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干貨-壓縮空氣系統知識大全

發(fā)布時(shí)間:2023-02-13 瀏覽量:1

壓縮空氣系統知識大全


壓縮空氣系統,狹義的來(lái)說(shuō)由氣源設備、氣源凈化設備和相關(guān)管路構成,廣義上來(lái)說(shuō),氣動(dòng)輔助元件、氣動(dòng)執行元件、氣動(dòng)控制元件、真空元件等都屬于壓縮空氣系統的范疇。

通常一個(gè)空壓機站的設備即為一個(gè)狹義的壓縮空氣系統,下圖為一個(gè)典型的壓縮空氣系統流程圖:


氣源設備(空氣壓縮機)吸入大氣,將自然狀態(tài)下的空氣壓縮成為具有較高壓力的壓縮空氣,經(jīng)過(guò)凈化設備除去壓縮空氣中的水分、油分和其它雜質(zhì)等污染物。


自然界的空氣是由多種氣體(O?、N?、CO?...等)混合而成的,水蒸氣也是其中的一種。含有一定量水蒸氣的空氣叫濕空氣,不含水蒸氣的空氣叫干空氣。我們周?chē)目諝舛际菨窨諝?,所以空氣壓縮機工作介質(zhì)自然也就是濕空氣。

濕空氣的水蒸氣含量相較而言雖然不大,但其含量對濕空氣空氣的物理性質(zhì)影響很大,在壓縮空氣凈化系統中,對壓縮空氣的干燥是主要的一項內容之一。


在一定的溫度和壓力條件下,濕空氣中水蒸氣的含量(即水蒸氣密度)是有一定限度的。在某一溫度下,所含水蒸氣的量達到最大可能含量時(shí),這時(shí)的濕空氣叫飽和空氣。水蒸氣未達最大可能含量時(shí)的濕空氣叫未飽和空氣。


未飽和空氣在成為飽和空氣的瞬間,濕空氣中會(huì )有液態(tài)水珠凝結出來(lái),這一現象稱(chēng)為“結露”。結露現象是常見(jiàn)的,例如夏天空氣濕度很大,容易在自來(lái)水管的表面結成水珠,冬天早晨,住戶(hù)的玻璃窗上會(huì )出現水滴等,這些均是濕空氣在定壓下冷卻而結露的結果。


如上所述,未飽和空氣在保持水蒸氣分壓不變(即保持絕對含水量不變)情況下降低溫度,使之達到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度叫露點(diǎn)。溫度降低至露點(diǎn)溫度時(shí),便有“結露”。


濕空氣的露點(diǎn)不僅與溫度有關(guān),而且與濕空氣中水分含量的多少有關(guān)。含水量大的露點(diǎn)高,含水量少的露點(diǎn)低。


露點(diǎn)溫度在壓縮機工程中有重要用途,如空壓機出口溫度過(guò)低時(shí),油氣桶內會(huì )因溫度過(guò)低而造成油氣混合物結露,使潤滑油含水,影響潤滑效果。因此??諌簷C出口溫度設計時(shí)必須保證不低于相應分壓力下的露點(diǎn)溫度。


常壓露點(diǎn)也就是大氣壓下的露點(diǎn)溫度,同理,壓力露點(diǎn)指的是壓力空氣的露點(diǎn)溫度。


壓力露點(diǎn)與常壓露點(diǎn)之間的對應關(guān)系與壓縮比有關(guān),在壓力露點(diǎn)相同情況下,壓縮比越大,所對應的常壓露點(diǎn)越低。


從空氣壓縮機中出來(lái)的壓縮空氣是很臟的。主要污染物有:水(液態(tài)的水滴、水霧和呈氣態(tài)水蒸氣),殘留的潤滑油霧(霧狀油滴及油蒸氣),固體雜質(zhì)(銹泥、金屬粉末、橡膠細末、焦油粒及濾材、密封材料的細末等)、有害的化學(xué)雜質(zhì)以及其它雜質(zhì)等。


