气源装置及压缩空气净化系统

第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 9.1 压缩空气压缩空气 9.2 气源系统及空气净化处理装置气源系统及空气净化处理装置9.3 压缩空气的输送压缩空气的输送 思考题与习题思考题与习题 第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 9.1 压缩空气压缩空气 9.1.1空气的物理性质1.空气的湿度与露点自然界的空气是由很多气体混合而成的。其主要成分有氮N2和氧O2，其他气体占的比例极小，此外，空气中常含有一定量的水蒸气。水蒸气的含量取决于大气的湿度和温度。把含有水蒸气的空气称为湿空气，大气中的空气根本上都是湿空气；把不含水蒸气的空气称为干空气。标准状态下即温度为0、压力为p=0.1013MPa干空气的组成如表9-1所示。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 表9-1干空气的组成成分氮气N2氧气O2氩Ar二氧化碳CO2其他气体体积分数/%78.0320.930.9320.030.078质量分数/%75.5023.101.280.0450.075第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 湿空气的压力称为全压力p，是干空气的分压力pg和水蒸气的分压力ps之和，即p=ps+pg(9-1分压力是指湿空气的各个组成气体，在相同温度下，独占湿空气总容积时所具有的压力。平常所说的大气压力就是指湿空气的全压力。露点是指在规定的空气压力下，当温度一直下降到成为饱和状态时，水蒸气开始凝结的那一刹那的温度。露点又可分为大气压露点和压力露点两种，大气压力露点是指在大气压下水分的凝结温度。图9-1给出了温度在-30+80范围内每立方米大气所含有水分的克数，而压力露点是指气压系统在某一高压下的凝结温度。以空气压缩机为例，其吸入口为大气压露点，输出口为压力露点。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-2为大气压露点与压力露点之间的换算表。如要求大气压露点为-22，在压力为7bar状况下的压力露点，那么可在图9-2中查到压力露点为4，意为在压力为7bar，当空气冷却到4时，假设将其减压成大气压，那么水分在-22以下会凝结，湿空气便有水滴析出。降温法去除湿空气中的水分利用的就是此原理。相对湿度因空气湿度和气候状况而异。常把相对湿度定义为相对湿度=100%绝对湿度/饱和水含量式中，绝对湿度是指单位立方米空气中所含的水分的量；饱和水含量是指单位立方米空气在所述温度下能够吸收水分的量。空气在不同温度下的饱和水含量可由图9-1查得。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-1露点表第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-2压力露点与大气压露点的换算第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 2.空气的密度空气具有一定质量，其密度是单位体积内空气的质量，用表示，即式中，m表示空气的质量kg；V表示空气的体积m3。空气的密度与温度、压力有关，三者满足气体状态方程式。(9-2)第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 9.1.2气体状态方程气体的三个状态参数是压力p、温度T和体积V。气体状态方程是描述气体处于某一平衡状态时，这三个参数之间的关系。本节介绍几种常见的状态变化过程。1理想气体的状态方程所谓理想气体，是指没有粘性的气体。一定质量的理想气体在状态变化的某一稳定瞬时，有以下气体状态方程成立：(9-3)第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 式中，p1、p2分别为气体在1、2两状态下的绝对压力Pa；V1、V2分别为气体在1、2两状态下的体积(m3)；T1、T2分别为气体在1、2两状态下的热力学温度(K)；为气体的密度kg/m3；R为气体常数(J/kgK)，其中，干空气Rg2871J/(kgK)，湿空气Rs=46205J/(kgK)。由于实际气体具有粘性，因而严格地讲它并不完全符合理想气体方程式。实验证明：理想气体状态方程适用于绝对压力不超过20MPa、温度不低于20的空气、氧气、氮气、二氧化碳等，不适用于高压状态和低温状态下的气体。、V、T的变化决定了气体的不同状态，在状态变化过程中加上限制条件时，理想气体状态方程将有以下几种形式。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 2理想气体的状态变化过程1等容过程查理定律：一定质量的气体，在体积不变的条件下，所进行的状态变化过程，称为等容过程。等容过程的状态方程为式9-4说明：当体积不变时，压力上升，气体的温度随之上升；压力下降，气体的温度随之下降。