氣動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)露問(wèn)題

氣動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)露問(wèn)題1前言隨著氣動(dòng)技術(shù)向小型化、高速化方面的發(fā)展，氣動(dòng)系統(tǒng)中的結(jié)露問(wèn)題，越來(lái)越成為急需解決的重要課題。近年來(lái)，國(guó)外一些學(xué)者對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)中的結(jié)露問(wèn)題進(jìn)行了研究[1I。但是迄今為止還沒有形成一種較完善的、系統(tǒng)的理論，還沒有一個(gè)能夠正確判別氣動(dòng)系統(tǒng)是否結(jié)露的準(zhǔn)則。本文總結(jié)了作者多年的理論和實(shí)驗(yàn)研究，將結(jié)露現(xiàn)象分為內(nèi)部結(jié)露和外部結(jié)露，分析了它們的產(chǎn)生機(jī)理和影響結(jié)露產(chǎn)生的各種因素及影響程度，并提出了預(yù)防結(jié)露的一些簡(jiǎn)單措施。希望能夠?qū)鈩?dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一些參考。2結(jié)露的的分類及其產(chǎn)生機(jī)理根據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)中結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生的位置不同將其分為兩類：內(nèi)部結(jié)露的和外部結(jié)露。內(nèi)部結(jié)結(jié)露是指在氣動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中其內(nèi)部(例如氣缸、氣管和閥等的內(nèi)部)出現(xiàn)水滴的現(xiàn)象。外部結(jié)露的是指在氣動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)元件的外部出現(xiàn)水滴甚至結(jié)冰的現(xiàn)象。這兩種結(jié)露對(duì)系統(tǒng)的潤(rùn)滑、壽命以及可靠性等都有很大的影響，其發(fā)生機(jī)理如下所述。2．1內(nèi)部結(jié)露在氣動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程電壓縮空氣(經(jīng)干燥器干燥過(guò))的突然膨脹使其溫度急劇下降，如果該溫度達(dá)到當(dāng)時(shí)條件下的露點(diǎn)溫度，則包含在在其中的部分蒸氣會(huì)凝結(jié)為液態(tài)的水滴。在排氣過(guò)程中，一些水滴會(huì)隨著壓縮空氣排人大氣，如果隨壓縮空氣排出系統(tǒng)的水滴的質(zhì)量小于由這些壓縮空氣凝結(jié)出來(lái)的水滴的質(zhì)量，就會(huì)有一部分水滴留在系統(tǒng)中，使系統(tǒng)中水和水蒸氣的含量之和增加。如此不斷累積的結(jié)果使系統(tǒng)出現(xiàn)內(nèi)部結(jié)露。內(nèi)部結(jié)露一般容易出現(xiàn)在由氣缸和長(zhǎng)管路組成的系統(tǒng)中，這是因?yàn)樗卧陔S空氣排出過(guò)程中，管路越長(zhǎng)越容易留在其中。2．2外部結(jié)露在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，壓縮空氣的溫度隨著系統(tǒng)排氣而急劇下降，導(dǎo)致系統(tǒng)元件溫度的下降，使元件的外表面溫度低于環(huán)境溫度，如果該溫度達(dá)到外部空氣的露點(diǎn)溫度，則在元件外部出現(xiàn)水滴，形成外部結(jié)露。如果元件外表面溫度由于急速排氣而不斷下降，達(dá)到零度以下，就會(huì)結(jié)冰。外部結(jié)露一般易發(fā)生在由大氣缸和短管路所組成的回路電這是由于在這種系統(tǒng)中氣缸及氣管外側(cè)表面積和其容積的比值很小，外部空氣和系統(tǒng)內(nèi)部空氣之間不能進(jìn)行充分的熱交換，導(dǎo)致系統(tǒng)元件的外表面溫度較低所造成的。