第十一章-氣源裝置及壓縮空氣凈化系統(tǒng)

液壓與氣壓傳動技術(shù)

設(shè)計與制作：閆芳審核：孟慶東

干空氣的組成11.1空氣的物理性質(zhì)1、空氣的濕度與露點

濕空氣的壓力稱為全壓力p，是干空氣的分壓力Pg和水蒸氣的分壓力Ps之和，即

分壓力是指濕空氣的各個組成氣體，在相同韞度下，獨占濕空氣總?cè)莘e時所具有的壓力。平常所說的大氣壓力就是指濕空氣的全壓力。

露點是指在規(guī)定的空氣壓力下，當溫度一直下降到成為飽和狀態(tài)時，水蒸氣開始凝結(jié)的那一剎那的溫度。露點又可分為大氣壓露點和壓力露點兩種，大氣壓力露點是指在大氣壓下水分的凝結(jié)溫度。

常把相對濕度定義為：相對濕度=100％×絕對濕度／飽和水含量露點表壓力露點與大氣壓露點的換算

空氣具有一定質(zhì)量，其密度是單位體積內(nèi)空氣的質(zhì)量，用ρ表示，即2、空氣的密度

3、氣體狀態(tài)方程理想氣體的狀態(tài)方程

所謂理想氣體，是指沒有粘性的氣體。一定質(zhì)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：

實驗證明：理想氣體狀態(tài)方程適用于絕對壓力不超過20MPa、溫度不低于200c的空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳等，不適用于高壓狀態(tài)和低溫狀態(tài)下的氣體。ID、V、T的變化決定了氣體的不同狀態(tài)。1）等容過程(查理定律)：一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的條件下，所進行的狀態(tài)變化過程，稱為等容過程。等容過程的狀態(tài)方程為

2）等壓過程(蓋一呂薩克定律)：一定質(zhì)量的氣體，在壓力不變的條件下，所進行的狀態(tài)變化過程，稱為等壓過程。等壓過程的狀態(tài)方程為理想氣體的狀態(tài)變化方程

3）等溫過程(波意耳定律)：一定質(zhì)量的氣體，在溫度保持不變的條件下，所進行的狀態(tài)變化過程，稱為等溫過程。氣體狀態(tài)變化很慢時，可視為等溫過程，如氣動系統(tǒng)中的氣缸運動、管道送氣過程等。等溫過程的狀態(tài)方程為

4）絕熱過程：一定質(zhì)量的氣體，在其狀態(tài)變化過程中，和外界沒有熱量交換的過程稱為絕熱過程。當氣體狀態(tài)變化很快時，如氣動系統(tǒng)的快速充、排氣過程，可視為絕熱過程。其狀態(tài)方程式為

由上述各式得：壓縮空氣在氣動系統(tǒng)中的主要作用如下：1)決定傳感器的狀態(tài)；2)處理信號；3)通過控制元件控制執(zhí)行機構(gòu)；4)實現(xiàn)動作(執(zhí)行元件)。11.2氣源系統(tǒng)及空氣凈化處理裝置1、空氣壓縮機分類

按工作原理1）容積式空壓機工作原理：使單位體積內(nèi)空氣分子的密度增加以提高壓縮空氣的壓力。2）速度式空壓機。工作原理：提高氣體分子的運動速度以此增加氣體的動能，然后將氣體分子的動能轉(zhuǎn)化為壓力能以提高壓縮空氣的壓力。按結(jié)構(gòu)形式按空壓機輸出壓力大小

