认识气源装置与辅助元件的重要性

时间：2023-07-01 理论教育 版权反馈

【摘要】：根据气源装置的组成和工作过程分析空气压缩机的结构和工作原理。气源装置为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，是气压传动系统的主要组成部分。气源装置的组成如图5-3所示。

认识气源装置与辅助元件的重要性

【学习目标】

1）了解气源装置的组成。

2）掌握空气压缩机的工作原理和工作过程。

【任务描述】

根据气源装置的组成和工作过程分析空气压缩机的结构和工作原理。

【知识准备】

一、气源装置

1.气源装置的组成和工作原理

气源装置是将机械能转化成气体压力能的装置，也称动力元件。气源装置为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，是气压传动系统的主要组成部分。气源装置主要包括空气压缩机、冷却器、油水分离器和气罐。其中，空气压缩机是主体部分，它是气源装置的核心，它产生的压缩空气必须经过净化、除尘和干燥等一系列处理后，才能供给控制元件和执行元件使用。气源装置的组成如图5-3所示。

图5-3 气源装置的组成

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

空气压缩机1产生一定压力和流量的压缩空气，其吸气口装有空气过滤器，以减少进入压缩空气内的污染杂质量。冷却器2用以将压缩空气降温，使高温汽化的油分、水分凝结出来。油水分离器3使降温冷凝出的油滴、水滴杂质等从压缩空气中分离出来，并从排污口排出。气罐4和7储存压缩空气以平衡空气压缩机流量和设备用气量，并稳定压缩空气的压力，同时还可以除去压缩空气中的部分水分和油分。干燥器5进一步吸收排除压缩空气中的水分、油分等，使之变成干燥空气，而且系统中的两个干燥器通过四通阀的转换而交替使用，其中一个工作，另一个则利用加热器吹入热空气，进行吸附剂的再生，以备接替使用。过滤器6进一步过滤除去压缩空气中的灰尘颗粒等杂质。气罐4中的压缩空气可用于一般要求的气动系统，气罐7输出的压缩空气可用于要求较高的气动系统，如气动仪表、射流组件等组成的系统。

2.气源装置的各元件介绍

（1）空气压缩机

1）空气压缩机的工作原理。空气压缩机是将原动机的机械能转化为空气压力能的装置。空气压缩机按工作原理可分为容积型和速度型两种。图5-4所示为空气压缩机实物图。

图5-4 空气压缩机实物图

1—主机 2—气罐 3—排气管 4—排污阀 5—脚轮 6—单向阀 7—压力表 8—手滑阀 9—调节阀 10—安全阀 11—电源开关

如图5-5所示，活塞式空气压缩机（容积型）的工作过程如下：

①进气过程。当活塞3向右运动时，气缸2内活塞左腔的压力低于大气压力，吸气阀9被打开，空气在大气压力的作用下进入气缸2内。

②压缩过程。当活塞向左移动时，吸气阀9在缸内压缩气体的作用下关闭，缸内气体被压缩。

③排气过程。气缸内空气压力增高到略高于输气管内压力后，排气阀1被打开，压缩空气进入输气管道。

④往复运动。电动机带动曲柄8转动，通过连杆7、滑块5和活塞杆4组成的机构转化为活塞3的直线往复运动。

图5-5 活塞式空气压缩机工作原理图

1—排气阀 2—气缸 3—活塞 4—活塞杆 5—滑块 6—滑道 7—连杆 8—曲柄 9—吸气阀 10—弹簧

2）空气压缩机的选用原则。选用空气压缩机的主要依据是气压传动系统所需要的工作压力和流量。一般空气压缩机的额定压力应等于或高于系统所需的工作压力，选择输出流量时应根据整个气动系统对压缩空气的需求量再加上一定的余量。空气压缩机铭牌上所标的流量就是自由空气流量。

（2）冷却器冷却器安装在空气压缩机出口的管道上。它的作用是将空气压缩机排出的高温压缩空气的温度降至40～50℃，使压缩空气中的油雾和水汽大部分凝结成油滴和水滴。冷却器的结构型式有蛇形管式（图5-6）、列管式、散热片式和管套式。冷却方式有水冷和气冷两种。

图5-6 蛇形管式冷却器

a）结构图 b）图形符号 c）实物图

（3）油水分离器油水分离器（图5-7）安装在冷却器出口管道上，它的作用是分离并排除压缩空气中凝聚的油分、水分和灰尘等杂质，使压缩空气得到初步净化。油水分离器的结构型式有环形回转式、撞击折回式、离心旋转式、水浴式以及以上形式的组合使用等。油水分离器的工作原理是：当压缩空气由入口进入油水分离器壳体内后，气流先受到隔板阻挡而被撞击折回向下，之后又上升并产生环形回转。这样，凝聚在压缩空气中的水滴、油滴等杂质受到惯性力作用而分离析出，沉降于壳体底部，由放油阀定期排出。