3影響結(jié)露產(chǎn)生的主要因素根據(jù)結(jié)露的發(fā)生的機(jī)理，影響結(jié)露的主要因素有：供氣壓力、壓縮空氣和環(huán)境的溫度及露點(diǎn)溫度、氣缸和氣管的材質(zhì)、運(yùn)行負(fù)載等。3．1供氣壓力、壓縮空氣溫度、壓縮空氣和環(huán)境空氣結(jié)露點(diǎn)溫度的影響顯而易見，供氣壓力越高、壓縮空氣的溫度越低，在排氣過(guò)程中壓縮空氣可能達(dá)到的最低溫度越低，則系統(tǒng)越容易發(fā)生結(jié)露。壓縮空氣或環(huán)境空氣的露點(diǎn)溫度越高，其中的水蒸氣越容易達(dá)到飽和狀態(tài)，則系統(tǒng)越容易發(fā)生結(jié)露。3．2環(huán)境溫度的影響氣動(dòng)系統(tǒng)中的壓縮空氣，在其充氣和放氣過(guò)程中必然要和外部空氣進(jìn)行熱交換。因此環(huán)境溫度直接影響壓縮空氣的狀態(tài)。環(huán)境溫度越高，越不易產(chǎn)生結(jié)露。3．3氣扛和氣管的材質(zhì)及尺寸的影響氣缸和氣管材質(zhì)直接影響外部空氣和元件內(nèi)壓縮空氣的熱交換。環(huán)境溫度較高時(shí)，氣缸和氣管材質(zhì)的熱傳導(dǎo)率越高、壁面越薄，越不易產(chǎn)生結(jié)露。3．4負(fù)載的影響顯然負(fù)載越大，越容易產(chǎn)生結(jié)露。負(fù)載對(duì)結(jié)露的影響也可以從工作壓力對(duì)結(jié)露的影響進(jìn)行分析，負(fù)載無(wú)限大時(shí)對(duì)結(jié)露來(lái)講是最惡劣的工作狀態(tài)。因此實(shí)際判別結(jié)露產(chǎn)生時(shí)，可以用無(wú)限大負(fù)載進(jìn)行分析。影響結(jié)露的因素還很多，這里不一一列舉說(shuō)明。對(duì)以上分析的因素按其對(duì)結(jié)露的影響程度由大到小進(jìn)行排列，則為：露點(diǎn)溫度、負(fù)載、環(huán)境溫度、供氣壓力及氣缸和氣管的材質(zhì)。4防止結(jié)露的對(duì)策4．1對(duì)氣源的改善氣源溫度越高，越不易產(chǎn)生結(jié)露。因此要盡可能提高氣源溫度。在條件允許下，采用加熱裝置對(duì)冷干燥后的氣體進(jìn)行加熱。氣源的露點(diǎn)溫度越低，越不易產(chǎn)生結(jié)露。因此要盡可能降低氣源露點(diǎn)溫度。多數(shù)情況下采用后冷卻器或冷凍空氣干燥機(jī)，對(duì)壓縮空氣進(jìn)行降溫除水處理，達(dá)到降低露點(diǎn)溫度的目的。顯然提高氣源溫度和降低露點(diǎn)溫度是相互矛盾的。因此要采用先降溫除水后加熱的方法。4．2加強(qiáng)熱交換熱交換與熱傳導(dǎo)率及元件尺寸、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)要選擇適當(dāng)材質(zhì)和尺寸的元件。預(yù)防外部結(jié)露時(shí)，應(yīng)增大熱通量或增加熱交換時(shí)間；預(yù)防內(nèi)部結(jié)露時(shí)，如果環(huán)境溫度高于供氣溫度則增加熱交換，否則避免熱交換。增強(qiáng)熱交換的方法有：(1)采用熱傳導(dǎo)率較高的氣管。例如采用銅管或含有高熱傳導(dǎo)率添加劑的特殊氣管；(2)在氣缸出口處安裝熱交換用散熱氣管(鋁制管，長(zhǎng)0．1m)。(3)減小氣缸壁厚，且增大外表面積(加散熱片)。4．3快速排氣快速排氣有利于預(yù)防內(nèi)部結(jié)露的發(fā)生。采用的方法為：在氣缸出口安裝快速排氣閥。對(duì)于大氣缸采用此種方法，雖然能夠避免內(nèi)部結(jié)露，但是有可能發(fā)生外部結(jié)露。如果在氣缸出口處安裝了快速排氣閥后，系統(tǒng)由內(nèi)部結(jié)露轉(zhuǎn)換成外部結(jié)露時(shí)，則應(yīng)將快速排氣閥稍離開氣缸出口一段距離安裝。預(yù)防結(jié)露的對(duì)策，除了以上介紹的幾種以外還有一些，在實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中要根據(jù)具體情況選擇預(yù)防結(jié)露的方法。原則上，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生外部結(jié)露時(shí)，應(yīng)加長(zhǎng)管路。5結(jié)論本文將氣動(dòng)系統(tǒng)中的結(jié)露現(xiàn)象分為內(nèi)