《能源装置及辅》PPT课件.ppt

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1、第二章 能源装置及辅件,能源装置有两大类：液压能源装置和气源装置。,液压能源装置：向液压系统输送具有一定压力和流量的清洁的工作介质；气源装置：向气动系统输送一定压力和流量洁净的压缩空气。,液压能源装置可以是和主机分离的单独的液压泵站，也可以是和主机在一起的液压泵组；气源装置一般都是单独的。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,液压泵站一般由泵、油箱和一些液压辅件（过滤器、温控元件、热交换器、蓄能器、压力表及管件等）组成，这些辅件是相对独立的，可根据系统的不同要求而取舍，一些液压控制元件（各种控制阀）有时也以集成的形式安装在液压泵站上。,气源装置则由空压机、压缩空气的净化储存设备（后冷却器、油

2、水分离器、储气罐、干燥器及输送管道）、气动三联件（分水过滤器、油雾器及减压阀）组成，还有一些必要的辅件，如自动排水器、消声器、缓冲器等，这些辅件是向系统输送洁净的压缩空气所必不可少的。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,气源装置,气源装置是向气动系统提供所需压缩空气的动力源。它包括空气压缩机（简称空压机）和气源处理系统两部分。供气量大于612m3/min时，应独立设置空气压缩站（简称空压站）；供气量低于6m3/min时，可将空压机直接与主机安装在一起。,气压传动简介,主要内容Part 2.1 空压站Part 2.2 空压站机组变量计算和选择Part 2.3 空气净化处理装置Part 2.4

3、 压缩空气分配及其输送管道Part 2.5 气动辅件,第2章 能源装置及辅件,第二章 能源装置及辅件,Part 2.1 空压站,空压站主要由空压机、后冷却器和贮气罐等组成，如图2-1所示。,图2-1 空压站的组成1空压机 2后冷却器 3贮气罐,1.空压机,空压机是气压发生装置，是将机械能转换为气体压力能的转换装置。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,类型,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。,按工作原理 可分为容积型空压机和速度型空压机。容积型空压机的工作原理是压缩空气的体积，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。速度型空压机的工作原理提高气体分子的运动速

4、度以增加气体的动能，然后将分子动能转化为压力能以提高压缩空气的压力。,按结构形式 其分类如表2-1所示。,表2-1 空压机的结构类型,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,按输出压力大小 可分为：低压空压机 0.21.0MPa；中压空压机 1.010MPa；高压空压机 10100MPa；超高压空压机 100MPa。,按输出流量 可分为：微型 1m3/min；小型 110m3/min；中型 10100m3/min；大型 100m3/min。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,工作原理,下面介绍常见的活塞式空压机、叶片式空压机和螺杆式空压机。,活塞式空压机 图2-2所示为活塞式空压机，工作原理

5、和单柱塞式液压泵工作的原理相仿，故不再赘述。在这里，活塞的往复运动由电动机带动曲柄滑块机构形成，曲柄7的旋转运动转换为滑块5和活塞3的往复运动。,图2-2 活塞式空压机工作原理图 1排气阀 2气缸 3活塞 4活塞杆 5滑块 6连杆7曲柄 8吸气阀 9阀门弹簧,活塞式空压机的优点是结构简单，使用寿命长，并且容易实现大容量的高压输出，缺点是振动大、噪声大，且输出有脉冲，需要设置贮气罐。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,叶片式空压机 图2-3所示为叶片式空压机的工作原理。结构和工作原理与叶片液压泵类似，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。在转子的每一次回转中，进行多次吸气、压

6、缩和排气，输出压力的脉动小。,图2-3 叶片式空压机工作原理图1机体 2转子 3叶片,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,通常情况下，叶片式空压机需采用润滑油对叶片3、转子2和机体1内部进行润滑、冷却和密封，排出的压缩空气中含有大量的油分。在排气口需要安装油分离器和冷却器。在进气口设置流量调节阀，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。,优点：能连续排出脉动小的压缩空气，所以一般无需设置贮气罐，并且结构简单、制造容易，操作维修方便，运转噪声小。缺点：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。,叶片式空压机,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,螺杆