图5-7 油水分离器

a）结构图 b）图形符号 c）实物图

（4）气罐气罐（图5-8）的主要作用如下：

1）储存一定数量的压缩空气，以备发生故障或临时需要时应急使用。

2）消除由于空气压缩机断续排气而对系统引起的压力脉动，保证输出气流的连续性和平稳性。

3）进一步分离压缩空气中的油、水等杂质。

二、气动辅助元件

（1）干燥器经过冷却器、油水分离器和气罐后得到初步净化的压缩空气已满足一般气压传动的需要，但压缩空气中仍含有一定量的油、水及少量的粉尘。如果用于精密的气动装置、气动仪表等，上述压缩空气还必须进行干燥处理。(www.daowen.com)

压缩空气主要采用吸附法和冷却法进行干燥。吸附法是利用具有吸附性能的吸附剂（如硅胶、铝胶等）来吸附压缩空气中含有的水分而使其干燥。冷却法是利用制冷设备使空气冷却到一定的露点温度，析出空气中超过饱和水蒸气部分的多余水分，从而达到所需的干燥度。

吸附式干燥器如图5-9所示，其外壳呈筒形，其中分层设置栅板、吸附剂、滤网等。湿空气从湿空气进气管1进入干燥器，通过吸附剂层21、铜丝网20、上栅板19和吸附剂层16后，因其中的水分被吸附剂吸收而变得很干燥。然后，再经过铜丝网15、下栅板14和过滤网12，干燥、洁净的压缩空气便从干燥空气输出管8排出。

图5-8 气罐

a）结构图 b）图形符号 c）实物图

图5-9 吸附式干燥器

a）结构图 b）图形符号 c）实物图

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—过滤网 13—毛毡 14—下栅板 15、20—铜丝网 16、21—吸附剂层 17—支撑板 18—筒体 19—上栅板

（2）过滤器过滤器的作用是进一步滤除压缩空气中的杂质。常用的过滤器有一次过滤器和二次过滤器。在要求高的特殊场合，还可使用高效率的过滤器。

1）一次过滤器。一次过滤器也称简易过滤器，滤灰效率为50%～70%。图5-10所示为一次过滤器，气流由切线方向进入筒内，在离心力的作用下分离出液滴，然后气体由下而上通过多片钢板、毛毡、硅胶、焦炭、滤网等过滤吸附材料，干燥清洁的空气从筒顶输出。

图5-10 一次过滤器

a）结构图 b）图形符号c）实物图

1—多孔钢板 2—过滤网 3—焦炭 4—硅胶

2）二次过滤器。二次过滤器也称空气过滤器或分水滤气器，滤灰效率为70%～99%。图5-11所示为二次过滤器，空气进入后被引入旋风叶子1处，旋风叶子上有很多小缺口，使空气沿切线反向产生强烈的旋转，这样夹杂在气体中的较大水滴、油滴、灰尘便获得较大的离心力，并高速与存水杯3内壁碰撞而从气体中分离出来，沉淀于存水杯3中，然后气体通过中间的滤芯2，部分灰尘、雾状水被滤芯2拦截而滤去，洁净的空气便从输出口输出。

图5-11 二次过滤器

a）结构图 b）图形符号 c）实物图

1—旋风叶子 2—滤芯 3—存水杯 4—挡水板 5—手动排水阀

（3）油雾器油雾器是一种特殊的注油装置，如图5-12所示。它以空气为动力，使润滑油雾化后，注入空气流中，并随空气进入需要润滑的部件，达到润滑的目的。

压缩空气由入口进入后，通过喷嘴1下端的小孔进入阀座4的腔室内，在截止阀的钢球2的上、下表面形成压差，由于泄漏和弹簧3的作用而使钢球处于中间位置，压缩空气进入存油杯5的上腔，油面受压，压力油经吸油管6将单向阀7的钢球顶起，钢球上部管道有一个方形小孔，钢球不能将上部管道封死，压力油不断流入视油器9内，再滴入喷嘴1中，被主管气流从上面小孔引射出来，雾化后从输出口输出。通过节流阀8可以调节流量，使滴油量在每分钟0～120滴内变化。

图5-12 油雾器

a）结构图 b）图形符号 c）实物图

1—喷嘴 2—钢球 3—弹簧 4—阀座 5—存油杯 6—吸油管 7—单向阀 8—节流阀 9—视油器 10、12—密封垫 11—油塞 13—螺母、螺钉

分水滤气器、减压阀和油雾器是气压传动系统的三个主要辅助元件，简称为气源处理装置，它的安装顺序按进气方向如图5-13所示。

（4）消声器在气压传动系统中，气缸、气阀等元件工作时，由于排气速度较高，气体体积急剧膨胀，会产生刺耳的噪声。噪声的强弱随排气的速度、排量和空气通道的形状而变化。排气的速度和功率越大，噪声也越大，一般可达100～120dB。为了降低噪声，可以在排气口装消声器。消声器就是通过阻尼或增加排气面积来降低排气速度和功率，从而降低噪声。气动元件使用的消声器一般有三种类型，即吸收型消声器、膨胀干涉型消声器和膨胀干涉吸收型消声器。

图5-14所示为吸收型消声器，它主要是依靠吸声材料进行消声。消声罩由多孔的吸声材料制成。其消声原理是：当有压缩气体通过消声罩时，气流受到阻力，声音能量被部分吸收而转化成热能，从而降低了噪声强度。