《液壓與氣動(dòng)技術(shù)（AR版）》 課件 第10章 氣源裝置及壓縮空氣凈化系統(tǒng)

第10章氣源裝置及壓縮空氣凈化系統(tǒng)10．

氣源系統(tǒng)及空氣凈化處理裝置10.2壓縮空氣的輸送

以壓縮空氣作為工作介質(zhì)向氣動(dòng)系統(tǒng)提供壓縮空氣的氣源裝置，其主體是空氣壓縮機(jī)。由空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣因?yàn)楹休^高的雜質(zhì)，不能直接使用，所以必須經(jīng)過(guò)降溫(除去水分)、除塵、除油、過(guò)濾等一系列處理后才能用于氣壓系統(tǒng)。因此，在氣動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)，壓縮空氣中水分和固體雜質(zhì)粒子等的含量是決定系統(tǒng)能否正常工作的重要因素。如果不除去這些污染物，將導(dǎo)致機(jī)器和控制裝置發(fā)生故障，損害產(chǎn)品的質(zhì)量，增加氣動(dòng)設(shè)備和系統(tǒng)的維護(hù)成本。本章主要介紹氣源系統(tǒng)及壓縮空氣凈化處理裝置。

在氣動(dòng)控制系統(tǒng)中，壓縮空氣是工作介質(zhì)。

壓縮空氣在氣動(dòng)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(hào)；

(3)通過(guò)控制元件控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

(4)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作(執(zhí)行元件)。10.1氣源系統(tǒng)及空氣凈化處理裝置

氣源系統(tǒng)是為氣動(dòng)設(shè)備提供滿足要求的壓縮空氣動(dòng)力源。氣源系統(tǒng)一般由氣壓發(fā)生裝置、壓縮空氣的凈化處理裝置和傳輸管路系統(tǒng)組成。典型的氣源及空氣凈化處理系統(tǒng)如圖9－3所示。

圖9－3氣源及空氣凈化處理系統(tǒng)9．2．1空氣壓縮機(jī)

空氣壓縮機(jī)(Aircompressor)簡(jiǎn)稱空壓機(jī)，是氣壓發(fā)生裝置?？諌簷C(jī)將電機(jī)或內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣的壓力能。

1．分類

空壓機(jī)的種類很多，可按工作原理、結(jié)構(gòu)形式及性能參數(shù)分類。

1)按工作原理分類

按工作原理，空壓機(jī)可分為容積式空壓機(jī)和速度式空壓機(jī)。容積式空壓機(jī)的工作原理是使單位體積內(nèi)空氣分子的密度增加以提高壓縮空氣的壓力。速度式空壓機(jī)的工作原理是提高氣體分子的運(yùn)動(dòng)速度來(lái)增加氣體的動(dòng)能，然后將氣體分子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能以提高壓縮空氣的壓力。

2)按結(jié)構(gòu)形式分類

按結(jié)構(gòu)形式空壓機(jī)的分類如圖9－4所示。

圖9－4空壓機(jī)按結(jié)構(gòu)形式分類

3)按空壓機(jī)輸出壓力大小分類

按空壓機(jī)輸出壓力大小，可將其分為如下幾類：

低壓空壓機(jī)，輸出壓力在0.2～1.0MPa范圍內(nèi)；

中壓空壓機(jī)，輸出壓力在1.0～10MPa范圍內(nèi)；

高壓空壓機(jī)，輸出壓力在10～100MPa范圍內(nèi)；

超高壓空壓機(jī)，輸出壓力大于100MPa。

4)按空壓機(jī)輸出流量(排量)分類

按空壓機(jī)輸出流量(排量)，可將其分為如下幾類：

微型空壓機(jī)，其輸出流量小于1m3/min；

小型空壓機(jī)，其輸出流量在1～10m3/min范圍內(nèi)；

中型空壓機(jī)，其輸出流量在10～100m3/min范圍內(nèi)；

大型空壓機(jī)，其輸出流量大于100m3/min。

2．工作原理

常見(jiàn)的空壓機(jī)有活塞式空壓機(jī)、葉片式空壓機(jī)和螺桿式空壓機(jī)三種。以下介紹它們的工作原理。

1)活塞式空壓機(jī)

活塞式空壓機(jī)的工作原理如圖9－5所示。當(dāng)活塞下移時(shí)，氣體體積增加，氣缸內(nèi)壓力小于大氣壓，空氣便從進(jìn)氣閥門進(jìn)入缸內(nèi)。在沖程末端，活塞向上運(yùn)動(dòng)，排氣閥門被打開(kāi)，輸出空氣進(jìn)入儲(chǔ)氣罐?；钊耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)形成的。這種類型的空壓機(jī)只用一個(gè)過(guò)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(jí)活塞式空壓機(jī)。