2等压过程盖吕萨克定律：一定质量的气体，在压力不变的条件下，所进行的状态变化过程，称为等压过程。等压过程的状态方程为第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 式9-5说明：当压力不变时，温度上升，气体的体积增大气体膨胀；温度下降，气体的体积缩小。3等温过程波意耳定律：一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，所进行的状态变化过程，称为等温过程。气体状态变化很慢时，可视为等温过程，如气动系统中的气缸运动、管道送气过程等。等温过程的状态方程为(9-6)第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 式9-6说明：在温度不变的条件下，气体压力上升时，气体体积被压缩；气体压力下降时，气体体积膨胀。4绝热过程：一定质量的气体，在其状态变化过程中，和外界没有热量交换的过程称为绝热过程。当气体状态变化很快时，如气动系统的快速充、排气过程，可视为绝热过程。其状态方程式为(9-7)第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 由式9-3和式9-7可得上式中，k为绝热指数，对于干空气k=1.4，对于饱和蒸气k=1.3。在绝热过程中，系统靠消耗自身内能对外做功。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 【例9-1】由空气压缩机往储气罐内充入压缩空气，使罐内压力由0.1MPa(绝对)升到0.25MPa(绝对)，气罐温度从室温20升到t，充气结束后，气罐温度又逐渐降至室温，此时罐内压力为p，求p和t各为多少。提示：气源温度也为20。解此过程是一个复杂的充气过程，可看成是简单的绝热充气过程。：p1 0.1 MPa，p2=0.25 MPa，T1=(20+273)K=293K由式(9-8)得第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 所以有t=T-273=(380.7-273)()=107.7()充气结束后为等容过程,根据式(9-4)得第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 9.2 气源系统及空气净化处理装置气源系统及空气净化处理装置 在气动控制系统中，压缩空气是工作介质。压缩空气在气动系统中的主要作用如下：1决定传感器的状态；2处理信号；3通过控制元件控制执行机构；4实现动作执行元件。气源系统是为气动设备提供满足要求的压缩空气动力源。气源系统一般由气压发生装置、压缩空气的净化处理装置和传输管路系统组成。典型的气源及空气净化处理系统如图9-3所示。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-3气源及空气净化处理系统第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 9.2.1空气压缩机Aircompressor)空气压缩机简称空压机，是气压发生装置。空压机将电机或内燃机的机械能转化为压缩空气的压力能。1.分类空压机的种类很多，可按工作原理、结构形式及性能参数分类。1按工作原理分类按工作原理，空压机可分为容积式空压机和速度式空压机。容积式空压机的工作原理是使单位体积内空气分子的密度增加以提高压缩空气的压力。速度式空压机的工作原理是提高气体分子的运动速度以此增加气体的动能，然后将气体分子的动能转化为压力能以提高压缩空气的压力。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 2按结构形式分类按结构形式空压机的分类如图9-4所示。图9-4空压机分类第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 3按空压机输出压力大小分类按空压机输出压力大小,可将其分为如下几类：低压空压机,输出压力在0.21.0MPa范围内；中压空压机,输出压力在1.010MPa范围内；高压空压机,输出压力在10100MPa范围内；超高压空压机,输出压力大于100MPa。4按空压机输出流量(排量)分类按空压机输出流量(排量)可分为如下几类：微型空压机,其输出流量小于1m3/min；小型空压机,其输出流量在110m3/min范围内；中型空压机,其输出流量在10100m3/min范围内;大型空压机,其输出流量大于100m3/min。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 2.工作原理常见的空压机有活塞式空压机、叶片式空压机和螺杆式空压机三种。以下介绍它们的工作原理。1活塞式空压机活塞式空压机的工作原理如图9-5所示。当活塞下移时,气体体积增加,气缸内压力小于大气压，空气便从进气阀门进入缸内。在冲程末端，活塞向上运动,排气阀门被翻开,输出空气进入储气罐。活塞的往复运动是由电动机带动的曲柄滑块机构形成的。这种类型的空压机只由一个过程就将吸入的大气压空气压缩到所需要的压力,因此称之为单级活塞式空压机。