MPa壓力范圍的系統(tǒng)。在單級壓縮機中，若空氣壓力超過0.6 MPa，產生的過熱將大大地降低壓縮機的效率，各項性能指標將急劇下降。

11、因此當輸出壓力較高時，應采取分級壓縮。分級壓縮可降低排氣溫度，節(jié)省壓縮功，提高容積效率，增加壓縮氣體排量。為了提高效率，降低空氣溫度，還需要進行中間冷卻,工業(yè)中使用的活塞式空壓機通常是兩級的，每一級的工作原理與單級活塞式空壓機原理相似。工作時由兩級三個階段將吸入的空氣壓縮到最終的壓力,一、空氣壓縮機,3. 空壓機的選用,1）根據(jù)氣動系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量確定空壓機的輸出壓力Pc和供氣量Qc?？諌簷C的供氣壓力Pc為,氣動系統(tǒng)的工作壓力應為系統(tǒng)中各氣動執(zhí)行元件工作壓力的最高值。氣動系統(tǒng)的總壓力損失除了考慮管路的沿程阻力損失和局部阻力損失外,還應考慮為了保證減壓閥的穩(wěn)壓性能所必需的最低輸入壓力,

12、 以及氣動元件工作時的壓降損失。一般空氣動力用途的壓縮機，其排氣壓力為0.7 Mpa,一、空氣壓縮機,Qc=kQ (m3/min,空壓機供氣量Qc:空壓機供氣量Qc也是空壓機的主要參數(shù)之一。它的大小應和目前氣動系統(tǒng)中各設備所需的耗氣量相匹配，并留有10%左右的余量?？捎孟率奖磉_,式中 Q氣動系統(tǒng)同時工作的執(zhí)行機構用氣的最大耗氣量，單位為m3/min； k修正系數(shù)，一般可取k=1.31.5,2）在確定供氣壓力pc與供氣量Qc后，按空壓機的特性要求，選擇空壓機的類型和型號,一、空氣壓縮機,4. 空壓機使用時應注意的事項 1）空壓機的安裝位置:一般要安裝在專用機房內。 2）噪聲:設置隔聲罩、消聲器,

13、選擇噪聲較低的空壓機等。 3) 潤滑:使用專用潤滑油并定期更換,啟動前應檢查以保證啟動時的潤滑。啟動前和停車后都應及時排除空壓機氣罐中的水分,一、空氣壓縮機,二、儲氣罐,1. 儲氣罐的主要作用 1）存儲壓縮空氣：短時間內用大氣量輸出; 應急氣源。 2）使壓縮空氣供氣平穩(wěn), 減少壓力脈動。 3）作為壓縮空氣瞬間消耗需要的存儲補充之用。 4）降低空壓機的啟動、停止頻率。 5）散熱,進一步降低壓縮空氣的溫度，分離壓縮空氣中的部分水分和油分,第三節(jié) 氣源系統(tǒng)及空氣凈化處理裝置,儲氣罐的容積大小取決于其用途。儲氣罐的容積愈大，壓縮機運行時間間隔就愈長。儲氣罐一般為圓筒狀焊接結構，有立式和臥式兩種, 以立

14、式居多，其結構示意圖如圖9-3所示,儲氣罐外觀示意圖和圖形符號 1進氣孔 2安全閥 3壓力表 4出氣孔 5檢查用孔口 6泄水孔,二、儲氣罐,2. 儲氣罐上應設置的元件,壓縮空氣具有很強的可膨脹性，儲氣罐上必須設置安全閥等。 1）安全閥（溢流閥）:當儲氣罐內的壓力達到允許極限壓力時，溢出多余氣體保證安全。 2）壓力表：顯示儲氣罐內的壓力。 3）壓力開關：用儲氣罐內的壓力來控制電動機停止或重新啟動電動機。 4）單向閥：當壓縮機關閉時, 單向閥阻止壓縮空氣反方向流動。 5）排水閥：設置在系統(tǒng)最低處,用于排掉凝結在儲氣罐內所有的水,二、儲氣罐,三、后冷卻器,后冷卻器的作用：將空壓機出口的高溫空氣冷卻至

