气源装置和气动辅件的优化方案

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：气源装置包括压缩空气的产生、净化、贮存和运输几个部分，为气动系统提供清洁、干燥、具有一定压力和流量的压缩空气。常见的气源装置如图4-96所示，由空气压缩机1，后冷却器2、油水分离器3、气罐4、干燥器5和空气过滤器6等器件组成。这些杂质若进入气动系统，会造成管路堵塞和锈蚀，加速元件的磨损，泄漏增加，缩短使用寿命。因此必须设置气源净化装置，以提高压缩空气的质量。

气源装置包括压缩空气的产生、净化、贮存和运输几个部分，为气动系统提供清洁、干燥、具有一定压力和流量的压缩空气。

常见的气源装置如图4-96所示，由空气压缩机1，后冷却器2、油水分离器3、气罐4、干燥器5和空气过滤器6等器件组成。

图4-96 气源系统组成示意图

1—压缩机 2—冷却器 3—油水分离器 4、7—气罐 5—干燥器 6—过滤器

起动空气压缩机后，空气经压缩其压力和温度同时升高，高温高压气体首先进入后冷却器，降温冷却后析出水分和油雾，经过油水分离器3除去凝结的水和油，最后存入气罐4内。若为工业用气，可从气罐4中直接引出使用；若用于气动系统，还需经干燥器5和过滤器6，对压缩空气进行干燥和去除杂质后使用。

1.空气压缩机

空气压缩机是一种气压发生装置，它是将机械能转换成气体压力能的转换设备。

（1）空气压缩机的分类按工作原理分为容积型和速度型压缩机。容积型压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使气体分子的密度增加以提高其压力。这种压缩机有活塞式、叶片式等类型。气动系统中，多采用容积型空气压缩机。速度型空气压缩机是通过提高气体的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能。如离心式和轴流式空气压缩机。

（2）空气压缩机的选用原则气压传动系统所需要的工作压力和流量是选择空气压缩机的两个主参数。一般空气压缩机为中压空气压缩机，排气压力1MPa＜p≤10MPa；低压空气压缩机，排气压力为0.2MPa＜p≤1MPa；高压空气压缩机，排气压力为10MPa＜p≤100MPa；超高压空气压缩机，排气压力p＞100MPa。

在选择输出流量时，应根据气压系统对压缩空气的需要再加上一定的备用余量，并考虑管路泄漏和各气动设备是否同时用气等因素，作为空气压缩机选择流量的依据。

2.气源净化装置

空气压缩机排出的压缩空气温度高达140～170℃，压缩空气中的水分和气缸里的润滑油已部分地成为气态，再与吸入的灰尘混合，形成油汽；水汽和灰尘混合而成杂质。这些杂质若进入气动系统，会造成管路堵塞和锈蚀，加速元件的磨损，泄漏增加，缩短使用寿命。水汽和油汽还会使气动元件的膜片和橡胶密封件老化和失效。因此必须设置气源净化装置，以提高压缩空气的质量。

（1）后冷却器图4-97所示为蛇管式后冷却器，安装在空气压缩机出口处的管道上。它的作用是将高温压缩空气冷却至40～50℃，使压缩空气中含有的油汽和水汽达到饱和，析出大部分油滴和水滴，以便经油水分离器排出。

蛇管式后冷却器采用水冷式，热压缩空气在冷却水中的蛇形管中流动，冷却水在水套中流动，通过管壁进行热交换，使压缩气体冷却。为了提高降温效率，使用时要特别注意冷却水与压缩空气的流动方向。

（2）油水分离器油水分离器安装在后冷却器之后的管道上，其作用是分离并排除压缩空气中所含的水分、油分和灰尘等杂质。油水分离器的结构如图4-98所示。

图4-97 蛇管式后冷却器

油水分离器的工作原理是：当压缩空气自入口进入分离器壳体后，气流受隔板阻挡被撞击折回向下，继而又回升向上，产生环形回转，使水滴、油滴和杂质在离心力和惯性力的作用下，从空气中分离出来并沉降于壳体底部，并由放油水阀定期排出。气流回转的上升速度一般不宜超过1m/s。

（3）干燥器目前使空气干燥的方法主要有冷冻法和吸附法。冷冻法是利用制冷设备使压缩空气冷却到管的温度，析出水分，降低含湿量，使干燥程度获得提高。

吸附法是使压缩空气通过栅板和滤网清除杂质。用硅胶、铝胶等作为干燥吸附剂，达到对空气干燥和过滤的作用。

图4-99所示为吸附式干燥器。湿空气从进气管1流入，通过吸附剂层21、过滤网20、上栅板19和下部吸附剂层16后，其中水分被吸附剂吸收而变得很干燥，然后再经过铜丝过滤网15、下栅板14和过滤网12，干燥而洁净的压缩空气便从输出管8排出。

图4-98 撞击折回并环形回转式油水分离器

图4-99 吸附式干燥器

1—湿空气进气管 2—顶盖 3、5、10—法兰 4、6—再生空气排气管 7—再生空气进气管 8—干燥空气输出管 9—排水管 11、22—密封垫 12、15、20—铜丝过滤网 13—毛毡 14—下栅板 16、21—吸附剂层 17—支承板 18—简体 19—上栅板

