第12章 氣源裝置及氣動輔

1、1,12.1 氣源系統(tǒng)的組成,思考題與習題,12.2 空氣壓縮機,12.3 氣動輔助元件,第 12 章 氣源裝置及氣動輔件12.1 氣源系統(tǒng)的組成 氣壓傳動系統(tǒng)中的氣源裝置為氣動系統(tǒng)提供滿足一定質(zhì)量要求的壓縮空氣，它是氣壓傳動系統(tǒng)的重要組成部分。由空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣，必須經(jīng)過降溫、凈化、減壓、穩(wěn)壓等一系列處理后，才能供給控制元件和執(zhí)行元件使用。而用過的壓縮空氣排向大氣時，會產(chǎn)生噪

2、聲，應(yīng)采取措施，降低噪聲，改善勞動條件和環(huán)境質(zhì)量。,2,12.1.1 對壓縮空氣的要求　 （1）要求壓縮空氣具有一定的壓力和足夠的流量。 壓縮空氣是氣動裝置的動力源，沒有一定的壓力不但不能保 證執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生足夠的推力，甚至連控制機構(gòu)都難以正確地動作；沒有足夠的流量，就不能滿足對執(zhí)行機構(gòu)運動速度和程序的要求等。 （2）要求壓縮空氣有一定的清潔度和干燥度。 清潔度是指氣源中含油量、含灰塵

3、雜質(zhì)的質(zhì)量及顆粒大小都要控制在很低范圍內(nèi)。干燥度是指壓縮空氣中含水量的多少，氣動裝置要求壓縮空氣的含水量越低越好。,回首頁,3,由空氣壓縮機排出的壓縮空氣，雖然能滿足一定的壓力和流量的要求，但不能為氣動裝置所使用。因為一般氣動設(shè)備所使用的空氣壓縮機都是屬于工作壓力較低的活塞式空氣壓縮機?？諝饨?jīng)壓縮后溫度均提高到140℃～180℃，這時空氣壓縮機氣缸中的潤滑油也部分成為氣態(tài)，這樣油分、水分以及灰塵便混在壓縮空氣中一同排出。如果將此壓縮空氣

4、直接輸送給氣動裝置使用，將會產(chǎn)生下列影響：　　?、?有腐蝕作用。 　 ⒉ 產(chǎn)生研磨作用。 ⒊ 增加管道阻力。 ⒋ 影響氣動裝置的正常工作。 因此氣源系統(tǒng)必須設(shè)置一些除油、除水、除塵，并使壓縮空氣干燥，提高壓縮空氣質(zhì)量，進行氣源凈化處理的輔助設(shè)備。,回首頁,4,,,12.1.2 壓縮空氣站的設(shè)備組成及布置 氣壓傳動系統(tǒng)是以空氣壓縮機作為氣源

5、裝置， 一般規(guī)定，當空氣壓縮機的排氣量小于 時，直接安裝在主機旁，當排氣量大于或者等于 時，就應(yīng)獨立設(shè)置壓縮空氣站，作為整個工廠或車間的統(tǒng)一氣源。 下圖12-1為一般壓縮空氣站的設(shè)備組成和布置示意圖。壓縮空氣站的設(shè)備一般包括產(chǎn)生壓縮空氣的空氣壓縮機和凈化壓縮空氣的輔助設(shè)備。,,回首頁,5,在圖12-1中，1 為空氣壓縮機，用以產(chǎn)生壓縮空氣。2 為

6、后冷卻器，用以降溫冷卻壓縮空氣，使凈化的水凝結(jié)出來。3為油水分離器，用以分離并排出降溫冷卻的水滴、油滴、雜質(zhì)等。4 為貯氣罐，用以貯存壓縮空氣，穩(wěn)定壓縮空氣的壓力并除去部分油分和水分。5 為干燥器，用以進一步吸收或排除壓縮空氣中的水分和油分，使之成為干燥空氣。6 為過濾器，用以進一步過濾壓縮空氣中的灰塵、雜質(zhì)顆粒。,圖12-1 壓縮空氣站設(shè)備組成及布置示意圖1-空氣壓縮機 2-后卻器 3-油水分離器 4、7-貯氣罐 5-干燥器 6-

