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(dòng)是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)，對能量進(jìn)行傳遞和轉(zhuǎn)換的一種傳動(dòng)方式,氣動(dòng)系統(tǒng)由動(dòng)力元件（氣壓發(fā)生裝置）、執(zhí)行元件（氣缸或氣動(dòng)馬達(dá)）、輔助元件（氣源處理元件）、控制元件（控制閥）組成,一、氣動(dòng)系統(tǒng),工作原理 通過氣壓發(fā)生裝置將原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝獾膲毫δ埽霉苈?、各種控制閥及輔助元件將壓力能傳送到執(zhí)行元件，再轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而完成直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并對外做功,氣動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖,二、 氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用準(zhǔn)則,自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的主要方式有：機(jī)械方式、電氣方式、液壓方式和氣動(dòng)方式等。 任何一種方式都不是萬能的：在對實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)和改造時(shí)，

2、必須對各種技術(shù)進(jìn)行比較，揚(yáng)長避短，選出最適合的方式、或幾種方式的組合，以使設(shè)備更簡單、更經(jīng)濟(jì)，工作更可靠、更安全。 氣壓傳動(dòng)與控制廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域各部門：氣動(dòng)系統(tǒng)掌握容易，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和安全性較好，系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)較容易,氣壓傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)中，壓縮空氣是傳遞信號(hào)和動(dòng)力的工作介質(zhì)，它通過控制元件控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(zhì),1）密度:單位體積內(nèi)所含氣體的質(zhì)量稱為密度，用表示，單位為kg/m3,式中 m空氣的質(zhì)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(zhì),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(zhì)稱為壓縮性；氣體體積隨溫度升高而增大的性質(zhì)稱為膨脹性。氣體的壓縮性和膨脹性遠(yuǎn)大于液體的壓縮性，計(jì)算時(shí)應(yīng)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(jì)。空氣的運(yùn)動(dòng)粘度隨溫度變化的關(guān)系見表9-2,一、空氣,空氣的運(yùn)動(dòng)粘度與溫度的關(guān)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(zhì)量濕空氣中所混合的水蒸氣的質(zhì)量，稱為該濕

4、空氣的質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(dá)到最大極限時(shí)，這時(shí)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(zhì)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(diǎn):

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(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度稱為露點(diǎn)。即濕空氣冷卻到露點(diǎn)溫度以下，就會(huì)有水滴析出。實(shí)踐中采用降溫法去除濕空氣中的水分即是根據(jù)這個(gè)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(dú)占空氣總?cè)莘e時(shí)所的壓力,1) 理想氣體:無粘性的氣體稱為理想氣體。 (2) 實(shí)際氣體:有粘性的氣體稱為實(shí)際氣體。 (3) 流量:常有體積流量 和質(zhì)量流量,二、氣體的力學(xué)性能,1）體積流量,第二節(jié) 壓縮空氣,2）質(zhì)量流量,4）氣阻:在氣動(dòng)系統(tǒng)中，氣流通過某元件時(shí)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(xué)性能,三、氣體狀態(tài)方程,氣體的三個(gè)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(shí)，這三個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系,1. 理想氣體的狀態(tài)方程,一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)變化的某一穩(wěn)定瞬時(shí)，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(jī)往儲(chǔ)氣罐內(nèi)充入壓縮空氣，使罐內(nèi)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(jié)束后，氣罐溫度又逐漸降至室溫，此時(shí)罐內(nèi)壓力為P2，求P2 和T2 各為多少。已知?dú)庠礈囟纫矠?5,三、氣體狀態(tài)方程,四、氣體流動(dòng)的基本方程,當(dāng)氣體流速較低時(shí)，完全使用液體的連續(xù)方程、能量方程、動(dòng)量方程三個(gè)基本方程；但當(dāng)氣體流速較高時(shí)，氣體的可壓縮性對流體運(yùn)動(dòng)影響較大，不能再使用。下面介紹高速氣體流動(dòng)的基本方程:壓縮氣體流動(dòng)的連續(xù)方程、壓縮氣體流動(dòng)的能量方程,1. 壓縮氣體流動(dòng)的連續(xù)方程 根據(jù)質(zhì)量守恒定律，氣體在管道內(nèi)作恒定流動(dòng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)流過管道任一通流截面的氣體質(zhì)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(dòng)的連續(xù)方程,四、氣體流動(dòng)的基本方程,2. 壓縮氣體流動(dòng)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(dòng)時(shí)的伯努利方程,不計(jì)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(dòng)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(dòng)設(shè)備提供滿足要求的壓縮空氣的動(dòng)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(jī)站，簡稱空壓站,對于一般的空壓站，除空氣壓縮機(jī)外，還必須設(shè)置后冷卻器、油水分離器和儲(chǔ)氣罐等。典型的空壓站布局，要求較高的場合如氣動(dòng)儀表用氣，應(yīng)經(jīng)進(jìn)一步過濾

