新常仪表: 2007年12月 Archives

一、减压阀的工作原理

    直动式减压阀

直动式带溢流阀的减压阀的结构图

    图14--1a所示为直动式带溢流阀的减压阀(简称溢流减压阀)的结构图。

    压力为P1的压缩空气,由左端输入经阀口10节流后,压力降为P2输出。P2的大小可由调压弹簧2、3进行调节。顺时针旋转旋钮1,压缩弹簧2、3及膜片5使阀芯8下移,增大阀口10的开度使P2增大。若反时针旋转旋钮1,阀口10的开度减小,P2随之减小。

    若P1瞬时升高,P2将随之升高,使膜片气室6内压力升高,在膜片5上产生的推力相应增大,此推力破坏了原来力的平衡,使膜片5向上移动,有少部分气流经溢流孔12、排气孔11排出。在膜片上移的同时,因复位弹簧9的作用,使阀芯8也向上移动,关小进气阀口10,节流作用加大,使输出压力下降,直至达到新的平衡为止,输出压力基本又回到原来值。若输入压力瞬时下降,输出压力也下降、膜片5下移,阀芯8随之下移,进气阀口10开大,节流作用减小,使输出压力也基本回到原来值。 逆时针旋转旋钮1。使调节弹簧2、3放松,气体作用在膜片5上的推力大于调压弹簧的作用力,膜片向上曲,靠复位弹簧的作用关闭进气阀口10。再旋转旋钮1,进气阀芯8的顶端与溢流阀座4将脱开,膜片气室6中的压缩空气便经溢流孔12、排气孔11排出,使阀处于无输出状态。

    总之,溢流减压阀是靠进气口的节流作用减压,靠膜片上力的平衡作用和溢流孔的溢流作用稳压;调节弹簧即可使输出压力在一定范围内改变。为防止以上溢流式减压阀徘出少量气体对周围环境的污染,可采用不带溢流阀的减压阀(即普通减压阀),其符号如图14--1c所示。

    先导式减压阀

内部先导式减压阀的结构图

    当减压阀的输出压力较高或通径较大时,用调压弹簧直接调压,则弹簧刚度必然过大,流量变化时,输出压力波动较大,阀的结构尺寸也将增大。为了克服这些缺点,可采用先导式减压阀。先导式减压阀的工作原理与直动式的基本相同。先导式减压阀所用的调压气体,是由小型的直动式减压阀供给的。若把小型直动式减压阀装在阀体内部,则称为内部先导式减压阀;若将小型直动式减压阀装在主阀体外部,则称为外部先导式减压阀。  图14--2所示为内部先导式减压阀的结构图,与直动式减压阀相比,该阀增加了由喷嘴4、挡板3、固定节流孔9及气室B所组成的喷嘴挡板放大环节。当喷嘴与挡板之间的距离发生微小变化时,就会使B室中的压力发生根明显的变化,从而引起膜片10有较大的位移,去控制阀芯6的上下移动,使进气阀口8开大或关小、提高了对阀芯控制的灵敏度,即提高了稳压精度。

外部先导式减压阀的主阀

    图14--3所示为外部先导式减压阀的主阀,其工作原理与直动式相同。在主阀体外部还有一个小型直动式减压阀(图中末示出),由它来控制主阀。此类阀适于通径在20mm以上,远距离(30m以内)、高处、危险处、调压困难的场合。 

    定值器 

    定值器是一种高精度的减压阀,主要用于压力定值。目前有两种压力规格的定值器:其气源压力分别为0.14MPa和0.35MPa,输出压力范围分别为0--0.1MPa和0一0.25MPa。其输出压力波动不大于最大输出压力的1%,常用于需要供给精确气源压力和信号压力的场合,如气动实验设备、气动自动装置等。

定值器的工作原理图

    图14--4所示为定值器的工作原理图。它由三部分组成:1是直动式减压阀的主闭部分;2是恒压降装置,相当于一定差减压阀。主要作用是使喷嘴得到稳定气源流量;3是喷嘴挡板装置和调压部分,起调压和压力放大作用,利用被它放大了的气压去控制主阀部分。