7、過濾器,回首頁,6,12.2 空氣壓縮機 空氣壓縮機是氣動系統(tǒng)的動力源，是氣壓傳動的心臟部分，它是把電動機輸出的機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝置。,空氣壓縮機的分類,回首頁,7,單級活塞式壓縮機只有一個行程就將吸入的大氣壓空氣壓縮到所需要的壓力?；钊乱?，體積增加，缸內(nèi)壓力小于大氣壓，空氣便從進氣閥門進入缸內(nèi)。在行程末端，活塞向上運動，進氣閥關(guān)閉，空氣被壓縮，而同時出氣閥被 打開，輸出空氣進入儲氣罐。,回首頁,單級

8、活塞式往復式壓縮機,8,在單級壓縮機中，若空氣壓力超過6巴，產(chǎn)生的過熱將大大地降低壓縮機的效率。因此，工業(yè)中使用的活塞式壓縮機通常是兩級的。由兩個階段將吸入的大氣壓空氣壓縮到最終的壓力。 如果最終壓力為7巴，第一級通常將它壓縮到若3巴，然后被冷卻，再輸送到第二級氣缸中壓縮到7巴。,回首頁,兩級活塞式往復式壓縮機,9,螺桿式壓縮機中兩個吻合的螺旋轉(zhuǎn)子以相反方向運動，它們當中自由空間的容積沿軸向減少，從而壓縮兩轉(zhuǎn)子間的空氣。

9、利用噴油來潤滑和密封兩旋轉(zhuǎn)的螺桿，油分離器將油與輸出空氣分開。此類壓縮機壓力高達10巴。,螺桿式旋轉(zhuǎn)壓縮機,回首頁,10,12.2.1 空氣壓縮機的工作原理 氣動系統(tǒng)最常用的空氣壓縮機為往復活塞式壓縮機，其工作原理如下圖12-2所示。,圖12-2 往復活塞式空氣壓縮機工作原理圖1-排氣閥 2-氣缸 3-活塞 4-活塞桿 5、6-十字頭與滑道 7-連桿 8-曲柄 9-吸氣閥 10-彈簧,吸氣過程：當活塞3向右運動時，氣

10、缸2內(nèi)容積增大，形成部分真空而低于大氣壓力，外界空氣在大氣壓力的作用下推開吸氣閥9而進入氣缸中。壓縮過程：當活塞向左運動時，吸氣閥在缸內(nèi)壓縮氣體的作用下關(guān)閉，隨著活塞的左移，缸內(nèi)氣體受到壓縮而使壓力升高。排氣過程：當氣缸內(nèi)壓力增高到略高于輸氣管路內(nèi)壓力p時，排氣閥1打開，壓縮空氣排入輸氣管路內(nèi)。,回首頁,11,12.2.2 空氣壓縮機的分類及選用原則 （1）空氣壓縮機的分類 空氣壓

11、縮機是一種氣壓發(fā)生裝置，它是將機械能轉(zhuǎn)化成氣體壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其種類很多，分類形式也有數(shù)種。 按其工作原理可分為：容積型壓縮機和速度型壓縮機?！　　∪莘e型壓縮機的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)氣體分子的密度增大以提高壓縮空氣的壓力。速度型壓縮機的工作原理是提高氣體分子的運動速度，然后使氣體的動能轉(zhuǎn)化為壓力能以提高壓縮空氣的壓力。　　　按輸出壓力大小可分為：低壓空壓機、中壓空壓機、高壓空壓機和超高壓

