液压与气压传动技术 第四版 课件 任务一 气源装置及辅助元件

任务一气源装置及辅助元件气压传动气源装置和辅助元件是气压传动系统的两个不可缺少的重要组成部分。气源装置给系统提供足够清洁、干燥具有一定压力和流量的压缩气体；辅助元件是元件连接和提高系统可靠性以及改善工作环境等所必需的组成部分。一般气源装置由空气压缩机，储存、净化压缩空气的装置，传输压缩空气的管路系统及其它辅件组成。气源装置的主体是空气压缩机，由空气压缩机产生的压缩空气，因含有过高的杂质，不能直接使用，必须经过降温、除水、除尘、除油、过滤、干燥等一系列净化处理后才能用于气压系统。任务一气源装置及辅助元件气压传动图示为气源装置组成及净化处理流程示意图。1为空气压缩机，用以产生压缩空气，为减少进入空气压缩机中的气体杂质，其吸气口装有空气过滤器。2为后冷却器，用以降低压缩空气的温度，使汽化的水、油凝结出来。3为油水分离器，用以分离并排出凝结的水滴、油滴、杂质等。4为储气罐，用以储存压缩空气，稳定压缩空气的压力，并除去部分油分和水分。5为干燥器，用以进一步吸收或排除压缩空气中的水分及油分，使之变成干燥空气。6为过滤器，用以进一步过滤压缩空气中的灰尘、杂质颗粒。7为储气罐，储气罐4输出的压缩空气用于一般要求的气压传动系统（称为一次净化）；从储气罐7输出的压缩空气可用于要求较高的气动系统。1-空气压缩机2-后冷却器3-油水分离器4、7-储气罐

5-干燥器6-空气过滤器任务一气源装置及辅助元件气压传动空气压缩机是气动系统的动力源，它将电动机输出的机械能转变为气体的压力能输送给气动系统。1）空气压缩机的分类空气压缩机的种类很多，按工作原理可分为容积式和速度式两大类。在容积式压缩机中，通过机件的运动，使气缸容积的大小发生周期性变化，从而完成对空气的吸入和压缩过程；而在速度式压缩机中，气体压力的提高是由于气体分子在高速流动时突然受阻而停滞下来，使动能转化为压力能而达到的。在气压传动系统中，一般都采用容积式空气压缩机。按输出压力可分为低压压缩机（0.2MPa<p≤1MPa

）、中压压缩机（0.2MPa<p≤1MPa

）、高压压缩机（0.2MPa<p≤1MPa

）和超高压压缩机（p>100MPa）。按输出流量分为微型（q<1m3/min）、小型（

1m3/min≤q

<

10m3/min

）、中型（

10m3/min≤q

<

100m3/min

）、大型（q≥100m3/min）。按润滑方式分为有油润滑（采用润滑油润滑，整体机构中设有专门的供油系统）和无油润滑（不采用润滑油，零件用自润滑材料制成）进行分类。一、空气压缩机任务一气源装置及辅助元件气压传动2）空气压缩机的工作原理容积式空气压缩机中，最常用的是活塞式空气压缩机，其工作原理与容积式液压泵一致，如图11-2所示。它是利用曲柄滑块机构，将电动机的回转运动转变为活塞的往复直线运动。当曲柄8作回转运动时，带动气缸活塞3作直线往复运动，活塞3向右运动时，气缸腔2因容积增大而压力降低，排气阀1关闭，在大气压的作用下，吸气阀9打开，大气进入气缸腔2，此过程为吸气过程。活塞3向左运动时，气缸腔2因容积减小而压力升高，吸气阀9关闭，排气阀1被打开，压缩空气经排气口进入储气罐，此过程为压缩过程。单级单缸压缩机就是这样循环往复运动，不断产生压缩空气。大多数空气压缩机是多缸多活塞的组合。观察原理一、空气压缩机任务一气源装置及辅助元件气压传动3）空气压缩机的选用空气压缩机的选用应以气压传动系统所需要的工作压力和流量两个参数为依据。目前工程实际中常用的工作压力为0.5~0.8MPa，可直接选用额定压力为0.5~0.8MPa

