气压传动及控制
—气源设备及气源处理元件前言气源设备空气压缩机后冷却器气罐管路系统气源处理元件气源的一般处理过程自动排水器过滤器干燥器空气组合元件主 要 内 容前 言气动系统的介质为压缩空气。
对压缩空气的要求：
要求压缩空气具有一定的压力和足够的流量。
要求压缩空气有一定的清洁度和干燥度。
前 言气源设备用以产生、处理和存贮压缩空气。
从气源设备出来的压缩空气中含有大量的水分、
油份和粉尘等杂质。
为了使使用压缩空气的气动系统正常工作，必须适当清除这些杂质。
清除这些杂质的元件就是气源处理元件。
压缩空气中的水分、油分和粉尘对气动系统有什么影响？ （实际中很多人对此不太重视）
水分导致,腐蚀生锈、润滑油变质、如果低温会结冰使元件动作不良。
油分导致,使橡胶和塑料材料变质和老化；变质油分粘度大，导致元件的运动部分动作不灵活；堵塞小孔影响元件性能；油泥的水溶液呈酸性锈蚀金属；积存在后冷却器、干燥器中会降低工作效率。
粉尘导致,相对运动件磨损，造成元件动作不良；加速过滤器滤芯的堵塞、增大流动阻力；加速密封件的损伤，导致泄漏增大。
液态油、水及粉尘从排气口排出，会污染环境影响产品质量。例如食品行业等要求较高。
前 言气源设备主要包括空气压缩机、后冷却器、气罐和主路过滤器、干燥机等。
空气压缩机将大气压状态下的空气压缩成较高压力的空气。
由空气压缩机出来的空气温度较高，且含有大量的水分和油分等杂质。通过后冷却器降低压缩空气的温度
，将空气中的水蒸气和油雾凝结成液态的水滴和油滴分离出去。
由后冷却器出来的空气进入气罐储存起来，供气动系统使用。气罐可以起到存储空气、消除压力脉动、进一步分离水分和油分等杂质的作用。
在后冷却器、气罐和主路过滤器的最低点处都应该设有手动或自动的排水器，以便排出液态的油和水。
气 源 设 备气 源 设 备 – 典 型气源系统空气压缩机的分类按工作原理：容积型压缩机和速度型压缩机按结构形式：
气动系统中常用的有活塞式和螺杆式
转子式离心式轴流式速度型转子式螺杆式叶片式回转式膜片式活塞式往复式容积型气 源 设 备 ----空气压缩机空气压缩机的作用空气压缩机是将机械能转换成气体压力能的一种转换装置,即气压发生装置,它为气动装置提供具有一定压力和流量的压缩空气 。
按排气压力分类,名 称 排气压力（ bar ）
低压压缩机 0,2 ＜ p ≤ 1
中压压缩机 1 ＜ p ≤ 10
高压压缩机 10 ＜ p ≤ 100
超高压压缩机 p ＞ 100
名称 排气量 V （ m 3 / m i n ）
微 型 V ≤ 1
小 型 1 ＜ V ≤ 10
中 型 10 ＜ V ≤ 1 00
大 型 V ＞ 1 00
气 源 设 备 ----空气压缩机按气量（自由空气流量）分类：
活塞式压缩机：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 。
理解：气动系统中压力是由负载 （ 广义 ） 建立起来的 。
气 源 设 备 ----空气压缩机膜片式压缩机：膜片式压缩机能提供 0.5MPa的压缩空气 。 由于它完全没有油,因此广泛应用于食品,医药和相类似的工业中 。
气 源 设 备 ----空气压缩机叶片式压缩机：叶片式压缩机的主要特点是无往复运动,
它主要由定子,转子和叶片组成,转子上开有一定数量的沟槽,每个槽内嵌入一个叶片,偏心地装在定子内 。 当转子旋转时,离心力使得叶片与定子内部相接触,从进口到出口,相邻两叶片间的空间逐渐减少,压缩空气被压缩,
达到一定压力后即排除机外 。
气 源 设 备 ----空气压缩机螺杆式压缩机：压缩由壳体和两个互相啮合的阴阳转子（
螺杆）组成空间内的气体。利用两螺杆表面上所特有的螺旋凹凸型的气道与气缸内壁之间形成的容积逐渐变化，来实现对气体的吸入、压缩和排出过程。因为机器的转速很高，气体的吸入和排出又是连续的，吸排气可看成是无脉动的，因此可以除去一个为消除脉动而设的贮气罐。
气 源 设 备 ----空气压缩机压缩机类型 优 点 缺 点 应用范围活塞式
1,背压稳定、压力范围大；
2,适应性强，单机能适应任意流量；
3,效率高 ；
4,在一般压力范围内，结构制造材质要求低，可用普通钢材
1,单机排气量大时，结构尺寸较大，占地面积大；
2,结构复杂，易损件多；
3,运转时有振动；
4,排气不连续，压力有脉动 ；
5,气体质量差适 用 于 高压,中小流量场合螺杆式叶片式
1,没有往复运动的零件，结构简单紧凑、重量轻、维修方便；
2,供气均匀，压力脉动小，不需设置大容量的贮气罐 ；
3,机器运行时，运行部件的动力平衡好，寿命长
1,转速较高，吸、排气口周期性相通，切断产生强烈的空气动力噪声；
2,运动部件与固定部件之间密封困难；
3,效率较低适用低压,
中小流量气 源 设 备 ----空气压缩机特点比较空气压缩机的选用原则按空压机的特性要求,选择空压机的类型根据气动系统所需要的 工作压力 和 流量 确定空压机的输出压力和吸入流量,最终选取空压机的型号 。
空压机的输出压力 pc：
式中,pc -- 空压机的输出压力,MPa
p -- 气动执行元件的最高使用压力,MPa
ΣΔp-- 气动系统中的总压力损失,Mpa一般为 0.15-0.2
pppc
气 源 设 备 ----空气压缩机空压机的吸入流量 qc:
bc qkq
设气罐不设气罐
sab
b
qq
qq
m a x