    由于定值器具有调定、比较和放大的功能,因而稳压精度高。 

    定值器处于非工作状态时,由气源输入的压缩空气经过滤器1过滤后进入A室和正室。主阀芯19在弹簧20和气源压力作用下压在阀座上,使A室与B室断开。进入A室的气流经由阀口(又称为活门)12至F室,再通过恒节流孔13降压后,分别进入G室和D室。由于这时尚未对膜片8加力,挡板5与喷嘴4之间的间距较大,气体从喷嘴4流出时的气流阻力较小,G室及D室的气压较低,膜片3及15保持原始位置。进入只室的微量气体主要经B室通过阀口2从排气口排出;另有一部分从输出口排空。此时输出口无气流输出,由喷嘴流出而排空微量气体是维持喷嘴挡板装置工作所必须的,因其为无功耗气量,所以希望其耗量越小越好。

    定值器处于工作状态时,转动手柄7,压下弹簧6并推动膜片8连同挡板5一同下移、挡板5与喷嘴4的间距缩小,气流阻力增加,使G室和D室的气压升高。膜片16在D室气压的作用下下移,将阀口2关闭,并向下推动主阀芯19,打开阀口,压缩空气经B室和H室由输出口输出。与此同时,H室压力上升并反馈到膜片8上,当膜片8所受反馈作用力与弹簧力平衡时,定值器便输出一定压力的气体。 当输入压力波动时,如压力上升,B室和H室气压瞬时增高、使膜片8上移,导致挡板5与喷嘴4之间的间距加大,G室和D室的气压下降。由于B室压力增高,D室压力下降,膜片15在压差的作用下向上移动,使主阀口减小,输出压力下降,直到稳定到调定压力上。此外,在输入压力上升时,E室压力和F室瞬时压力也上升,膜片3在上下差压的作用下上移,关小稳压阀口12。由于节流作用加强,F室气压下降,始终保持节流孔13的前后压差恒定,故通过节流孔13的气体流量不变,使喷嘴挡板的灵敏度得到提高。当输入压力降低时,B室和H室的压力瞬时下降,膜片8连同挡板5由于受力平衡破坏而下移,喷嘴4与挡板5间间距减小,G室和D室压力上升,膜片3和15下移。膜片15下移使主阀口开度加大,使B室及H室气压回升,直到与调定压力平衡为止。而膜片3下移,使稳压口12开大,F室气压上升,始终保持恒节流孔13前后压差恒定。同理,当输出压力波动时,将与输入压力波动时得到同样的调节。

    由于定值器利用输出压力的反馈作用和喷嘴挡板的放大作用控制主阀,使其能对较小的压力变化作出反应,从而使输出压力得到及时调节,保持出口压力基本稳定,即定值稳压精度较高。

    二、减压阀的基本性能 

    (1) 调压范围:它是指减压阀输出压力P2的可调范围,在此范围内要求达到规定的精度。调压范围主要与调压弹簧的刚度有关。 

    (2) 压力特性:它是指流量g为定值时,因输入压力波动而引起输出压力波动的特性。输出压力波动越小,减压阀的特性越好。输出压力必须低于输入压力--定值才基本上不随输入压力变化而变化。

    (3) 流量特性:它是指输入压力--定时,输出压力随输出流量g的变化而变化的持性。当流量g发生变化时,输出压力的变化越小越好。一般输出压力越低,它随输出流量的变化波动就越小。

    三、减压阀的选用

    根据使用要求选定减压阀的类型和调压精度,再根据所需最大输出流量选择其通径。决定阀的气源压力时,应使其大于最高输出压力0.1MPa。减压阀一般安装在分水滤气器之后,油雾器或定值器之前,并注意不要将其进、出口接反;阀不用时应把旋钮放松,以免膜片经常受压变形而影响其性能。

一般射流元件的供气系统

气缸或气马达的供气系统

空气过滤器

   
 
      空压中含有大量的有害杂质,如粉尘、水等。这些杂质除颗粒较大的粉尘被空气过滤器阻挡外,大部分将随空气一同进入空压机,经过压缩后随压缩空气而排出。另外,空压机中的润滑油也不可能被油气分离器完全分离,即使是无油空压机,空气中含的油被压缩后浓度也大大增加,压缩空气中的水蒸气处于饱和状态,随时会有液态水析出。

      从空压机输出的压缩空气中含有大量有害杂质,不通过适当的方法清除这些杂质,会对气源系统造成很大的危害:其中危害最大的是油。变质的润滑油(油分)会使橡胶、塑料、密封材料变质,堵塞小孔,造成阀类动作失灵,污染产品。