12、空壓機?！　　“摧敵隽髁浚ㄅ帕浚┛煞譃椋何⑿?、小型 、中型和大型空氣壓縮機。,回首頁,12,,（2） 空氣壓縮機的選用原則 　選用空氣壓縮機的根據(jù)是氣壓傳動系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量兩個參數(shù)。 一般空氣壓縮機為中壓空氣壓縮機，額定排氣壓力為1 MPa；另外還有低壓空氣壓縮機，排氣壓力0.2 MPa；高壓空氣壓縮機，排氣壓力為10 MPa；超高壓空氣壓縮機，排氣壓力為100 MPa。一般氣壓傳動系統(tǒng)工作壓力為0.5～0

13、.6 MPa，選用額定輸出壓力0.7～0.8 MPa的低壓空氣壓縮機。特殊需要也選用中壓、高壓或超高壓的空氣壓縮機。 　輸出流量的選擇，要根據(jù)整個氣動系統(tǒng)對壓縮空氣的需要再加一定的備用余量，作為選擇空氣壓縮機流量的依據(jù)?？諝鈮嚎s機銘牌上的流量是自由空氣流量?！　≡诠庀到y(tǒng)中，把所有氣動元件和裝置在一定時間內(nèi)的平均耗氣量之和作為確定空壓機站供氣量的依據(jù)。,回首頁,13,（12-1）,式中 ——氣缸在一個周期 內(nèi)的單程

14、動作次數(shù)；,,——某一執(zhí)行元件一個行程時的自由空氣耗量；,——某一執(zhí)行元件一個單行程所用時間；,——某臺設(shè)備一個工作循環(huán)的周期時間。,對有 臺設(shè)備，每臺設(shè)備有 個氣動執(zhí)行元件的系統(tǒng)，其平均最大耗氣量為,回首頁,14,空壓機站空壓機總的供氣量為,,（12-2）,,,——利用系數(shù)。,——漏損系數(shù)。,考慮各氣動元件、管件、接頭的泄漏，尤其風動工具的磨損泄漏，供氣量應(yīng)增加（15～50）%,即有漏損系數(shù) =1.15～1.5

15、，風動工具多時取大值；,——備用系數(shù)。,由于系統(tǒng)各工作時間用氣量可能不等，考慮其最大用量，再考慮有時會增設(shè)新的氣動裝置，即有備用系數(shù) =1.3～1.6。,同類氣動設(shè)備較多時有的設(shè)備在耗氣，而有的還沒有使用，故要考慮利用系數(shù) ， ＝0.3～１；,回首頁,15,12.3 氣動輔助元件 氣動輔助元件分為氣源凈化裝置和其它輔助元件兩大類。 12.3.1 氣源凈化裝置 壓縮空

16、氣凈化裝置一般包括：后冷卻器、油水分離器、貯氣罐、干燥器、過濾器等。 （1） 后冷卻器 后冷卻器的結(jié)構(gòu)形式有：蛇形管式、列管式、散熱片式、管套式。 后冷卻器安裝在空氣壓縮機出口處的管道上。它的作用是將空氣壓縮機排出的壓縮空氣溫度由140～170℃降至40～50℃。這樣就可使壓縮空氣中的油霧和水汽迅速達到飽和，使其大部分析出并凝結(jié)成油滴和水滴，以便經(jīng)油水分離器排出。,

17、回首頁,16,冷卻方式有水冷和氣冷兩種方式，蛇形管和列管式后冷卻器的結(jié)構(gòu)見下圖12-3。,a)蛇管式,圖12-3 后冷卻器,b)列管式,1－熱空氣進口 2－冷卻水入口 3－冷空氣出口 4－冷卻水出口,回首頁,17,（2） 油水分離器 油水分離器安裝在后冷卻器出口管道上，它的作用是分離并排出壓縮空氣中凝聚的油分、水分和灰塵雜質(zhì)等，使壓縮空氣得到初步凈化。油水分離器的結(jié)構(gòu)形式有環(huán)形回轉(zhuǎn)式、撞擊折回式、離心旋