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-5活塞式空压机的工作原理第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 单级活塞式空压机通常用于需要0.30.7MPa压力范围的系统。在单级压缩机中，假设空气压力超过0.6MPa，产生的过热将大大地降低压缩机的效率。因此当输出压力较高时，应采取多级压缩。多级压缩可降低排气温度，节省压缩功，提高容积效率，增加压缩气体排量。工业中使用的活塞式空压机通常是两级的。图9-6所示为两级活塞式空压机。由两级三个阶段将吸入的大气压空气压缩到最终的压力。如果最终压力为0.7Mpa,第一级通常将它压缩到0.3MPa，然后经过中间冷却器被冷却，压缩空气通过中间冷却器后温度大大下降，再输送到第二级气缸，压缩到0.7MPa。因此,相对于单级压缩机它提高了效率。图9-7为活塞式空压机的外观。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-6两级活塞式空压机第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-7活塞式空压机的外观(a)单级活塞式空压机；(b)两级活塞式空压机第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 2叶片式空压机叶片式空压机的工作原理如图9-8所示。把转子偏心安装在定子内，叶片插在转子的放射状槽内，且叶片能在槽内滑动。叶片、转子和定子内外表构成的容积空间在转子回转图中转子顺时针回转过程中逐渐变小，由此从进气口吸入的空气就逐渐被压缩排出。这样，在回转过程中不需要活塞式空压机中有吸气阀和排气阀。在转子的每一次回转中，将根据叶片的数目屡次进行吸气、压缩和排气，所以输出压力的脉动较小。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-8叶片式空压机的工作原理第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 通常情况下,叶片式空压机需使用润滑油对叶片、转子和机体内部进行润滑、冷却和密封,所以排出的压缩空气中含有大量的油分,因此在排气口需要安装油气别离器和冷却器，以便把油分从压缩空气中别离出来，进行冷却,并循环使用。通常所说的无油空压机是指用石墨或有机合成材料等自润滑材料作为叶片材料的空压机,运转时无需添加任何润滑油,压缩空气不被污染，满足了无油化的要求。此外,在进气口设置空气流量调节阀，根据排出气体压力的变化自动调节流量，使输出压力保持恒定。叶片式空压机的优点是能连续排出脉动小的额定压力的压缩空气,所以，一般无需设置储气罐,并且其结构简单,制造容易,操作维修方便,运转噪声小。其缺点是叶片、转子和机体之间机械摩擦较大，产生较高的能量损失,因而效率也较低。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 3螺杆式空压机螺杆式空压机的工作原理如图9-9所示。两个啮合的凸凹面螺旋转子以相反的方向运动。两根转子及壳体三者围成的空间，在转子回转过程中沿轴向移动，其容积逐渐减小。这样,从进口吸入的空气逐渐被压缩,并从出口排出。转子旋转时,两转子之间及转子与机体之间均有间隙存在。由于其进气、压缩和排气等各行程均由转子旋转产生,因此输出压力脉动小，可不设置储气罐。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-9螺杆式空压机的工作原理(a)吸气；(b)压缩；(c)排气第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 螺杆式空压机与叶片式空压机一样,也需要加油进行冷却、润滑及密封,所以在出口处也要设置油气别离器。螺杆式空压机的优点是排气压力脉动小,输出流量大,无需设置储气罐,结构中无易损件,寿命长,效率高。其缺点是制造精度要求高,且由于结构刚度的限制,只适用于中低压范围使用。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 3.空压机的选用首先根据气动系统所需要的工作压力和流量确定空压机的输出压力pc和供气量Qc。空压机的供气压力pc为pc=p+p (9-9)式中,p为气动系统的工作压力,单位为MPa；p为气动系统总的压力损失。气动系统的工作压力应为系统中各个气动执行元件工作的最高工作压力。气动系统的总压力损失除了考虑管路的沿程阻力损失和局部阻力损失外,还应考虑为了保证减压阀的稳压性能所必需的最低输入压力,以及气动元件工作时的压降损失。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 空压机供气量Qc的大小应包括目前气动系统中各设备所需的耗气量，未来扩充设备所需耗气量及修正系数k如防止空压机在全负荷下不停地运转，气动元件和管接头的漏损及各种气动设备是否同时连续使用等，其数学表达式为Qc=kQ(m3/min)(9-10)式中，Q为气动系统的最大耗气量，单位为m3/min；k为修正系数，一般可取k=1.31.5。