液压与气动技术

液压与气动技术第五单元气源系统及净化装置和气动执行元件2007－12020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术教学内容：气源系统的组成气源系统的净化装置（难点）气动执行元件（重点）2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术由压缩空气的产生和输送系统及压缩空气消耗系统三个主要部分组成。一、气动系统的基本组成：2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术一、气动系统的基本组成示例气压产生装置过滤器压力控制阀油雾器方向控制阀消声器流量控制阀汽缸气压的传递、分配和控制即输送系统气压的消耗2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术二、气动系统各组件及主要功能①压缩机：把机械能转变为气压能。②电动机：给压缩机提供机械能，它是把电能转变成机械能。③压力开关：被调节到一个最高压力：停止电动机，最低压力，重新激活电动机。④单向阀：阻止压缩空气反方向流动。⑤储气罐：贮存压缩空气。⑥压力表：显示储气罐内的压力。⑦自动排水器：无需人手操作，排掉凝结在储气罐内所有的水。⑧安全阀：当储气罐内的压力超过允许限度，可将压缩空气排出。⑨冷冻式空气干燥器：将压缩空气冷却到零上若干度，以减少系统中的水份。⑩主管道过滤器：它清除主要管道内灰尘、水份和油。主管道过滤器必须具有最小的压力降和油雾分离能力。2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术三、气动技术中的压力概念在ISO标准中压力的单位为帕斯卡（1Pa=1N/m2），由于这个单位非常小，为了阅读和表达方便，常用0.1MPa(1bar)为压力单位，这个单位适合在工业中应用：1Mpa＝103Kpa＝106Pa0.1MPa=100Kpa=1bar（巴）绝对压力：相对于真空的压力表压力（GA）：高于大气压的那部分压力真空度（Torr）：低于大气压的压力2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术五、气源系统123456普通气源净化气源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所示。1-空压机2-储气罐3-阀门4-主管过滤器5-干燥机6-主管过滤器2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术六、空气压缩机(Aircompressor)1.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。2.按工作原理分类：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压缩空压机中气体的体积，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。3.空气压缩机分为往复式与回转式两大类。往复式可细分为活塞式与膜片式，回转式可细分为叶片式与螺杆式。2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术六、空气压缩机(Aircompressor)4.按空压机输出压力大小分类低压空压机0．2～1．0MPa中压空压机1．0～10MPa高压空压机10～100MPa超高压空压机＞100MPa5.按空压机输出流量(排量)分类微型＜1m3／Min小型1～10m3／Min中型10～100m3／Min大型＞100m3／Min2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术气压传动气压发生装置2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术七、空压机的工作原理1.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，下图为单级活塞式空压机工作原理。2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术七、空压机的工作原理1.单级活塞式空压机通常用于需要（0.3-0.7）Mpa压力范围的系统。在单级压缩机中，若空气压力超过0.6Mpa，产生的过热将大大地降低压缩机的效率。故当输出压力较高时，应采取多级压缩。2.多级压缩可降低排气温度，节省压缩功，提高容积效率，增加压缩气体排气量。下面介绍多级空压机工作原理2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术七、空压机的工作原理2.二级活塞式空压机工作原理。2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术七、空压机的工作原理2.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中压缩到0.7Mpa。因此，相对于单级压缩机提高了效率。最后输出温度可控制在120度左右。2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术七、空压机的工作原理3.叶片式空压机2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术七、空压机的工作原理3.在回转过程中不需要活塞式空压机中具有的吸气阀和排气阀。在转子的每—次回转中，将根据叶片的数目多次进行吸气、压缩和排气，所以输出压力的脉动较小。通常情况下，叶片式空压机需采用润滑油对叶片、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份。因此在排气口需要安装油气分离器和冷却器，以便把油份从压缩空气中分离出来进行冷却并循环使用。2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术七、空压机的工作原理4.膜片式压缩机2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术七、空压机的工作原理4.膜片式压缩能提供5巴的压缩空气。由于它完全没有油，因此广泛用于食品、医药和相类似的工业中。膜片使气室容积发生变化，在下行程时吸进空气，上行程时压缩空气。2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术七、空压机的工作原理5.螺杆式空压机2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术七、空压机的工作原理5.螺杆式压缩机，由电动机带动两个啮合的螺旋转子以相反方向运动，它们当中自由空间的容积沿轴向减少，从而压缩两转子间的空气。利用喷油来润滑密封的两旋转螺杆，油分离器将油与输出空气分开。此类压缩机可连续输出流量可超过400m3／min，压力高达10巴。