注意在很多情况下必须设气罐气 源 设 备 ----空气压缩机式中,qc -- 空压机的吸入流量,m3/min (ANR)
k -- 修正系数 。 主要考虑气动元件,管接头等处的泄漏,多台气动设备不一定同时使用的利用率以及增添新的气动设备的可能性等因素 。 一般可取 1.3-1.5
qb -- 向气动系统提供的流量,m3/min (ANR)
qmax -- 气动系统的最大耗气量,m3/min (ANR)
qsa -- 气动系统的平均耗气量,m3/min (ANR)
后冷却器后冷却器安装在空气压缩机的出口,它的作用是将空气压缩机产生的高温压缩空气降低到 40～ 50℃,使压缩空气中的油雾和水气达到饱和,使其大部分析出并凝结成油滴和水滴分离出来,达到初步净化压缩空气的目的 。
后冷却器一般分为风冷式和水冷式 。
气 源 设 备 ----后冷却器风冷式后冷却器工作原理：压缩空气通过一束束管道,由风扇产生的冷空气强迫吹向管道,冷热空气进行热交换,被冷却的压缩空气输出口温度大约比室温高 15℃ 。 风冷式后冷却器能将压缩机产生的高温压缩空气冷却到
40℃ 以下,且能有效除去空气中水份 。 它具有结构紧凑,重量轻,安装空间小,便于维修,运行成本低等优点 。
气 源 设 备 ----后冷却器气 源 设 备 ----风冷式后冷却器气 源 设 备 ----风冷式后冷却器水冷式后冷却器：水冷式后冷却器的结构形式很多,主要有蛇管式,列管式和套管式 。
蛇管式冷却器：压缩空气在管内流动，冷却水在管外水套中流动。结构简单，使用和维修方便。适用于流量较小的任何压力范围，使用较广泛。
列管式冷却器：压缩空气在管间流动，冷却水在管内流动。管内流动的冷却水可以是单程或双程流动。通过隔板的配置，管外的空气以垂直于管束的流向曲折前进。
适用于低中压，大流量的压缩空却。
套管式冷却器：压缩空气在内管中流动，冷却水在套管中流动。由于水的流通截面小，容易达到高速流动，有利于热交换，管间清洗也方便。但管材耗用量大，结构较笨重，因此主要用于 4～ 15MPa的压力范围，且压缩空气的流量不大。
气 源 设 备 ----水冷式后冷却器气 源 设 备 ----水冷式后冷却器气 源 设 备 ----水冷式后冷却器一般气动系统中的气罐多为立式,它用钢板焊接而成,并装有起保护作用的安全阀,指示罐内压力的压力表和排放冷凝水的排水阀,
气 源 设 备 ----气罐后冷却器输出的压缩空气输送到气罐 。 气罐的作用是贮存一定数量的压缩空气；消除压力波动,保证输出气流的连续性；调节用气量或以备发生故障和临时需要应急使用；进一步分离压力空气中的水分和油分 。 对于活塞式空压机,应考虑在压缩机和后冷却器之间安装缓冲气罐,以消除空压机输出压力的脉动,保护后冷却器；而螺杆式空压机,输出压力比较平稳,一般不必加缓冲气罐 。
气 源 设 备 ----气罐气罐的选用一般情况下可根据压缩机排气量 qV大小选择：
qV＜ 6 m3/min时,V＝ 0.2 qV m3
qV＝ 6～ 30 m3/min时,V＝ 0.15qV m3
qV＞ 30 m3/min时,V＝ 0.1 qV m3
需要气罐存储一定量的压缩空气时停电时维持系统工作一段时间的情况：
式中,V--气罐容积,L
P1--突然停电时气罐内的压力,Mpa
P2--气动系统允许的最低工作压力,Mpa
Pa--大气压力,0.1MPa
qmax-- 气动系统的最大耗气量,L/min (ANR)
t --停电后,应维持气动系统正常工作的时间 。
)(60 21
m a x
pp
tqpV a
气 源 设 备 ----气罐若空压机的吸入流量是按气动系统的平均耗气量选定的,
当气动系统在最大耗气量工作时,应按下式确定气罐容积式中,V--气罐容积,L
qmax-- 气动系统的最大耗气量,L/min (ANR)
qsa-- 气动系统的平均耗气量,L/min (ANR)
P --气动系统的使用压力 （ 绝对压力 ）,Mpa
Pa--大气压力,0.1MPa
t --气动系统在最大耗气量下的工作时间 。 s
p
tPqqV asa
60
)( m a x 最大耗气量和平均耗气量相差较大时用此方法气 源 设 备 ----气罐管 路 系 统气源系统管道主要指：压缩空气站内管道；室外厂区压缩空气管道；厂房车间内压缩空气管道。设计中主要应注意：
系统压力、流量的要求；空气净化的质量要求及供气可靠性要求。
气源系统管道的设计内容
压缩空气站内管道：包括压缩机的排气口至后冷却器,贮气罐,
油水分离器,干燥器等设备的压缩空气管道 。
厂区压缩空气管道：包括从压缩空气站至各用气车间的压缩空气输送管道 。
用气车间压缩空气管道：包括从车间入口到气动装置和气动设备的压缩空气输送管道 。
气源系统管道的设计准则供气的压力和流量,
若工厂中的各气动设备或气动装置对气源压力有多种压力要求时,气源系统管道必须以满足最高压力要求设计 。 若仅采用同一个管道系统供气,对供气压力要求较低者可通过减压阀来实现 。
由供气的最大流量和允许压缩空气在管道内流动的最大压力损失决定气源供气系统管道的管径 。
为避免在管道内流动时有较大的压力损失,压缩空气在管道内的流动速度一般小于 25m/s。
压缩空气管道直径的大小,可由下式求得：
式中 D——压缩空气管道直径 （ m） ；
qv——压缩空气在管道内的体积流量 （ m3/s） ；
v——压缩空气在管道内的流速 （ m/s） 。
v
qD v
3 6 0 0
4?