18、轉(zhuǎn)式、水浴式以及以上形式的組合使用等。 下圖12-4所示是撞擊折回并回轉(zhuǎn)式油水分離器的結(jié)構(gòu)形式。,圖12-4 撞擊折回并回轉(zhuǎn)式油水分離器,工作原理是：當壓縮空氣由入口A進入分離器殼體后，氣流先受到隔板阻擋而被撞擊折回向下(見圖中箭頭所示流向)；之后又上升產(chǎn)生環(huán)形回轉(zhuǎn)，這樣凝聚在壓縮空氣中的油滴、水滴等雜質(zhì)受慣性力作用而分離析出，沉降于殼體底部，由放水閥C口定期排出。,回首頁,18,（3）貯氣罐

19、 貯氣罐的主要作用是： 1) 儲存一定數(shù)量的壓縮空氣，以備發(fā)生故障或臨時需要應(yīng)急使用； 2) 消除由于空氣壓縮機斷續(xù)排氣而對系統(tǒng)引起的壓力脈動，保證輸出氣流的連續(xù)性和平穩(wěn)性； 3) 進一步分離壓縮空氣中的油、水等雜質(zhì)。,儲氣罐,儲氣罐的尺寸大小根據(jù)壓縮機的輸出量，系統(tǒng)的尺寸大小以及對未來需求量的變化的預測來確定。

20、 對工廠來說，計算儲氣罐尺寸的原則是：儲氣罐容量≈壓縮機每分鐘壓縮空氣的輸出量。,回首頁,19,圖12-5 貯氣罐結(jié)構(gòu)示意圖,貯氣罐一般采用焊接結(jié)構(gòu)，以立式居多，其結(jié)構(gòu)如圖12-5所示。,一般而言，在設(shè)計或選擇貯氣罐容積時，按空壓機功率（對應(yīng)空壓機吸入流量）而定。以消除壓力波動為目的時，可參考以下經(jīng)驗公式： 0.5 時， =6 （ 為空壓機的自

21、由空氣流量）。 若以儲存壓縮空氣、調(diào)節(jié)用氣量為目的， 則應(yīng)按實際所需儲存、調(diào)節(jié)氣量來設(shè)計。貯氣罐主高度 取其內(nèi)徑D的2倍～3倍，由 計算而得。,回首頁,20,（4）干燥器 經(jīng)過后冷卻器、油水分離器和貯氣罐后得到初步凈化的壓縮空氣，已滿足一般氣壓傳動的需要。但壓縮空氣中仍含一定量的油、水以及少量的粉塵。如果用于精密的氣動裝置、氣動儀表等，上述壓縮空氣還必須進行干燥處理。

22、 壓縮空氣干燥方法主要采用吸附法和冷卻法。 吸附法是利用具有吸附性能的吸附劑(如硅膠、鋁膠或分子篩等)來吸附壓縮空氣中含有的水分，而使其干燥。吸附法是干燥處理方法中應(yīng)用最為普遍的一種方法。 冷卻法是利用制冷設(shè)備使空氣冷卻到一定的露點溫度，析出空氣中超過飽和水蒸氣部分的多余水分，從而達到所需的干燥度。,回首頁,21,吸附干燥法可獲得最低露點（可達-90℃）。在吸附干燥法中，壓縮空氣中水分被吸附劑吸收

23、，從而達到干燥壓縮空氣的目的。這種方法所用吸附劑可再生。,回首頁,22,圖12-6 吸附式干燥器結(jié)構(gòu)示意圖1－空氣源 2－油霧分離器 3、6－電磁閥 4、8－干燥劑筒 5、9－固定節(jié)流過濾器 7－消聲器 10－濕度顯示器,吸附式干燥器有兩個相同的填充了吸附劑的吸附筒 和 ，濕空氣經(jīng)二位五通閥從 的底部流入，通過吸附劑層流到上部，空氣中的水分被吸附劑吸收，干燥后的空氣通過一單向閥輸出。同時，輸出的干燥空氣有10%

