气源装置的认知与应用

气源装置认知

气源装置为气压传动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，是气压传动系统的重要组成部分。气压传动系统对压缩空气的主要要求为，具有一定压力和流量，并具有一定的净化程度。

气源装置由以下四部分组成。

（1）气压发生装置，即空气压缩机。

（2）净化、储存压缩空气的装置和设备。

（3）管道系统。

（4）气动三大件（分水滤气器、减压阀、油雾器）。

1.压缩空气站

压缩空气站是气压传动系统的动力源装置，一般规定：排气量大于或等于6～12 m3/min 时，就应独立设置压缩空气站；排气量低于6 m3/min 时，可将压缩机或气泵直接安装在主机旁。

气压传动系统所使用的压缩空气必须经过干燥和净化处理后才能使用，因为压缩空气中的水分、油污和灰尘等杂质会混合成为胶体渣质，若不经处理直接进入管道系统，将导致机器和控制装置故障，损害产品质量，增加气动设备和系统的维护成本。对于一般的压缩空气站，除空气压缩机外，还必须设置过滤器、后冷却器、油水分离器和储气罐等净化装置。

2.空气压缩机

空气机压缩机是气压发生装置，是将机械能转换为气体压力能的转换装置。

空气压缩机的种类很多，按工作原理主要分为容积式和速度式两类。目前使用最广泛的是容积式压缩机中的活塞式空气压缩机，图9－1－2 为活塞式空气压缩机的工作原理图。

图9-1-2　活塞式空气压缩机工作原理图

1—缸体；2—活塞；3—活塞杆；4—曲柄连杆机构；5—吸气阀；6—排气阀

活塞式空气压缩机通过曲柄连杆机构使活塞作往复运动而实现吸、压气，并达到提高气体压力的目的。当活塞2 向右运动时，气缸1 的体积增大，压力降低，排气阀6 关闭，外界空气在大气压的作用下，打开吸气阀5 进入气缸内，此过程称为吸气过程。当活塞2 向左运动时，气缸1 的体积减小，空气受到压缩，压力逐渐升高而使吸气阀5 关闭，排气阀6 被打开，压缩空气经排气口进入储气罐，这一过程称为压缩过程。单级单缸压缩机就是这样循环往复运动，不断产生压缩空气的。

3.气源净化装置

压缩空气净化设备一般包括：后冷却器、油水分离器、储气罐、干燥器、分水滤气器。

1）后冷却器

后冷却器的作用是使空气压缩机排出的温度为120～150 ℃的气体冷却到40～50 ℃，并使其中的水蒸气和被高温氧化的变质油雾冷凝成水滴和油滴，以便对压缩空气实施进一步净化处理。

后冷却器有水冷式和风冷式两大类。水冷式是通过强迫冷却水沿压缩空气流动方向的反方向流动来进行冷却；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，如图9－1－3所示。

2）油水分离器

油水分离器的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9－1－4 为撞击挡板式油水分离器，因固态、液态的物质密度比气态物质的密度大得多，故可依靠气流撞击隔壁时的转折和旋转离心作用，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。

3）储气罐

储气罐的主要作用是储存一定数量的压缩空气，减少输出气流脉动，保证气流连续性，减弱管道振动，进一步分离压缩空气中的水分和油分。储气罐一般多采用焊接结构，有立式和卧式两种，以立式居多。储气罐的高度H 为其内径的2～3 倍。进气口在下，出气口在上，并尽可能加大两管口之间的距离，以利于充分分离空气中的杂质。选择储气罐容积时，可参考下列经验公式。

图9-1-3　后冷却器

图9-1-4　撞击挡板式油水分离器

式中：q——压缩机的额定排气量（m3/s）；

　　　Vc——储气罐的容积（m3）。

后冷却器、油水分离器和储气罐都属于压力容器，制造完毕后，应进行水压试验。目前，在气压传动系统中，后冷却器、油水分离器和储气罐三者一体的结构形式已被采用，这使压缩空气站的辅助设备大为简化。(www.xing528.com)

4）干燥器

干燥器的作用是进一步除去压缩空气中含有的水分、油分、颗粒杂质等，使压缩空气干燥，提供的压缩空气用于对气源质量要求较高的气动装置、气动仪表等。目前，在工业上常用的压缩空气干燥方法是冷冻法和吸附法。

5）分水滤气器

分水滤气器又称二次过滤器，其主要作用是分离水分，过滤杂质。滤灰效率可达90%。QSL 型分水滤气器在气压传动系统中应用很广，其滤灰效率可达95%，分水效率大于75%。在气压传动系统中，一般把分水滤气器、减压阀、油雾器称为气动三大件。三大件安装次序依进气方向分别为分水滤气器、减压阀、油雾器，又称气动三联件，是气压传动系统中必不可少的气动元件。三大件应安装在用气设备的近处，压缩空气经过三联件的最后处理，进入各气动元件及气压传动系统。因此，三联件是气动元件及气压传动系统所使用的压缩空气质量的最后保证。图9－1－5 为分水滤气器的结构简图。

