任务1.2 认识气源系统

【学习目标】

1）熟悉气源系统。

2）能辨别气源系统及气源处理装置实物和图形符号。

3）能正确选用和合理使用空气压缩机。

【任务布置】

气源系统能够产生、处理和储存压缩空气。本任务要求观察各种气源系统及气源处理装置，熟悉其实物、图形符号和使用方法。

【相关知识】

气源装置为气动系统提供符合质量要求规定的压缩空气，是气动系统的一个重要组成部分。对压缩空气的主要要求是具有一定的压力、流量和洁净度。

如图1-7所示，气源装置的主体是空气压缩机（气源），它是气压传动系统的动力元件。由于大气中混有灰尘、水蒸气等杂质，因此，由大气压缩而成的压缩空气必须经过降温、净化、稳压等一系列处理后方可供给系统使用。这就需要在空气压缩机出口管路上安装一系列辅助元件，如冷却器、油水分离器、空气过滤器、干燥器、气缸等。此外，为了提高气压传动系统的工作性能，改善工作条件，还需要用到其他辅助元件，如油雾器、转换器、消声器等。

1.2.1 空气压缩机

空气压缩站（简称空压站）如图1-8所示，它是为气动设备提供压缩空气的动力源装置，是气动系统的重要组成部分。当气动系统的要求排气量为6～126m3/min时，应设置独立空气压缩站，如图1-8a所示；当要求排气量低于6m3/min时，可将压缩机或气泵直接安装在主机旁边，如图1-8b所示。

1.分类

空气压缩机的种类很多，按结构形式主要可分为容积型和速度型两类，见表1-2。

容积型空气压缩机的工作原理是将一定量的连续气流限制在封闭的空间里，通过缩小气体的容积来提高其压力。按结构不同，容积型空气压缩机又可分成往复式（活塞式和膜片式等）和回转式（滑片式和螺杆式等），如图1-9所示。

速度型空气压缩机是通过空压机提高气体流速，并使其突然受阻而停滞，将其动能转化成压力能，来提高气体的压力的。速度型空气压缩机主要有离心式、轴流式、混流式等。其中离心式空气压缩机较为常用，它是一种叶片旋转式压缩机，如图1-10所示。在离心式空气压缩机中，高速旋转的叶轮对气体施加离心力作用，并在扩压通道中使气体增压。

空气压缩机按输出压力大小，可分为鼓风机、低压、中压、高压和超高压空气压缩机，见表1-3；按输出流量（排量）不同，可分为微型、小型、中型和大型空气压缩机，见表1-4。

2.活塞式空气压缩机的工作原理

活塞式空气压缩机历史悠久，生产技术成熟，目前使用最广泛。活塞式空气压缩机通过转轴带动活塞在缸体内做往复运动，从而实现吸气和压气，达到提高气压的目的，其工作原理如图1-11所示。活塞的往复运动是由电动机带动曲柄7转动，通过连杆6、滑块5、活塞杆4转化成直线往复运动而产生的。当活塞3向右运动时，气缸2内容积增大，形成部分真空而低于大气压力，外界空气在大气压力作用下推开吸气阀8而进入气缸中，这个过程称为吸气过程；当活塞向左运动时，吸气阀在缸内压缩气体的作用下关闭，随着活塞的左移，缸内空气受到压缩而使压力升高，这个过程称为压缩过程；当气缸内压力提高到略高于输气管路内压力p时，排气阀1打开，压缩空气排入输气管路内，这个过程称为排气过程。曲柄旋转一周，活塞往复一次，即完成一个工作循环。

单级活塞式空气压缩机通常用于压力范围为0.3～0.7MPa的场合。若压力超过0.6MPa，其各项性能指标将急剧下降，故往往采用分级压缩以提高输出压力。为了提高效率，降低空气温度，还需要进行中间冷却。图1-12所示为两级活塞式空气压缩机。若最终压力为1.0MPa，则第一级通常压缩至0.3MPa。设置中间冷却器是为了降低第二级活塞的进口空气温度，以提高空压机的工作效率。活塞式空气压缩机需配气罐使用。