有了供气压力pc与供气量Qc，按空压机的特性要求，选择空压机的类型和型号。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 4.使用时应注意的事项1空压机的安装位置空压机的安装地点必须清洁,应无粉尘、通风好、湿度小、温度低,且要留有维护保养的空间,所以一般要安装在专用机房内。2噪音因为空压机一运转就产生噪音,所以必须考虑噪音的防治,如设置隔声罩,设置消声器,选择噪音较低的空压机等。一般而言,螺杆式空压机的噪音较小。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 3)润滑使用专用润滑油并定期更换,启动前应检查润滑油位,并用手拉动传动带使机轴转动几圈,以保证启动时的润滑。启动前和停车后都应及时排除空压机气罐中的水分。9.2.2储气罐(Reservoir)储气罐有如下作用：(1使压缩空气供气平稳,减少压力脉动。(2作为压缩空气瞬间消耗需要的存储补充之用。(3存储一定量的压缩空气,停电时可使系统继续维持一定时间。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 (4可降低空压机的启动、停止频率，其功能相当于增大了空压机的功率。(5利用储气罐的大外表积散热使压缩空气中的一局部水蒸气凝结为水。储气罐的尺寸大小由空压机的输出功率来决定。储气罐的容积愈大，压缩机运行时间间隔就愈长。储气罐一般为圆筒状焊接结构，有立式和卧式两种,以立式居多。其结构如图9-10所示。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-10储气罐(a)外观；(b)职能符号第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 使用储气罐应注意以下事项：(1)储气罐属于压力容器,应遵守压力容器的有关规定。必须有产品耐压合格证书。(2储气罐上必须安装如下元件：平安阀：当储气罐内的压力超过允许限度时,可将压缩空气排出。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 压力表：显示储气罐内的压力。压力开关：用储气罐内的压力来控制电动机,它被调节到一个最高压力,到达这个压力就停止电动机；它被调节到另一个最低压力,储气罐内压力跌到这个压力就重新启动电动机。单向阀：让压缩空气从压缩机进入气罐,当压缩机关闭时,阻止压缩空气反方向流动。排水阀：设置在系统最低处,用于排掉凝结在储气罐内所有的水。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 9.2.3压缩空气净化处理装置从空压机输出的压缩空气在到达各用气设备之前，必须将压缩空气中含有的大量水分、油分及粉尘杂质等除去，得到适当的压缩空气质量，以防止它们对气动系统的正常工作造成危害，并且用减压阀调节系统所需压力，得到适当压力。在必要的情况下，使用油雾器使润滑油雾化，并混入压缩空气中润滑气动元件，以降低磨损，提高元件寿命。1.压缩空气的除水装置枯燥器(Airdryers)第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 1后冷却器空压机输出的压缩空气温度高达120180,在此温度下，空气中的水分完全呈气态。后冷却器的作用是将空压机出口的高温压缩空气冷却到40,并使其中的水蒸气和油雾冷凝成水滴和油滴，以便将其去除。后冷却器有风冷式和水冷式两大类。如图9-11所示为风冷式后冷却器。它是靠风扇产生冷空气,吹向带散热片的热空气管道，经风冷后,压缩空气的出口温度大约比环境温度高15左右。水冷式是通过强迫冷却水沿压缩空气流动方向的反方向流动来进行冷却的,如图9-12所示。压缩空气出口温度大约比环境温度高10左右。后冷却器上应装有自动排水器,以排除冷凝水和油滴等杂质。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-11风冷式后冷却器第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-12水冷式后冷却器第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 2冷冻式空气枯燥器冷冻式空气枯燥器的工作原理是将湿空气冷却到其露点温度以下,使空气中水蒸气凝结成水滴,并去除出去,然后再将压缩空气加热至环境温度输送出去。图9-13为冷冻式空气枯燥器的工作原理。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-13冷冻式枯燥器工作原理第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 进入枯燥器的空气首先进入热交换器冷却,初步冷却的空气中析出的水分和油分经过滤器排出。