圖9－5活塞式空壓機(jī)的工作原理

圖9－6兩級(jí)活塞式空壓機(jī)單級(jí)活塞式空壓機(jī)通常用于需要0.3～0.7MPa壓力范圍的系統(tǒng)。在單級(jí)壓縮機(jī)中，若空氣壓力超過(guò)0.6MPa，產(chǎn)生的過(guò)熱將大大地降低壓縮機(jī)的效率，因此當(dāng)輸出壓力較高時(shí)，應(yīng)采取多級(jí)壓縮。多級(jí)壓縮可降低排氣溫度，節(jié)省壓縮功，提高容積效率，增加壓縮氣體排量。

工業(yè)中使用的活塞式空壓機(jī)通常是兩級(jí)的。圖9－6所示為兩級(jí)活塞式空壓機(jī)，由兩級(jí)三個(gè)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0.7MPa，第一級(jí)通常將它壓縮到0.3MPa，然后經(jīng)過(guò)中間冷卻器被冷卻，壓縮空氣通過(guò)中間冷卻器后溫度大大下降，再輸送到第二級(jí)氣缸，壓縮到0.7MPa。因此，相對(duì)于單級(jí)壓縮機(jī)，它提高了效率。圖9－7為活塞式空壓機(jī)的外觀。

圖9－7活塞式空壓機(jī)的外觀(a)單級(jí)活塞式空壓機(jī)；(b)兩級(jí)活塞式空壓機(jī)

2)葉片式空壓機(jī)

葉片式空壓機(jī)的工作原理如圖9－8所示。把轉(zhuǎn)子偏心安裝在定子內(nèi)，葉片插在轉(zhuǎn)子的放射狀槽內(nèi)，且葉片能在槽內(nèi)滑動(dòng)。葉片、轉(zhuǎn)子和定子內(nèi)表面構(gòu)成的容積空間在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)(圖中轉(zhuǎn)子順時(shí)針回轉(zhuǎn))過(guò)程中逐漸變小，由此從進(jìn)氣口吸入的空氣就逐漸被壓縮排出。這樣，在回轉(zhuǎn)過(guò)程中不需要活塞式空壓機(jī)中的吸氣閥和排氣閥。在轉(zhuǎn)子的每一次回轉(zhuǎn)中，將根據(jù)葉片的數(shù)目多次進(jìn)行吸氣、壓縮和排氣，所以輸出壓力的脈動(dòng)較小。

圖9－8葉片式空壓機(jī)的工作原理通常情況下，葉片式空壓機(jī)需使用潤(rùn)滑油對(duì)葉片、轉(zhuǎn)子和機(jī)體內(nèi)部進(jìn)行潤(rùn)滑、冷卻和密封，所以排出的壓縮空氣中含有大量的油分。因此，在排氣口需要安裝油氣分離器和冷卻器，以便把油分從壓縮空氣中分離出來(lái)，進(jìn)行冷卻，并循環(huán)使用。

通常所說(shuō)的無(wú)油空壓機(jī)是指用石墨或有機(jī)合成材料等自潤(rùn)滑材料作為葉片材料的空壓機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)需添加任何潤(rùn)滑油，壓縮空氣不被污染，滿足了無(wú)油化的要求。

此外，在進(jìn)氣口設(shè)置空氣流量調(diào)節(jié)閥，根據(jù)排出氣體壓力的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，使輸出壓力保持恒定。

葉片式空壓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是能連續(xù)排出脈動(dòng)小的額定壓力的壓縮空氣，所以，一般無(wú)需設(shè)置儲(chǔ)氣罐，并且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，操作維修方便，運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲小。其缺點(diǎn)是葉片、轉(zhuǎn)子和機(jī)體之間機(jī)械摩擦較大，產(chǎn)生較高的能量損失，因而效率也較低。

3)螺桿式空壓機(jī)

螺桿式空壓機(jī)的工作原理如圖9－9所示。兩個(gè)嚙合的凸凹面螺旋轉(zhuǎn)子以相反的方向運(yùn)動(dòng)。兩根轉(zhuǎn)子及殼體三者圍成的空間在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)過(guò)程中沿軸向移動(dòng)，其容積逐漸減小。這樣，從進(jìn)口吸入的空氣逐漸被壓縮，并從出口排出。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩轉(zhuǎn)子之間及轉(zhuǎn)子與機(jī)體之間均有間隙存在。由于其進(jìn)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(dòng)小，可不設(shè)置儲(chǔ)氣罐。