7、式空压机 螺杆式空压机的工作原理如图2-4所示。结构和工作原理和螺杆液压泵类似，这里所举的结构螺杆数为两根。,图2-4 螺杆式空压机工作原理a）吸气 b）压缩 c）排气,螺杆式空压机与叶片式空压机一样，也需加油进行冷却、润滑及密封，在出口处也要设置油分离器。,螺杆式空压机的优点是排气压力脉动小，输出流量大，无需设置贮气罐，结构中无易损件，寿命长，效率高。缺点是制造精度要求高，运转噪声大，且由于结构刚度的限制，只适合于中低压范围使用。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,2.后冷却器,后冷却器作用是使温度高达120150的空压机排出的气体冷却到4050，并使其中的水蒸气和被高温氧化变质的油雾冷

8、凝成水滴和油滴，以便对压缩空气实施进一步净化处理。,后冷却器有风冷式和水冷式两大类。风冷式是靠风扇产生的冷空气吹向带散热片的热空气管道。经风冷后的压缩空气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与压缩空气反方向流动来进行冷却，如图2-5所示。压缩空气出口温度大约比环境温度高10左右。,图2-5 后冷却器,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。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,3.贮气罐,贮气罐作用是：,1）贮存一定的压缩空气，保证连续供气；2）当空压机停机、突然停电等意外事故发生时，可用贮气罐中贮存的压缩空气实施应急处理，保证安全；3）减小空压机输出气流的

9、脉动，稳定输出；4）降低空气温度，分离压缩空气中的部分水分和油分。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,确定贮气罐容积时，应考虑以下两方面因素：,1）当空压机或外部管网突然停止供气后，贮气罐中贮存的压缩空气应保证气动系统工作一定时间。贮气罐容积V（m3）由下式计算：,（2-1）,式中 pa大气绝对压力，MPa；p1突然停电时气罐内的初始绝对压力，MPa；p2气动系统的最低工作绝对压力，MPa；t 停电后气罐应维持的供气时间，min；qmax气动系统的最大耗气流量，m3/min(ANR)。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,2）当气动系统用气量大于空压机的排量时，应按下式计算贮气罐容积V（

10、m3）,（2-2）,式中 V0气动系统在工作周期t内所消耗的自由空气体积，m3；qv空压机或外部管网供给的空气流量，m3/min(ANR)；t气动设备和装置的工作周期，min；pa大气绝对压力，MPa；p1贮气罐内的气体绝对压力，MPa；p2贮气罐内气体允许降至的最低绝对压力，MPa。,取式（2-1）与式（2-2）计算出的最大容积为贮气罐容积。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,Part 2.2 空压站机组容量计算和选择,空压站机组容量选择的依据是气动系统的工作压力和流量。,1.输出流量的确定,在确定空压站机组输出流量时，应以气动系统最大耗气量为基础，并考虑气动设备和系统管道阀门泄漏量，以

11、及各种气动设备是否同时连续用气等因素。空压站机组的输出流量可由式（2-3）确 定。,（2-3）,式中 qC空压站机组的输出流量；q气动系统的最大耗气量；k1漏损系数，k1=1.151.5；k2备用系数，k2=1.31.6；k3利用系数，参照图2-5选取。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,k1是考虑气动元件、管接头等处的泄漏，尤其是气动工具等的磨损泄漏；k2是考虑系统中增添新的气动设备的余量，系数大小视具体情况而定；k3是考虑到多台设备不一定同时使用的情况，若同时使用，令k3=1。,图2-5 利用系数k3,1.输出流量的确定,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,2.输出压力的确定,输出压

12、力由下式确定,（2-4）,式中 p气动系统的工作压力；p 气动系统总的压力损失。,气动系统的工作压力应理解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考虑管路的沿程阻力损失和局部阻力损失外，还应考虑为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。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,Part 2.3 空气净化处理装置,1.对气压传动介质的质量要求,通常从空压站输出的压缩空气总会有不少污染物，例如灰尘、铁屑和积垢等固态颗粒，压缩机润滑油、冷凝水和酸性冷凝液以及其他油类和碳氢化合物等。如果不除去污染物，将导致机器和控制装置故障，损害产品质量，增加气

13、动设备和系统维护成本。据统计，气动系统的故障，70%以上是由于压缩空气的质量问题造成的，压缩空气必须经过处理才能使用。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,不同的气动元件、设备，对空气质量的要求不同。表2-2所示为某些典型应用推荐的空气质量等级。,表2-2 某些典型应用推荐的空气质量等级,常用的压缩空气净化处理装置除了前述后冷却器外，还有油水分离器、干燥器、气动二联件（分水过滤器和油雾器）等器件。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,2.油水分离器,油水分离器作用是将压缩空气中的冷凝水和油污等杂质分离出来，使压缩空气得到初步净化。,图2-6所示油水分离器采用惯性分离原理。因固态、液态物质的