然后,空气再进入制冷器,这使空气进一步冷却到25,使空气中含有的气态水分、油分等由于温度的降低而进一步析出,冷却后的空气再进入热交换器加热输出。在压缩空气冷却过程中,制冷器的作用是将输入的气态制冷剂压缩并冷却,使其变为液态,然后将制冷剂过滤、枯燥后送入毛细管或自动膨胀阀中,使制冷剂变为低压、低温的液态输出到制冷器中。制冷剂进入制冷器,在冷却空气的同时,吸收了压缩空气的热量,并转为气态,然后再进入制冷器,重复上面的热交换过程。冷冻式枯燥器具有结构紧凑,使用维护方便,维护费用较低等优点,适用于空气处理量较大,压力露点温度不是太低25的场合。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 冷冻式枯燥器在使用时,应考虑进气温度、压力及环境温度和空气处理量。进气温度应控制在40以下，超出此温度时,可在枯燥器前设置后冷却器。进入枯燥器的压缩空气压力不应低于枯燥器的额定工作压力。环境温度宜低于40,假设环境温度过低,可加装暖装置，以防止冷凝水结冰。枯燥器实际空气处理量,在考虑了进气压力、温度和环境温度等因素后,应不大于枯燥器的额定空气处理量。图9-14为冷冻式枯燥器的外观和职能符号。3吸附式空气枯燥器吸附式空气枯燥器是利用具有吸附性能的吸附剂(如硅胶、活性氧化铝、分子筛等)吸附空气中水蒸气的一种空气净化装置。吸附剂吸附湿空气中的一定量水蒸气后将到达饱和状态。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-14冷冻式枯燥器(a)外观；(c)职能符号第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 为了能够连续工作，就必须使吸附剂中的水分再排除掉，吸附剂恢复到枯燥状态，这称为吸附剂的再生亦称脱附。吸附式空气枯燥器的工作原理如图9-15所示。它由两个填满吸附剂的桶并联而成，当左边的一个有湿空气通过时，空气中的水分被吸附剂吸收，枯燥后的空气输送至供气系统。同时，右边的就进行再生程序，如此交替循环使用。吸附剂的再生方法有加热再生和无热再生两种。图9-15所示为加热再生吸附式空气枯燥器的工作原理。正常情况下，每两至三年必须更换一次吸附剂。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-15吸附式枯燥器的工作原理第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 气动系统使用的空气量应在枯燥器的额定输出流量之内,否那么会使空气露点温度达不到要求。枯燥器使用到规定期限时,应全部更换筒内的吸附剂。此外,吸附式空气枯燥器在使用时，应在其输出端安装精密过滤器,以防止筒内的吸附剂在压缩空气不断冲击下产生的粉末混入压缩空气中。要减少进入枯燥器湿空气中的油分，以防油污粘附在吸附剂外表使吸附剂降低吸附能力,产生所谓的“油中毒现象。吸附式枯燥法不受水的冰点温度,枯燥效果好。枯燥后的空气在大气压下的露点温度可达-40-70。在低压力、大流量的压缩空气枯燥处理中,可采用冷冻和吸附相结合的方法,也可采用压力除湿和吸附相结合的方法，以到达预期的枯燥要求。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 4吸收式枯燥器吸收枯燥法是一个纯化学过程。在枯燥罐中，压缩空气中水分与枯燥剂发生反响，使枯燥剂溶解，液态枯燥剂可从枯燥罐底部排出，如图9-16所示,根据压缩空气温度、含湿量和流速，及时填满枯燥剂。枯燥剂的化学物质通常选用氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化锂等。由于化学物质是会慢慢用尽的,因此,枯燥剂必须在一定的时间内进行补充。这种方法的主要优点是它的根本建设和操作费用都较低。但进口温度不得超过30，其中,枯燥剂的化学物质具有较强烈的腐蚀性，必须仔细检查滤清,防止腐蚀性的雾气进入气动系统中。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-16吸收式枯燥器工作原理第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 2.压缩空气的过滤装置1主管道过滤器主管道过滤器安装在主要管路中。主管道过滤器必须具有最小的压力降和油雾别离能力，它能去除管道内的灰尘、水分和油，如图9-17所示为主管过滤器的结构原理。这种过滤器的滤芯一般是快速更换型滤芯，过滤精度一般为35m，滤芯是由合成纤维制成的，因为纤维是以矩阵形式排列的。压缩空气从入口进入，需经过迂回途径才离开滤芯。通过滤芯别离出来的油、水和粉尘等，流入过滤器下部，由排水器自动或手动排出。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-17主管过滤器(a)结构；(b)职能符号第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 2标准过滤器标准过滤器主要安装在气动回路上，结构原理如图9-18所示。