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Tetra Pak – Denton Principles of Pneumatics Version 1.14/24/03 WCM CORE PROCESS TRAININGEdited by K. Pyle1气压原理 I流体动力系统1.1 所有的工业设备都采用一种类型或另外一种类型的流体动力系统做功的过程是流体在系统内压力作用下完成的流体动力系统可以在流程中某一部分起作用，例如：加热或冷却，或者也可以作为二次服务系统使用，如压缩空气流体可以为液体，如水或油，也可以为气体压缩空气是在工业应用中最常见的一种气体采用气体来传递力的系统称为气动系统气动”这个词主要源于希腊词，表示一种未曾见过的气体最初，气动只表示气体的流动现在它表示在压力作用下系统中任何气体的流动气动系统1.2 气动系统做功的方式包括操作气动工具、线性运动装置、开门装置、旋转运动装置和气动运输机（用于原材料的加工）工业设备中的气压系统通常利用压缩空气压缩空气被使用于操作轻便的气动工具，如钻机、扳手和破碎工具，还用于虎钳、卡盘等其它夹紧装置，可移动的定位装置和用于制作过程的气体供给。

尽管气动设备的类型彼此是不同的，但它们都将压缩空气转化成功力、重力和质量1.3 压缩机在大气压下集合空气，压缩它并将它储存在罐中罐中的空气流入到从罐到设备相连管线中，力指的是作用在物体上的用以使物体产生运动的推力或拉力它包括使物体由静止变为运动、由运动变为静止和改变物体的速度或运动方向在气动系统中，压缩空气施加的力一直存在于工作系统中重力是指某物体受到地球引力作用所产生的力在气动系统中，无论空气是被保留在罐中还是通过系统正在运行，所有的部件都有重力质量是指物体所含物质的多少，也是指物体惯性或运动阻力的大小一个物体的质量决定着它在地球上或其它引力区域内的重力，物体的惯性决定着提升或移动一个物体，改变物体的速度或运动方向需要多大的力大家都知道，和水或液压流体相比，空气是非常轻的它的相对低的密度适合长距离和高速控制应用而且，由于空气的低重量和惯性的原因，所以当快速关闭阀门时，不会产生象液压流体一样的气压振动 空气压缩机罐力功图 1-1Tetra Pak – Denton Principles of Pneumatics Version 1.14/24/03 WCM CORE PROCESS TRAININGEdited by K. Pyle2压强1.4 压强是指物体单位面积（平方英寸）上所作用的力（磅）的数量。

尽管压强可以按多种方式计量，但磅/平方英寸（psi）的使用还是最普遍的一般来说， 气压系统涉及到三种压强： 1. 大气压强2. 大气压强以下3. 气动系统压强没有空气（无论是全部的或部分的）通常被称为是真空或半真空在一些应用中，它还被称为负压或吸压在大部分的应用中，真空是以英寸水银柱取代磅/平方英寸（psi）来计量的然而，作用在气压系统上的气压是以磅/平方英寸（psi）来计量的在气压系统中，大多数压强计仅仅测定压强高于外界大气压强的值当压强计不工作时，它的读数为零（0psig）磅/平方英寸当压强计上指示到 250 时说明气体压强比大气压强高出 250psi 压强计的读数加上大气压强，总压强为 264.7 磅/平方英寸, 或者绝对压强 (psia) 在大多数液压系统中，psig 和 psia 的区别是不很重要的，因此，压强计的读数通常只以 psi 表示功和能量1.5 在气压系统中，能量的类型包括： 电能 带动泵的电机 气压能 由压缩机产生 热能 由压缩机电机、压缩机、流动空气和运动活塞间的摩擦产生 动能 由压缩空气提起或移动一个物体产生 势能 被提起的或移动的物体所具有的能量气体和液体的分离1.6 因为液体比气体要重，它们不容易混合。

因此，当空气和悬浮的水或油被放到同一罐中或在同一管线中流动时，水或油将沉淀和流到最低处这就是通常水会汇集在垂直进气管的底部的原因，水在这里通过排水阀排出可压缩性1.7 空气可以很容易地被压缩，并且可以在一个相对小的容器中大量储存压缩的空气越多，压强也就越大容器中的压强越大，容器也就必须更坚固气压定律1.8 帕斯卡定律作为最著名的物理定律之一，制约着气压系统的工作帕斯卡定律指出当气体在压力作用下，密闭容器内的气体压强在气体各个方向的传递是相等的见下图 1-2) 如果容器是可变形的，那么就呈现为球形大多数压缩气体罐是带有球形端的长圆筒，它们可以更有效地承受压强鉴于这种设计，压力容器可以由薄钢板制成，但不能忽视安全性Tetra Pak – Denton Principles of Pneumatics Version 1.14/24/03 WCM CORE PROCESS TRAININGEdited by K. Pyle3气体压强和体积之间的基本关系在波义尔定律中已经指出，它规定： 在温度保持不变的情况下，一定数量气体的绝对压强与它的体积变化成反比。