管 路 系 统供气的可靠性和经济性终端管网供气系统 供气系统简单,经济性好,可靠性低,适用于间断供气的工厂或车间 。 但该系统中的阀门等附件容易损坏,尤其开关频繁的阀门更容易损坏 。 解决的方法是开关频繁的阀门,用两个串联起来,其中一个用于经常动作,一个一般情况下总开启,当经常动作的阀门需要更换检修时,这一阀门才关闭,使之与系统切断,不致影响整个系统的工作
。
环状管网供气系统 供气可靠性比单树枝状管网状高,而且压力较稳定,末端压力损失小 。 当支管上有一个阀门损坏需要检修时,可将环形管网上两侧的阀门关闭,以保证更换,维修支管上的阀门时,整个系统能正常工作 。 但此系统成本较高
。
管 路 系 统管 路 系 统终端管网供气系统管 路 系 统环形管网供气系统气源处理的目的就是使用各种方法除去压缩空气中含有的水分,
油分和其它固体颗粒 。
不同的用气场合要求不同的空气质量,因而有不同的处理方法 。
气源处理元件 ----气源的一般处理过程在气压传动系统中,未经处理的压缩空气含有大量的水分 （ 液态,气态和气溶胶 ）,油分 （ 液态,气态和气溶胶 ） 和固体颗粒相混合的杂质,这些杂质会给气动系统带来极坏的影响 。
气动系统对压缩空气要求要具有一定的清洁度和干燥度 。
清洁度是指气源中含有的杂质 （ 油,水及灰尘 ） 粒径在一定的范围内 。
干燥度是指压缩空气中含水分的程度 。 气动装置要求压缩空气的含水量越小越好 。
气源处理元件 ----气源的一般处理过程系统号 压缩空气 压缩空气中的不纯物 应用实例质量 水分 颗粒 油 油味
№ 1
空气过滤器有微量灰尘,水份和油存在湿度
100%
5 微米其他
2,10
20,40
70,1 0 0
5
毫克 / 米
3
有油味
·一般工业机械设备
·夹具及工具 （气动台钳，卡盘，气锤等）
·一般清理 （风枪等）
№ 2
油雾分离器虽未干燥，但去除水气，灰尘和油湿度 1 0 0 %
0,3
微米
1
毫克 / 米
3
有油味
·工业机械 （采用间隙密封的场合）
№ 3
空气过滤器有微量灰尘和油，但不含水气大气压露点
-1 7 ℃ 以下
5 微米其他
2,10
20,40
70,1 0 0
5
毫克 / 米
3 有油味
·能适应空气温度急降的场合
№ 4
油雾分离器不含灰尘，水气和油大气压露点
-1 7 ℃ 以下
0,3
微米
1
毫克 / 米
3 有油味
·测试设备 （过程）
·高级喷涂设备
·冷却设备
··通用干燥设备
№ 5
油雾分离器微雾分离器几 乎 所 有 灰尘，水气和油都被去除大气压露点
-1 7 ℃ 以下
0,0 1
微米
0,1
毫克 / 米
3 有油味
·气动测试仪器 （高精度仪 器适用）
·干燥和清理设备
№ 6
油雾分离器超小油雾分离器几 乎 所 有 灰尘，水气和油都被去除大气压露点
-1 7 ℃ 以下
0,0 1
微米
0,0 1
毫克 / 米
3
有油味
·静电喷涂
·高级喷涂
·空气轴承
№ 7
油雾分离器超小油雾分离器除臭过滤器去除所有的气味及水气，灰尘，油近乎于纯净大气压露点
-1 7 ℃ 以下
0,0 1
微米
0,0 0 4
毫克 / 米
3
无油味
·食品和药品工业吸取，传送，
包装配置
·包装系统的除湿装置
·洁净室
№ 8
油雾分离器无热再生干燥器微雾分离器低露点，不含灰尘及油大气压露点
-5 0 ℃ 以下
0,0 1
微米
0,1
毫克 / 米
3 有油味
·干燥电子元件
·医药产品存储
·干燥装料罐
·粉沫输送系统
·船舶测试设备气源处理元件 ----气源的一般处理过程气源处理元件 ----气源的一般处理过程压缩空气的净化方法固态颗粒：重力沉积惯性分离：离心分离,撞击分离拦截过滤：金属网,烧结材料,玻璃纤维,树脂水分：液态：重力沉积惯性分离拦截过滤气态：降温 (风冷,水冷 )
冷冻吸附 (无热再生,加热再生 )
高分子隔膜油分：液态：重力沉积,惯性分离,拦截过滤气状溶胶,纤维层多孔率芯拦截气态：活性炭吸附气源处理元件 ----气源的一般处理过程
。
气 源 处 理 元 件 ----过滤器过滤器用于滤除空气中含有的固体颗粒、水分、油分、臭味等各类杂质。
气动系统中常用过滤器的工作原理：
利用离心力除掉固体颗粒,液态的水和油利用滤芯过滤根据使用场所不同,过滤精度不同,可分为：
主管路过滤器,3μm(去除 95%)
空气过滤器,2,5,10,20,40,70,100μm
油雾分离器,0.3μm(去除 95%)
微雾分离器 0.01μm(去除 95%)
超微油雾分离器,0.01μm(去除 95%)去除气态油粒子除臭过滤器,0.01μm(去除 95%)可除去压缩空气中的气味和有害气体 。
主管路过滤器：安装在主管路中,清除压缩空气中的油污,水分和粉尘等,以提高下游干燥器的工作效率
,延长精密过滤器的使用时间 。
气 源 处 理 元 件 ----主管路过滤器气 源 处 理 元 件 ----主管路过滤器空气过滤器：可除去压缩空气中固态杂质,液态的水滴和油污,不能除去气态的水和油 。
气 源 处 理 元 件 ----空气过滤器气 源 处 理 元 件 ----空气过滤器空气过滤器工作原理油雾分离器：可分离掉主管路过滤器和空气过滤器难以分离掉 0.3-5μm气溶胶油离子及大于 0.3μm的锈末和其他微粒 。 因为油滴直径小于 2～ 3μm时已很难附着在物体上,要分离这些微滴油雾,需要使用凝聚式滤芯 。
油雾分离器就是使用这种滤芯来除油的 。
气 源 处 理 元 件 ----油雾分离器过滤器的使用：
要定期地清洗更换或清洗滤芯 。
在油雾分离器前应加空气过滤器 。