圖9－9螺桿式空壓機(jī)的工作原理(a)吸氣；(b)壓縮；(c)排氣螺桿式空壓機(jī)與葉片式空壓機(jī)一樣，也需要加油進(jìn)行冷卻、潤(rùn)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(jī)的優(yōu)點(diǎn)是排氣壓力脈動(dòng)小，輸出流量大，無(wú)需設(shè)置儲(chǔ)氣罐，結(jié)構(gòu)中無(wú)易損件，壽命長(zhǎng)，效率高。其缺點(diǎn)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。

3．空壓機(jī)的選用

首先根據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量確定空壓機(jī)的輸出壓力pc和供氣量Qc?？諌簷C(jī)的供氣壓力pc為

pc＝p＋∑Δp (9－9)

式中，p為氣動(dòng)系統(tǒng)的工作壓力，單位為MPa；∑Δp為氣動(dòng)系統(tǒng)總的壓力損失。

氣動(dòng)系統(tǒng)的工作壓力應(yīng)為系統(tǒng)中各個(gè)氣動(dòng)執(zhí)行元件工作的最高工作壓力。氣動(dòng)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(dòng)元件工作時(shí)的壓降損失。

空壓機(jī)供氣量Qc的大小應(yīng)包括目前氣動(dòng)系統(tǒng)中各設(shè)備所需的耗氣量，未來(lái)擴(kuò)充設(shè)備所需耗氣量及修正系數(shù)k(如避免空壓機(jī)在全負(fù)荷下不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，氣動(dòng)元件和管接頭的漏損及各種氣動(dòng)設(shè)備是否同時(shí)連續(xù)使用等)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

Qc＝kQ(m3/min) (9－10)

式中，Q為氣動(dòng)系統(tǒng)的最大耗氣量，單位為m3/min；k為修正系數(shù)，一般可取k＝1.3～1.5。

有了供氣壓力pc與供氣量Qc，按空壓機(jī)的特性要求，便可選擇空壓機(jī)的類型和型號(hào)。

4．使用時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)

1)空壓機(jī)的安裝位置

空壓機(jī)的安裝地點(diǎn)必須清潔，應(yīng)無(wú)粉塵、通風(fēng)好、濕度小、溫度低，且要留有維護(hù)保養(yǎng)的空間，所以一般要安裝在專用機(jī)房?jī)?nèi)。

2)噪音

因?yàn)榭諌簷C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的噪音，所以必須考慮噪音的防治，如設(shè)置隔聲罩、消聲器，或選擇噪音較低的空壓機(jī)等。一般而言，螺桿式空壓機(jī)的噪音較小。

3)潤(rùn)滑

使用專用潤(rùn)滑油并定期更換，啟動(dòng)前應(yīng)檢查潤(rùn)滑油位，并用手拉動(dòng)傳動(dòng)帶使機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)幾圈，以保證啟動(dòng)時(shí)的潤(rùn)滑。啟動(dòng)前和停車后都應(yīng)及時(shí)排除空壓機(jī)氣罐中的水分。9．2．2儲(chǔ)氣罐

儲(chǔ)氣罐(Reservoir)有如下作用：

(1)使壓縮空氣供氣平穩(wěn)，減少壓力脈動(dòng)。

(2)作為壓縮空氣瞬間消耗需要的存儲(chǔ)補(bǔ)充之用。

(3)存儲(chǔ)一定量的壓縮空氣，停電時(shí)可使系統(tǒng)繼續(xù)維持一定時(shí)間。

(4)可降低空壓機(jī)的啟動(dòng)、停止頻率，其功能相當(dāng)于增大了空壓機(jī)的功率。

(5)利用儲(chǔ)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。

圖9－10儲(chǔ)氣罐(a)外觀；(b)職能符號(hào)儲(chǔ)氣罐的尺寸大小由空壓機(jī)的輸出功率來(lái)決定。儲(chǔ)氣罐的容積愈大，壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間間隔就愈長(zhǎng)。儲(chǔ)氣罐一般為圓筒狀焊接結(jié)構(gòu)，有立式和臥式兩種，以立式居多。其結(jié)構(gòu)如圖9－10所示。

使用儲(chǔ)氣罐應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

(1)儲(chǔ)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(shū)。

(2)儲(chǔ)氣罐上必須安裝如下元件：

安全閥：當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力超過(guò)允許限度時(shí)，可將壓縮空氣排出。

壓力表：顯示儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力。

壓力開(kāi)關(guān)：用儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力來(lái)控制電動(dòng)機(jī)，它被調(diào)節(jié)到一個(gè)最高壓力，達(dá)到這個(gè)壓力就停止電動(dòng)機(jī)；它被調(diào)節(jié)到另一個(gè)最低壓力，儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力跌到這個(gè)壓力時(shí)，就重新啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