压缩空气从入口进入过滤器内部后，因导流板1旋风叶片的导向，产生了强烈的旋转，在离心力的作用下，压缩空气中混有的大颗粒固体杂质和液态水滴等被甩到滤杯4的内外表上，在重力作用下沿壁面沉降至底部，然后经过预净化的压缩空气通过滤芯流出，进一步去除其中颗粒较小的固态粒子，清洁的空气便从出口输出。挡水板的作用是防止已积存在滤杯中的冷凝水再混入气流中。定期翻开排水阀6，放掉积存的油、水和杂质。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-18标准过滤器(a)外观；(b)结构；(c)职能符号第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 过滤器中的滤杯是由聚碳酸脂材料做成的，应防止在有机溶液及化学药品雾气的环境中使用。假设要在上述溶剂雾气的环境中使用，那么应使用金属水杯。为平安起见，滤杯外必须加金属杯罩，以保护滤杯。标准过滤器过滤精度为5m。为防止造成二次污染，滤杯中的水每天都应该是排空的。3自动排水器自动排水器用来自动排出管道、气罐、过滤器滤杯等最下端的积水。由于气动技术的广泛应用以及靠人工的方法进行定期排污已变得不可靠，而且有些场合也不便于人工操作，因此，自动排污装置得到了广泛应用。自动排水器可作为单独的元件安装在净化设备的排污口处，也可内置安装在过滤器等元件的壳体内底部。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 如图9-19所示是一种浮子式自动排水器，其工作原理为水杯11中冷凝水经由长孔10进入柱塞9及密封圈8之间的柱塞室。当冷凝水的水位到达一定高度时，浮筒2浮起，密封座1被翻开，压缩空气进入竖管3的气孔，使控制活塞4右移，柱塞9离开阀座，冷凝水因此被排放。当液面下降到某一位置时，关闭密封座1，冷凝水排水器内的压缩空气从节流孔6排出。此时，弹簧5推动控制活塞4回到起始位置，密封圈封闭排水口。3.压缩空气的调压装置所有的气动系统均有一个最适合的工作压力，而在各种气动系统中，皆可出现或多或少的压力波动。气动与液压传动不同，一个气源系统输出的压缩空气通常可供多台气动装置使用。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 气源系统输出的空气压力都高于每台装置所需的压力，且压力波动较大。如果压力过高，将造成能量损失，并增加损耗；过低的压力会使出力缺乏，造成不良效率。例如，空压机的开启与关闭所产生的压力波动对系统的功能会产生不良影响。因此，每台气动装置的供气压力都需要用减压阀减压，并保持稳定。对于低压控制系统(如气动测量)，除用减压阀减压外，还需用精密减压阀以获得更稳定的供气压力。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-19自动排水器(a)结构；(b)职能符号第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 减压阀的作用是将较高的输入压力调到规定的输出压力，并能保持输出压力稳定，不受空气流量变化及气源压力波动的影响。减压阀的调压方式有直动式和先导式两种。直动式是借助弹簧力直接操纵的；先导式是用预先调整好的气压来代替直动式调压弹簧进行调压的，一般先导式减压阀的流量特性比直动式的好。直动式减压阀通径小于2025mm，输出压力在01.0MPa范围内最为适当，超出这个范围应选用先导式。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 (1直动式减压阀。减压阀实质上是一种简易压力调节器，如图9-20a所示为一种常用的直动式减压阀的结构。假设顺时针旋转调节手柄，调压弹簧1被压缩，推动膜片3，阀杆4下移，进气阀门翻开，在输出口有气压p2输出，如图9-20b所示。同时，输出气压p2经反响导管5作用在膜片3上，产生向上的推力。当该推力与调压弹簧作用力相平衡时，阀便有稳定的压力输出。假设输出压力p2超过调定值，那么膜片离开平衡位置而向上变形，使得溢流阀被翻开，多余的空气经溢流口排入大气。当输出压力降至调定值时，溢流阀关闭，膜片上的受力保持平衡状态。假设逆时针旋转调节手柄，调压弹簧1复位，作用在膜片3上的压缩空气压力大于弹簧力，溢流阀被翻开，输出压力降低，直至为零。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 反响导管7的作用是提高减压阀的稳压精度。另外，它还能改善减压阀的动态性能,当负载突然改变或变化不定时,反响导管起阻尼作用，防止振荡现象的发生。当减压阀的接管口径很大或输出压力较高时,相应的膜片等结构也很大,假设用调压弹簧直接调压,那么弹簧过硬,不仅调节费力,而且当输出流量较大时,输出压力波动也将较大。因此,接管口径在20mm以上,且输出压力较高时,一般宜用先导式结构。在需要远距离控制时,可采用遥控的先导式减压阀。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 (2先导式减压阀。先导式减压阀是使用预先调整好压力的空气来代替调压弹簧进行调压的，其调节原理和主阀局部的结构与直动式减压阀的相同。