壓縮空氣系統(tǒng)知識(shí)大全

壓縮空氣系統(tǒng)知識(shí)大全

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

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

氣源設(shè)備（空氣壓縮機(jī)）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(shè)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。我們周圍的空氣都是濕空氣，所以空氣壓縮機(jī)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(duì)濕空氣空氣的物理性質(zhì)影響很大，在壓縮空氣凈化系統(tǒng)中，對(duì)壓縮空氣的干燥是主要的一項(xiàng)內(nèi)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(dá)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(dá)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(jié)出來(lái)，這一現(xiàn)象稱為“結(jié)露”。結(jié)露現(xiàn)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(jié)成水珠，冬天早晨，住戶的玻璃窗上會(huì)出現(xiàn)水滴等，這些均是濕空氣在定壓下冷卻而結(jié)露的結(jié)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(duì)含水量不變）情況下降低溫度，使之達(dá)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(jié)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(jī)工程中有重要用途，如空壓機(jī)出口溫度過(guò)低時(shí)，油氣桶內(nèi)會(huì)因溫度過(guò)低而造成油氣混合物結(jié)露，使?jié)櫥秃?，影響?rùn)滑效果。因此。空壓機(jī)出口溫度設(shè)計(jì)時(shí)必須保證不低于相應(yīng)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(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的常壓露點(diǎn)越低。

從空氣壓縮機(jī)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(rùn)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(xì)末、焦油粒及濾材、密封材料的細(xì)末等）、有害的化學(xué)雜質(zhì)以及其它雜質(zhì)等。

變質(zhì)的潤(rùn)滑油會(huì)使橡膠、塑料、密封材料變質(zhì)，造成閥類動(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(yùn)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(jié)流小孔或過(guò)濾網(wǎng)，在寒冷地區(qū)，水分結(jié)冰后造成管道凍結(jié)或凍裂。

由于空氣質(zhì)量不良，使氣動(dòng)系統(tǒng)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(fèi)用，故正確選用氣源處理系統(tǒng)是絕對(duì)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(jī)吸入的水蒸氣。濕空氣進(jìn)入空壓機(jī)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(jī)出口處壓縮空氣的相對(duì)濕度大為降低。

如系統(tǒng)壓力為0.7MPa、吸入空氣相對(duì)濕度為80%的情況下，從空壓機(jī)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(duì)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(shè)備里隨著溫度的逐漸下降，壓縮空氣中繼續(xù)會(huì)有大量液態(tài)水凝結(jié)出來(lái)。

壓縮空氣中的油污染是怎樣引起的？

空氣壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油、環(huán)境空氣中的油蒸氣和懸浮油滴及系統(tǒng)中氣動(dòng)元件的潤(rùn)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(jī)，除了離心式和膜片式空壓機(jī)外，幾乎所有的空壓機(jī)（包括各類無(wú)油潤(rùn)滑空壓機(jī)）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(jī)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(jī)管道內(nèi)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(tǒng)中。

總之，對(duì)工作時(shí)不需要加潤(rùn)滑材料的系統(tǒng)，所使用的壓縮空氣中，混有的一切油類和潤(rùn)滑材料都可看作是油污染材質(zhì)。對(duì)工作中需加進(jìn)潤(rùn)滑材料的系統(tǒng)，壓縮空氣中所含的一切防銹漆、壓縮機(jī)油均認(rèn)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周圍大氣中混有各類粒徑不一的雜質(zhì)，即使空氣壓縮機(jī)吸氣口裝有空氣過(guò)濾器，但通常5μm以下的“氣溶膠”類雜質(zhì)還是能隨吸入空氣進(jìn)入到空壓機(jī)內(nèi)部，在壓縮過(guò)程中與油、水混合進(jìn)入排氣管道。

②空壓機(jī)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(rùn)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(shè)備是什么？有哪些？

源設(shè)備就是壓縮空氣的產(chǎn)生裝置——空壓機(jī)（空氣壓縮機(jī)）?？諌簷C(jī)的種類很多，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(jī)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(shè)備適當(dāng)清除這些污染物，以避免它們對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)的正常工作造成危害。

氣源凈化設(shè)備是多個(gè)設(shè)備、裝置的統(tǒng)稱。氣源凈化設(shè)備在行業(yè)里也常稱為后處理設(shè)備，通常是指儲(chǔ)氣罐、干燥機(jī)、過(guò)濾器等。