的低压空气压缩机，特殊需要也可选用中、高压或超高压的空气压缩机。在确定空气压缩机输出流量时，要根据整个气动系统对压缩空气的需要，再加一定的备用余量，作为选择空气压缩机流量的依据。一、空气压缩机任务一气源装置及辅助元件气压传动由空气压缩机输出的压缩空气，虽然能够满足一定的压力和流量的要求，但不能直接被气动装置使用。因为一般气动设备所使用的空气压缩机都是属于工作压力较低、用油润滑的活塞式空气压缩机。它从大气中吸入含有水分和灰尘的空气，经压缩后空气温度升高到170℃

，这时压缩机气缸里的润滑油也部分地成为气态。这样油分、水分以及灰尘便形成混合的胶体微雾及杂质，混合在压缩空气中一同排出。若不经处理而直接进入管路系统时，可能会造成以下不良后果：①油气聚集在储气罐内形成易燃易爆物，可能会造成事故；②油液被高温气化后形成有机酸，对金属设备有腐蚀作用；③油、水和灰尘的混合物沉积在管道内将减少管道内径，使气阻增大或管路堵塞；④在气温较低时，水汽凝结后会使管道及附件因冻结而损坏，或造成气流不畅通以及产生误动作；⑤灰尘等杂质对运动部件产生研磨作用，泄露增加，影响它们的使用寿命。

因此，必须设置一些除油、除水、除尘并使压缩空气干燥的气源净化处理辅助设备，提高压缩空气的质量。净化设备一般包括：后冷却器、油水分离器、干燥器、空气过滤器、储气罐等。二、气源净化装置任务一气源装置及辅助元件气压传动

1.后冷却器后冷却器一般安装在空气压缩机的出口管路上，其作用是把空气压缩机排出的压缩空气的温度由降至，使得其中尚存的大部分水、油转化成液态，以便于排出。后冷却器一般都是水冷式的换热器，其结构形式有：蛇管式、列管式、套管式等。热的压缩空气由管内流过，冷却水从管外水套中流动以进行冷却，为了提高降温效果，在安装使用时要注意冷却水与压缩空气的流动方向（图中箭头所示方向）。二、气源净化装置任务一气源装置及辅助元件气压传动

2.油水分离器油水分离器的作用是将经后冷却器降温析出的水滴、油滴等杂质从压缩空气中分离出来。其工作原理是：使压缩空气进入油水分离器后产生流向和流速的急剧变化，再依靠惯性作用，将密度比压缩空气大的油滴和水滴分离出来。其结构形式有环形回转式、撞击挡板式、离心旋转式和水浴式等。图示为撞击挡板式油水分离器，压缩空气自入口4进入分离器壳体，气流受隔板2的阻挡被撞击折向下方，然后产生环形回转而上升，最后从出口3排出。油滴、水滴等杂质受惯性力和离心力的作用析出并沉降于壳体底部，由阀6定期排出。观察结构二、气源净化装置任务一气源装置及辅助元件气压传动

3.储气罐储气罐的作用是储存一定数量的压缩空气，以解决空气压缩机的输出气量和气动设备的耗气量之间的不平衡；消除空气压缩机排气的压力波动及由此引起的管道振动，保证供气的连续性、平稳性；进一步分离压缩空气中的油分、水分。储气罐一般采用圆筒状焊接结构，有立式和卧式两种，一般为节省占地面积采用立式结构。立式储气罐的高度为其直径的2～3倍，同时应使进气管在下，出气管在上，并尽可能加大两管间的距离，以利于进一步分离空气中的油和水。为保证储气罐的正常使用，每个储气罐还应包括以下附件：①安全阀调整极限压力，其调整压力比工作压力高10％；②压力表指示罐内空气压力；③检查孔清除内部杂质、检查内部情况；④排液接管位于储气罐的底部，用于排放底部所积油和水。需要注意的是，后冷却器、油水分离器和储气罐均属压力容器，制造完毕后，应按标准进行水压试验。目前，在气压传动中，后冷却器、油水分离器和储气罐三者合一的结构形式已得到广泛采用。二、气源净化装置任务一气源装置及辅助元件气压传动

