SMC气动控制

气源系统
空气压缩机 后冷却器 储气罐
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空气压缩机
产生、处理和贮存压缩空气的设备称为气源设备。由气源设备组成的系统称为气源系统。典型的气源系统如图所示：
空压机按压力高低可分为低压型（0.2～1.0Mpa）、中压型（1.0～10Mpa）和高压型（>10Mpa）；按工作原理可分成：
容积型：通过缩小气体体积来提高气体的压力的方法称为容积型。 速度型：提高气体的速度、让动能转化为压力能，来提高气体压力的方法称为速度型，也叫透平型或涡轮型。
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空气过滤器
除去压缩空气中的固态杂质、水滴和污油滴等，不能除去气态油、水。按过滤器的排水方式，有手动排水型和自动 排水型。自动排水型按无气压时的排水状态，有常开型和常闭型。 从进口流入的压缩空气，经导流片的切线方向的缺口强烈旋转，液态油水及固态污染物受离心作用，被甩到水杯内 壁上，再流至底部。除去了液态油水及杂质的压缩空气，通过滤芯进一步清除微小固态颗粒，然后从出口流出。
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活塞式空气压缩机
有单级活塞式空压机和两级活塞式空压机，单级常用于需要0.3～0.7Mpa压力范围的系统。 单级空压机压力超过0.6Mpa， 产生的热量太大，空压机工作效率太低，故常使用两级活塞式空压机。若最终压力为1.0Mpa，则第一级通常压缩至 0.3Mpa。设置中间冷却器是为了降低第2级活塞的进口空气温度，以提高空压机的工作效率。活塞式空压机需设置气罐。
消除压力脉动。依靠绝热膨胀及自然冷却降温，进一步分离掉压缩空气中的水分和油份。贮存一定量压缩空气。可解决短 时间内用气量大于空压机输出量的矛盾。在空压机出现故障或停电时，维持短时间的供气，以便采取措施保证气动设备的 安全。
[注意事项]
气罐属于压力容器，应遵循压力容器的有关规定。必须有产品耐压合格证明书。气罐上必须装有安全阀、压力表，且安全 阀与气罐之间不得再装其他的阀等。最低处应设有排水阀，每天排水1次。绝对压力低于0.1MPa、真空度小于0.02Mpa、容 积内径小于150mm和公称容积小于25L的容器，可不按压力容器处理。
水冷式
它把冷却水与热空气隔开，强迫冷却水沿热空气的反方向流动， 以降低压缩空气的温度。水冷式后冷却器出口空气温度约比冷 却水的温度高10℃。 后冷却器最低处应设置自动或手动排水器，以排除冷凝水。 适用于进口空气温度低于200℃，且处理空气量较大、湿度大、 粉尘多的场合。
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储气罐选用计算公式
[作用]
[绝对湿度] 每立方米湿空气中含有的水蒸气的 质量，称为绝对湿度。也就是湿空 气的水蒸气密度。 [全压力] 湿空气是干空气和水蒸气的混合气 体。干空气和水蒸气的混合气体的 压力称为全压力，故全压力是干空 气的分压力和水蒸气的分压力之和。 [绝对湿度] 绝对湿度只能说明湿空气中所含水 蒸气的多少，但不能说明湿空气所 具有的吸收水蒸气的能力，为了了 解湿空气继续吸收水分的能力和离 饱和状态的远近，人们引入相对湿 度的概念清楚地说明了这个问题。 [相对湿度] 每立方米湿空气中，水蒸气的实际 含量（即未饱和空气的水蒸气密度 ρ vb）与同温度下最大可能的水蒸 气含量（即饱和水蒸气密度ρ b）之 比称为相对湿度。记为φ 。 气动系统中使用的空气，希望相对 湿度越低越好。通常当空气的相对 湿度在60％－70％时，人感觉舒适。 相对湿度既反映了湿空气的饱和程 度，也反映了湿空气离饱和程度的 远近。 12
SMC 气动技术
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气动基础知识
气动技术概述 气动系统的组成 空气的基本性质 流体力学的基本知识 空气的湿度
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气体状态参数
• • • • • • • • 密度-单位体积内所含气体的质量称为密度。 单位为kg/m³ 。 压力-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（开尔文）-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。
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•
• •
气体状态方程
或写成
对一定质量的气体，状态方程也可以写成：
法则
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伯努利方程式
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有效截面积S值
理想气体流过最小截面积为S的收缩喷管，当流动处于壅塞流态（指压缩 空气通过收缩管或拉瓦尔管，在最小截面处达到声速时，若上游总压力 和总温度保持一定，无论怎样降低管道下游的压力，通过管道的质量流 量都不会增大的现象，只是在声速流和超声速流状态才存在），元件的 有效截面积S值大小几乎不受元件上游总压和总温的影响。据此，我们采 用声速放气法测定S值。<空气中的音速在1个标准大气压和15℃的条件下 约为340米/秒。 >
工作流程图：