14、密度比气态物质的密度大得多，依靠气流撞击隔离壁时的折转和旋转离心作用，使气体上浮，液态和固态物下沉，固液态杂质积聚在容器底部，经排污阀排出。,为了提高油水分离的效果，气流回转后的上升速度越小越好，不使容器内径过大，速度宜为1m/s左右。,图2-6 油水分离器,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,3.干燥器,（1）冷冻式空气干燥器,冷冻式空气干燥器工作原理是使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予以排除，然后再将压缩空气加热至环境温度后输出。,冷冻式干燥器具有结构紧凑、使用方便、维护费用较低等优点，适用于空气处理量较大、露点温度不是太低的场合。,冷冻式干燥器选用时，应考虑进气

15、温度、压力及环境温度和空气处理量。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,图2-7所示为冷冻式干燥器的工作原理。进入干燥器的空气首先进入热交换器1初步冷却，析出空气中的水分和油分并从分离器2排出。空气再进入致冷器4，进一步冷却到25，使空气中含有的汽态水分、油分等由于温度的降低而进一步大量析出，经分离器排出。冷却后的空气再进入热交换器加热输出。,图2-7 冷冻式空气干燥器工作原理1热交换器 2分离器 3致冷机 4致冷器,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,（2）吸附式空气干燥器,吸附式空气干燥器是利用吸附剂（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

16、的水蒸气后将达到饱和状态。为了连续工作，就必须使吸附剂中的水分再排除掉，使吸附剂恢复到干燥状态，称为吸附剂的再生（亦称脱附）。吸附剂的再生方法有加热再生和无热再生两种。目前无热再生吸附式空气干燥器得到广泛应用。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,无热再生式干燥器利用吸附剂的变压吸附原理，即吸附剂压力高时吸附水分多，压力低时吸附水分少。图2-8所示为一种无热再生吸附式空气干燥器工作原理图。有两个填满吸附剂的相同容器1和2。湿空气经二位五通阀从容器1的底部流入，通过吸附剂层流到上部，空气中的水分被吸附剂吸收，干燥后的空气经单向阀输出，供系统使用。与此同时，输出的干燥空气量的10%20%经节流阀

17、流入再生筒2，使吸附剂再生。,图2-8 无热再生吸附式干燥器,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,由于再生筒的底部经阀与大气相通，使流入再生筒的干燥空气迅速减压，并流经筒中已达饱和状态的吸附层，吸附在吸附剂上的水分就会被脱附。脱附出来的水分随空气经阀排向大气。由此实现无需外加热而使吸附剂再生。,图2-8中干燥器的1、2两筒轮流干燥和再生，交替工作。通常由控制器来操作（工作周期为510min），使吸附剂轮流吸附和再生。这样就可以获得连续输出的干燥压缩空气，二位二通阀的作用是使再生筒在转为吸附干燥前预先充压，防止再生和干燥转换时输出流量的波动。,图2-8 无热再生吸附式干燥器,气压传动简介,第二

18、章 能源装置及辅件,4.分水过滤器,分水过滤器能除去压缩空气中的冷凝水，颗粒杂质和油滴，具有较强的滤尘能力，如图2-9所示。工作原理如下：当压缩空气从输入口流入后，由导流板（旋风挡板）6引入滤杯4中。旋风挡板使气流沿切线方向旋转，空气中的冷凝水、油滴和颗粒较大的固态杂质等因质量较大受离心力作用被甩到滤杯内壁上，并流到底部沉积起来；空气流过滤心2，进一步除去其中的固态杂质，洁净的空气便从输出口输出。挡水板1的作用是防止已积沉于滤杯底部的冷凝水再次被混入气流中。定期打开排放螺栓5，放掉积存的油、水和杂质。,图2-9 分水过滤器1挡水板 2滤心 3冷凝物 4滤杯 5排放螺栓 6旋风挡板,气压传动简介