在微雾分离器和超微雾分离器前应设置作为前置过滤器的油雾分离器 。
气 源 处 理 元 件 ----过滤器过滤器的选用：
应根据通过过滤器的最大流量及两端允许的最大压力降来选择过滤器的规格 。 （ 流量特性 ）
根据对空气质量的要求来选择过滤器的精度 。
选择过滤器的功能,如是否需要自动排水等 。
对于旋风式的空气过滤器,通过过滤器的流量不能太小
,否则是不能有效地清除油水和杂质的 。
气 源 处 理 元 件 ----过滤器气 源 处 理 元 件 ----过滤器气 源 处 理 元 件 ----过滤器气源处理元件 ----自动排水器压缩空气经净化处理滤出的污水将积聚在净化设备的底部（如干燥器、贮气罐、过滤器等）。另外，输气管道被安装成有一定的斜度，故在管道的低处、拐弯处等也会积聚污水。这些水分必须及时排除。
用来排除污水的装置称为排水器。按其控制方式可分为人工控制和自动控制两大类。由于气动技术的发展和大量应用，靠人工的方法进行定期排水已变得不可靠（有些场合也不便于人工操作）。
因此，有必要采用自动排水器，当积水达到一定量时便由自动排水器自动排除。
自动排水器的原理和结构有多种。有的作为单独的元件安装在净化设备的排水口处；有的则安装在过滤器下壳体内。自动排水器按其控制方式可分为浮子式、弹簧式、差压式和电动式。
气源处理元件 ----浮子式自动排水器气源处理元件 ----浮子式自动排水器电动式自动排水器,电动机驱动凸轮旋转,拨动杠杆操作截止阀,定期排除凝结物 。 能很好地抵抗振动 。 因而,常用于流动压缩机,公共汽车及卡车的气动系统中 。
气源处理元件 ----电动式自动排水器气 源 处 理 元 件 ----干燥器压缩空气经过后冷却器、气罐和主管路过滤器等初步净化后，
仍含有一定量的水蒸气。这些水蒸气在气动系统运行过程中，
随着空气温度的降低，也会凝结成液态的水滴，对系统造成不利的影响。
空气干燥器是用于除去压缩空气中的水分，得到干燥空气的装置。它在气动元件中是属于大型、高价的元件。
根据除去水分的方法，工业上常用的干燥器为冷冻式干燥器、
吸附式干燥器和高分子隔膜式干燥器。
在选用气源净化设备时，往往受到费用的限制，而降低了对可靠性的要求。结果使气动元件的故障增多，寿命降低，最终反而使气动系统的费用增加。
气 源 处 理 元 件 ----干燥器冷冻式干燥器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蒸汽压部分的水分，再升高空气温度，
使它以不饱和状态输出。冷冻式干燥器由于受水的冰点温度的限制，其冷冻温度不可能很低，一般在 0.7MPa时的压力露点温度约 5～ 10℃,换算成大气压露点约 -17～ -20℃ 。
冷冻式空气干燥机的工作原理如图所示：最初进入空气干燥机是湿热的空气，先通过风冷式冷却器预先冷却。然后进入冷却室，被冷媒气体冷却到 2～ 5℃ 以除湿。最后，冷凝变成的水滴被自动排水器排走。冷却室内冷冻螺旋管外周如挂满油污和灰尘，将使冷却效率大为降低，因此在干燥器前应装有除去灰尘和油污的过滤器。
气 源 处 理 元 件 ----干燥器气 源 处 理 元 件 ----干燥器吸附式干燥器是利用硅胶、活性氧化铝、焦碳、分子筛等物质表面能吸附水分的特性来清除水分的。
由于水分和这些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。按再生的方法分为带加热器的加热再生和使用部分干燥空气吹干的无热再生。
吸附式干燥器由于不受水的冰点温度的限制，因此干燥效果较好，干燥后的空气在大气压下的露点温度可达 -30～ -50℃ 。
但是处理流量小，适合用于处理空气量小，但干燥程度要求高的场合。
气 源 处 理 元 件 ----干燥器无热再生式空气干燥器，有两个填满干燥剂的相同容器。空气从一个容器的下部流到上部，水分被干燥剂吸收而得到干燥，一部分干燥后的空气又从另一个容器的上部流到下部，
从饱和的干燥剂中把水分带走并放入大气。即实现了不需外加热源而使吸附剂再生,Ⅰ,Ⅱ 两容器定期的交换工作（ 5～
10min） 使吸附剂产生吸附和再生，这样可得到连续输出的干燥压缩空气。
气 源 处 理 元 件 ----干燥器气 源 处 理 元 件 ----干燥器特点：
具有无可动部件,维修量小,无需电源,重量轻,成本低,
工作时不会产生冷凝水等优点 。
输出空气的大气压露点可达 -20℃ 。
气 源 处 理 元 件 ----干燥器高分子隔膜式干燥器工作原理：采用中空的高分子膜，可使水蒸气很容易透过，而氮气和氧气很难透过，当中空膜的内外水蒸气分压力不同时，水分子即可随分压力差在膜间移动。
当湿的压缩空气进入中空隔膜时，大量的水蒸气便透过隔膜，
在出口处得到干燥空气。将干燥后的空气分出一部分流过中空膜外部，以保持膜内外侧间的水蒸气分压力差，膜内侧的水蒸气可不断向膜外侧透过。
气 源 处 理 元 件 ----干燥器为实现不同的功能,将过滤器,减压阀和油雾器等元件进行不同的组合,就构成空气组合元件 （ 注意减压阀位置 ） 。
各元件间采用模块式连接方式,利用连接块和托架上的斜面与元件上的斜面相配,元件间有带密封圈的接头,拧紧紧定螺钉便将组件拉紧在一起 。
这种连接方式安装简单,密封性好,易于实现标准化,系列化
,可缩小外形尺寸,节省空间和配管,便于维修,集中管理 。
气 源 处 理 元 件 ----空气组合元件气源处理组合模块序号 组 合 方 式
1 过滤器＋减压阀＋油雾器
2 过滤器带减压阀＋油雾器
3 过滤器＋减压阀
4 过滤器＋油雾分离器＋减压阀