24、~20%經(jīng)節(jié)流閥流入再生筒 ，使其中的吸附劑再生。,回首頁,23,進入干燥器的空氣首先進入熱交換器冷卻，經(jīng)初步冷卻的空氣中析出的水份和油份經(jīng)分離器排出。然后，空氣再進入致冷器，這使空氣進一步冷卻到2~5℃，使空氣中含有的氣態(tài)水份、油份等由于溫度的降低而大量進一步地析出，經(jīng)分離器排出。冷卻后的空氣再進入熱交換器加熱輸出。,回首頁,24,在壓縮空氣冷卻過程中，致冷機的作用是將輸入的氣態(tài)致冷劑壓縮并冷卻，使其變?yōu)橐簯B(tài)，然后將致冷劑過濾、

25、干燥后送入毛細管或自動膨脹閥中，使致冷劑變?yōu)榈蛪?、低溫的液態(tài)輸出到致冷器中。致冷劑進入致冷器冷卻空氣的同時，吸收了壓縮空氣的熱量后轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，然后再進入致冷機，重復上面的熱交換過程。,回首頁,25,（5） 過濾器 空氣的過濾是氣壓傳動系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。不同的場合，對壓縮空氣的要求也不同。過濾器的作用是進一步濾除壓縮空氣中的雜質(zhì)。 常用的過濾器有一次性過濾器(也稱簡易過濾器，濾灰效率

26、為50%～70%)；二次過濾器(濾灰效率為70%～99%)。 在要求高的特殊場合，還可使用高效率的過濾器(濾灰效率大于99%)。,壓縮空氣從輸入口進入后，被引入旋風葉子1，旋風葉子上有很多成一定角度的缺口，迫使空氣沿切線方向運動產(chǎn)生強烈的旋轉(zhuǎn)。夾雜在氣體中較大的水滴、油滴等，在慣性作用下與存水杯3內(nèi)壁碰撞，并分離出來沉到杯底；而微?；覊m和霧狀水氣則在氣體通過濾芯2時被攔截而濾去，潔凈的空氣便從輸出口輸出。,1—旋風

27、葉子 2—濾芯 3—存水杯 4—擋水板 5—手動排水閥,過濾器,回首頁,26,圖12-7 一次過濾器結(jié)構(gòu)圖 1-密孔網(wǎng) 2-目細鋼3-焦炭 4-硅膠等,圖12-7所示為一種一次過濾器， 氣流由A口進入筒內(nèi)，在離心力的作用下分離出液滴，由C口排出，然后氣體由下而上通過多片鋼板＼毛氈、硅膠、焦炭、濾網(wǎng)等過濾吸附材料，干燥清潔的空氣從筒頂B口輸出。,1) 一次過濾器,回首頁,27,圖12-

28、8 普通分水濾氣器結(jié)構(gòu)圖 1-復位彈簧； 2-保護罩； 3-水杯； 4-擋水板； 5-濾芯； 6-導流片； 7-卡圈； 8-錐形彈簧； 9-閥芯； 10-手動放水按鈕。,a)結(jié)構(gòu)圖 b)符號,2) 分水濾氣器,分水濾氣器和減壓閥、油霧器一起被稱為氣動三聯(lián)件，是氣動系統(tǒng)不可缺少的輔助元件。普通分水濾氣器的結(jié)構(gòu)如圖12-8所示。其工作原理如下

29、： 當壓縮空氣從輸入口進入后，被引入導流片（旋風葉輪）6，導流片上有許多成一定角度的缺口，迫使空氣沿切線方向旋轉(zhuǎn)，空氣中的冷凝水、油滴、灰塵等雜質(zhì)受離心力作用被甩到濾杯內(nèi)壁上，并流到底部沉積起來。然后，氣體通過濾芯５進一步清除其中的固態(tài)粒子，潔凈的空氣便從輸出口輸出。,回首頁,28,12.3.2 其它輔助元件 (1) 油霧器 油霧器是一種特殊的注油裝置。它以空氣為動力，使?jié)櫥挽F化后，注入