1）低壓空壓機，輸出壓力在0.2～1.0MPa范圍內(nèi)；

2）中壓空壓機，輸出壓力在1.0～10MPa范圍內(nèi)；

3）高壓空壓機，輸出壓力在10～100MPa范圍內(nèi)；

4）超高壓空壓機，輸出壓力大于100MPa。按空壓機輸出流量(排量)分類工作原理1）活塞式空壓機當活塞下移時，氣體體積增加，氣缸內(nèi)壓力小于大氣壓，空氣便從進氣閥門進入缸內(nèi)。在沖程末端，活塞向上運動，排氣閥門被打開，輸出空氣進入儲氣罐?；钊耐鶑瓦\動是由電動機帶動的曲柄滑塊機構(gòu)形成的。這種類型的空壓機只由一個過程就將吸入的大氣壓空氣壓縮到所需要的壓力，因此稱之為單級活塞式空壓機。單級活塞式空壓機通常用于需要0.3～0.7MPa壓力范圍的系統(tǒng)。在單級壓縮機中，若空氣壓力超過0.6MPa，產(chǎn)生的過熱將大大地降低壓縮機的效率。因此當輸出壓力較高時，應(yīng)采取多級壓縮。2）葉片式空壓機3）螺桿式空壓機兩個嚙合的凸凹面螺旋轉(zhuǎn)子以相反的方向運動。兩根轉(zhuǎn)子及殼體三者圍成的空間，在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)過程中沿軸向移動，其容積逐漸減小。這樣，從進口吸入的空氣逐漸被壓縮，并從出口排出。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，兩轉(zhuǎn)子之間及轉(zhuǎn)子與機體之間均有間隙存在。由于其進氣、壓縮和排氣等各行程均由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生，因此輸出壓力脈動小，可不設(shè)置儲氣罐。螺桿式空壓機與葉片式空壓機一樣，也需要加油進行冷卻、潤滑及密封，所以在出口處也要設(shè)置油氣分離器。螺桿式空壓機的優(yōu)點是排氣壓力脈動小，輸出流量大，無需設(shè)置儲氣罐，結(jié)構(gòu)中無易損件，壽命長，效率高。其缺點是制造精度要求高，且由于結(jié)構(gòu)剛度的限制，只適用于中低壓范圍使用。(a)吸氣；(b)壓縮；(c)排氣空壓機的選用首先根據(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和供氣量。氣動系統(tǒng)的工作壓力應(yīng)為系統(tǒng)中各個氣動執(zhí)行元件工作的最高工作壓力。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(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，以及氣動元件工作時的壓降損失?？諌簷C供氣量的大小應(yīng)包括目前氣動系統(tǒng)中各設(shè)備所需的耗氣量，未來擴充設(shè)備所需耗氣量及修正系數(shù)k(如避免空壓機在全負荷下不停地運轉(zhuǎn)，氣動元件和管接頭的漏損及各種氣動設(shè)備是否同時連續(xù)使用等)有了供氣壓力與供氣量，按空壓機的特性要求，選擇空壓機的類型和型號。使用時應(yīng)注意的事項空壓機的安裝位置。空壓機的安裝地點必須清潔，應(yīng)無粉塵、通風好、濕度小、溫度低，且要留有維護保養(yǎng)的空間，所以一般要安裝在專用機房內(nèi)。噪音。因為空壓機一運轉(zhuǎn)就產(chǎn)生噪音，所以必須考慮噪音的防治，如設(shè)置隔聲罩，設(shè)置消聲器，選擇噪音較低的空壓機等。一般而言，螺桿式空壓機的噪音較小。潤滑。使用專用潤滑油并定期更換，啟動前應(yīng)檢查潤滑油位，并用手拉動傳動帶使機軸轉(zhuǎn)動幾圈，以保證啟動時的潤滑。啟動前和停車后都應(yīng)及時排除空壓機氣罐中的水分。2、儲氣罐儲氣罐有如下作用使壓縮空氣供氣平穩(wěn)，減少壓力脈動。作為壓縮空氣瞬間消耗需要的存儲補充之用。存儲一定量的壓縮空氣，停電時可使系統(tǒng)繼續(xù)維持一定時間?？山档涂諌簷C的啟動、停止頻率，其功能相當于增大了空壓機的功率。利用儲氣罐的大表面積散熱使壓縮空氣中的一部分水蒸氣凝結(jié)為水。使用儲氣罐應(yīng)注意以下事項儲氣罐屬于壓力容器，應(yīng)遵守壓力容器的有關(guān)規(guī)定。必須有產(chǎn)品耐壓合格證書。儲氣罐上必須安裝如下元件：安全閥：當儲氣罐內(nèi)的壓力超過允許限度時，可將壓縮空氣排出。壓力表：顯示儲氣罐內(nèi)的壓力。壓力開關(guān)：用儲氣罐內(nèi)的壓力來控制電動機，它被調(diào)節(jié)到一個最高壓力，達到這個壓力就停止電動機；它被調(diào)節(jié)到另一個最低壓力，儲氣罐內(nèi)壓力跌到這個壓力就重新啟動電動機。單向閥：讓壓縮空氣從壓縮機進入氣罐，當壓縮機關(guān)閉時，阻止壓縮空氣反方向流動。排水閥：設(shè)置在系統(tǒng)最低處，用于排掉凝結(jié)在儲氣罐內(nèi)所有的水。3、壓縮空氣凈化處理裝置壓縮空氣的除水裝置(干燥器)

