压缩气体的高压化

压缩气体的高压化 〔日〕 荒木献次 过去 , 规定一般情况下 , 气体使用压力不 允许超过 �� !∀ , 这样 , 实际工 作压力 只能在 #气∃�%∀ 以下 , 基本没有选择的余地 。 &∋ ( ∃ 年 ∃ 月 , 日本通过了新的高压气体管理法 , 它将压 力使用范 围的上限由 )� ∀ 提高到了 ∗� ∀ , 为最佳压力的确定提供了更宽的选择范围 。 空 气 压 缩 机 输 出 压 力 可 分 为 + 小于 )�%∀— 低 压 , , − .�%∀— 中压 , 大 于.�%∀—高压 , 特高压力—超高压 。 在此 ,认为 &一 .�%∀ 的中压已是高压化了 , 本文以 & / ∗� ∀ 为例 , 就高压化的特点作概要叙述 。 一 、节流口 流量特性 刃 口 式节流 口 的流量 0 12 + 3 4 5可由下式表 达 + 3 6 7 %’ 。 , 夕6 、二 , 争+ 、业人二单羚 、 � 二一下 8 一丁8 兔‘/不 − 9 犷 一 气二一 3 : 9; 不 一 上 八 < / 羚 = 6 = 落匹 1 ,5 1匹 1 #乃 = 6 ( 5 1 ,5 >、),?4?4,≅,一一评 由上式可见 , 流量与有效截面积 氏4 和供 气压力 八 基本上成正 比关系 。 式中 + 7 为空气 的热容比 Α 沁 为空气 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 状态下的密度 Α 八 为 大气压力 , 八 为节流 口出口 压力 1均为绝对压 力 5 。 ’从而 , 通过电磁阀的流量一定时 , 如提高 供气压力 乃 , 由于有效截面积与 乃 成反 比 , 那 末 , 用小型电磁阀就可以了 。 但是 , 流过极其微量空气的节流 口 , 孔 口 会变得非常小 , 工作难以稳定进行 。另外, 对于 喷射空气的节流 口 , 小孔会因冻结 而变得更 小 , 严重的便堵塞 , 引起故障 。这是高压化带来 的问题之一 。 二 、运动部分动特性1固有频率及阻尼 5 阀或气动回路中运动部分的固有频率 甄 由下式表达 + &只∋ Β 年 第 6 期 式中 + Χ Δ 、 才 , 为活塞截面积 Α ; 。 、 ; Δ ‘为缸工作 腔体积 Α � Δ 为运动部分质量 Α 7 为空气的热容 比 , 执 、 八 , 为缸内压力的平均值 , 其中“’ ”表示 气缸右腔 , “一”表示平均 。 供气压力 八 如升 高 ,又、又‘便也升高 , 固有频率增大 , 响应速度 提高 。 在此 , 库仑摩擦一定时 , 随着 娜 增大 , 阻 尼减弱 , 会产生其振 。从而 , 高压化会引起系统 严重的振动 , 这也是高压化的不足之一 。 三 、气动元件 1电磁阁 、执行元件5 在气动系统的特性中 , 高压化带来的引人 注目的问题不是提高功率及小型化 、轻量化的 问题 , 而是直接与动特性有关的量 + 气动元件 运动部分的惯性 。惯性最大的部分要数执行元 件了 。 如带有惯性负荷 , 便会更加严重 。 气动 系统的动特性基本上取决于所使用的执行元 件 。 当然 , 控制执行元件的速度控制阀 、 电磁 阀 、节流控制口 口径等给与的直接影响也不能 忽视 。但是 , 在相同条件下 , 以最佳条件高速驱 动 , 活塞质量大的缸和活塞质量小的缸 , 结论 是完全不同的 。 在获得同样推力的情况下 , 高压化不仅大 大地改善了系统的动特性 , 同时 , 还由于缸小 型化了 , 系统也小巧了 , 节省安装空间 、资源及 成本 。 象机器人手臂前端使用的气动夹持机构 , 如实现高压化 , 则会使装载在活动手臂上的电 磁阀及气缸等小型化 、轻量化 , 使腕高速灵活 的活动 。 四 、缸的柔度 在气动伺服机构中 , 缸的柔度是一个重要 问题 , 如加以应用则会取得很高效益 。 在一般 伺服系统中 / 柔度是表示性能的一个指标 。 高 压化使柔度得到进一步改善 。 = Ε 设气缸的位移为 : 、活塞所受轴向负荷为 ! , 缸左侧的柔度 >Φ灯ΦΓ >为 + 主Φ了 幼二 6乡Η 公��并份粉艇式中取 为缸内压力 。如忽略管道体积 , 则有汽 !∀ # 。 # 为气缸行程 。 此时有 ∃ 尘%& # 动。仇 一般来说 , 如高压化 , 则是选择与推力相称的 缸的间题 ,应选择使用满足人夕# 一常数的小型 缸 。 