19、,第二章 能源装置及辅件,分水过滤器的主要性能参数有流量特性、分水效率和过滤精度。,流量特性,流量特性是指过滤器在一定的进气压力下，其进出口两端的压力降与通过该元件的标准额定流量之间的关系。在相同的流量和进气压力下，压降越小，表明流动阻力越小。,分水效率,分水效率w表示过滤器分离水分的能力，定义为,式中 in输入空气的相对湿度；out输出空气的相对湿度。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,过滤精度,滤心的过滤精度按其所能滤除的最小微粒尺寸分为5m、10m、25m和40m四档，可根据对空气质量的要求选定。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,5.油雾器,油雾器分为普通型油雾器和微雾型油雾器

20、两类。,普通型油雾器（也称全量式油雾器）能把雾化后的油雾全部随压缩空气输出，油雾粒径约为20m。微雾型油雾器（也称选择式油雾器）仅能把雾化后的油雾中油雾粒径为23m的微雾随空气输出。两者又可分别分为固定节流式和可变节流式两种。固定节流式输出的油雾浓度随输出空气流量的变化而变化，而可变节流式输出的油雾浓度基本上保持恒定，不随输出空气流量而变化。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,图2-10所示为固定节流式普通型油雾器。压缩空气从输入口进入油雾器后，绝大部分经主管道输出，一小部分气流进入立杆1上正对着气流方向的小孔a，经截止阀2进入油杯3的上腔c中，使油面受压。而立杆上背对气流方向的孔b，由于

21、其周围气流的高速流动，其压力低于气流压力。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4、单向阀5和油量调节针阀6滴落到透明的视油窗7内，并顺着油路被主管道中的高速气流从孔b中引射出来，雾化后随空气一同输出。,图2-10 固定节流式普通型油雾器1立杆 2截止阀 3油杯 4吸油管 5单向阀6油量调节针阀 7视油窗 8油塞,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,可变节流式普通型油雾器的工作原理与固定节流式普通型油雾器基本相同，区别仅在于设置了一个空气流量传感器，实现自动可变节流。当空气流量变化时，油雾含量基本保持恒定；且其起雾流量较小，在小流量工作时雾化性能好。图2-11所示为自动

22、可变节流式微雾型油雾器。当空气流量较小时，主通道内的自动可变节流机构8（即流量传感器）的弹性变形量极小，进入油雾器的气流绝大部分经喷嘴1和罩在喷嘴外边的喷雾套之间的狭缝中流出，形成高速气流，使喷嘴的气压降低。,同时，气流进入油杯3后，使油面受压，从而形成了油面气压与喷嘴气压之间的差值。润滑油在此压差的作用下，经吸油管6、单向阀7、油量调节针阀9，进入顶部视油器，并顺着油道被喷嘴四周的高速气流引射出来，雾化后喷溅在喷口下方的挡板2上，其中大颗粒的油粒子粘附在挡板上并流入油杯内，而细微的油雾（直径为23m）则悬浮在油面上，随气流一同输出。,图2-11 自动可变节流式微雾型油雾器1喷嘴 2挡板 3油

23、杯 4防护罩 5排水阀 6吸油管 7单向阀 8流量传感器 9油量调节针阀 10滴油管,当空气流量较大时，流量传感器8产生一定的弹性变形，主管道打开，空气进入油雾器后分成两路，一路从喷嘴1与喷雾套之间狭缝中流出，引射并雾化润滑油；另一路经流量传感器从主管道流过，引射油杯内带有润滑油雾的空气，两路气流混合后从输出口输出。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,该油雾器结构特点有：起雾流量低；输出的油雾含量保持恒定，不随空气流量的变化而改变；调整喷嘴-挡板的间隙，可改变输出油雾的粒径；改变油量调节针阀的开度，可调整输出的油雾含量；必须先停气后加油。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,Part 2

24、.4 压缩空气分配及其输送管道,1.压缩空气分配,气压传动系统中，从空压机到气动设备和装置这一段的压缩空气分配是绝对不能忽视的。通过选用适当的设备和材料，可有效地节约成本。系统较小的泄漏，较低的维护费用和较长的使用寿命，对于系统也是非常重要的。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,中小型气动系统的压缩空气分配如图2-12所示。图中系统内部贮气罐或中间贮气罐的安装应根据气动设备和装置而定。只有在短时间大量耗气时，才需要安装贮气罐，以消除间歇性冲击。,图2-12 压缩空气分配图1空压机 2贮气罐 3冷凝罐排水阀 4中间贮气罐5气源净化处理装置 6系统内部贮气罐,气压传动简介,第二章 能源装置及辅