30、空氣流中，并隨空氣進入需要潤滑的部件，達到潤滑的目的。,當壓縮空氣通過油霧器時，其在油室與視油器之間產(chǎn)生一個壓降，該壓降使油液經(jīng)吸油管上升，并經(jīng)噴嘴引射到壓縮空氣中，油滴被霧化，隨壓縮空氣流出。,回首頁,29,圖12-9 普通油霧器的結(jié)構(gòu)簡圖 1-立桿 2-截止閥 3-儲油杯4-吸油管 5-單向閥 6-節(jié)流針閥 7-視油器 8-油塞 9-螺母,工作原理: 壓縮空氣從輸入口 進入，在油霧器的氣

31、流通道中有一個立桿1，立桿1有兩個通道口，上面背向氣流的是噴油口B，下面正對氣流的是油面加壓通道口A。一小部分進入油面加壓通道口A的氣流經(jīng)過加壓通道流到截止閥2，在壓縮空氣剛進入時，鋼球被壓在閥座上，但鋼球與閥座密封不嚴，有點漏氣，可使儲油杯上腔的壓力逐漸升高，將截止閥2打開，使杯內(nèi)油面受壓，迫使儲油杯內(nèi)的油液經(jīng)吸油管4、單向閥5和調(diào)節(jié)針閥6滴入透明的視油器7內(nèi)，然后從噴油口B被主氣道中的氣流引射出來，在氣流的氣壓力和油粘性力對油滴的作

32、用下，霧化后隨氣流從輸出口 流出。關(guān)閉針閥即停止油噴霧。,回首頁,30,,圖12-10 特殊單向閥的工作狀態(tài) 當沒有氣流輸入時，截止閥2中的彈簧把鋼球頂起，封住加壓通道，閥處于截止狀態(tài)，如圖12-10a。正常工作時，壓力氣體推開鋼球進入油杯，油杯內(nèi)氣體的壓力加上彈簧的彈力使鋼球處于中間位置，截止閥處于打開狀態(tài)，如圖12-10b。當進行不停氣加油時，松開加油孔的油塞8，儲油杯中的氣壓降至大氣壓，輸入的氣體把鋼

33、球壓到下限位置，使截止閥處于反關(guān)閉狀態(tài)，如圖12-10c。,a,b,c,回首頁,31,(2) 消聲器 在氣壓傳動系統(tǒng)之中，氣缸、氣閥等元件工作 時，排氣速度較高，氣體體積急劇膨脹，會產(chǎn)生刺耳的噪聲。為了降低噪聲可以在排氣口安裝消聲器。 氣動元件使用的消聲器一般有三種類型：吸收型消聲器、膨脹干涉型消聲器和膨脹干涉吸收型消聲器。常用的是吸收型消聲器。,其消聲原理是： 當有壓氣體

34、通過消聲罩時，氣流受到阻力，聲能量被部分吸收而轉(zhuǎn)化為熱能，從而降低了噪聲強度。,圖12-11 吸收型消聲器結(jié)構(gòu)簡圖1-連接螺絲；2-消聲罩,回首頁,32,(3) 管件 管件包括管道和各種管接頭。有了管道和各種管接頭，才能把氣動控制元件、氣動執(zhí)行元件以及輔助元件等連接成一個完整的氣動控制系統(tǒng)，因此，實際應(yīng)用中，管件是不可缺少的。 管道可分為硬管和軟管兩種。 如總氣管和支氣管等一些固定不動的、不

35、需要經(jīng)常裝拆的地方，使用硬管。連接運動部件和臨時使用、希望裝拆方便的管路應(yīng)使用軟管。 硬管有鋼管、紫銅管和PVC管等；軟管有塑料管、尼龍管、橡膠管、金屬編織塑料管以及撓性金屬導管等等。常用的是紫銅管和尼龍管。 氣動系統(tǒng)中使用的管接頭的結(jié)構(gòu)及工作原理與液壓管接頭基本相似，分為卡套式、擴口式、焊接式、卡箍式、插入快換式等。,回首頁,33,思考題與習題 12-1 簡述氣源裝置的組成及作用。12-2