1）后冷卻器作用：將空壓機出口的高溫壓縮空氣冷卻到40℃，并使其中的水蒸氣和油霧冷凝成水滴和油滴，以便將其清除。分類：風冷式后冷卻器。它是靠風扇產(chǎn)生冷空氣，吹向帶散熱片的熱空氣管道，經(jīng)風冷后，壓縮空氣的出口溫度大約比環(huán)境溫度高15℃左右。水冷式是通過強迫冷卻水沿壓縮空氣流動方向的反方向流動來進行冷卻的，壓縮空氣出口溫度大約比環(huán)境溫度高10℃左右。

2）冷凍式空氣干燥器工作原理：將濕空氣冷卻到其露點溫度以下，使空氣中水蒸氣凝結(jié)成水滴，并清除出去，然后再將壓縮空氣加熱至環(huán)境溫度輸送出去。

3）吸附式空氣干燥器利用具有吸附性能的吸附劑(如硅膠、活性氧化鋁、分子篩等)吸附空氣中水蒸氣的一種空氣凈化裝置。吸附劑吸附濕空氣中的一定量水蒸氣后將達到飽和狀態(tài)。為了能夠連續(xù)工作，就必須使吸附劑中的水分再排除掉，吸附劑恢復到干燥狀態(tài)，這稱為吸附劑的再生(亦稱脫附)。工作原理：它由兩個填滿吸附劑的桶并聯(lián)而成，當左邊的一個有濕空氣通過時，空氣中的水分被吸附劑吸收，干燥后的空氣輸送至供氣系統(tǒng)。同時，右邊的就進行再生程序，如此交替循環(huán)使用。吸附劑的再生方法有加熱再生和無熱再生兩種。

4）吸收式干燥器吸收干燥法是一個純化學過程。在干燥罐中，壓縮空氣中水分與干燥劑發(fā)生反應(yīng)，使干燥劑溶解，液態(tài)干燥劑可從干燥罐底部排出，根據(jù)壓縮空氣溫度、含濕量和流速，及時填滿干燥劑。干燥劑的化學物質(zhì)通常選用氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋰等。由于化學物質(zhì)是會慢慢用盡的，因此，干燥劑必須在一定的時間內(nèi)進行補充。壓縮空氣的過濾裝置