單向閥：讓壓縮空氣從壓縮機(jī)進(jìn)入氣罐，當(dāng)壓縮機(jī)關(guān)閉時(shí)，阻止壓縮空氣反方向流動(dòng)。

排水閥：設(shè)置在系統(tǒng)最低處，用于排掉凝結(jié)在儲(chǔ)氣罐內(nèi)所有的水。9．2．3壓縮空氣凈化處理裝置

從空壓機(jī)輸出的壓縮空氣在到達(dá)各用氣設(shè)備之前，必須將壓縮空氣中含有的大量水分、油分及粉塵雜質(zhì)等除去，得到適當(dāng)?shù)膲嚎s空氣質(zhì)量，以避免它們對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)的正常工作造成危害，并且用減壓閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)所需壓力，得到適當(dāng)壓力。在必要的情況下，使用油霧器使?jié)櫥挽F化，并混入壓縮空氣中潤(rùn)滑氣動(dòng)元件，以降低磨損，提高元件壽命。

1．壓縮空氣的除水裝置(干燥器)(Airdryers)

1)后冷卻器

空壓機(jī)輸出的壓縮空氣溫度高達(dá)120～180℃，在此溫度下，空氣中的水分完全呈氣態(tài)。后冷卻器的作用是將空壓機(jī)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。

后冷卻器有風(fēng)冷式和水冷式兩大類。圖9－11所示為風(fēng)冷式后冷卻器。它是靠風(fēng)扇產(chǎn)生冷空氣，吹向帶散熱片的熱空氣管道，經(jīng)風(fēng)冷后，壓縮空氣的出口溫度大約比環(huán)境溫度高15℃左右。水冷式后冷卻器是通過(guò)強(qiáng)迫冷卻水沿壓縮空氣流動(dòng)方向的反方向流動(dòng)來(lái)進(jìn)行冷卻的，如圖912所示，壓縮空氣出口溫度大約比環(huán)境溫度高10℃左右。

后冷卻器上應(yīng)裝有自動(dòng)排水器，以排除冷凝水和油滴等雜質(zhì)。

圖9－11風(fēng)冷式后冷卻器圖9－12水冷式后冷卻器

2)冷凍式空氣干燥器

冷凍式空氣干燥器的工作原理是將濕空氣冷卻到其露點(diǎn)溫度以下，使空氣中水蒸氣凝結(jié)成水滴，并清除出去，然后將壓縮空氣加熱至環(huán)境溫度輸送出去。圖9－13為冷凍式空氣干燥器的工作原理。

圖9－13冷凍式干燥器工作原理進(jìn)入干燥器的空氣首先進(jìn)入熱交換器冷卻，初步冷卻的空氣中析出的水分和油分經(jīng)過(guò)濾器排出。然后，空氣再進(jìn)入制冷器，這使空氣進(jìn)一步冷卻到2～5℃，使空氣中含有的氣態(tài)水分、油分等由于溫度的降低而進(jìn)一步析出，冷卻后的空氣再進(jìn)入熱交換器加熱輸出。在壓縮空氣冷卻過(guò)程中，制冷器的作用是將輸入的氣態(tài)制冷劑壓縮并冷卻，使其變?yōu)橐簯B(tài)，然后將制冷劑過(guò)濾、干燥后送入毛細(xì)管或自動(dòng)膨脹閥中，使制冷劑變?yōu)榈蛪?、低溫的液態(tài)輸出到制冷器中。制冷劑進(jìn)入制冷器，在冷卻空氣的同時(shí)，吸收了壓縮空氣的熱量，并轉(zhuǎn)為氣態(tài)，然后再進(jìn)入制冷器，重復(fù)上面的熱交換過(guò)程。

冷凍式干燥器具有結(jié)構(gòu)緊湊，使用維護(hù)方便，維護(hù)費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，適用于空氣處理量較大，壓力露點(diǎn)溫度不是太低(2～5℃)的場(chǎng)合。

圖9－14冷凍式干燥器(a)外觀；(c)職能符號(hào)冷凍式干燥器在使用時(shí)，應(yīng)考慮進(jìn)氣溫度、壓力及環(huán)境溫度和空氣處理量。進(jìn)氣溫度應(yīng)控制在40℃以下，超出此溫度時(shí)，可在干燥器前設(shè)置后冷卻器。進(jìn)入干燥器的壓縮空氣壓力不應(yīng)低于干燥器的額定工作壓力。環(huán)境溫度宜低于40℃，若環(huán)境溫度過(guò)低，可加裝暖氣裝置，以防止冷凝水結(jié)冰。干燥器實(shí)際空氣處理量在考慮了進(jìn)氣壓力、溫度和環(huán)境溫度等因素后，應(yīng)不大于干燥器的額定空氣處理量。圖9－14為冷凍式干燥器的外觀和職能符號(hào)。