先导式减压阀的调压空气一般是由小型的直动式减压阀供给的。假设将这个小型直动式减压阀与主阀合成一体，那么称其为内部先导式减压阀。假设将它与主阀别离，那么称其为外部先导式减压阀，它可以实现远距离控制。如图9-21所示为内部先导式减压阀的结构原理，它由先导阀和主阀两局部组成。当气流从左端进入阀体后，一局部经阀口9流向输出口，另一局部经固定节流孔1进入中气室，经喷嘴2、挡板3、孔道反响至下气室6，再经阀杆7的中心孔及排气孔8排至大气。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-21内部先导式减压阀第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 将手柄旋转到一定位置，使喷嘴挡板的距离在工作范围内，减压阀就进入工作状态中气室5的压力随喷嘴与挡板间距离的减小而增大，于是推动阀芯,翻开进气阀口9，即有气流流到出口，同时，经孔道反响到上气室4，与调压弹簧相平衡。假设输入压力瞬时升高,那么输出压力也相应升高,通过孔口的气流使下气室6的压力也升高,破坏了膜片原有的平衡,使阀杆7上升，节流阀阀口减小,节流作用增强，输出压力下降,膜片两端作用力重新平衡,输出压力恢复到原来的固定值。当输出压力瞬时下降时,经喷嘴挡板的放大也会引起中气室5的压力明显升高,而使阀芯下移,阀口开大,输出压力升高,并稳定到原数值上。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 4.压缩空气的润滑装置压缩空气产生油雾主要由油雾器来完成。油雾器是以压缩空气为动力，将润滑油喷射成雾状，并混合于压缩空气中，使该压缩空气具有润滑气动元件的能力。目前，气动控制系统中的控制阀、气缸和气马达主要是靠带有油雾的压缩空气来实现润滑的，其优点是方便、干净、润滑质量高。普通型油雾器也称为全量式油雾器，把雾化后的油雾全部随压缩空气输出，油雾粒径约为20m。普通型油雾器又分为固定节流式和自动节流式两种，前者输出的油雾浓度随空气的流量变化而变化；后者输出的油雾浓度根本保持恒定，不随空气流量的变化而变化。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 如图9-22所示为一种固定节流式普通型油雾器。其工作原理是：压缩空气从输入口进入油雾器后，绝大局部经主管道输出，一小局部气流进入立杆1上正对气流方向的小孔a，经截止阀进入储油杯5的上腔c中，使油面受压。而立杆1上背对气流方向的孔b由于其周围气流的高速流动，其压力低于气流压力。这样，油面气压与孔b压力间存在压差，润滑油在此压差作用下，经吸油管6、单向阀7和节流阀8滴落到透明的视油器9内，并顺着油路被主管道中的高速气流从孔b引射出来，雾化后随空气一同输出。视油器9上部的节流阀8用以调节滴油量，可在0200滴每分范围内调节。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-22固定节流式普通型油雾器(a)、(b)结构；(c)职能符号第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 普通型油雾器能在进气状态下加油,这时只要拧松油塞10后，油杯上腔c便通大气,同时,输入进来的压缩空气将截止阀阀芯2压在截止阀座4上,切断压缩空气进入c腔的通道。又由于吸油管6中单向阀7的作用,压缩空气也不会从吸油管倒灌到油杯中,所以就可以在不停气的状态下向油塞口加油,加油完毕,拧上油塞。由于截止阀稍有泄漏,油杯上腔的压力又逐渐上升,直到将截止阀翻开,油雾器又重新开始工作,油塞上开有半截小孔,当油塞向外拧出时,并不等油塞全翻开,小孔已经与外界相通,油杯中的压缩空气逐渐向外排空,以免在油塞翻开的瞬间产生压缩空气突然排放的现象。截止阀的工作状态如图9-23所示。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-23截止阀的三种工作状态(a)不工作时；(b)工作进气时；(c)加油时第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 油杯一般用透明的聚碳酸脂制成，能清楚地看到杯中的储油量和清洁程度，以便及时补充与更换。视油器用透明的有机玻璃制成，能清楚地看到油雾器的滴油情况。油雾器的主要性能指标如下：流量特性：油雾器中通过其额定流量时，输入压力与输出压力之差一般不超过0.15MPa。起雾空气流量：当油位处于最高位置时，节流阀8全开见图9-22，气流压力为0.5MPa时，起雾时的最小空气流量规定为额定空气流量的40。油雾粒径：在规定的试验压力0.5MPa下，输油量为30滴每分时，其粒径不大于50km。加油后恢复滴油时间：加油完毕后，油雾器不能马上滴油，要经过一定的时间，在额定工作状态下，一般为2030s。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 油雾器在使用中一定要垂直安装，它可以单独使用，也可以和空气过滤器、减压阀、油雾器三件联合使用，组成气源调节装置通常称之为气动三联件，使之具有过滤、减压和油雾润滑的功能。