       水分和粉尘会造成金属器件、管道生锈腐蚀,造成运动部件卡死或磨损,使气动元件动作失灵和漏气,水分和尘土还会堵塞节流小孔或过滤网;在寒冷地区,水分结冰会造成管道冻结或冻裂。

      由于空气质量不良,使气动系统的可靠性和使用寿命大大降低,由此造成的损失往往大大超过气源处理装置的成本和维修费用,故正确选用气源处理系统是绝对必要的。
压缩空气处理设备包括:
  水分离器:除液态水。
精密过滤器:除去液态状水、油及粉尘 。
活性炭过滤器:除去压缩空气的异味及有害气体。
干燥机:除去水蒸气。干燥机的类型又可分为冷冻式和吸附式两种,冷冻式干燥机用于对露点温度要求不高的场所,吸附式干燥机用于对露点温度要求较高的场所。
这样就不会和过滤器系列里的内容重合了。

[主管路过滤器]

      安装在主管路中。清除压缩空气中的油污、水和粉尘等,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。
[选用]
      选用时应按通过主管路过滤器的最大流量不得超过其额定流量,否则若通过的流量过大,则通过滤芯的流速过大,会将凝聚在滤芯上的液体吹散,流向二次侧,反而造成下游的污染。
[过滤精度]
     是指通过滤芯的最大颗粒直径。也有定义为能除去固态颗粒大小的水平。
 

[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的0.3μm~5μm气状溶胶油粒子及大于0.3μm的锈末、炭粒。装在电磁先导阀及间隙密封滑阀的气源上最合适。 
[选用]
      油雾分离器滤心以超细纤维和玻璃纤维材料为主,两端靠橡胶密封。由于滤芯过滤面积大,且滤芯有金属骨架,故其使用寿命长,滤芯内外压差不得超过0.1Mpa。
 

[微雾分离器]

  可清除0.01μm以上的气状溶胶油粒子及0.01μm以上的炭粒和尘埃。可作为精密计量测量用高净空气和洁净室用压缩空气的前置过滤器。
[超微油雾分离器]
  可除去压缩空气中的气态油粒子,且寿命长。能把有油的压缩空气变成无油压缩空气。用于涂装线、洁净室等场合。
 

[除臭过滤器]

  除去压缩空气中的气味及有害气体等。滤芯使用活性炭素纤维(1420㎡/g)、且易更换。过滤精度0.01μm(去除95%颗粒) 
 

[水分分离器]

  除去压缩空气中99%的水滴。分水效率比主管路过滤器高,比空气干燥器低。不需要电源。采用特殊滤芯。价格比干燥器便宜得多。一般用于对空气露点温度要求不高的场合。

管子、接头

   
 
气动装置中,连接各种元件的管道有金属管和非金属管。
   金属管:有镀锌钢管、不锈钢管、拉制铝管和紫铜管等,适用于大型气动装置上,用于高温、高压和不动部位的连接。
   非金属管:硬尼龙管、软尼龙管、聚氨脂管和极软聚氨脂管等。

 

管子规格

 

 

  除圆管外,还有螺旋管(TCU系列)和排管(TFU系列) ,用于需要柔性连接和紧凑配管处。难燃性管(TRS系列)主要用于点焊等产生火花的场所。此外,还有燃性双层软管(TRBU系列) 、硬聚氨酯管(TUH系列) 、极软聚氨酯管(TUS系列) 、防静电管(TA系列) 。
   

  除圆管外,还有螺旋管(TCU系列)和排管(TFU系列) ,用于需要柔性连接和紧凑配管处。难燃性管(TRS系列)主要用于点焊等产生火花的场所。此外,还有燃性双层软管(TRBU系列) 、硬聚氨酯管(TUH系列) 、极软聚氨酯管(TUS系列) 、防静电管(TA系列) 。
   

接头规格

管接头是连接管道的元件。要求连接牢固、不漏气、装拆快速方便、流动阻力小。

   
 

气源处理器分类:

   
  气源处理件包括过滤器、减压阀、过滤减压阀、油雾器以及它们组成的二联件、三联件。
1、气源处理器-空气过滤器:

随着环境污染的日益严重和人们环境意识的加强, 空气质量已成为全世界关注的焦点。现在人们认识到空气过滤系统不仅要保护机械设备, 还要保护人。因此, 空气过滤的应用范围越来越广泛。

作为气源处理器之一的空气过滤的最大应用是住宅楼, 其次是商业和工业建筑。此外, 过滤设备还常用行下列场合: 洁净室; 复印设备; 室内空气净化器; 麻醉气体过滤设备; 激光外科手术应用; HVAC 系统(供暖、通风和空调系统) ; 恒温室; 计算机打印机; 工作室空气过滤系统; 空调器等。

空气过滤器市场发展的趋势是全球化。发展中国家购买增长率将比发达国家快。刺激今后几年过滤器市场快速发展的因素包括: ①发展中国家大量新工厂的建设; ②欧洲和日本等发达国家的经济复苏; ③世界范围内对环境保护的更严格要求。这种需要、繁荣和环境意识的结合必然会激起过滤器市场的迅速发展。


2、气源处理器-减压阀:

一、气源处理器-减压阀的基本性能

(1) 调压范围:它是指减压阀输出压力P2的可调范围,在此范围内要求达到规定的精度。调压范围主要与调压弹簧的刚度有关。

(2) 压力特性:它是指流量g为定值时,因输入压力波动而引起输出压力波动的特性。输出压力波动越小,减压阀的特性越好。输出压力必须低于输入压力--定值才基本上不随输入压力变化而变化。

(3) 流量特性:它是指输入压力--定时,输出压力随输出流量g的变化而变化的持性。当流量g发生变化时,输出压力的变化越小越好。一般输出压力越低,它随输出流量的变化波动就越小。

二、气源处理器-减压阀的选用

根据使用要求选定减压阀的类型和调压精度,再根据所需最大输出流量选择其通径。决定阀的气源压力时,应使其大于最高输出压力0.1MPa。减压阀一般安装在分水滤气器之后,油雾器或定值器之前,并注意不要将其进、出口接反;阀不用时应把旋钮放松,以免膜片经常受压变形而影响其性能。


3、气源处理器-油雾器:

油雾器是气压系统中一种特殊的注油装置,其作用是把润滑油物化后,经压缩空气携带进入系统中各润滑部位,满足润滑的需要。

油雾器在安装使用中常与空气过滤器和减压阀一起构成气动三联件,尽量靠近换向阀垂直安装,进出气口不要装反,油雾器供油量一般以10m3自由空气用1ml油为标准,使用中,可根据实际情况调整。

 

4、气源处理器-二联件:

气源处理器三联件中,若将空气过滤器的减压阀设计成一个整体,成为二联件。

 

5、气源处理器-三联件:

气源处理器中,将空气过滤器、减压阀和油雾器三种气源处理元件组装在一起称为气动三联件,用以进入气动仪表之气源净化过滤和减压至仪表供给额定的气源压力,相当于电路中的电源变压器的功能。空气过滤减压阀设计轻小,安装方便,因此,它与气动变送器,气动调节器,阀门定位器等产品安装在一起配套使用。若将空气过滤器的减压阀设计成一个整体,成为二联件。

 

油雾器

   
 
气动元件内部有许多相对滑动的部分靠密封圈来密封,保证良好的润滑很有必要。
润滑必要性的原因:
   1、减少相对运动件间的摩擦力,
   2、减少密封材料的磨损,以防止泄漏,
   3、防止管道及金属零部件的腐蚀,延长元件使用寿命。

 

油雾器分类

 

 

不给油润滑:采用橡胶材料作为滑动部位的密封件,密封件带有滞留槽结构内存润滑脂来润滑。
喷油润滑:有油雾器和集中润滑元件两种。
注意事项:1、不给油润滑元件也可给油润滑,一旦给油,中途不得停止供油。
                2、绝对不要使用锭子油和机油,以免使密封件膨胀。

趋势:不给油润滑已很普遍,而给油润滑逐渐减少。
   将润滑油进行雾化并注入空气流中,随压缩空气流入需要润滑的部位,达到润滑的目的.