變質(zhì)的潤滑油會(huì )使橡膠、塑料、密封材料變質(zhì),造成閥類(lèi)動(dòng)作失靈,污染產(chǎn)品。水分和粉塵會(huì )造成金屬器件,管道生銹腐蝕,造成運動(dòng)部件卡死或磨損,使氣動(dòng)元件動(dòng)作失靈或漏氣,水分和塵土還會(huì )堵塞節流小孔或過(guò)濾網(wǎng),在寒冷地區,水分結冰后造成管道凍結或凍裂。


由于空氣質(zhì)量不良,使氣動(dòng)系統的可靠性和使用壽命大大降低,由此造成的損失往往大大超過(guò)氣源處理裝置的成本和維修費用,故正確選用氣源處理系統是絕對必要的。


壓縮空氣中水分的主要來(lái)源是什么?


壓縮空氣中水分的主要來(lái)源是隨同空氣一起被空壓機吸入的水蒸氣。濕空氣進(jìn)入空壓機后,在壓縮過(guò)程中大量水蒸氣被擠壓而成液態(tài)水,會(huì )使空壓機出口處壓縮空氣的相對濕度大為降低。


如系統壓力為0.7MPa、吸入空氣相對濕度為80%的情況下,從空壓機輸出的壓縮空氣盡管在壓力下呈飽和狀態(tài),但若折合到壓縮前的大氣壓狀態(tài),其相對濕度只有6~10%。就是說(shuō),經(jīng)壓縮后的空氣含水量已經(jīng)大大減少。但在輸氣管道和用氣設備里隨著(zhù)溫度的逐漸下降,壓縮空氣中繼續會(huì )有大量液態(tài)水凝結出來(lái)。


壓縮空氣中的油污染是怎樣引起的?


空氣壓縮機的潤滑油、環(huán)境空氣中的油蒸氣和懸浮油滴及系統中氣動(dòng)元件的潤滑用油是壓縮空氣中油污染的主要來(lái)源。


目前在使用的空壓機,除了離心式和膜片式空壓機外,幾乎所有的空壓機(包括各類(lèi)無(wú)油潤滑空壓機)都會(huì )或多或少有污油(油滴、油霧、油蒸氣及碳化裂變物)帶入用氣管道。


空壓機壓縮腔的高溫會(huì )引起大約5%~6%的油汽化、裂化和氧化,以碳和漆狀膜的形式積沉于空壓機管道內壁中,輕的餾分就以蒸汽和微小懸浮物的形式被壓縮空氣帶進(jìn)系統中。


總之,對工作時(shí)不需要加潤滑材料的系統,所使用的壓縮空氣中,混有的一切油類(lèi)和潤滑材料都可看作是油污染材質(zhì)。對工作中需加進(jìn)潤滑材料的系統,壓縮空氣中所含的一切防銹漆、壓縮機油均認為是油污染雜質(zhì)。


固體雜質(zhì)是怎樣進(jìn)入壓縮空氣的?


壓縮空氣中的固體雜質(zhì)來(lái)源主要有:


①周?chē)髿庵谢煊懈黝?lèi)粒徑不一的雜質(zhì),即使空氣壓縮機吸氣口裝有空氣過(guò)濾器,但通常5μm以下的“氣溶膠”類(lèi)雜質(zhì)還是能隨吸入空氣進(jìn)入到空壓機內部,在壓縮過(guò)程中與油、水混合進(jìn)入排氣管道。


②空壓機工作時(shí)各零件之間的互相摩擦、撞擊,密封件的老化脫落,潤滑油在高溫下的碳化裂變都會(huì )講金屬微粒,橡膠粉塵及碳質(zhì)裂變物等固體微粒帶入用氣管道。


氣源設備是什么?有哪些?