另外 , 假如 负荷质量和活塞质量都不变 ∋实际上活塞因小型化变轻了 ( , 对称缸 ∋双出 ) 杆缸 (因禹 ‘一 !。 、汽‘ 几 、瓦 八 , 其固有频 率为 ∗ ”+ ‘ ∃ 却荷功率大的压缩机, − ∃ 即荷效率好的 压缩机 。右 ∗ . / . ‘. 图 0 压缩机的卸荷特性 厂天广下了二 ”仁‘1 1叭一 2 玄 ’ 二偿上 “ ,, 入卜 像田蹄属 如 3 也以 ! 。几一常数为条件 ,那么在高压化 的情况下是不变的 。 高压化不仅使缸的大小和体积减小 , 而 且 , 对于其它元件 , 如电磁阀、减压阀 、过滤器 等元件也同样可减小 。 五 、气动元件的价格 压力为 0) 45 6 7 ,对气动元件来说是中压 , 以前的气动元件不需什么变更就可使用 。 另 外 , 高压化可使元件尺寸变小 , 价格也可能有 所下降 。 六、压缩气体的利用效率 现 有 的单级 压 缩 机输 出压 力大约 在 &5 6 7 , 二级压缩机的输出压力多为 8597 。 除小型压缩机以外 ,一般压缩机都是卸荷 型的 。 卸荷型压缩机 , 在贮气罐内压力达到给 定的卸荷压力时 , 就会自动卸荷 ,停止空气压 缩 , 以节省能源 口 在此要注意的是 , 虽说卸荷 了 , 但如图 , 所示 ,根据压缩机不同 , 还存在着 某种程度的差异 , 还要消耗相当的电力 。因此 , 随着高压化及压缩机的大型化 , 不使用卸荷方 式 , 而使用 压力开关等关闭电源 , 使压缩机停 止工作 , 可以得到很高效率 。但这样做 ,会使压 缩机的附属零件增多、成本升高 。 气 。 汽 儿 体积 。 ‘ 7 ( 单级绝热压缩机 : ; < 、 , 绝热压缩 改 中间“” 体积 ) , 帐 〔− ( 二级绝热压缩机 ∋中简冷却 ( 图 ∗ 空气压缩机的理想压力曲线图 那么 , 高压化之后 , 气源 、气缸驱动系统的 效率如何呢 = 为此 , 可看一下空气压缩机封闭 空腔的理想压力曲线 ∋图 ∗( 和气缸的理想压 力曲线 ∋图 >( 。图 ∗7 是单级压缩机 ?图 ∗− 是有 液压与气动 中间冷却的二级压缩机 。 气缸活塞往复运动 , 压入缸内的空气还会由电磁阀的排气 口放回 大气中 。 图 6 的压缩功 Η , 1单级压缩机 5 、Η + 1二级 压缩机5分别为 + 飞 / − 一’ 9 , Ι 贾一 五 尹Ι 八 伪“ 一 9, 、 阳叶 Γ、 ;Φ% 一六 , ·ϑ ·〔‘合,旱Κ ‘登,宁一 , , / ‘“‘, 图 Ε 中气缸做的功为 ΗΛ Μ ,一 1尹。一 Ι 5; 。 1∃ 5 其中 , 压缩空气在室温 , , 下使用 , 夕。6, Λ 一%Ι ; Ι 1( 5 两功之 比为效率 叭 1压缩气的利用率 5 + 、 &一会 ‘, 。, ,一磊 ’ 1。Ν 5 差异 。 因此 , 如供气压力达到 .� ∀ 左右 , 压缩 机的效率就会降得很低 。假如前述高压化的优 点充分 , 那末效率低的间题不考虑是不行的 。 飞6 6 % 4 1� % ∀ 5 图 遵 压缩机 人一、 特性 Ο 姚 体积。 图 Ε 气缸的理想压力曲线图 高压化对 叭 造成怎样的影响呢Π 在此 , 肠。ΘΡ是 Η + 的最小值 , 这时的压力为 尸+ 。式 1Σ ∀5 、 1∋ ”5计算的结果如图 Τ 所示 。 由图 Τ尸见 ,.�田∀ 附近时 , 单级压缩机 伟 显著下降 , 而二 级压缩机其效率几乎与 )�%∀ 时单级压缩机 叭 相同。 此处考虑的忽略了压缩机的间隙、容 积效率 、机械效率等 , 所以与实际情况有相当 七 、安全性问题 贮气罐或气缸的强度如足够大 , 那末安全 问题就不成为间题 。 但下述一些间题必须注 意 。 一旦管道在压力作用下爆裂 , 发出极大的 爆炸声很危险 。 尼龙软管等由于温度不同、其 物理参数会发生很大幅度变化 , 这些参数变差 时 , 须特别注意 。 脱落及振摆回转都会引起人 身事故及设备损坏 , 这是非常危险的 。 必须要 加固 。 八 、排气嗓声 随着压力的提高 , 更容易产生排气冲击噪 声 。 因此 , 有必要考虑使用消声器 、设置 回气 管 。 安装大型消声器会使噪声显著下降 , 但却 失去了不设 回气管的各种优点 。 另外 , 如果有 回气配管 , 那末再次压缩和利用排出的气体 , 就可以考虑作为半封闭系统 , 也很容易保持空 气的清洁 。 于亚非 编译 自《油压 七空气压》 & ∋( ∋ 年 & 月 周明校 & ∋ ∋ Β 年第 6 期