5 过滤器带减压阀＋油雾分离器组合模块的附加功能附 件 功 能管接头 易于装或拆卸管子单向阀 防止油雾器的油倒流压力继电器 开关调定压力
T 型隔板 能改变空气的流向残压排放阀 易于排泄管道压力气 源 处 理 元 件 ----空气组合元件气 源 处 理 元 件 ----空气组合元件
—气源设备及气源处理元件前言气源设备空气压缩机后冷却器气罐管路系统气源处理元件气源的一般处理过程自动排水器过滤器干燥器空气组合元件主 要 内 容前 言气动系统的介质为压缩空气。
对压缩空气的要求：
要求压缩空气具有一定的压力和足够的流量。
要求压缩空气有一定的清洁度和干燥度。
前 言气源设备用以产生、处理和存贮压缩空气。
从气源设备出来的压缩空气中含有大量的水分、
油份和粉尘等杂质。
为了使使用压缩空气的气动系统正常工作，必须适当清除这些杂质。
清除这些杂质的元件就是气源处理元件。
压缩空气中的水分、油分和粉尘对气动系统有什么影响？ （实际中很多人对此不太重视）
水分导致,腐蚀生锈、润滑油变质、如果低温会结冰使元件动作不良。
油分导致,使橡胶和塑料材料变质和老化；变质油分粘度大，导致元件的运动部分动作不灵活；堵塞小孔影响元件性能；油泥的水溶液呈酸性锈蚀金属；积存在后冷却器、干燥器中会降低工作效率。
粉尘导致,相对运动件磨损，造成元件动作不良；加速过滤器滤芯的堵塞、增大流动阻力；加速密封件的损伤，导致泄漏增大。
液态油、水及粉尘从排气口排出，会污染环境影响产品质量。例如食品行业等要求较高。
前 言气源设备主要包括空气压缩机、后冷却器、气罐和主路过滤器、干燥机等。
空气压缩机将大气压状态下的空气压缩成较高压力的空气。
由空气压缩机出来的空气温度较高，且含有大量的水分和油分等杂质。通过后冷却器降低压缩空气的温度
，将空气中的水蒸气和油雾凝结成液态的水滴和油滴分离出去。
由后冷却器出来的空气进入气罐储存起来，供气动系统使用。气罐可以起到存储空气、消除压力脉动、进一步分离水分和油分等杂质的作用。
在后冷却器、气罐和主路过滤器的最低点处都应该设有手动或自动的排水器，以便排出液态的油和水。
气 源 设 备气 源 设 备 – 典 型气源系统空气压缩机的分类按工作原理：容积型压缩机和速度型压缩机按结构形式：
气动系统中常用的有活塞式和螺杆式
转子式离心式轴流式速度型转子式螺杆式叶片式回转式膜片式活塞式往复式容积型气 源 设 备 ----空气压缩机空气压缩机的作用空气压缩机是将机械能转换成气体压力能的一种转换装置,即气压发生装置,它为气动装置提供具有一定压力和流量的压缩空气 。
按排气压力分类,名 称 排气压力（ bar ）
低压压缩机 0,2 ＜ p ≤ 1
中压压缩机 1 ＜ p ≤ 10
高压压缩机 10 ＜ p ≤ 100
超高压压缩机 p ＞ 100
名称 排气量 V （ m 3 / m i n ）
微 型 V ≤ 1
小 型 1 ＜ V ≤ 10
中 型 10 ＜ V ≤ 1 00
大 型 V ＞ 1 00
气 源 设 备 ----空气压缩机按气量（自由空气流量）分类：
活塞式压缩机：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 。
理解：气动系统中压力是由负载 （ 广义 ） 建立起来的 。
气 源 设 备 ----空气压缩机膜片式压缩机：膜片式压缩机能提供 0.5MPa的压缩空气 。 由于它完全没有油,因此广泛应用于食品,医药和相类似的工业中 。
气 源 设 备 ----空气压缩机叶片式压缩机：叶片式压缩机的主要特点是无往复运动,
它主要由定子,转子和叶片组成,转子上开有一定数量的沟槽,每个槽内嵌入一个叶片,偏心地装在定子内 。 当转子旋转时,离心力使得叶片与定子内部相接触,从进口到出口,相邻两叶片间的空间逐渐减少,压缩空气被压缩,
达到一定压力后即排除机外 。
气 源 设 备 ----空气压缩机螺杆式压缩机：压缩由壳体和两个互相啮合的阴阳转子（
螺杆）组成空间内的气体。利用两螺杆表面上所特有的螺旋凹凸型的气道与气缸内壁之间形成的容积逐渐变化，来实现对气体的吸入、压缩和排出过程。因为机器的转速很高，气体的吸入和排出又是连续的，吸排气可看成是无脉动的，因此可以除去一个为消除脉动而设的贮气罐。
气 源 设 备 ----空气压缩机压缩机类型 优 点 缺 点 应用范围活塞式
1,背压稳定、压力范围大；
2,适应性强，单机能适应任意流量；
3,效率高 ；
4,在一般压力范围内，结构制造材质要求低，可用普通钢材
1,单机排气量大时，结构尺寸较大，占地面积大；
2,结构复杂，易损件多；
3,运转时有振动；
4,排气不连续，压力有脉动 ；
5,气体质量差适 用 于 高压,中小流量场合螺杆式叶片式
1,没有往复运动的零件，结构简单紧凑、重量轻、维修方便；
2,供气均匀，压力脉动小，不需设置大容量的贮气罐 ；
3,机器运行时，运行部件的动力平衡好，寿命长
1,转速较高，吸、排气口周期性相通，切断产生强烈的空气动力噪声；
2,运动部件与固定部件之间密封困难；
3,效率较低适用低压,
中小流量气 源 设 备 ----空气压缩机特点比较空气压缩机的选用原则按空压机的特性要求,选择空压机的类型根据气动系统所需要的 工作压力 和 流量 确定空压机的输出压力和吸入流量,最终选取空压机的型号 。
空压机的输出压力 pc：
式中,pc -- 空压机的输出压力,MPa
p -- 气动执行元件的最高使用压力,MPa
ΣΔp-- 气动系统中的总压力损失,Mpa一般为 0.15-0.2
pppc