油雾器类型

普通型油雾器(AL系列):人工补油。 自动补油型油雾器(ALF系列):减少维护工作量。
差压型油雾器(ALD系列):可远距离润滑和保证对多个供油点进行恰当的油雾供应。也称集中润滑元件
 

 

油雾器工作原理


[密度ρ] 单位体积内所含气体的质量称为密度。单位为kg/m3 。
   

[压力p]

压力可用绝对压力、表压力和真空度来衡量。

   
[绝对压力]

以绝对真空作为起点的压力值。一般在表示绝对压力的符号的右下脚标注"ABS",即PABS

   
[表压力] 高出当地大气压的压力值。由压力表测得的压力值即为表压力。在工程计算中,常将当地大气压力用标准大气压力代替,即令Pa=101325Pa。
   
[真空度] 低于当地大气压的压力值。
   
[真空压力]

绝对压力与大气压之差。真空压力在数值上与真空度相同,但应在其数值前加负号。

[温度T] 在工程计算中常用热力学温度T,其单位名称为开[尔文],单位符号为K,和我们生活中的摄氏温度(℃)换算关系为:T=t-T0,T0=273.15K
   
 

[标准状态]

指温度为20℃、相对湿度为65%、压力为0.1Mpa时的空气的状态。在标准状态下,空气的 密度ρ=1.185kg/m3 。按国际标准ISO8778,标准状态下的单位后面可标注"(ANR)"。

   
[基准状态] 指温度为0℃、压力为101.3Kpa的干空气的状态。在基准状态下,空气的密度ρ=1.293kg/m3 。
   
[理想气体] 没有粘性的气体称为理想气体(ideal gas),目的是简化解题。
 
[完全气体] 是一种假想的气体,它的分子是一些弹性的、不占有体积的质点,分子间除相互碰撞外,没有相互作用力。它与没有粘性的理想气体是完全不同的两个概念。实际气体只要不处于很高的压力或很低的温度,都可当作完全气体。按完全气体状态方程计算,带来的误差不会太大。

对完全气体,有这样一个状态方程

 

气动技术概况

 
   

 

 

 
 

一个典型的气动系统是由方向控制阀、气动执行元件、各种气动辅助元件及气源净化元件所组成。

 
 

空压机→干燥机(冷干机)→气动元件→电磁阀(方向控制)→执行元件

 

气动技术概况

 
       气动(PNEUMATIC)是"气动技术"或"气压传动与控制"的简称。气动技术是以空气压缩机为动力源,以压缩空气为工作介质,进行能量传递或信号传递的工程技术,是实现各种生产控制、自动控制的重要手段。
 
 

纵观世界气动行业的发展趋势,气动元件的发展动向可归纳为:

 
高质量   电磁阀的寿命可达1亿次,气缸的寿命可达5000-8000Km
高精度 定位精度可达0.5~0.1mm,过滤精度可达0.01um,除油率可达1m3标准大气中的油雾在0.1mg以下
高速度 小型电磁阀的换向频率可达数十赫兹,气缸的最大速度可达3m/s
低能耗 电磁阀的功率可降至0.1W。环保、节能
轻量化 元件采用铝合金及塑料等新型材料制造,零件进行等强度设计
无给油化  不供油润滑元件组成的系统不污染环境,系统简单,维护也简单,节省润滑油
复合集成化 减少配线(如串行传送技术)、配管和元件,节省空间,简化拆装,提高工作效率
机电一体化 典型的是"计算机远程控制+可编程控制器+传感器+气动元件"组成的控制系统
   
气动技术应用方面  
   
汽车制造业  其中包括焊装生产线、夹具、机器人、输送设备、组装线、涂装线、发动机、轮胎生产装备等方面
生产自动化 机械加工生产线上零件的加工和组装,如工件的搬运、转位、定位、夹紧、进给、装卸、装配、清洗、检测等工序。
机械设备   自动喷气织布机、自动清洗机、冶金机械、印刷机械、建筑机械、农业机械、制鞋机械、塑料制品生产线、人造革生产线、玻璃制品加工线等许多场合
电子半导体家电制造行业 例如硅片的搬运、元器件的插入与锡焊,彩电、冰箱的装配生产线
包装自动化 化肥、化工、粮食、食品、药品、生物工程等实现粉末、粒状、块状物料的自动计量包装。用于烟草工业的自动化卷烟和自动化包装等许多工序。用于对粘稠液体(如油漆、油墨、化妆品、牙膏等)和有毒气体(如煤气等)的自动计量灌装

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