9、、干燥處理方允許使用,空壓站布局 1空壓機(jī) 2電動(dòng)機(jī) 3壓力表 4壓力開關(guān) 5截止閥 6后冷卻器 7油水分離器 8氣罐 9自動(dòng)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(jī) 空氣壓縮機(jī)簡稱空壓機(jī)，是空壓站的核心裝置。它的作用是將電機(jī)或內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣的壓力能，供給氣動(dòng)系統(tǒng)使用,1. 分類 1）按工作原理分類：空壓機(jī)可分為容積式和速度式,2）按輸出壓力大小分類，空壓機(jī)可分為低壓空壓機(jī)（0.21.0 Mpa）、中壓空壓機(jī)（1.010 Mpa）、高壓空壓機(jī)（10100 Mpa）、超高壓空壓機(jī)（大于100 Mpa）。 3）按輸出流量或排量分類

10、，有微型空壓機(jī)（小于1 m3/min）、小型空壓機(jī)（110 m3/min）、中型空壓機(jī)（10100 m3/min）、大型空壓機(jī)（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(jī)是通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)活塞在缸體內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)吸氣和排氣，達(dá)到提高氣壓的目的,活塞式空壓機(jī)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(jī)構(gòu) 9進(jìn)氣閥 10閥門彈簧,一、空氣壓縮機(jī),單級活塞式空壓機(jī)通常用于需要0.30.7MPa壓力范圍的系統(tǒng)。在單級壓縮機(jī)中，若空氣壓力超過0.6 MPa，產(chǎn)生的過熱將大大地降低壓縮機(jī)的效率，各項(xiàng)性能指標(biāo)將急劇下降。

11、因此當(dāng)輸出壓力較高時(shí)，應(yīng)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(jìn)行中間冷卻,工業(yè)中使用的活塞式空壓機(jī)通常是兩級的，每一級的工作原理與單級活塞式空壓機(jī)原理相似。工作時(shí)由兩級三個(gè)階段將吸入的空氣壓縮到最終的壓力,一、空氣壓縮機(jī),3. 空壓機(jī)的選用,1）根據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量確定空壓機(jī)的輸出壓力Pc和供氣量Qc?？諌簷C(jī)的供氣壓力Pc為,氣動(dòng)系統(tǒng)的工作壓力應(yīng)為系統(tǒng)中各氣動(dòng)執(zhí)行元件工作壓力的最高值。氣動(dòng)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(yīng)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(dòng)元件工作時(shí)的壓降損失。一般空氣動(dòng)力用途的壓縮機(jī)，其排氣壓力為0.7 Mpa,一、空氣壓縮機(jī),Qc=kQ (m3/min,空壓機(jī)供氣量Qc:空壓機(jī)供氣量Qc也是空壓機(jī)的主要參數(shù)之一。它的大小應(yīng)和目前氣動(dòng)系統(tǒng)中各設(shè)備所需的耗氣量相匹配，并留有10%左右的余量?？捎孟率奖磉_(dá),式中 Q氣動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)工作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(jī)的特性要求，選擇空壓機(jī)的類型和型號(hào),一、空氣壓縮機(jī),4. 空壓機(jī)使用時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) 1）空壓機(jī)的安裝位置:一般要安裝在專用機(jī)房內(nèi)。 2）噪聲:設(shè)置隔聲罩、消聲器,

13、選擇噪聲較低的空壓機(jī)等。 3) 潤滑:使用專用潤滑油并定期更換,啟動(dòng)前應(yīng)檢查以保證啟動(dòng)時(shí)的潤滑。啟動(dòng)前和停車后都應(yīng)及時(shí)排除空壓機(jī)氣罐中的水分,一、空氣壓縮機(jī),二、儲(chǔ)氣罐,1. 儲(chǔ)氣罐的主要作用 1）存儲(chǔ)壓縮空氣：短時(shí)間內(nèi)用大氣量輸出; 應(yīng)急氣源。 2）使壓縮空氣供氣平穩(wěn), 減少壓力脈動(dòng)。 3）作為壓縮空氣瞬間消耗需要的存儲(chǔ)補(bǔ)充之用。 4）降低空壓機(jī)的啟動(dòng)、停止頻率。 5）散熱,進(jìn)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(chǔ)氣罐的容積大小取決于其用途。儲(chǔ)氣罐的容積愈大，壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間間隔就愈長。儲(chǔ)氣罐一般為圓筒狀焊接結(jié)構(gòu)，有立式和臥式兩種, 以立