3)吸附式空氣干燥器

吸附式空氣干燥器是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(dá)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被排除掉，吸附劑恢復(fù)到干燥狀態(tài)，這稱為吸附劑的再生(亦稱脫附)。吸附式空氣干燥器的工作原理如圖9－15所示。它由兩個(gè)填滿吸附劑的桶并聯(lián)而成，當(dāng)左邊的一個(gè)有濕空氣通過(guò)時(shí)，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(shí)，右邊的就進(jìn)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(wú)熱再生兩種。圖9－15所示為加熱再生吸附式空氣干燥器的工作原理。正常情況下，每?jī)芍寥瓯仨毟鼡Q一次吸附劑。

圖9－15吸附式干燥器的工作原理氣動(dòng)系統(tǒng)使用的空氣量應(yīng)在干燥器的額定輸出流量之內(nèi)，否則會(huì)使空氣露點(diǎn)溫度達(dá)不到要求。干燥器使用到規(guī)定期限時(shí)，應(yīng)全部更換筒內(nèi)的吸附劑。此外，吸附式空氣干燥器在使用時(shí)，應(yīng)在其輸出端安裝精密過(guò)濾器，以防止筒內(nèi)的吸附劑在壓縮空氣不斷沖擊下產(chǎn)生的粉末混入壓縮空氣中。要減少進(jìn)入干燥器濕空氣中的油分，以防油污粘附在吸附劑表面，使吸附劑降低吸附能力，產(chǎn)生所謂的“油中毒”現(xiàn)象。

吸附式干燥法不受水的冰點(diǎn)溫度限制，干燥效果好。干燥后的空氣在大氣壓下的露點(diǎn)溫度可達(dá)－40℃～－70℃。在低壓力、大流量的壓縮空氣干燥處理中，可采用冷凍和吸附相結(jié)合的方法，也可采用壓力除濕和吸附相結(jié)合的方法，以達(dá)到預(yù)期的干燥要求。

圖9－16吸收式干燥器工作原理

4)吸收式干燥器

吸收干燥法是一個(gè)純化學(xué)過(guò)程。在干燥罐中，壓縮空氣中的水分與干燥劑發(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，如圖9－16所示。應(yīng)根據(jù)壓縮空氣溫度、含濕量和流速，及時(shí)填滿干燥劑。

干燥劑的化學(xué)物質(zhì)通常選用氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋰等。由于化學(xué)物質(zhì)是會(huì)慢慢用盡的，因此，干燥劑必須在一定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)充。

圖9－17主管道過(guò)濾器(a)結(jié)構(gòu)；(b)職能符號(hào)這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是它的基本建設(shè)和操作費(fèi)用都較低。但進(jìn)口溫度不得超過(guò)30℃，其中，干燥劑的化學(xué)物質(zhì)具有較強(qiáng)烈的腐蝕性，必須仔細(xì)檢查濾清，防止腐蝕性的霧氣進(jìn)入氣動(dòng)系統(tǒng)中。

2．壓縮空氣的過(guò)濾裝置(Filterunit)

1)主管道過(guò)濾器

主管道過(guò)濾器安裝在主要管路中。主管道過(guò)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。圖9－17所示為主管過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)原理。這種過(guò)濾器的濾芯一般是快速更換型濾芯，過(guò)濾精度一般為3～5μm。濾芯是由矩陣形式排列的合成纖維制成的。

壓縮空氣從入口進(jìn)入，需經(jīng)過(guò)迂回途徑才離開(kāi)濾芯。通過(guò)濾芯分離出來(lái)的油、水和粉塵等流入過(guò)濾器下部，由排水器(自動(dòng)或手動(dòng))排出。

2)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)濾器

標(biāo)準(zhǔn)過(guò)濾器主要安裝在氣動(dòng)回路上，結(jié)構(gòu)原理如圖9－18所示。壓縮空氣從入口進(jìn)入過(guò)濾器內(nèi)部后，因?qū)Я靼?(旋風(fēng)葉片)的導(dǎo)向，產(chǎn)生了強(qiáng)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(guò)預(yù)凈化的壓縮空氣通過(guò)濾芯2輸出，進(jìn)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3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(kāi)排水閥6，放掉積存的油、水和雜質(zhì)。

圖9－18標(biāo)準(zhǔn)過(guò)濾器(a)外觀；(b)結(jié)構(gòu)；(c)職能符號(hào)過(guò)濾器中的濾杯是由聚碳酸脂材料做成的，應(yīng)避免在有機(jī)溶液及化學(xué)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(jiàn)，濾杯外必須加金屬杯罩，以保護(hù)濾杯。