源設備就是壓縮空氣的產(chǎn)生裝置——空壓機(空氣壓縮機)??諌簷C的種類(lèi)很多,常見(jiàn)的有活塞式、離心式、螺桿式、滑片式、渦旋式等。


從空壓機輸出的壓縮空氣中,含有大量的水分、油分和粉塵等污染物,必須使用凈化設備適當清除這些污染物,以避免它們對氣動(dòng)系統的正常工作造成危害。


氣源凈化設備是多個(gè)設備、裝置的統稱(chēng)。氣源凈化設備在行業(yè)里也常稱(chēng)為后處理設備,通常是指儲氣罐、干燥機、過(guò)濾器等。


● 儲氣罐

儲氣罐的作用是消除壓力脈動(dòng),依靠絕熱膨脹及自然冷卻降溫,進(jìn)一步分離掉壓縮空氣中的水分和油分,儲存一定量的氣體。一方面可緩和短時(shí)間內用氣量大于空壓機輸出氣量的矛盾,另一方面可在空壓機出現故障或停電時(shí),維持短時(shí)間的供氣,以便保證氣動(dòng)設備的安全。


● 干燥機

壓縮空氣干燥機,顧名思義是一種壓縮空氣的除水設備。常用的有冷凍式干燥機、吸附式干燥機兩種,另外還有潮解式干燥機、高分子隔膜式干燥機等型式。

冷凍式干燥機是最常用的壓縮空氣除水設備,通常應用在一般氣源品質(zhì)要求的場(chǎng)合。冷凍式干燥機是利用壓縮空氣中水蒸氣分壓由壓縮空氣溫度的高低決定的特性來(lái)進(jìn)行降溫脫水干燥。

壓縮空氣冷凍式干燥機,行業(yè)一般簡(jiǎn)稱(chēng)為“冷干機”。其主要作用是降低壓縮空氣中的含水量,即降低壓縮空氣的“露點(diǎn)溫度”。在一般工業(yè)用壓縮空氣系統中,是壓縮空氣干燥凈化(也稱(chēng)后處理)的必備的設備之一。


1基本原理

壓縮空氣可通過(guò)加壓、冷卻、吸附等方法來(lái)達到去除水蒸氣的目的。冷凍式干燥機就是應用了冷卻的方法。

我們知道,空壓機壓縮的空氣包含各種氣體以及水蒸氣,所以均為濕空氣。濕空氣的含濕量與壓力總體上成反比,即壓力越高,含濕量越少??諝鈮毫μ岣吆?,空氣中超出可能含量的水蒸氣將凝析成水(也就是說(shuō)壓縮后的空氣體積變小,不能容納原有的水蒸氣)。

這就相對于原來(lái)吸入時(shí)的空氣來(lái)說(shuō),含濕量變小了(這里指的是這部分壓縮空氣恢復到未壓縮狀態(tài)相比較而言)。

但空壓機的排氣仍然是壓縮狀態(tài)的空氣,其水蒸氣含量處于最大可能值,也就是處于一種氣態(tài)和液態(tài)的臨界狀態(tài)。這時(shí)的壓縮空氣稱(chēng)為飽和狀態(tài),所以只要再稍微加壓,馬上就有水蒸氣由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài),也就是凝析出水。

假設空氣是一團吸了水的濕海綿,其含濕量就是吸入的水分。如果用力從海綿中擠壓出一些水,那么,這團海綿的含濕量相對就減小了。如果放手讓海綿恢復,自然就比原來(lái)的海綿要干燥。這也就達到了通過(guò)加壓來(lái)除水干燥的目的。

如果在擠壓海綿不斷有水流出的過(guò)程中,到達某一個(gè)力度后不再加力,則水被擠出將停止,這就是飽和狀態(tài)。繼續再加大擠壓的力度,仍然還有水流出。