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空气压缩机
滑片式空气压缩机
当转子旋转时，各滑片主要靠离心作用紧贴定子内壁。转子回转 过程中，左半部(输入口)及气。在右半部，滑片逐渐被定子内表 面压进转子沟槽内，滑片、转子和定子内壁围成的容积逐渐减小， 吸入的空气就逐渐地被压缩，最后从输出口排出压缩空气。一般 需在输出口设置油雾分离器和冷却器。
计算冷凝水参考图
[例] 温度30℃、相对湿度60%的湿空气，压缩至0.7Mpa，并冷却至25℃，沿图中①→ ②→③→④→⑤，可知压力露点为62℃。再沿⑥→⑦→⑧→③，可知冷凝量为 15.2g/m³。若空压机吸入流量为3m³ /min，则空压机工作一小时冷凝出的水量为 15.2×3×60=2736g/h。 13
［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］ SMC公司的AM系列油雾分 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，在AFM系列油雾 分离器的前面，应安装AF系 列空气过滤器，以提高AFM 油雾分离器的使用寿命，要 用于压力没有脉动的条件下， 要尽量靠近使用端安装。滤 芯内外压差不得超过0.1Mpa。 ［对应产品］ SMC公司有AM150、AM250、 AM350、AM450、AM550、 AM650、AM850系列产品， 额定流量在300～ 12000L/min（ANR）之间， 配管口径Rc1/8~Rc2之间。 AFM有AFM30、AMF40、 AFM40-06系列，过滤精度 0.3μm（去除95％）
螺杆式空气压缩机
两个咬合的螺旋转子以相反方向转动，它们当中的自由空间的容 积沿轴向逐渐减小，从而两转子间的空气逐渐被压缩。若转子和 机壳之间相互不接触，则不需润滑，这样的空压机便可输出不含 油的压缩空气。它可连续输出无脉动的流量大的压缩空气，出口 空气温度为60度左右。
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后冷却器
风冷式
空压机输出的压缩空气温度可达180℃，在此温度下空气中的水 分完全呈气态。后冷却器的作用就是将空压机出口的高温空气 冷却至40℃以下，将大量水蒸气和变质油雾冷凝成液态水滴和 油滴，以便将它们清除掉。 风冷式是靠风扇产生的冷空气吹向带散热片的热气管道来 降低压缩空气的温度的。SMC公司有HAA（风冷）和HAW（水冷） 系列的后冷却器，额定流量从150～30000L/min（ANR）。
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湿度
[计算公式] φ＝ρvb/ρb 又由湿空气中水蒸气的完全气体的状态方程 Pvb＝ ρvb· RbT 式中：Pvb------水蒸汽的分压力，Pa； ρvb-------水蒸气的密度，kg/m³ Rb---------水蒸气的气体常数，Rb＝461 N· m/(Kg· K); T----------水蒸气的温度，K; 饱和水蒸气分压力 Pb＝ρb RbT 可得 φ＝Pvb/P b
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概述
[空气洁净管路图]
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(注1) 在起始端的油浓度(压缩机排放浓度)低于30mg/m3（ANR) (注2) 1mg/m3(ANR) 0.8ppm W/W
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概述
[空气洁净管路图-分解]
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自动排水器
自动排水器用于自动排除管道低处、油水分离器、气罐及各种过滤器底部等处的冷凝水。可安装于不便进行人工排 污水的地方，如高处、低处、狭窄处。并可防止人工排水被遗忘而造成压缩空气被冷凝水重新污染。 自动排水器有气动式和电动式两大类。 气动自动排水器：使用最多的是浮子式，也有弹簧式和差压式。浮子式又可分为带手动操作排水型和不带手动操作 排水型；常开型和常闭型。无气压时，排水口处于开启状态为常开型；排水口处于关闭状态为常闭型。SMC公司有AD、 ADH系列的气动排水器，ADM系列的电动自动排水器。
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空气处理单元
概述 自动排水器 空气过滤器 干燥器 空气组合元件
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概述
[气源处理必要性]
[从空压机输出的压缩空气，含有大量的水分、油和粉尘等污染物] [变质油分形成焦油状物质，导致橡胶及塑料材质变质和老化] [水分对气动元件影响较大：管道金属生锈，水结成冰，使润滑油变质及冲洗掉润滑脂] [锈屑及粉尘会使相对运动件磨损，加速密封件损伤，导致漏气] [液态油水及粉尘从排气口排出，会污染环境、影响产品质量] 空气质量不良是气动系统出现故障的主要因素，会使气动系统的可靠性和使用寿命大大降低，由此造成的损失会大大超过 起源处理装置的成本和维护费用。压缩空气中，绝对不许含有化学药品、有机溶剂的合成油、盐分面S值与声速流导C值一一对应， 两者之间仅计量单位不同，通过 换算，存在： S=5C 式中，S以mm²计， C以L/（s· bar）计 声速流导Ｃ和临界压力比b