標(biāo)準(zhǔn)過(guò)濾器過(guò)濾精度為5μm。為防止造成二次污染，濾杯中的水每天都應(yīng)該是排空的。

3)自動(dòng)排水器

自動(dòng)排水器用來(lái)自動(dòng)排出管道、氣罐、過(guò)濾器濾杯等最下端的積水。由于氣動(dòng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及靠人工的方法進(jìn)行定期排污已變得不可靠，而且有些場(chǎng)合也不便于人工操作，因此，自動(dòng)排污裝置得到了廣泛應(yīng)用。自動(dòng)排水器可作為單獨(dú)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(guò)濾器等元件的殼體內(nèi)(底部)。

圖9－19所示是一種浮子式自動(dòng)排水器。其工作原理為水杯11中的冷凝水經(jīng)由長(zhǎng)孔10進(jìn)入柱塞9及密封圈8之間的柱塞室。當(dāng)冷凝水的水位達(dá)到一定高度時(shí)，浮筒2浮起，密封座1被打開(kāi)，壓縮空氣進(jìn)入豎管3的氣孔，使控制活塞4右移，柱塞9離開(kāi)閥座，冷凝水因此被排放。當(dāng)液面下降到某一位置時(shí)，關(guān)閉密封座1，冷凝水排水器內(nèi)的壓縮空氣從節(jié)流孔6排出。此時(shí)，彈簧5推動(dòng)控制活塞4回到起始位置，密封圈封閉排水口。

圖9－19自動(dòng)排水器(a)結(jié)構(gòu)；(b)職能符號(hào)3．壓縮空氣的調(diào)壓裝置(Pressureregulator)

所有的氣動(dòng)系統(tǒng)均有一個(gè)最適合的工作壓力，而在各種氣動(dòng)系統(tǒng)中，皆可出現(xiàn)或多或少的壓力波動(dòng)。氣動(dòng)與液壓傳動(dòng)不同，一個(gè)氣源系統(tǒng)輸出的壓縮空氣通?？晒┒嗯_(tái)氣動(dòng)裝置使用。氣源系統(tǒng)輸出的空氣壓力都高于每臺(tái)裝置所需的壓力，且壓力波動(dòng)較大。如果壓力過(guò)高，將造成能量損失，并增加損耗；過(guò)低的壓力會(huì)使出力不足，造成不良效率。例如，空壓機(jī)的開(kāi)啟與關(guān)閉所產(chǎn)生的壓力波動(dòng)會(huì)對(duì)系統(tǒng)的功能產(chǎn)生不良影響。因此，每臺(tái)氣動(dòng)裝置的供氣壓力都需要用減壓閥減壓，并保持穩(wěn)定。對(duì)于低壓控制系統(tǒng)(如氣動(dòng)測(cè)量)，除用減壓閥減壓外，還需用精密減壓閥以獲得更穩(wěn)定的供氣壓力。

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(dòng)的影響。

減壓閥的調(diào)壓方式有直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩種。直動(dòng)式是借助彈簧力直接操縱的；先導(dǎo)式是用預(yù)先調(diào)整好的氣壓來(lái)代替直動(dòng)式調(diào)壓彈簧進(jìn)行調(diào)壓的。一般先導(dǎo)式減壓閥的流量特性比直動(dòng)式的好。

直動(dòng)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(dāng)，超出這個(gè)范圍應(yīng)選用先導(dǎo)式。

1)直動(dòng)式減壓閥

減壓閥實(shí)質(zhì)上是一種簡(jiǎn)易壓力調(diào)節(jié)器，圖9－20(a)所示為一種常用的直動(dòng)式減壓閥的結(jié)構(gòu)圖。若順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄，調(diào)壓彈簧1被壓縮，推動(dòng)膜片3，閥桿4下移，進(jìn)氣閥門打開(kāi)，在輸出口有氣壓p2輸出，如圖9－20(b)所示。同時(shí)，輸出氣壓p2經(jīng)反饋導(dǎo)管5作用在膜片3上，產(chǎn)生向上的推力，當(dāng)該推力與調(diào)壓彈簧作用力相平衡時(shí)，閥便有穩(wěn)定的壓力輸出。若輸出壓力p2超過(guò)調(diào)定值，則膜片離開(kāi)平衡位置而向上變形，使得溢流閥2被打開(kāi)，多余的空氣經(jīng)溢流口7排入大氣。當(dāng)輸出壓力降至調(diào)定值時(shí)，溢流閥關(guān)閉，膜片上的受力保持平衡狀態(tài)。

圖9－20直動(dòng)式減壓閥(a)、(b)結(jié)構(gòu)；(c)職能符號(hào)若逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄，調(diào)壓彈簧1復(fù)位，作用在膜片3上的壓縮空氣壓力大于彈簧力，溢流閥被打開(kāi)，輸出壓力降低，直至為零。