● 儲(chǔ)氣罐
儲(chǔ)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(chǔ)存一定量的氣體。一方面可緩和短時(shí)間內(nèi)用氣量大于空壓機(jī)輸出氣量的矛盾，另一方面可在空壓機(jī)出現(xiàn)故障或停電時(shí)，維持短時(shí)間的供氣，以便保證氣動(dòng)設(shè)備的安全。

● 干燥機(jī)

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

冷凍式干燥機(jī)是最常用的壓縮空氣除水設(shè)備，通常應(yīng)用在一般氣源品質(zhì)要求的場(chǎng)合。冷凍式干燥機(jī)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(jī)，行業(yè)一般簡(jiǎn)稱為“冷干機(jī)”。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(tǒng)中，是壓縮空氣干燥凈化（也稱后處理）的必備的設(shè)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(dá)到去除水蒸氣的目的。冷凍式干燥機(jī)就是應(yīng)用了冷卻的方法。

我們知道，空壓機(jī)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岣吆螅諝庵谐隹赡芎康乃魵鈱⒛龀伤ㄒ簿褪钦f(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(duì)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(fù)到未壓縮狀態(tài)相比較而言）。
但空壓機(jī)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(shè)空氣是一團(tuán)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(tuán)海綿的含濕量相對(duì)就減小了。如果放手讓海綿恢復(fù)，自然就比原來(lái)的海綿要干燥。這也就達(dá)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(dá)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(xù)再加大擠壓的力度，仍然還有水流出。
所以，空壓機(jī)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(jī)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?yàn)榻?jīng)濟(jì)性，提高1公斤壓力。消耗7%左右的能耗是相當(dāng)不劃算的。
而“冷卻”除水則相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)，冷凍式干燥機(jī)是利用如空調(diào)除濕相似的原理達(dá)到目的。因?yàn)?，飽和水蒸氣的密度都是有極限的，在氣動(dòng)壓力（2MPa范圍內(nèi)），可以認(rèn)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(shí)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(jié)露”，匯聚這些結(jié)露形成的小水滴，并且排出去，就達(dá)到了去除壓縮空氣中水分的目的。
因?yàn)樯婕暗浇Y(jié)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(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象將不能有效排水。通常冷凍式干燥機(jī)的標(biāo)稱“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(xiàn)。
壓縮空氣的所有除水方式都只是相對(duì)干燥，滿足某一要求的干燥度。絕對(duì)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(jì)的。

2工作原理

壓縮空氣冷凍式干燥機(jī)，通過(guò)對(duì)壓縮空氣冷卻降溫，使壓縮空氣中的水蒸氣凝結(jié)成液滴，從而達(dá)到減少壓縮空氣含濕量的目的。
凝結(jié)出的液滴經(jīng)過(guò)自動(dòng)排水系統(tǒng)排出機(jī)外。只要干燥機(jī)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(jié)露的現(xiàn)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(yù)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(jī)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(duì)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(yù)熱器）【1】中，與剛進(jìn)入冷干機(jī)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(duì)剛進(jìn)入冷干機(jī)的高溫壓縮空氣進(jìn)行預(yù)冷卻，以降低冷干機(jī)的制冷負(fù)荷；
② 防止干燥后的低溫壓縮空氣引起后端管道外部出現(xiàn)結(jié)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(jī)【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(nèi)的壓力時(shí)，高壓制冷劑蒸氣排入冷凝器【6】中。在冷凝器內(nèi)，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(xì)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(nèi)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(jī)吸走，開始下一個(gè)循環(huán)。

制冷劑在系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)壓縮、冷凝、膨脹（節(jié)流）、蒸發(fā)四個(gè)過(guò)程完成了一個(gè)循環(huán)，通過(guò)連續(xù)不斷制冷循環(huán)，實(shí)現(xiàn)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蒸發(fā)器，在空氣熱交換器內(nèi)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(nèi)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(jī)
氣態(tài)制冷劑進(jìn)入制冷壓縮機(jī)經(jīng)過(guò)壓縮，變?yōu)楦邷亍⒏邏簹鈶B(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(jié)的冰就會(huì)導(dǎo)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(wěn)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(xì)管/膨脹閥
制冷劑通過(guò)毛細(xì)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(jī)會(huì)產(chǎn)生液擊現(xiàn)象，可能導(dǎo)致制冷壓縮機(jī)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(jī)。

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(jī)外。

冷凍式干燥器具有結(jié)構(gòu)緊湊，使用維護(hù)方便，維護(hù)費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，適用于對(duì)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(jī)是利用干燥劑對(duì)強(qiáng)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(jī)。