气动系统的结露问题

气动系统的结露问题1前言随着气动技术向小型化、高速化方面的发展，气动系统中的结露问题，越来越成为急需解决的重要课题。近年来，国外一些学者对气动系统中的结露问题进行了研究[1I。但是迄今为止还没有形成一种较完善的、系统的理论，还没有一个能够正确判别气动系统是否结露的准则。本文总结了作者多年的理论和实验研究，将结露现象分为内部结露和外部结露，分析了它们的产生机理和影响结露产生的各种因素及影响程度，并提出了预防结露的一些简单措施。希望能够对气动系统的设计提供一些参考。2结露的的分类及其产生机理根据气动系统中结露现象发生的位置不同将其分为两类：内部结露的和外部结露。内部结结露是指在气动系统运行过程中其内部(例如气缸、气管和阀等的内部)出现水滴的现象。外部结露的是指在气动系统运行过程中系统元件的外部出现水滴甚至结冰的现象。这两种结露对系统的润滑、寿命以及可靠性等都有很大的影响，其发生机理如下所述。2．1内部结露在气动系统运行过程电压缩空气(经干燥器干燥过)的突然膨胀使其温度急剧下降，如果该温度达到当时条件下的露点温度，则包含在在其中的部分蒸气会凝结为液态的水滴。在排气过程中，一些水滴会随着压缩空气排人大气，如果随压缩空气排出系统的水滴的质量小于由这些压缩空气凝结出来的水滴的质量，就会有一部分水滴留在系统中，使系统中水和水蒸气的含量之和增加。如此不断累积的结果使系统出现内部结露。内部结露一般容易出现在由气缸和长管路组成的系统中，这是因为水滴在随空气排出过程中，管路越长越容易留在其中。2．2外部结露在系统运行过程中，压缩空气的温度随着系统排气而急剧下降，导致系统元件温度的下降，使元件的外表面温度低于环境温度，如果该温度达到外部空气的露点温度，则在元件外部出现水滴，形成外部结露。如果元件外表面温度由于急速排气而不断下降，达到零度以下，就会结冰。外部结露一般易发生在由大气缸和短管路所组成的回路电这是由于在这种系统中气缸及气管外侧表面积和其容积的比值很小，外部空气和系统内部空气之间不能进行充分的热交换，导致系统元件的外表面温度较低所造成的。3影响结露产生的主要因素根据结露的发生的机理，影响结露的主要因素有：供气压力、压缩空气和环境的温度及露点温度、气缸和气管的材质、运行负载等。3．1供气压力、压缩空气温度、压缩空气和环境空气结露点温度的影响显而易见，供气压力越高、压缩空气的温度越低，在排气过程中压缩空气可能达到的最低温度越低，则系统越容易发生结露。压缩空气或环境空气的露点温度越高，其中的水蒸气越容易达到饱和状态，则系统越容易发生结露。3．2环境温度的影响气动系统中的压缩空气，在其充气和放气过程中必然要和外部空气进行热交换。因此环境温度直接影响压缩空气的状态。环境温度越高，越不易产生结露。3．3气扛和气管的材质及尺寸的影响气缸和气管材质直接影响外部空气和元件内压缩空气的热交换。环境温度较高时，气缸和气管材质的热传导率越高、壁面越薄，越不易产生结露。3．4负载的影响显然负载越大，越容易产生结露。负载对结露的影响也可以从工作压力对结露的影响进行分析，负载无限大时对结露来讲是最恶劣的工作状态。因此实际判别结露产生时，可以用无限大负载进行分析。影响结露的因素还很多，这里不一一列举说明。对以上分析的因素按其对结露的影响程度由大到小进行排列，则为：露点温度、负载、环境温度、供气压力及气缸和气管的材质。4防止结露的对策4．1对气源的改善气源温度越高，越不易产生结露。因此要尽可能提高气源温度。在条件允许下，采用加热装置对冷干燥后的气体进行加热。气源的露点温度越低，越不易产生结露。因此要尽可能降低气源露点温度。多数情况下采用后冷却器或冷冻空气干燥机，对压缩空气进行降温除水处理，达到降低露点温度的目的。显然提高气源温度和降低露点温度是相互矛盾的。因此要采用先降温除水后加热的方法。4．2加强热交换热交换与热传导率及元件尺寸、系统结构有关，因此在设计系统时要选择适当材质和尺寸的元件。预防外部结露时，应增大热通量或增加热交换时间；预防内部结露时，如果环境温度高于供气温度则增加热交换，否则避免热交换。增强热交换的方法有：(1)采用热传导率较高的气管。例如采用铜管或含有高热传导率添加剂的特殊气管；(2)在气缸出口处安装热交换用散热气管(铝制管，长0．1m)。(3)减小气缸壁厚，且增大外表面积(加散热片)。4．3快速排气快速排气有利于预防内部结露的发生。采用的方法为：在气缸出口安装快速排气阀。对于大气缸采用此种方法，虽然能够避免内部结露，但是有可能发生外部结露。如果在气缸出口处安装了快速排气阀后，系统由内部结露转换成外部结露时，则应将快速排气阀稍离开气缸出口一段距离安装。预防结露的对策，除了以上介绍的几种以外还有一些，在实际系统的设计中要根据具体情况选择预防结露的方法。原则上，当系统发生外部结露时，应加长管路。5结论本文将气动系统中的结露现象分为内