图9-1-5　分水滤气器的结构简图

（a）结构图；（b）职能符号

从输入口进入的压缩空气被旋风叶子1 导向，沿储水杯3 的四周产生强烈的旋转，空气中夹杂的较大水滴、油滴等在离心力的作用下从空气中分离出来，沉降到杯底；然后气体通过中间的滤芯2，少量的灰尘、雾状水被拦截而滤去，洁净的空气便从输出口输出。为防止气流旋涡卷起储水杯中的积水，在滤芯的下方设置了挡水板4。为保证分水滤气器的正常工作，应及时打开放水阀5，放掉储水杯中的积水。

4.其他辅助元件

气动控制系统中，许多辅助元件往往是不可缺少的，如油雾器、消声器、转换器等。

1）油雾器

气压传动系统中的各种气阀、气缸、气动马达等，其可动部分需要润滑，但以压缩空气为动力的气动元件都是密封气室，所以只能以某种方法将油混入气流中，随气流带到需要润滑的位置。油雾器就是这样一种特殊的注油装置，其作用是使润滑油雾化后，随压缩空气一起进入需要润滑的部件，达到润滑的目的。目前，气动控制阀、气缸和气动马达主要是靠这种带有油雾的压缩空气来实现润滑的，其优点是方便、干净、润滑质量高。

图9－1－6 为油雾器的结构示意图。压缩空气由输入口进入后，一部分由小孔a 通过特殊单向阀进入存油杯5 的上腔c，油面受压，使油经过吸油管6 将钢球7 顶起，钢球7 不能封住它到节流阀的通油孔，油可以不断地经节流阀1 的阀口进入滴油管，再滴入喷嘴11 中，被主通道中的高速气流引出，雾化后从输出口输出。节流阀1 可以在0～200 滴/min 的范围内调节滴油量，可通过透明的视油器8 观察滴油情况。这种油雾器也称为一次油雾器。二次油雾器能使油滴在油雾器内进行两次雾化，使油雾粒度更小、更均匀，输送距离更远。

油雾器一般应安装在分水滤气器、减压阀后，尽量靠近换气阀，与阀的距离一般不应超过5 m，应避免把油雾器安装在换向阀与气缸之间，以避免漏掉对换向阀的润滑。

图9-1-6　油雾器的结构示意图

（a）结构图；（b）职能符号

图9-1-7　阻性消声器结构图

1—消声套；2—管接头

2）消声器

气动回路与液压回路不同，它没有回收气体的必要，压缩空气使用后直接排入大气，因排气速度较快，会产生尖锐的排气噪声。为降低噪声，一般在换向阀的排气口上安装消声器。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。目前使用的消声器种类繁多，主要有阻性消声器、抗性消声器和阻抗复合式消声器等。图9－1－7 是阻性消声器的结构图，消声套是用铜颗粒烧结成形的。

3）转换器

在气动控制系统中，也与其他自动控制装置一样，有发信、控制和执行部分，其控制部分的工作介质是气体，而信号传感部分和执行部分不一定全用气体，可能用电或液体传输，这就要通过转换器来转换。常用的转换器有气—电转换器、电—气转换器、气—液转换器等。

①气—电转换器

气—电转换器是将压缩空气的气信号转换成电信号的装置，即用气信号接通或断开电路的装置，也称为压力继电器。

②电—气转换器

电—气转换器的作用正好与气—电转换器相反，它是将电信号转换成气信号的装置。各种电磁换向阀都可作为电—气转换器。

③气—液转换器

气压传动系统中常用到气液阻尼缸或使用液压缸作为执行元件，以求获得较平稳的速度，因而就需要一种把气信号转换成液压信号的装置，这就是气—液转换器。

5.管件和管路系统

管道连接件包括管子和各种管接头。有了管路连接，才能把气动控制元件、气动执行元件以及辅助元件等连接成一个完整的气动控制系统。因此，实际应用中管路连接是必不可少的。

管子可分为硬管及软管两种。如总气管等一些固定不动、不需要经常装拆的地方用硬管；连接运动部件、临时使用、装拆方便的管路应使用软管。硬管有钢管、铁管和紫铜管等；软管有塑料管、尼龙管和橡胶管等。常用的有紫铜管和尼龙管。

气压传动系统中管接头的结构及工作原理与液压管接头基本相似，在此不再介绍。