气 源 设 备 ----空气压缩机空压机的吸入流量 qc:
bc qkq
设气罐不设气罐
sab
b
m a x
注意在很多情况下必须设气罐气 源 设 备 ----空气压缩机式中,qc -- 空压机的吸入流量,m3/min (ANR)
k -- 修正系数 。 主要考虑气动元件,管接头等处的泄漏,多台气动设备不一定同时使用的利用率以及增添新的气动设备的可能性等因素 。 一般可取 1.3-1.5
qb -- 向气动系统提供的流量,m3/min (ANR)
qmax -- 气动系统的最大耗气量,m3/min (ANR)
qsa -- 气动系统的平均耗气量,m3/min (ANR)
后冷却器后冷却器安装在空气压缩机的出口,它的作用是将空气压缩机产生的高温压缩空气降低到 40～ 50℃,使压缩空气中的油雾和水气达到饱和,使其大部分析出并凝结成油滴和水滴分离出来,达到初步净化压缩空气的目的 。
后冷却器一般分为风冷式和水冷式 。
气 源 设 备 ----后冷却器风冷式后冷却器工作原理：压缩空气通过一束束管道,由风扇产生的冷空气强迫吹向管道,冷热空气进行热交换,被冷却的压缩空气输出口温度大约比室温高 15℃ 。 风冷式后冷却器能将压缩机产生的高温压缩空气冷却到
40℃ 以下,且能有效除去空气中水份 。 它具有结构紧凑,重量轻,安装空间小,便于维修,运行成本低等优点 。
气 源 设 备 ----后冷却器气 源 设 备 ----风冷式后冷却器气 源 设 备 ----风冷式后冷却器水冷式后冷却器：水冷式后冷却器的结构形式很多,主要有蛇管式,列管式和套管式 。
蛇管式冷却器：压缩空气在管内流动，冷却水在管外水套中流动。结构简单，使用和维修方便。适用于流量较小的任何压力范围，使用较广泛。
列管式冷却器：压缩空气在管间流动，冷却水在管内流动。管内流动的冷却水可以是单程或双程流动。通过隔板的配置，管外的空气以垂直于管束的流向曲折前进。
适用于低中压，大流量的压缩空却。
套管式冷却器：压缩空气在内管中流动，冷却水在套管中流动。由于水的流通截面小，容易达到高速流动，有利于热交换，管间清洗也方便。但管材耗用量大，结构较笨重，因此主要用于 4～ 15MPa的压力范围，且压缩空气的流量不大。
气 源 设 备 ----水冷式后冷却器气 源 设 备 ----水冷式后冷却器气 源 设 备 ----水冷式后冷却器一般气动系统中的气罐多为立式,它用钢板焊接而成,并装有起保护作用的安全阀,指示罐内压力的压力表和排放冷凝水的排水阀,
气 源 设 备 ----气罐后冷却器输出的压缩空气输送到气罐 。 气罐的作用是贮存一定数量的压缩空气；消除压力波动,保证输出气流的连续性；调节用气量或以备发生故障和临时需要应急使用；进一步分离压力空气中的水分和油分 。 对于活塞式空压机,应考虑在压缩机和后冷却器之间安装缓冲气罐,以消除空压机输出压力的脉动,保护后冷却器；而螺杆式空压机,输出压力比较平稳,一般不必加缓冲气罐 。
气 源 设 备 ----气罐气罐的选用一般情况下可根据压缩机排气量 qV大小选择：
qV＜ 6 m3/min时,V＝ 0.2 qV m3
qV＝ 6～ 30 m3/min时,V＝ 0.15qV m3
qV＞ 30 m3/min时,V＝ 0.1 qV m3
需要气罐存储一定量的压缩空气时停电时维持系统工作一段时间的情况：
式中,V--气罐容积,L
P1--突然停电时气罐内的压力,Mpa
P2--气动系统允许的最低工作压力,Mpa
Pa--大气压力,0.1MPa
qmax-- 气动系统的最大耗气量,L/min (ANR)
t --停电后,应维持气动系统正常工作的时间 。
)(60 21
m a x
pp
tqpV a
气 源 设 备 ----气罐若空压机的吸入流量是按气动系统的平均耗气量选定的,
当气动系统在最大耗气量工作时,应按下式确定气罐容积式中,V--气罐容积,L
qmax-- 气动系统的最大耗气量,L/min (ANR)
qsa-- 气动系统的平均耗气量,L/min (ANR)
P --气动系统的使用压力 （ 绝对压力 ）,Mpa
Pa--大气压力,0.1MPa
t --气动系统在最大耗气量下的工作时间 。 s
p
tPqqV asa
60
)( m a x 最大耗气量和平均耗气量相差较大时用此方法气 源 设 备 ----气罐管 路 系 统气源系统管道主要指：压缩空气站内管道；室外厂区压缩空气管道；厂房车间内压缩空气管道。设计中主要应注意：
系统压力、流量的要求；空气净化的质量要求及供气可靠性要求。
气源系统管道的设计内容
压缩空气站内管道：包括压缩机的排气口至后冷却器,贮气罐,
油水分离器,干燥器等设备的压缩空气管道 。
厂区压缩空气管道：包括从压缩空气站至各用气车间的压缩空气输送管道 。
用气车间压缩空气管道：包括从车间入口到气动装置和气动设备的压缩空气输送管道 。
气源系统管道的设计准则供气的压力和流量,
若工厂中的各气动设备或气动装置对气源压力有多种压力要求时,气源系统管道必须以满足最高压力要求设计 。 若仅采用同一个管道系统供气,对供气压力要求较低者可通过减压阀来实现 。
由供气的最大流量和允许压缩空气在管道内流动的最大压力损失决定气源供气系统管道的管径 。
为避免在管道内流动时有较大的压力损失,压缩空气在管道内的流动速度一般小于 25m/s。
压缩空气管道直径的大小,可由下式求得：
式中 D——压缩空气管道直径 （ m） ；
qv——压缩空气在管道内的体积流量 （ m3/s） ；
v——压缩空气在管道内的流速 （ m/s） 。
v
qD v
3 6 0 0
4?