这就意味着：只要温度保持不变，14.7 psia 的 10 ft3 空气体积压缩到 1 ft3 时，空气压强升高到 147.0 psia另外一个有关热量的物理定律是查理定律， 上面规定：如果一定数量的气体体积保持不变，气体压力的变化直接随着气体绝对温度（T）的变化而变化及,如果一定数量的气体压强保持不变，气体体积（V）的变化将随着气体温度的变化而变化因为只有在温度变化时才能完成气体压缩，所以在现实的气压系统中，波义尔定律和查理定律不能分开执行，它们必须要合在一起执行，这就被称为理想气体定律气压动力系统部件1.9 工业设备中有很多种类的气压系统简单地说，气压系统是一个管道回路，回路内部的空气在控制压力下传递力来做功它通常被称为开放式系统，因为它在大气压下吸入空气，并当完成所做的功将空气排放到大气中基本的气压系统通常通过增加其它部件进行改良，这样能够让系统做更多的功，并且能够保证更可靠地运行见图 1-3).压强图 1-2Tetra Pak – Denton Principles of Pneumatics Version 1.14/24/03 WCM CORE PROCESS TRAININGEdited by K. Pyle4下面的部件（见图 1-4)组成了改良后的基本气压动力系统：1. 用于净化空气的进口过滤器和消音器。

2. 压缩室内空气并在压力作用下传递压力的压缩机3. 压缩空气所需的冷却器4. 用于清除空气中冷凝水和油的分离器5. 根据要求启动和终止压缩机的压力开关图 1-3压缩机罐活塞杆动力传动装置方向控制阀图 1-412345 678910Tetra Pak – Denton Principles of Pneumatics Version 1.14/24/03 WCM CORE PROCESS TRAININGEdited by K. Pyle56. 压力开关出现故障时使用的安全阀7. 压缩空气储存罐压缩空气储存罐8. 用于准备空气使用的过滤器、压力调整器和润滑器9. 带有安全装置的方向控制阀10. 必要的时候，每个工作点所需的动力传动装置它们可以为汽缸、电机或气泵11. 系统中传递压缩空气的管道管道还包括清除污染物和水的排污阀总结1.10 气动系统是在压力作用下采用一种气体（如压缩空气）来传递力力指的是作用在物体上的用以使物体产生运动的推力或拉力系统要做更多的功，也就需要更多的力。

空气处理1.10 所有的空气中都含有污染物，另外，空气都具有湿度湿度在不同时期和不同地点是变化着的 1.11 当外界空气进入压缩机前，它必须要通过过滤器清除大部分的灰尘和其它固体污染物干式过滤器被制作成不同的形状和结构用于过滤的材料范围从棉花到毡制品，并捆扎装在金属丝网筛或其它隔栅中所有的这些过滤器必须要采用推荐的溶剂来清洗，但是绝对不能使用汽油湿式过滤器在构造和操作上稍微有点不同曲径过滤器是比较常用的一种过滤器，它通过引导空气向下到达一个较浅的储油罐，然后在进入进气管前，向上通过过滤介质油中的任何污染物将随着空气进入到过滤器中 1.11 另外一个影响空气中水蒸气数量的因素是空气的压强当空气压强增大时，空气保持水份的能力就降低了当压缩机在重荷载下工作时，压缩空气将不会冷却到储气装置或进气管中的露点温度那么，它会留在空气中并且经过气压设备当空气离开这些设备时，它突然发生膨胀并且被冷却到低于露点的温度这时候， 水蒸气在气动设备中凝结并形成水如果空气冷却到 32 华氏度以下时，水就可能结冰在正常工作条件下，冷却和水蒸气的冷凝通常发生在储气装置和管道中如果水蒸气的冷凝是不充分的，那么就有必要采取某一种类型的外部冷却。

否则， 不正常的水量将会通过气压系统传递在正常使用的过程中，仍然有少量的水分可能在气动工具或动力传动装置中冷凝水分的影响1.12 只要水分存在的时候就会生锈和腐蚀 这主要是由于铁和水分间的化学反应的结果空气的水分即使不凝结成水，也会引起储气罐、空气管线和设备的锈蚀和腐蚀另外，在油中混有带杂质的水时，就会形成腐蚀酸这些腐蚀酸会腐蚀气动设备的内表面除了腐蚀以外，压缩空气系统中的水会稀释和冲走气压设备工作表面的润滑剂，引起设备磨损水还会占用了仪器和控制器的小通道，使它们无法正常工作鉴于这些原因，水（液态的或蒸汽）应该从压缩空气中清除1.13 由于空气压缩使油发生的积聚会阻塞精密设备的小通道同时，油中还包夹着存在的小颗粒污染物当这些污油和水结合在一起时， 它会发生乳化并失去了润滑质量空气被压缩时产生的高温会使水和油变成污泥和酸性物质这些酸性物质会腐蚀气压设备，污泥与空气中的污染物结合会在管线和设备中形成沉淀物这些沉淀物会减少气压设备的效率和寿命 当油被蒸发时，它会以小滴或油雾的形式被驱散开 压缩空气中的油滴是很容易被清除的，但是Tetra Pak – Denton Principles of Pneumatics Version 1.14/24/03 WCM CORE PROCESS TRAININGEdited by K. Pyle6对于薄油雾和水蒸气是一个比较困难的问题。

管道和软管中的油会影响管芯因此，清除系统中的油和其他污染物也是很重要的脱水1.14 清除压缩空气中的水和油有很多方法最常用的方法之一就是冷凝水蒸气液体可以很容易地被清除油汽也可以冷凝，然后清除另外一种清除水分的方式是象干燥器一样通入循环空气，不经过冷凝来清除空气中的水蒸气除非真正需要干燥空气，大多数设备仅仅是通过二次冷却器来冷却空气，并且清除冷。