所以,空壓機本體本身就具有除水的功能,用到的方法就是加壓,只不過(guò),這不是空壓機的目的,而是“討厭”的累贅。

為什么沒(méi)有將“加壓”作為壓縮空氣的除水手段呢?這主要是因為經(jīng)濟性,提高1公斤壓力。消耗7%左右的能耗是相當不劃算的。

而“冷卻”除水則相對比較經(jīng)濟,冷凍式干燥機是利用如空調除濕相似的原理達到目的。因為,飽和水蒸氣的密度都是有極限的,在氣動(dòng)壓力(2MPa范圍內),可以認為飽和空氣中水蒸氣的密度只取決于溫度高低,而與空氣壓力無(wú)關(guān)。

溫度越高,飽和空氣中的水蒸氣的密度越大,水也就越多,反之,溫度越低水越少(這個(gè)從生活常識就能理解到,冬季干冷,夏季濕熱)。

將壓縮空氣冷卻到盡量低的溫度,使其所含水蒸氣的密度變小,形成“結露”,匯聚這些結露形成的小水滴,并且排出去,就達到了去除壓縮空氣中水分的目的。

因為涉及到結露凝析成水這一過(guò)程,所以溫度也不能低于“冰點(diǎn)”,否則出現結冰現象將不能有效排水。通常冷凍式干燥機的標稱(chēng)“壓力露點(diǎn)溫度”大多為2~10℃。

如0.7MPa的10℃的“壓力露點(diǎn)”換算成“常壓露點(diǎn)”為-16℃??梢岳斫鉃?,在不低于-16℃的環(huán)境下使用時(shí),壓縮空氣向大氣排氣不會(huì )有液態(tài)水出現。

壓縮空氣的所有除水方式都只是相對干燥,滿(mǎn)足某一要求的干燥度。絕對的去除水分是不可能辦到的,超出使用需求的追求干燥度也是非常不經(jīng)濟的。

2工作原理

壓縮空氣冷凍式干燥機,通過(guò)對壓縮空氣冷卻降溫,使壓縮空氣中的水蒸氣凝結成液滴,從而達到減少壓縮空氣含濕量的目的。

凝結出的液滴經(jīng)過(guò)自動(dòng)排水系統排出機外。只要干燥機出口的下游管路所處的環(huán)境溫度不低于蒸發(fā)器出口露點(diǎn)溫度,就不會(huì )產(chǎn)生二次結露的現象。


3工作流程


壓縮空氣流程:

壓縮空氣進(jìn)入空氣熱交換器(預熱器)【1】,將高溫的壓縮空氣溫度初步降低,再進(jìn)入氟利昂/空氣熱交換器(蒸發(fā)器)【2】,壓縮空氣在其中被極速冷卻,大幅降低溫度至露點(diǎn)溫度,析出的液態(tài)水與壓縮空氣在水分離器中【3】進(jìn)行分離,被分離出來(lái)的水份利用自動(dòng)排水裝置將水份排出機外。

壓縮空氣與低溫制冷劑在蒸發(fā)器【2】中換熱,此時(shí)的壓縮空氣溫度是很低的,近似等于露點(diǎn)溫度2~10℃。如果沒(méi)有特殊要求(即對壓縮空氣沒(méi)有低溫的要求),通常壓縮空氣將再回到空氣熱交換器(預熱器)【1】中,與剛進(jìn)入冷干機的高溫壓縮空氣進(jìn)行換熱。這樣做的目的:

① 有效利用干燥后的壓縮空氣的“廢冷”對剛進(jìn)入冷干機的高溫壓縮空氣進(jìn)行預冷卻,以降低冷干機的制冷負荷;

② 防止干燥后的低溫壓縮空氣引起后端管道外部出現結露、滴水、生銹等二次問(wèn)題。

制冷流程:

制冷劑氟利昂進(jìn)入壓縮機【4】,經(jīng)過(guò)壓縮后壓力升高(溫度也升高),到稍大于冷凝器內的壓力時(shí),高壓制冷劑蒸氣排入冷凝器【6】中。在冷凝器內,溫度和壓力較高的制冷劑蒸氣與溫度較低的空氣(風(fēng)冷)或冷卻水(水冷)進(jìn)行熱交換,從而將制冷劑氟利昂冷凝為液態(tài)。

這時(shí)液態(tài)制冷劑再經(jīng)毛細管/膨脹閥【8】降壓(降溫)后進(jìn)入氟利昂/空氣熱交換器(蒸發(fā)器)【2】,在蒸發(fā)器內吸收壓縮空氣的熱量而氣化。被冷卻物體-壓縮空氣得到冷卻,而氣化的制冷劑蒸氣又被壓縮機吸走,開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)。


制冷劑在系統中經(jīng)過(guò)壓縮、冷凝、膨脹(節流)、蒸發(fā)四個(gè)過(guò)程完成了一個(gè)循環(huán),通過(guò)連續不斷制冷循環(huán),實(shí)現了冷凍壓縮空氣的目的。

4各部件功能

空氣熱交換器

為防止外接管路的外壁形成冷凝水,經(jīng)過(guò)冷凍干燥后的空氣離開(kāi)蒸發(fā)器,在空氣熱交換器內與高溫、濕熱的壓縮空氣再次進(jìn)行熱交換。同時(shí)進(jìn)入蒸發(fā)器的空氣溫度大大降低。


熱交換

制冷劑在蒸發(fā)器內吸熱、膨脹,由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài),壓縮空氣換熱降溫,使壓縮空氣中的水蒸氣由氣態(tài)變成液態(tài)。


水分離器

析出的液態(tài)水在水分離器與壓縮空氣分離,水分離器的分離效率越高,液態(tài)水重新?lián)]發(fā)進(jìn)入壓縮空氣的比例越小,壓縮空氣的壓力露點(diǎn)就越低。


壓縮機

氣態(tài)制冷劑進(jìn)入制冷壓縮機經(jīng)過(guò)壓縮,變?yōu)楦邷?、高壓氣態(tài)制冷劑。


旁通閥

如果析出的液態(tài)水溫度降到冰點(diǎn)以下,凝結的冰就會(huì )導致冰堵。采用旁通閥可以控制制冷溫度,將壓力露點(diǎn)控制在穩定的溫度(1~6℃之間)。


冷凝器

冷凝器降低制冷劑的溫度,制冷劑由高溫的的氣態(tài)變?yōu)榈蜏氐囊簯B(tài)。


過(guò)濾器

過(guò)濾器將制冷劑的雜質(zhì)有效過(guò)濾。


毛細管/膨脹閥

制冷劑通過(guò)毛細管/膨脹閥后體積膨脹、溫度降低,變?yōu)榈蜏?、低壓的液體。


氣液分離器

由于液態(tài)的制冷劑進(jìn)入壓縮機會(huì )產(chǎn)生液擊現象,可能導致制冷壓縮機損壞,通過(guò)制冷劑氣液分離器保證只有氣態(tài)的制冷劑才能進(jìn)入制冷壓縮機。


自動(dòng)排水器

自動(dòng)排水器定時(shí)將積聚在分離器底部的液態(tài)水排出機外。


冷凍式干燥器具有結構緊湊,使用維護方便,維護費用較低等優(yōu)點(diǎn),適用于對壓縮空氣壓力露點(diǎn)溫度不是太低(0℃以上)的場(chǎng)合。


吸附式干燥機是利用干燥劑對強制流過(guò)的壓縮空氣進(jìn)行脫濕干燥。日常多采用再生型吸附式干燥機。


● 過(guò)濾器

過(guò)濾器分為主管路過(guò)濾器、氣水分離器、活性炭除味過(guò)濾器、蒸汽除菌過(guò)濾器等等,它們的作用是清除空氣中的油污、粉塵、水分及其它雜質(zhì),以獲得潔凈的壓縮空氣。


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