反饋導(dǎo)管7的作用是提高減壓閥的穩(wěn)壓精度。另外，它還能改善減壓閥的動(dòng)態(tài)性能，當(dāng)負(fù)載突然改變或變化不定時(shí)，反饋導(dǎo)管起阻尼作用，避免振蕩現(xiàn)象的發(fā)生。

當(dāng)減壓閥的接管口徑很大或輸出壓力較高時(shí)，相應(yīng)的膜片等結(jié)構(gòu)也很大，若用調(diào)壓彈簧直接調(diào)壓，則彈簧過(guò)硬，不僅調(diào)節(jié)費(fèi)力，而且當(dāng)輸出流量較大時(shí)，輸出壓力波動(dòng)也將較大。因此，接管口徑在20mm以上，且輸出壓力較高時(shí)，一般宜用先導(dǎo)式結(jié)構(gòu)。在需要遠(yuǎn)距離控制時(shí)，可采用遙控的先導(dǎo)式減壓閥。

2)先導(dǎo)式減壓閥

先導(dǎo)式減壓閥是使用預(yù)先調(diào)整好壓力的空氣來(lái)代替調(diào)壓彈簧進(jìn)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(dòng)式減壓閥的相同。先導(dǎo)式減壓閥的調(diào)壓空氣一般是由小型的直動(dòng)式減壓閥供給的。若將這個(gè)小型直動(dòng)式減壓閥與主閥合成一體，則稱其為內(nèi)部先導(dǎo)式減壓閥。若將它與主閥分離，則稱其為外部先導(dǎo)式減壓閥，它可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。

圖9－21所示為內(nèi)部先導(dǎo)式減壓閥的結(jié)構(gòu)原理，它由先導(dǎo)閥和主閥兩部分組成。當(dāng)氣流從左端進(jìn)入閥體后，一部分經(jīng)閥口9流向輸出口，另一部分經(jīng)固定節(jié)流孔1進(jìn)入中氣室5，經(jīng)噴嘴2、擋板3、孔道反饋至下氣室6，再經(jīng)閥桿7的中心孔及排氣孔8排至大氣。

圖9－21內(nèi)部先導(dǎo)式減壓閥將手柄旋轉(zhuǎn)到一定位置，使噴嘴擋板的距離在工作范圍內(nèi)，減壓閥就進(jìn)入工作狀態(tài)。中氣室5的壓力隨噴嘴與擋板間距離的減小而增大，于是推動(dòng)閥芯，打開(kāi)進(jìn)氣閥口9，即有氣流流到出口，同時(shí)，經(jīng)孔道反饋到上氣室4，與調(diào)壓彈簧相平衡。

若輸入壓力瞬時(shí)升高，則輸出壓力也相應(yīng)升高，通過(guò)孔口的氣流使下氣室6的壓力也升高，破壞了膜片原有的平衡，使閥桿7上升，節(jié)流閥閥口減小，節(jié)流作用增強(qiáng)，輸出壓力下降，膜片兩端作用力重新平衡，輸出壓力恢復(fù)到原來(lái)的固定值。

當(dāng)輸出壓力瞬時(shí)下降時(shí)，經(jīng)噴嘴擋板的放大也會(huì)引起中氣室5的壓力明顯升高，而使閥芯下移，閥口開(kāi)大，輸出壓力升高，并穩(wěn)定到原數(shù)值上。

4．壓縮空氣的潤(rùn)滑裝置(Lubricator)

目前，氣動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制閥、氣缸和氣馬達(dá)主要是靠帶有油霧的壓縮空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑的，其優(yōu)點(diǎn)是方便、干凈、潤(rùn)滑質(zhì)量高。壓縮空氣中的油霧主要由油霧器來(lái)生成。油霧器是以壓縮空氣為動(dòng)力，將潤(rùn)滑油噴射成霧狀，并混合于壓縮空氣中，使該壓縮空氣具有潤(rùn)滑氣動(dòng)元件的能力。普通型油霧器也稱為全量式油霧器，把霧化后的油霧全部隨壓縮空氣輸出，油霧粒徑約為20μm。普通型油霧器又分為固定節(jié)流式和自動(dòng)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。

圖9－22所示為一種固定節(jié)流式普通型油霧器。其工作原理是：壓縮空氣從輸入口進(jìn)入油霧器后，絕大部分經(jīng)主管道輸出，一小部分氣流進(jìn)入立桿1上正對(duì)氣流方向的小孔a，經(jīng)截止閥進(jìn)入儲(chǔ)油杯5的上腔c中，使油面受壓。而立桿1上背對(duì)氣流方向的孔b由于其周圍氣流的高速流動(dòng)，其壓力低于氣流壓力。這樣，油面氣壓與孔b壓力間存在壓差，潤(rùn)滑油在此壓差作用下，經(jīng)吸油管6、單向閥7和節(jié)流閥8滴落到透明的視油器9內(nèi)，并順著油路被主管道中的高速氣流從孔b引射出來(lái)，霧化后隨空氣一同輸出。視油器9上部的節(jié)流閥8用以調(diào)節(jié)滴油量，可在0～200滴每分范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