14、式居多，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖9-3所示,儲(chǔ)氣罐外觀示意圖和圖形符號(hào) 1進(jìn)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(chǔ)氣罐,2. 儲(chǔ)氣罐上應(yīng)設(shè)置的元件,壓縮空氣具有很強(qiáng)的可膨脹性，儲(chǔ)氣罐上必須設(shè)置安全閥等。 1）安全閥（溢流閥）:當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力達(dá)到允許極限壓力時(shí)，溢出多余氣體保證安全。 2）壓力表：顯示儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力。 3）壓力開關(guān)：用儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力來控制電動(dòng)機(jī)停止或重新啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。 4）單向閥：當(dāng)壓縮機(jī)關(guān)閉時(shí), 單向閥阻止壓縮空氣反方向流動(dòng)。 5）排水閥：設(shè)置在系統(tǒng)最低處,用于排掉凝結(jié)在儲(chǔ)氣罐內(nèi)所有的水,二、儲(chǔ)氣罐,三、后冷卻器,后冷卻器的作用：將空壓機(jī)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(zhì)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(dòng)或自動(dòng)排水裝置，對冷凝水和油滴等雜質(zhì)進(jìn)行及時(shí)排放,后冷卻器類型：有風(fēng)冷式和水冷式兩大類,原理：風(fēng)冷式是通過風(fēng)扇產(chǎn)生的冷空氣吹向帶散熱片的熱空氣管道，對壓縮空氣進(jìn)行冷卻。風(fēng)冷式不需冷卻水設(shè)備，不用擔(dān)心斷水或水凍結(jié)。占地面積小、重量輕、緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)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(qiáng)迫冷卻水在壓縮空氣管道周圍沿壓縮空氣流動(dòng)方向的反方向流動(dòng)來進(jìn)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(diào)壓閥（減壓

16、閥） 油霧器 氣動(dòng)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(zhuǎn)離心、撞擊、水洗等方法使水滴、油滴及其他雜質(zhì)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(zhì)、水滴和油污等污染物，是保證氣動(dòng)設(shè)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(dòng)排水式和自動(dòng)排水式。空氣過濾器的過濾原理是根據(jù)固體物質(zhì)和空氣分子的大小和質(zhì)量不同，利用慣性、阻隔和吸附的方法將灰塵和雜質(zhì)與空氣分離,空氣過濾器 1導(dǎo)流板 2濾芯 3擋水板 4濾杯 5手動(dòng)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(zhì)，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(jī),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(fēng)機(jī),吸附式干燥器的壓縮空氣輸出口應(yīng)安裝精密過濾器，防止吸附劑在壓縮空氣沖擊下產(chǎn)生的粉末進(jìn)入氣動(dòng)系統(tǒng),2）吸附式干燥器,3. 調(diào)壓閥（減壓閥,作用：將較高的輸入壓力降低到符合設(shè)備使用要求的較低且穩(wěn)定的壓力。由于減壓閥實(shí)質(zhì)上是對氣動(dòng)系統(tǒng)起到一個(gè)調(diào)壓并穩(wěn)壓的作用，所以更多的被稱為調(diào)壓閥,

18、調(diào)壓閥的種類：直動(dòng)式、先導(dǎo)式,直動(dòng)式調(diào)壓閥工作原理,1手柄 2調(diào)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(fù)位彈簧,由于在工作過程中常常會(huì)從溢流孔5中排出少量氣體，對于環(huán)境質(zhì)量要求高的場合，為防止造成環(huán)境污染，應(yīng)選用無溢流孔的調(diào)壓閥,作用：是以壓縮空氣為動(dòng)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(jìn)入需要潤滑的部位，達(dá)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(yīng)始終保持在油杯上、下限刻度線之間。油位過低會(huì)導(dǎo)致油管露出液面吸不上油；油位過高會(huì)導(dǎo)致氣流與油液直接接觸，帶走過多潤滑油，造成管道內(nèi)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(diǎn)如下： 1）調(diào)整油量調(diào)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(dāng)空氣流量改變時(shí)，須重新調(diào)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(dú)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(dòng)三聯(lián)件,5