管 路 系 统供气的可靠性和经济性终端管网供气系统 供气系统简单,经济性好,可靠性低,适用于间断供气的工厂或车间 。 但该系统中的阀门等附件容易损坏,尤其开关频繁的阀门更容易损坏 。 解决的方法是开关频繁的阀门,用两个串联起来,其中一个用于经常动作,一个一般情况下总开启,当经常动作的阀门需要更换检修时,这一阀门才关闭,使之与系统切断,不致影响整个系统的工作
。
环状管网供气系统 供气可靠性比单树枝状管网状高,而且压力较稳定,末端压力损失小 。 当支管上有一个阀门损坏需要检修时,可将环形管网上两侧的阀门关闭,以保证更换,维修支管上的阀门时,整个系统能正常工作 。 但此系统成本较高
。
管 路 系 统管 路 系 统终端管网供气系统管 路 系 统环形管网供气系统气源处理的目的就是使用各种方法除去压缩空气中含有的水分,
油分和其它固体颗粒 。
不同的用气场合要求不同的空气质量,因而有不同的处理方法 。
气源处理元件 ----气源的一般处理过程在气压传动系统中,未经处理的压缩空气含有大量的水分 （ 液态,气态和气溶胶 ）,油分 （ 液态,气态和气溶胶 ） 和固体颗粒相混合的杂质,这些杂质会给气动系统带来极坏的影响 。
气动系统对压缩空气要求要具有一定的清洁度和干燥度 。
清洁度是指气源中含有的杂质 （ 油,水及灰尘 ） 粒径在一定的范围内 。
干燥度是指压缩空气中含水分的程度 。 气动装置要求压缩空气的含水量越小越好 。
气源处理元件 ----气源的一般处理过程系统号 压缩空气 压缩空气中的不纯物 应用实例质量 水分 颗粒 油 油味
№ 1
空气过滤器有微量灰尘,水份和油存在湿度
100%
5 微米其他
2,10
20,40
70,1 0 0
5
毫克 / 米
3
有油味
·一般工业机械设备
·夹具及工具 （气动台钳，卡盘，气锤等）
·一般清理 （风枪等）
№ 2
油雾分离器虽未干燥，但去除水气，灰尘和油湿度 1 0 0 %
0,3
微米
1
毫克 / 米
3
有油味
·工业机械 （采用间隙密封的场合）
№ 3
空气过滤器有微量灰尘和油，但不含水气大气压露点
-1 7 ℃ 以下
5 微米其他
2,10
20,40
70,1 0 0
5
毫克 / 米
3 有油味
·能适应空气温度急降的场合
№ 4
油雾分离器不含灰尘，水气和油大气压露点
-1 7 ℃ 以下
0,3
微米
1
毫克 / 米
3 有油味
·测试设备 （过程）
·高级喷涂设备
·冷却设备
··通用干燥设备
№ 5
油雾分离器微雾分离器几 乎 所 有 灰尘，水气和油都被去除大气压露点
-1 7 ℃ 以下
0,0 1
微米
0,1
毫克 / 米
3 有油味
·气动测试仪器 （高精度仪 器适用）
·干燥和清理设备
№ 6
油雾分离器超小油雾分离器几 乎 所 有 灰尘，水气和油都被去除大气压露点
-1 7 ℃ 以下
0,0 1
微米
0,0 1
毫克 / 米
3
有油味
·静电喷涂
·高级喷涂
·空气轴承
№ 7
油雾分离器超小油雾分离器除臭过滤器去除所有的气味及水气，灰尘，油近乎于纯净大气压露点
-1 7 ℃ 以下
0,0 1
微米
0,0 0 4
毫克 / 米
3
无油味
·食品和药品工业吸取，传送，
包装配置
·包装系统的除湿装置
·洁净室
№ 8
油雾分离器无热再生干燥器微雾分离器低露点，不含灰尘及油大气压露点
-5 0 ℃ 以下
0,0 1
微米
0,1
毫克 / 米
3 有油味
·干燥电子元件
·医药产品存储
·干燥装料罐
·粉沫输送系统
·船舶测试设备气源处理元件 ----气源的一般处理过程气源处理元件 ----气源的一般处理过程压缩空气的净化方法固态颗粒：重力沉积惯性分离：离心分离,撞击分离拦截过滤：金属网,烧结材料,玻璃纤维,树脂水分：液态：重力沉积惯性分离拦截过滤气态：降温 (风冷,水冷 )
冷冻吸附 (无热再生,加热再生 )
高分子隔膜油分：液态：重力沉积,惯性分离,拦截过滤气状溶胶,纤维层多孔率芯拦截气态：活性炭吸附气源处理元件 ----气源的一般处理过程
。
气 源 处 理 元 件 ----过滤器过滤器用于滤除空气中含有的固体颗粒、水分、油分、臭味等各类杂质。
气动系统中常用过滤器的工作原理：
利用离心力除掉固体颗粒,液态的水和油利用滤芯过滤根据使用场所不同,过滤精度不同,可分为：
主管路过滤器,3μm(去除 95%)
空气过滤器,2,5,10,20,40,70,100μm
油雾分离器,0.3μm(去除 95%)
微雾分离器 0.01μm(去除 95%)
超微油雾分离器,0.01μm(去除 95%)去除气态油粒子除臭过滤器,0.01μm(去除 95%)可除去压缩空气中的气味和有害气体 。
主管路过滤器：安装在主管路中,清除压缩空气中的油污,水分和粉尘等,以提高下游干燥器的工作效率
,延长精密过滤器的使用时间 。
气 源 处 理 元 件 ----主管路过滤器气 源 处 理 元 件 ----主管路过滤器空气过滤器：可除去压缩空气中固态杂质,液态的水滴和油污,不能除去气态的水和油 。
气 源 处 理 元 件 ----空气过滤器气 源 处 理 元 件 ----空气过滤器空气过滤器工作原理油雾分离器：可分离掉主管路过滤器和空气过滤器难以分离掉 0.3-5μm气溶胶油离子及大于 0.3μm的锈末和其他微粒 。 因为油滴直径小于 2～ 3μm时已很难附着在物体上,要分离这些微滴油雾,需要使用凝聚式滤芯 。
油雾分离器就是使用这种滤芯来除油的 。
气 源 处 理 元 件 ----油雾分离器过滤器的使用：
要定期地清洗更换或清洗滤芯 。
在油雾分离器前应加空气过滤器 。
在微雾分离器和超微雾分离器前应设置作为前置过滤器的油雾分离器 。
气 源 处 理 元 件 ----过滤器过滤器的选用：