和叶片式压缩机相比，此类压缩机能输送出连续的无脉动的压缩空气。虽然螺杆式和叶片式压缩机愈来愈受青睐，但过去工业上最普遍使用的仍然是往复式压缩机。2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术八、空压机的特性参数单级/多级压缩机总效率图2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术九、空压机的选用1.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.P为气动系统的工作压力（Mpa），为系统中各个气动执行元件工作的最高工作压力。为气动系统总的压力损失，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。cpppp2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术十、空压机的选用2.空压机供气量的大小应包括：目前气动系统中各设备所需的耗气量、考虑未来扩充设备所需耗气量及修正系数（如避免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）Q为气动系统的最大耗气量（m3／Min）；K为修正系数。一般可取=1.3～1.5。有了供气压力与供气量，按空压机的特性要求，选择空压机的类型和型号。cQkQ2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术十二、储气罐(Reservoir)1.储气罐的作用：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储存补充之用。3）储存一定量的压缩空气，停电时可使系统继续维持一定时间。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）利用储气罐的大表面积散热使压缩空气中的一部分水蒸气凝结为水。2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术十二、储气罐(Reservoir)2.储气罐的形状：储气罐的容积愈大，压缩机运行时间间隔就愈长。储气罐一般采用圆筒状焊接结构，有立式和卧式两种，一般以立式居多。2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术十三、压缩空气净化处理装置从空压机输出的压缩空气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，以得到适当的压缩空气质量，避免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以得到适当出力。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，降低磨损，提高元件寿命。•除水过程；•过滤过程；•调压过程；•润滑过程。2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术十三、压缩空气净化处理装置1.压缩空气的除水装置（干燥器）(Airdryers)（1）后冷却器空压机输出的压缩空气温度高达120～1800C,在此温度下，空气中的水分完全呈气态。后冷却器的作用就是将空压机出口的高温压缩空气冷却到400C，并使其中的水蒸气和油雾冷凝成水滴和油滴，以便对将其清除。后冷却器有风冷式和水冷式两大类。2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术十三、压缩空气净化处理装置（1）风冷式和水冷式后冷却器2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术（2）吸收式干燥器吸收干燥法是一个纯化学过程。在干燥罐中，压缩空气中水分与干燥剂发生反应，使干燥剂溶解，液态干燥剂可从干燥罐底部排出。根据压缩空气温度、含湿量和流速，必须及时填满干燥剂。干燥剂的化学物质通常用氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化锂等。因为化学物质是会慢慢用尽的。因此，干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基本建设和操作费用都较低。但进口温度不得超过300C，其中干燥剂的化学物质具有较强烈腐蚀性，必须仔细检查滤清，防止腐蚀性的雾气进入气动系统中。2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术（2）吸收式干燥器2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术压缩空气的过滤装置（1）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分离能力，它能清除管道内的灰尘、水份和油。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3～5um，滤芯是由合成纤维制成，由于纤维以矩阵形式排列。2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术压缩空气的过虑装置（1）主管道过滤器2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术压缩空气的过虑装置（2）标准过滤器标准过滤器主要是指安装在气动回路上，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的内表面上，在重力作用下沿壁面沉降至底部，然后，经过这样预净化的压缩空气通过滤芯流出，进一步清除其中颗粒较小的固态粒子，清洁的空气便从出口输出。标准过滤器的过滤精度为5um。为防止造成二次污染，滤杯中的水每天都应该是排空的。2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术压缩空气的过虑装置（2）标准过滤器2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术压缩空气的过虑装置（3）自动排水器(Waterseparator)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、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）。2020年2月9日星期日中南大学——液压与气动技术压缩空气的调压装置（1）减压阀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调压方式；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好。直动式减压阀通径小于20～25mm，输出压力在0～1.0MPa范围内最为适当，超出这个范围应选用先导式。2020年2月