联合使用时，其连接顺序应为空气过滤器减压阀油雾器，不能颠倒。安装时，气源调节装置应尽量靠近气动设备附近，距离不应大于5m。气动三联件的工作原理如图9-24所示，其外观及职能符号如图9-25所示。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-24气动三联件的工作原理图第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-25气动三联件的外观及职能符号(a)外观；(b)详细职能符号；(c)简略职能符号第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 对于一些对油污控制严格的场合,如纺织、制药和食品等行业,气动元件选用时要求无油润滑。在这种系统中,气源调节装置必须用两联件,连接方式为过滤减压,去掉油雾器。气动两联件的外观及职能符号见图9-26。图9-26气动两联件的外观及职能符号(a)外观；(b)职能符号第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 9.3 压缩空气的输送压缩空气的输送 9.3.1管路的分类气动系统的管路按其功能可分为如下几种：(1)吸气管路：从吸入口过滤器到空压机吸入口之间的管路,此段管路管径宜大,以降低压力损失。(2)排出管路：从空压机排气口到后冷却器或储气罐之间的管路，此段管路应能耐高温、高压与振动。(3)气管路：从储气罐到气动设备间的管路。送气管路又分成主管路和从主管路连接分配到气动设备之间的分支管路。主管路是一个固定安装的用于把空气输送到各处的耗气系统。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 主管路中必须安装断路阀，它能在维修和保养期间把空气主管道别离成几局部。(4)控制管路：连接气动执行件和各种控制阀间的管路。此种管路大多数采用软管。(5)排水管路：收集气动系统中的冷凝水，并将水分排出管路。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 9.3.2主管路配管方式按照供气可靠性和经济性考虑，一般有两种主要的配置：终端管路和环状管路。1.终端管路采用终端管路配管系统简单，经济性好，多用于间断供气，一条支路上可安装一个截止阀，用于关闭系统。管路应在流动方向上有1100的斜度以利于排水，并在最低位置处设置排水器，如图9-27所示。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-27终端管路供气系统第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 2.环状管路用环状管路配管，其系统供气可靠性高，压力损失小，压力稳定，但投资较高。在环状主管路系统中，空气从两边输入到达高的消耗点，可将压力降至最低。这种系统中冷凝水会流向各个方向因此，必须设置足够的自动排水装置。另外，每条支路上及支路间都要设置截止阀。这样，当关闭支路时，整个系统仍能供气，如图9-28所示。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 图9-28环状管路供气系统第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 3.管路材料在气动装置中，连接各元件的管路有金属管和非金属管。常用的金属管有镀锌钢管、不锈钢管、拉制铝管和纯铜管等，主要用于工厂气源主干道和大型气动装置上，适用于高温、高压和固定不动部位的连接。铜、铝和不锈钢管防锈性好，但价格较高。非金属管有硬尼龙管、软尼龙管和聚氨脂管。非金属管经济，轻便，拆装容易，工艺性好，不生锈，流动摩擦阻力小，但存在老化问题，不宜用于高温场合，且易受外部损伤。另外，非金属管有多种颜色，化学稳定性好，又有一定柔性，故在气动设备上大量使用。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 非金属管主要有如下几种：1橡胶软管或强化塑料管：用在空气驱动手工操作工具上是很适宜的，因为它具有柔韧性，有利于操作运动。2棉线编织胶管：主要推荐用于工具或其他管子受到机械磨损的地方。3聚氯乙烯PVC管或尼龙管：通常用于气动元件之间的连接，在工作温度限度内，它具有明显的安装优点，容易剪断和快速连接于快速接头。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 思考题与习题思考题与习题 9-1表达气源装置的组成及各元件主要作用。9-2为什么要设置后冷却器?9-3为什么要设置枯燥器？9-4简述标准过滤器的工作原理。9-5说明油雾器的工作过程及单向阀的作用。第第9章章 气源装置及压缩空气净化系统气源装置及压缩空气净化系统 9-6简述减压阀的工作原理。9-7输送空气的配管如设计不良，气动系统会出现哪些问题?9-8主管路配管方式主要有哪两种？