应根据通过过滤器的最大流量及两端允许的最大压力降来选择过滤器的规格 。 （ 流量特性 ）
根据对空气质量的要求来选择过滤器的精度 。
选择过滤器的功能,如是否需要自动排水等 。
对于旋风式的空气过滤器,通过过滤器的流量不能太小
,否则是不能有效地清除油水和杂质的 。
气 源 处 理 元 件 ----过滤器气 源 处 理 元 件 ----过滤器气 源 处 理 元 件 ----过滤器气源处理元件 ----自动排水器压缩空气经净化处理滤出的污水将积聚在净化设备的底部（如干燥器、贮气罐、过滤器等）。另外，输气管道被安装成有一定的斜度，故在管道的低处、拐弯处等也会积聚污水。这些水分必须及时排除。
用来排除污水的装置称为排水器。按其控制方式可分为人工控制和自动控制两大类。由于气动技术的发展和大量应用，靠人工的方法进行定期排水已变得不可靠（有些场合也不便于人工操作）。
因此，有必要采用自动排水器，当积水达到一定量时便由自动排水器自动排除。
自动排水器的原理和结构有多种。有的作为单独的元件安装在净化设备的排水口处；有的则安装在过滤器下壳体内。自动排水器按其控制方式可分为浮子式、弹簧式、差压式和电动式。
气源处理元件 ----浮子式自动排水器气源处理元件 ----浮子式自动排水器电动式自动排水器,电动机驱动凸轮旋转,拨动杠杆操作截止阀,定期排除凝结物 。 能很好地抵抗振动 。 因而,常用于流动压缩机,公共汽车及卡车的气动系统中 。
气源处理元件 ----电动式自动排水器气 源 处 理 元 件 ----干燥器压缩空气经过后冷却器、气罐和主管路过滤器等初步净化后，
仍含有一定量的水蒸气。这些水蒸气在气动系统运行过程中，
随着空气温度的降低，也会凝结成液态的水滴，对系统造成不利的影响。
空气干燥器是用于除去压缩空气中的水分，得到干燥空气的装置。它在气动元件中是属于大型、高价的元件。
根据除去水分的方法，工业上常用的干燥器为冷冻式干燥器、
吸附式干燥器和高分子隔膜式干燥器。
在选用气源净化设备时，往往受到费用的限制，而降低了对可靠性的要求。结果使气动元件的故障增多，寿命降低，最终反而使气动系统的费用增加。
气 源 处 理 元 件 ----干燥器冷冻式干燥器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蒸汽压部分的水分，再升高空气温度，
使它以不饱和状态输出。冷冻式干燥器由于受水的冰点温度的限制，其冷冻温度不可能很低，一般在 0.7MPa时的压力露点温度约 5～ 10℃,换算成大气压露点约 -17～ -20℃ 。
冷冻式空气干燥机的工作原理如图所示：最初进入空气干燥机是湿热的空气，先通过风冷式冷却器预先冷却。然后进入冷却室，被冷媒气体冷却到 2～ 5℃ 以除湿。最后，冷凝变成的水滴被自动排水器排走。冷却室内冷冻螺旋管外周如挂满油污和灰尘，将使冷却效率大为降低，因此在干燥器前应装有除去灰尘和油污的过滤器。
气 源 处 理 元 件 ----干燥器气 源 处 理 元 件 ----干燥器吸附式干燥器是利用硅胶、活性氧化铝、焦碳、分子筛等物质表面能吸附水分的特性来清除水分的。
由于水分和这些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。按再生的方法分为带加热器的加热再生和使用部分干燥空气吹干的无热再生。
吸附式干燥器由于不受水的冰点温度的限制，因此干燥效果较好，干燥后的空气在大气压下的露点温度可达 -30～ -50℃ 。
但是处理流量小，适合用于处理空气量小，但干燥程度要求高的场合。
气 源 处 理 元 件 ----干燥器无热再生式空气干燥器，有两个填满干燥剂的相同容器。空气从一个容器的下部流到上部，水分被干燥剂吸收而得到干燥，一部分干燥后的空气又从另一个容器的上部流到下部，
从饱和的干燥剂中把水分带走并放入大气。即实现了不需外加热源而使吸附剂再生,Ⅰ,Ⅱ 两容器定期的交换工作（ 5～
10min） 使吸附剂产生吸附和再生，这样可得到连续输出的干燥压缩空气。
气 源 处 理 元 件 ----干燥器气 源 处 理 元 件 ----干燥器特点：
具有无可动部件,维修量小,无需电源,重量轻,成本低,
工作时不会产生冷凝水等优点 。
输出空气的大气压露点可达 -20℃ 。
气 源 处 理 元 件 ----干燥器高分子隔膜式干燥器工作原理：采用中空的高分子膜，可使水蒸气很容易透过，而氮气和氧气很难透过，当中空膜的内外水蒸气分压力不同时，水分子即可随分压力差在膜间移动。
当湿的压缩空气进入中空隔膜时，大量的水蒸气便透过隔膜，
在出口处得到干燥空气。将干燥后的空气分出一部分流过中空膜外部，以保持膜内外侧间的水蒸气分压力差，膜内侧的水蒸气可不断向膜外侧透过。
气 源 处 理 元 件 ----干燥器为实现不同的功能,将过滤器,减压阀和油雾器等元件进行不同的组合,就构成空气组合元件 （ 注意减压阀位置 ） 。
各元件间采用模块式连接方式,利用连接块和托架上的斜面与元件上的斜面相配,元件间有带密封圈的接头,拧紧紧定螺钉便将组件拉紧在一起 。
这种连接方式安装简单,密封性好,易于实现标准化,系列化
,可缩小外形尺寸,节省空间和配管,便于维修,集中管理 。
气 源 处 理 元 件 ----空气组合元件气源处理组合模块序号 组 合 方 式
1 过滤器＋减压阀＋油雾器
2 过滤器带减压阀＋油雾器
3 过滤器＋减压阀
4 过滤器＋油雾分离器＋减压阀
5 过滤器带减压阀＋油雾分离器组合模块的附加功能附 件 功 能管接头 易于装或拆卸管子单向阀 防止油雾器的油倒流压力继电器 开关调定压力
T 型隔板 能改变空气的流向残压排放阀 易于排泄管道压力气 源 处 理 元 件 ----空气组合元件气 源 处 理 元 件 ----空气组合元件