3.空气压缩机的选用

空气压缩机的选用主要依据以下几点：

（1）排气压力的高低和排气量的大小

根据国家标准，一般用途空气压缩机的排气压力为0.7MPa（旧标准为0.8MPa）。如果用户所用的空气压缩机的排气压力大于0.8MPa，一般要特别制作，不能采取强行增压的办法，以免造成事故。

排气量的大小也是选择空气压缩机的主要参数之一。所选择的空气压缩机的排气量要和需要的排气量相匹配，并留有10%左右的余量。另外，选择排气量时还要考虑高峰用量、通常用量和低谷用量。

（2）用气的场合和条件

如果用气场地狭小（如船用、车用），应选立式；如果用气场合不能供电，则应选择柴油机驱动式；如果用气场合没有自来水，则必须选择风冷式等。

（3）压缩空气的质量

一般空气压缩机产生的压缩空气中均含有一定量的润滑油，以及一定量的水。有些场合是禁油和禁水的，这时不但要注意压缩机的选型，必要时还应增加附属装置。解决方法大致有如下两种：

1）选用无油润滑压缩机。这种压缩机的气缸中基本上不含油，其活塞环和填料一般为聚四氟乙烯。这种机器的缺点首先是润滑不良，故障率高；另外，聚四氟乙烯是一种有害物质，不能用于食品、制药等行业；而且无润滑油压缩机只能做到输气不含油，不能做到不含水。

2）采用油润滑空压机，再进行净化。通常的做法是再加一级或两级净化装置或干燥器。这种装置可使压缩机输出的空气既不含油又不含水，使压缩空气中的含油水量在5ppm（1ppm=10-6）以下。

1.2.2 气源净化装置

1.冷却器

冷却器安装在空气压缩机的后面，也称后冷却器。它将空气压缩机排出的温度高达140～170℃的压缩空气降至40～50℃。使压缩空气中的油雾和水汽达到饱和，使其大部分凝结成油滴和水滴而析出。常用冷却器的结构形式有蛇形管式、列管式、散热片式、套管式等，冷却方式有水冷式和气冷式两种。图1-13所示为列管水冷式冷却器的结构原理图、图形符号及实物图。

2.油水分离器

油水分离器安装在后冷却器后面的管道上，其作用是分离并排除空气中凝聚的水分、油分和灰尘等杂质，使压缩空气得到初步净化。油水分离器的结构形式有环行回转式、撞击折回式、离心旋转式、水浴式以及以上形式的组合等。图1-14所示为撞击折回式油水分离器的结构原理图、图形符号及实物图，当压缩空气由入口进入油水分离器后，首先与隔板撞击，一部分水和油留在隔板上，然后气流上升产生环形回转，这样凝聚在压缩空气中的水滴、油滴及灰尘等杂质将受惯性力作用而分离析出，沉降于壳体底部，并由下面的放水阀定期排出。

3.空气过滤器

空气过滤器的作用是滤除压缩空气中的杂质微粒（如灰尘、水分等），达到系统所要求的净化程度。常用的空气过滤器有一次过滤器（也称简易过滤器）和二次过滤器，图1-15所示为二次空气过滤的结构原理图、图形符号及实物图。从入口进入的压缩空气被引入旋风叶子1，旋风叶子上有许多呈一定角度的缺口，迫使空气沿切线方向产生强烈旋转。这样，夹杂在空气中的较大的水滴、油滴、灰尘等便依靠自身的惯性与存水杯2的内壁碰撞，并从空气中分离出来，沉到杯底。而微粒灰尘和雾状水汽则由滤芯3滤除。为防止气体旋转将存水杯中积存的污水卷起，在滤芯下部设有挡水板4，并通过下面的排水阀5将水杯中的污水及时排放掉。

4.干燥器

压缩空气经过除水、除油、除尘的初步净化后，已能满足一般气压传动系统的要求。但对于某些要求较高的气动装置或气动仪表，其用气还需要经过干燥处理。图1-16所示为一种常用的吸附式干燥器的结构原理图、图形符号及实物图。压缩空气在通过具有吸附水分性能的吸附剂（如活性氧化铝、硅胶等）后，其中的水分即被吸附，从而达到干燥的目的。