15、40以下，將其中大部分水蒸氣和變質油霧冷凝成液態(tài)水滴和油滴，從空氣中分離出來,后冷卻器底部一般安裝有手動或自動排水裝置，對冷凝水和油滴等雜質進行及時排放,后冷卻器類型：有風冷式和水冷式兩大類,原理：風冷式是通過風扇產生的冷空氣吹向帶散熱片的熱空氣管道，對壓縮空氣進行冷卻。風冷式不需冷卻水設備，不用擔心斷水或水凍結。占地面積小、重量輕、緊湊、運轉成本低、易維修，但只適用于入口空氣溫度低100、且需處理空氣量較少的場合。水冷式是通過強迫冷卻水在壓縮空氣管道周圍沿壓縮空氣流動方向的反方向流動來進行冷卻的,第三節(jié) 氣源系統(tǒng)及空氣凈化處理裝置,四、壓縮空氣凈化處理裝置,空氣過濾裝置 干燥器 調壓閥（減壓

16、閥） 油霧器 氣動三聯(lián)件,第三節(jié) 氣源系統(tǒng)及空氣凈化處理裝置,油水分離器（也叫除油器）：利用回轉離心、撞擊、水洗等方法使水滴、油滴及其他雜質顆粒從壓縮空氣中分離出來,1. 空氣過濾裝置,空氣過濾器（也叫分水濾氣器）：主要用于除去壓縮空氣中的固態(tài)雜質、水滴和油污等污染物，是保證氣動設備正常工作的重要元件。按排水方式，此類過濾器可分為手動排水式和自動排水式。空氣過濾器的過濾原理是根據(jù)固體物質和空氣分子的大小和質量不同，利用慣性、阻隔和吸附的方法將灰塵和雜質與空氣分離,空氣過濾器 1導流板 2濾芯 3擋水板 4濾杯 5手動放水閥,空氣過濾器原理,2. 干燥器,空氣干燥器的作用：是吸收和排除壓縮空氣中

17、水分和部分油分與雜質，從而使?jié)窨諝獬蔀楦煽諝獾难b置,壓縮空氣的干燥方法：有冷凍法、吸附法、吸收法和高分子隔膜干燥法,冷凍干燥器工作原理 1氣體入口 2氣體出口 3熱交換器 4制冷器 5分離器 6制冷劑 7分離器 8制冷機,冷凍式干燥器原理,加熱再生吸附式干燥器的工作原理 1吸附器 2濾油器 3吸附器 4加熱器 5鼓風機,吸附式干燥器的壓縮空氣輸出口應安裝精密過濾器，防止吸附劑在壓縮空氣沖擊下產生的粉末進入氣動系統(tǒng),2）吸附式干燥器,3. 調壓閥（減壓閥,作用：將較高的輸入壓力降低到符合設備使用要求的較低且穩(wěn)定的壓力。由于減壓閥實質上是對氣動系統(tǒng)起到一個調壓并穩(wěn)壓的作用，所以更多的被稱為調壓閥,

18、調壓閥的種類：直動式、先導式,直動式調壓閥工作原理,1手柄 2調壓彈簧 3膜片 4閥芯 5溢流孔 6下彈簧座 7阻尼孔 8閥口 9復位彈簧,由于在工作過程中常常會從溢流孔5中排出少量氣體，對于環(huán)境質量要求高的場合，為防止造成環(huán)境污染，應選用無溢流孔的調壓閥,作用：是以壓縮空氣為動力，將特定的潤滑油噴射成霧狀混合于壓縮空氣中，并隨壓縮空氣進入需要潤滑的部位，達到潤滑的目的,4. 油霧器,在工作過程中，油霧器油杯中的潤滑油位應始終保持在油杯上、下限刻度線之間。油位過低會導致油管露出液面吸不上油；油位過高會導致氣流與油液直接接觸，帶走過多潤滑油，造成管道內油液沉積,油霧器,油霧器的工作原理,普通型油霧器,1輸入口 2文丘里管 3輸出口 4油杯 5潤滑油 6單向閥 7過濾器 8給油單向閥 9吸油管 10視油器 11針閥,普通型油霧器的特點如下： 1）調整油量調節(jié)針閥的開度可以改變滴油量，保持一定的油霧濃度。 2）當空氣流量改變時，須重新調整滴油量，以保持合適的油霧濃度。 3）可在不停氣工作狀態(tài)下向油杯注油。 油霧器在使用中必須垂直安裝，它可以單獨使用，也可以和空氣過濾器、減壓閥、油霧器聯(lián)合使用組成氣動三聯(lián)件,5