干燥吸附剂吸湿后达到饱和状态时，吸附剂即失去继续吸湿的能力。必须用干燥热空气或其他方法，使吸附剂恢复工作状态，达到再生的目的。具体作法是：将湿空气进气管1和干燥空气输气管8关闭，使热空气从再生空气进气管7向干燥器内输入，温度一般高于180℃。吸附剂的水分蒸发成水蒸气，随着热空气一起由再生空气排气管4、6排入大气。经过一定的再生时间后，吸附剂被干燥，恢复了吸湿的能力。一般设置两套干燥器，一套使用，另一套对干燥吸附再生，交替工作。

（4）气罐气罐的主要作用是贮存一定数量的压缩空气，减少气源输出气体脉动，增加输出气流的连续性，进一步分离压缩空气中的水分和油分。气罐的结构如图4-100所示。气罐的高度H为其内径D的2～3倍，其上应安装安全阀和压力表，以控制和指示气罐内的压力。底部应设置放油、水的接管和阀门，以便定期排放污物。

3.管道系统

（1）管道系统的布置原则

1）输气管道应与其他管道，如水管、煤气管等协调布置，根据现场实情因地制宜地安排。

2）车间内干线管道应沿墙或沿房柱顺气流方向向下倾斜3°～5°。在主干管道1和支管道2的终点（最低点）设置集水罐3，定期排放污水，如图4-101所示。

图4-100 气罐

图4-101 车间内管道布置示意图

1—主管 2—支管 3—水罐 4—阀门 5—过滤器 6—减压阀 7—配气器

3）输气支管必须从主干管上侧引出，采用大角度转弯后再垂直向下延伸。在离地面1.2～1.5m处接入一个配气器。在配气器的两侧接支管，安装阀门4，过滤器5和减压阀6，再经软管输送到用气设备上。配气器下安装排污阀。

（2）管道计算气源管道的管径根据压缩空气的最大流量和允许的最大压力损失决定。空气主管道流速应在6～10m/s（相应压力损失小于0.03MPa）之间，用气车间空气流速应不大于10～15m/s。

（3）分水过滤器分水过滤器又名空气过滤器，其作用是滤除压缩空气中的水分、油滴及杂质。一次过滤器，滤灰效率为50%～70%。滤灰效率是指分离的灰尘重量和进入分水过滤器的灰尘重量之比。二次过滤器，滤灰效率为70%～90%；高效过滤器，滤灰效率可达99%。二次过滤器应用最普遍。

图4-102所示为普通型分水过滤器结构原理图。当压缩空气从输入口进入后被引进旋风叶子1，旋风叶片上冲制出很多小缺口，迫使空气沿切线方向产生强烈的旋转，在空气中的水滴、油滴和杂质微粒获得较大的离心力并高速地与存水杯3的内壁相碰撞，从空气中分离出来，沉积在存水杯底。然后，气体通过滤芯2，微粒灰尘和雾状水分被滤芯拦截而滤除，洁净的空气从输出口排除。挡水板4起防止气流卷起杯中存水的作用。使用中应及时通过手动放水阀5放掉杯中污水。

分水过滤器可以单独使用，也可按分水过滤器、减压阀、油雾器的顺序组成气动三联件使用。使用时，应安装在用气设备的近处。

图4-102 普通型分水过滤器

1—旋风叶子 2—滤芯 3—存水杯 4—挡水板 5—放水阀

图4-103 膨胀干涉吸收型消声器

4.气动辅件

（1）消声器气缸、气阀等工作时排气速度快，气体体积急剧膨胀，会产生刺耳的噪声，一般可达100～120dB。这种噪声损害人体的健康、恶化工作环境。通常在排气口安装消声器。消声器的类型有三种：吸收型消声器、膨胀干涉型消声器和膨胀干涉吸收型消声器。图4-103是吸收型消声器的结构图，是目前使用最广泛的一种。消声器的工作原理是通过阻尼或增加排气面积来降低排气的速度和功率以降低噪声。图4-103吸收型消声器的消声套是用铜颗烧结而成，以增加其强度。

（2）油雾器油雾器的作用是当压缩空气流过时，将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流进需要润滑的部件，达到润滑的目的。

图4-104 一次油雾器

1—立杆 2—阀芯 3—弹簧 4—阀座 5—储油杯 6—吸油管 7—单向阀 8—节流阀 9—视油器 10—油塞

图4-104所示为一次油雾器的结构图。从输入口进入的压缩空气通过立杆1上的小孔进入阀座4的内腔，截止阀的阀芯2上下表面产生压力差。该压力差被弹簧3平衡，使阀芯处于中间位置。压缩空气就进入储油杯5的上腔c，油面受压，压力油经吸油管6将单向阀7的阀芯托起，阀芯上部管道有一个边长小于阀芯（钢球）直径的四方孔，使阀芯不能将上部管道封死，压力油能不断地流入视油器9内，再滴入立杆1中，被通道中的气流从小孔b中引射出来。一次油雾器可以在不停气的状态下加油，拧松油塞10后，储油杯上腔c与大气相通，阀芯2被压缩空气压在阀座上，切断了压缩空气进入c腔的通路，由于单向阀7的作用，压缩空气也不会从吸油管倒灌入储油杯中，所以可在不停气的情况下从油塞口往杯内加油。但上述过程必须在气源压力大于一定数值才能实现，否则特殊单向阀关闭不严而使压缩空气进入杯内，会将油液从油塞口中喷出。油雾器最低不停气加油压力为0.1MPa。加压后，拧紧油塞，由于特殊单向阀有少许泄漏，储油杯c腔气压逐渐升高，直至把特殊单向阀打开，油雾器又重新工作。

气源装置和气动辅件的优化方案

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