4.干燥器干燥器的作用是为了满足精密气动设备用气，把初步净化的压缩空气进一步净化以吸收和排除其中的水分、油分及杂质，使湿空气变成干空气。压缩空气的干燥方法主要有机械法、离心法、冷冻法和吸附法等。目前广泛使用的是吸附法和冷冻法。冷冻法是利用制冷设备使空气冷却到一定的露点温度，析出空气中的多余水分，从而达到所需要的干燥程度。这种方法适用于处理低压、大流量并对干燥程度要求不高的压缩空气。压缩空气的冷却，除用制冷设备外，也可采用制冷剂直接蒸发或用冷却液间接冷却的方法。吸附法是利用硅胶、活性氧化铝、焦炭或分子筛等具有吸附性能的干燥剂来吸附压缩空气中的水分，而使其达到干燥的目的，吸附法的除水效果最好。二、气源净化装置任务一气源装置及辅助元件气压传动

4.干燥器图示为吸附式干燥器的结构原理。它的外壳为一金属圆筒，里面分层设置有栅板、吸附剂、滤网等。其工作原理为：湿空气从管道1进入干燥器内，通过上吸附层21、铜丝过滤网20、上栅板19、下吸附层16之后，湿空气中的水分被吸附剂吸收干燥，然后再经过滤网15、下栅板14、毛毡层13、铜丝过滤网12过滤气流中的灰尘和其他固体杂质，最后干燥、洁净的压缩空气从输出管8输出。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-排气管11、12-密封垫12、15、20-铜丝过滤器13-毛毡14-下栅板16、21-吸附剂17-支撑板18-外壳19-上栅板二、气源净化装置任务一气源装置及辅助元件气压传动

4.干燥器当干燥器使用一段时间之后，吸附剂吸水达到饱和状态而失去继续吸湿能力，因此需设法除去吸附剂中的水分，使其恢复干燥状态，以便继续使用，这就是吸附剂的再生。由于水分和干燥剂之间没有化学反应，所以不需要更换干燥剂，但必须定期再生干燥。其过程是：先将干燥器的进、出气管关闭，使之脱离工作状态，然后从再生空气进气管7输入干燥的热空气。热空气通过吸附层时将其所含水分蒸发成水蒸气并一起由再生空气排气管4、6排出。经过一定的再生时间后，吸附剂被干燥并恢复了吸湿能力。这时，将再生空气的进、排气管关闭，将压缩空气的进、出气管打开，干燥器便能继续进入工作状态。因此，为保证供气的连续性，一般气源系统设置两套干燥器，一套用于空气干燥，另一套用于吸附剂再生，两套交替工作。二、气源净化装置任务一气源装置及辅助元件气压传动

5.分水过滤器在空气进入压缩机之前，首先经过空气过滤器，以滤去其中所含的灰尘和杂质。过滤的原理是根据固体物质和空气分子的大小和质量不同，利用惯性、阻隔和吸附的方法将灰尘和杂质与空气分离。过滤器基本上是由壳体和滤芯组成，按滤芯所采用的材料不同可分为纸质、织物、陶瓷、金属和泡沫塑料等过滤器。空气压缩机普遍采用纸质和金属过滤器，这种过滤器通常称为一次过滤器，其滤灰效率为50%~70%

。在空气压缩机的输出端使用的为二次过滤器，其滤灰效率为50%~70%

以上。图示为分水滤气器的结构图，属于二次过滤器。1-旋风叶子2-滤芯3-存水杯

4-挡水板二、气源净化装置任务一气源装置及辅助元件气压传动

5.分水过滤器分水滤气器和减压阀、油雾器称之为气动三联件，是气动设备之前必不可少的辅助装置。其工作原理如下：压缩空气从输入口进入后，被引入旋风叶子1，旋风叶子上有很多成一定角度的缺口，迫使空气沿切线方向运动产生强烈的旋转。夹杂在气体中较大的水滴、油滴等，在惯性作用下与存水杯3内壁碰撞，并分离出来沉到杯底；而微粒灰尘和雾状水气则在气体通过滤芯2时被拦截而滤去，洁净的空气便从输出口输出。为防止气体漩涡将杯中积存的污水卷起而破坏过滤作用，在滤芯下部设有挡水板4。此外，为保证分水滤气器正常工作，必须将污水通过手动排水阀5及时放掉并定时清洗或更换滤芯。二、气源净化装置任务一气源装置及辅助元件气压传动