1）主管道過濾器主管道過濾器安裝在主要管路中。主管道過濾器必須具有最小的壓力降和油霧分離能力，它能清除管道內(nèi)的灰塵、水分和油。

2）標準過濾器標準過濾器主要安裝在氣動回路上。結(jié)構(gòu)原理：壓縮空氣從入口進入過濾器內(nèi)部后，因?qū)Я靼?(旋風葉片)的導向，產(chǎn)生了強烈的旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，壓縮空氣中混有的大顆粒固體雜質(zhì)和液態(tài)水滴等被甩到濾杯4的內(nèi)表面上，在重力作用下沿壁面沉降至底部，然后，經(jīng)過預(yù)凈化的壓縮空氣通過濾芯流出，進一步清除其中顆粒較小的固態(tài)粒子，清潔的空氣便從出口輸出。擋水板的作用是防止已積存在濾杯中的冷凝水再混入氣流中。定期打開排水閥6，放掉積存的油、水和雜質(zhì)。過濾器中的濾杯是由聚碳酸脂材料做成的，應(yīng)避免在有機溶液及化學藥品霧氣的環(huán)境中使用。若要在上述溶劑霧氣的環(huán)境中使用，則應(yīng)使用金屬水杯。為安全起見，濾杯外必須加金屬杯罩，以保護濾杯。

3）自動排水器自動排水器用來自動排出管道、氣罐、過濾器濾杯等最下端的積水。自動排水器可作為單獨的元件安裝在凈化設(shè)備的排污口處，也可內(nèi)置安裝在過濾器等元件的殼體內(nèi)(底部)。工作原理：水杯ll中冷凝水經(jīng)由長孔10進入柱塞9及密封圈8之間的柱塞室。當冷凝水的水位達到一定高度時，浮筒2浮起，密封座1、被打開，壓縮空氣進入豎管3的氣孔，使控制活塞4右移，柱塞9離開閥座，冷凝水因此被排放。當液面下降到某一位置時，關(guān)閉密封座l，冷凝水排水器內(nèi)的壓縮空氣從節(jié)流孔6排出。此時，彈簧5推動控制活塞4回到起始位置，密封圈封閉排水口。壓縮空氣的調(diào)壓裝置減壓閥的作用是將較高的輸入壓力調(diào)到規(guī)定的輸出壓力，并能保持輸出壓力穩(wěn)定，不受空氣流量變化及氣源壓力波動的影響。調(diào)壓方式：直動式和先導式兩種。直動式是借助彈簧力直接操縱的；先導式是用預(yù)先調(diào)整好的氣壓來代替直動式調(diào)壓彈簧進行調(diào)壓的，一般先導式減壓閥的流量特性比直動式的好。直動式減壓閥通徑小于20～25mm，輸出壓力在0～1.0MPa范圍內(nèi)最為適當，超出這個范圍應(yīng)選用先導式。

1）直動式減壓閥。減壓閥實質(zhì)上是一種簡易壓力調(diào)節(jié)器。

2）先導式減壓閥。先導式減壓閥是使用預(yù)先調(diào)整好壓力的空氣來代替調(diào)壓彈簧進行調(diào)壓的，其調(diào)節(jié)原理和主閥部分的結(jié)構(gòu)與直動式減壓閥的相同。壓縮空氣的潤滑裝置普通型油霧器把霧化后的油霧全部隨壓縮空氣輸出，油霧粒徑約為20μm。分類：固定節(jié)流式和自動節(jié)流式兩種。前者輸出的油霧濃度隨空氣的流量變化而變化；后者輸出的油霧濃度基本保持恒定，不隨空氣流量的變化而變化。油霧器的主要性能指標如下：流量特性：油霧器中通過其額定流量時，輸入壓力與輸出壓力之差一般不超過0．15MPa。起霧空氣流量：當油位處于最高位置時，節(jié)流閥8全開，氣流壓力為0.5MPa時，起霧時的最小空氣流量規(guī)定為額定空氣流量的40％。油霧粒徑：在規(guī)定的試驗壓力0.5MPa下，輸油量為30滴每分時，其粒徑不大于50μm。加油后恢復滴油時間：加油完畢后，油霧器不能馬上滴油，要經(jīng)過一定的時問