5.气罐

气罐的功用：一是消除压力波动；二是储存一定量的压缩空气，维持供需气量之间的平衡；三是进一步分离气中的水、油等杂质。气罐一般采用圆筒状焊接结构，有立式和卧式两种，通常以立式应用较多。图1-17所示为气罐的结构原理图、图形符号及实物图。

上述冷却器、油水分离器、过滤器、干燥器和气罐等元件通常安装在空气压缩机的出口管路上，组成一套气源净化装置，是压缩空气站的重要组成部分。

6.调压阀（减压阀）

气压传动系统将压缩空气储于气罐中，然后减压到适用于系统的压力。因此，每台气动装置的供气压力都需要用减压阀（在气动系统中又称调压阀）来减压，当输入压力在一定范围内变化时，能保持供气压力值稳定。由于调压阀的输出压力必然小于输入压力，所以调压阀也常被称为减压阀。

调压阀的种类很多。按调压方式可分为直动式调压阀和先导式调压阀两种。直动式调压阀是利用手柄直接调节弹簧来改变输出压力的；而先导式调压阀是用预先调好压力的压缩空气来代替调压弹簧进行调压的。图1-18所示为直动式调压阀的工作原理图及图形符号。沿顺时针方向调整调节旋钮1时，调压弹簧2（实际上有两个弹簧）推动上弹簧座3、膜片4和阀芯5向下移动，使阀口开启，气流通过阀口后压力降低，从右侧输出二次压力气流。与此同时，有一部分出口气流由阻尼孔7进入膜片室，在膜片下产生一个向上的推力与弹簧力平衡，调压阀便有稳定的压力输出。当输入压力p₁增加时，输出压力p₂也随之增加，使膜片下的压力也增加，将膜片向上推，阀芯5在复位弹簧9的作用下上移，从而使阀口8的开度减小，节流作用增强，直到输出压力降低到调定值为止；反之，若输入压力下降，则输出压力也随之下降，膜片下移，阀口开度增大，节流作用减弱，使输出压力回升到调定压力，以维持压力稳定。

调整调节旋钮1以控制阀口开度的大小，即可控制输出压力的大小。目前常用的QTY型调压阀的最大输入压力为1.0MPa，其输出流量随阀的公称通径大小而改变。直动式减压阀的实物图如图1-19所示。

7.油雾器

压缩空气经过净化后，所含污油、浊水得到了清除，但是一般的气动装置还要求压缩空气具有一定的润滑性，以减轻其对运动部件表面的磨损，改善其工作性能。因此，要用油雾器对压缩空气喷洒少量的润滑油。油雾器的工作原理图、图形符号及实物图如图1-20所示。压力为p₁的压缩空气流经狭窄的颈部通道时，流速增大，压力降为p₂，由于压差p=p₁-p₂的出现，油池中的润滑油就沿竖直细管（称为文氏管）被吸往上方，并滴向颈部通道，随即被压缩气流喷射雾化带入系统。

空气过滤器、减压阀、油雾器通常组合使用，称为气源处理装置（俗称气动三联件），如图1-21所示。气动两联件是空气过滤器和减压阀的组合。气动三联件是多数气动设备中必不可少的气源装置，其安装次序依进气方向为空气过滤器、减压阀、油雾器。如果仅仅需要过滤水分和调整压力，则两联件就可以满足需要了。如果还需要对输出的压缩空气加油形成含油雾颗粒的压缩空气来润滑气缸、马达，就需要用到气动三联件。

8.消声器

气压传动系统一般不设排气管道，用后的压缩空气直接排入大气中，伴随有强烈的排气噪声，一般可达100～120dB。为降低噪声，可在排气口装设消声器。

消声器是通过设置阻尼或增加排气面积来降低排气的速度和功率，从而降低噪声的。气动元件上使用的消声器一般有三种：吸收型消声器、膨胀干涉型消声器、膨胀干涉吸收型消声器。图1-22所示为吸收型消声器的结构原理图、图形符号及实物图，它依靠装在内部的吸声材料（玻璃纤维、毛毡、泡沫塑料、烧结材料等）来消声，是目前应用最广泛的一种消声器。

【任务实施】

观察气动剪板机及其他气动设备的工作情况，辨别其气源系统及主要气源处理件，查看其主要参数、结构和工作情况。