25、件,2.管道系统的布置原则,压缩空气管道系统的布置，可从下述诸方面进行考虑。,（1）供气压力,对于普通气动系统，一般按一种压力要求处理，采用同一压力管道，用减压阀满足用气设备的压力要求；当系统有多种压力要求，需分别处理：用气量较大的，应采用多种压力管道调协不同压力管网，分区供气；管路中低压装置占多数但也有少量高压装置时，可采用管道供大量低压气、气瓶供少量高压气的双重供气方式。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,（2）供气的净化质量,根据各用气装置对空气质量的不同要求，可分别设计成一般供气系统和清洁供气系统。若清洁供气用气量不大，可单独设置小型净化干燥装置来满足要求。,从各种压缩空气净化装置

26、排出的油和水等污物，应设置统一管道排除处理，以防止造成新的环境污染；应将后冷却器的冷却用水循环使用，避免浪费。,设计和布置管道时应防止产生新的空气污染源。管路应有1%2%的斜度，并在最低处设置排水器；所有分支管路都应从主气管上方接出；管道及阀门和管件的连接处不应成为冷凝水积聚地，内部不得有焊渣及其他残存物等。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,（3）供气的可靠性和经济性,图2-13为三种管网供气系统。其中图2-13a为单树枝状管网供气系统，优点是简单，经济性好；多用于间断供气，缺点是可靠性差。图2-13b为单环状管网供气系统，其特点是可靠性高，压力稳定，阻力损失小，但投资较大。图2-13c

27、为双树枝状管网供气系统，与单树枝状管网相比较，实际上是拥有了一套备用管网，因此可靠性较高。,图2-13 管网供气系统a）单树枝状管网 b）单环状管网 c）双树枝状管网,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,Part 2.5 气动辅件,1.自动排水器,随着对空气净化要求的提高，靠人工方法进行定期排污已变得不可靠，有些场合也不便于人工操作，自动排水器得到广泛应用。,自动排水器用于排除管道、油水分离器、贮气罐及分水过滤器等处的积水。自动排水器必须垂直安装。在使用过程中，如自动排水器出现故障，可用手动操作杆打开阀门放水。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,图2-14所示为浮子式自动排水器的结构原理

28、。其工作原理是，被分离出来的水分流入自动排水器内，水位不断升高，当水位升高至一定高度后，浮子3的浮力大于浮子自重及作用在喷嘴座面积 上的气压力时，喷嘴2开启，气压经喷嘴、滤心4作用在活塞8左侧，气压力克服弹簧力使活塞右移，排水阀座5打开放水。排水后浮子下降，喷嘴又关闭。活塞左腔气压通过设在活塞及手动操作杆6内的溢流孔7卸压，迅速关闭排水阀座。,图2-14 浮子式自动排水器1盖板 2喷嘴 3浮子4滤心 5排水阀座 6 手动操纵杆 7溢流孔 8活塞,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,2.消声器,气动系统中，压缩空气经换向阀向气缸等执行元件供气；动作完成后，又经换向阀向大气排出。由于阀内的气路复

29、杂且又十分狭窄，压缩空气以接近声速的流速从排气口排出，空气急剧膨胀和压力变化产生高频噪声。排气噪声与压力、流量和有效面积等因素有关，当阀的排气压力为0.5MPa时可达100dB（A）以上。而且执行元件速度越高，流量越大，噪声也越大。要用消声器来降低排气噪声。,消声器是一种允许气流通过而使声能衰减的装置，能够降低气流通道上的空气动力性噪声。根据消声原理不同，有阻性消声器、抗性消声器和阻抗复合式消声器及多孔扩散消声器。,选用消声器时，应合理选择通过消声器的气流速度。对一般系统可取610m/s，对高压排空消声器则可大于20m/s。,气压传动简介,第二章 能源装置及辅件,阀用消声器通常用多孔扩散消声器，以消除高速喷气射流噪声。消声材料用铜颗粒烧结而成，也有用塑料颗粒烧结的，要求消声器的有效出流面积大于排气管道面积。阀用消声器的消声效果按标准规定，公称通径625mm为不小于20dB（A），公称通径3250mm为不小于25dB（A）。,图2-15所示为阀用消声器的结构。一般用螺纹连接方式直接拧在阀的排气口上。对于集成式连接控制阀，消声器安装在底板的排气口上。,图2-15 阀用消声器1消声套 2管接头,气压传动简介,