圖9－22固定節(jié)流式普通型油霧器(a)、(b)結(jié)構(gòu)；(c)職能符號(hào)普通型油霧器能在進(jìn)氣狀態(tài)下加油，這時(shí)只要擰松油塞10后，油杯上腔c便通大氣，同時(shí)，輸入進(jìn)來(lái)的壓縮空氣將截止閥閥芯2壓在截止閥座4上，切斷壓縮空氣進(jìn)入c腔的通道。又由于吸油管6中單向閥7的作用，壓縮空氣也不會(huì)從吸油管倒灌到油杯中，所以就可以在不停氣的狀態(tài)下向油塞口加油，加油完畢，擰上油塞。由于截止閥稍有泄漏，油杯上腔的壓力又逐漸上升，直到將截止閥打開(kāi)，油霧器又重新開(kāi)始工作，油塞上開(kāi)有半截小孔，當(dāng)油塞向外擰出時(shí)，并不等油塞全打開(kāi)，小孔已經(jīng)與外界相通，油杯中的壓縮空氣逐漸向外排空，以免在油塞打開(kāi)的瞬間產(chǎn)生壓縮空氣突然排放的現(xiàn)象。截止閥的工作狀態(tài)如圖9－23所示。

圖9－23截止閥的三種工作狀態(tài)(a)不工作時(shí)；(b)工作進(jìn)氣時(shí)；(c)加油時(shí)油杯一般用透明的聚碳酸脂制成，能清楚地看到杯中的儲(chǔ)油量和清潔程度，以便及時(shí)補(bǔ)充與更換。視油器用透明的有機(jī)玻璃制成，能清楚地看到油霧器的滴油情況。

油霧器的主要性能指標(biāo)如下：

流量特性：油霧器中通過(guò)其額定流量時(shí)，輸入壓力與輸出壓力之差一般不超過(guò)0.15MPa。

起霧空氣流量：當(dāng)油位處于最高位置時(shí)，節(jié)流閥8全開(kāi)(見(jiàn)圖9－22)，氣流壓力為0.5MPa時(shí)，起霧時(shí)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(yàn)壓力0.5MPa下，輸油量為30滴每分鐘，其粒徑不大于50μm。

加油后恢復(fù)滴油時(shí)間：加油完畢后，油霧器不能馬上滴油，要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，在額定工作狀態(tài)下，一般為20～30s。

油霧器在使用中一定要垂直安裝，它可以單獨(dú)使用，也可以和空氣過(guò)濾器、減壓閥、油霧器三件聯(lián)合使用，組成氣源調(diào)節(jié)裝置(通常稱之為氣動(dòng)三聯(lián)件Serviceunit)，使之具有過(guò)濾、減壓和油霧潤(rùn)滑的功能。聯(lián)合使用時(shí)，其連接順序應(yīng)為空氣過(guò)濾器→減壓閥→油霧器，不能顛倒。安裝時(shí)，氣源調(diào)節(jié)裝置應(yīng)盡量靠近氣動(dòng)設(shè)備附近，距離不應(yīng)大于5m。氣動(dòng)三聯(lián)件的工作原理如圖9－24所示，其外觀及職能符號(hào)如圖9－25所示。

圖9－24氣動(dòng)三聯(lián)件的工作原理圖圖9－25氣動(dòng)三聯(lián)件的外觀及職能符號(hào)(a)外觀；(b)詳細(xì)職能符號(hào)；(c)簡(jiǎn)略職能符號(hào)對(duì)于一些對(duì)油污控制嚴(yán)格的場(chǎng)合，如紡織、制藥和食品等行業(yè)，氣動(dòng)元件選用時(shí)要求無(wú)油潤(rùn)滑。在這種系統(tǒng)中，氣源調(diào)節(jié)裝置必須用兩聯(lián)件，連接方式為過(guò)濾器—減壓閥，去掉油霧器。氣動(dòng)兩聯(lián)件的外觀及職能符號(hào)見(jiàn)圖9－26。

圖9－26氣動(dòng)兩聯(lián)件的外觀及職能符號(hào)(a)外觀；(b)職能符號(hào)

從空壓機(jī)輸出的壓縮空氣要通過(guò)管路系統(tǒng)被輸送到各氣動(dòng)設(shè)備上，管路系統(tǒng)如同人體的血管。輸送空氣的管路配置如設(shè)計(jì)不合理，將產(chǎn)生