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气动讨论课燕山大学

气动系统节能

姓名:刘小平

班级:09机控2班

学号:0901********

指导教师:吴晓明

气动系统节能方法措施

1.气动系统节能的背景与现状

自70年代世界性能源危机以来,节能问题口益为世人昕重视:尤其是近年来.对生态环境的破坏和由此导致的自然灾害,使人们认识到资源的过渡开发和对环境的破坏已经威胁到人类的生存,为了将环境管理和经济发展结合起来,规范企业和社会团体的环境行为.最大限度地合理配置和节约资源,减少人类活动对环境的影响,维持和持续改善人类生存与发展的环境.国际标准化组织从1993年开始制定并于1996年开始颁布

lsol4000环境管理系列标准,现在该系列还有很多标准正在制定中。在工业技术中,各企业和公司被要求在生产过程中遵守N)14000有关环境管理的规定,以保护人类的生存环境、由此节能便成为工业中各行业的一个重要的基本课题。

气压传动和控制是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一,但其工作介质(压缩空气)的制造成本高,能量的利用率又相当低。提高气动系统使用的经济性,

已成为当前应该重视的问题。

2.气动系统的效率和能量损失

从节能角度来看,气动系统要比液压系统和电气系统效率低多.1988年Mitsuoka从能量转换的角度这种方式驱动系统的效率进行了研究,认为当时的电气系统效率为80%.液压系统效率为40%,而气动系统的效率仅20%。并估计将来能够达到的可能值是电气系90%.液压系统为75%,气动系统为40%。从这个结果可以看出气动系统在节能的角度来说是较差的,但同时也说明了气动系统节能还有很大的改善空间,气动系统的效率较低,也就是说能量损失较大。要想达到节能,首先要知道系统的能量是在何处损失的,考虑气动系统的能量损失,要从空气压缩机开始直到气动执行元件做功为止=空气压缩机所消耗的电能为总能量,这些能量被转换成压缩空气的做功能力,这个过程中的效率就是压缩机的效率,压缩机输出的空气温度较高,需要用冷却器进行冷却,但同时也使压缩空气的内能降低,实际上就是从压缩空气中释放出一部分能量而没有做任何有用功。压缩空气

经却后进入气罐,然后经净化和减压通过管路输送给各种用气设备。住管路部分里,能量的损失主要是由于管路的阻尼和泄漏,以及减压引起的损失,一般用气设备主要分两大类,一类是用压缩空气驱动执行器来做功,这部分的损失上要是由于执行元件在运行过程中,排气侧的高压空气没有做任何有用功就排出系统所造成的

损失,还有节流口处的减压和系统中的泄露等造成的,另一类是各种气动喷嘴以及利用高压空气产生真空的

真空发生器等,这些场合空气的消费量很大,而且效率较低,有很大的提高空间。

3气动系统节能的手段

根据前面所述的气动系统能量损失的途径,可以制定出相应的节能思想,主要包括降低空气消费量;有效利用执行元件排出的有压空气;提高执行元什的效率;从气源到现场段减小压力损失和泄漏;气动喷嘴各种优化等。具体的实现手段主要包括对气源的节能、供气管路的节能、减小泄漏的节能、喷嘴的节能,另外还有适压适所节能。

(1)气源的节能

对气源的节能主要是指对空气压缩机的合理使用和控制,使空气压缩机的排气量和压力与用气系统的需要相适应。常用的控制是压力控制、压力和时间控制等,根据负载的变化,决定哪一台空气压缩机进人工作状态或停机,以及在压力极限处的延迟时间。但是这些控制方法都使空气压缩机在超过用气需要压力的情况运行.造成不必要的能源浪费,采用恒压变量自动控制技术可以克服这个缺点,利用PLc和大功率变频调速对并联的多台空气压缩机系统进行恒压变量控制,根据用气系统瞬时耗气量的变化,自动改变空气压缩机满载运转的台数和另一台受控驱动电动机的转速,使压缩空气的供求始终保持动态平衡状态,供气压力摹本保持不变。根据实际应用和测算结果,节能率约为20%至40%。另外从压缩机输出的压缩空气温度较商,要用冷却器进行冷却,由于温度降低使压缩空气的内能降低,但是没有做任何有用功。对于这部分能量损失,现在还没有一个较好的解决办法。

(2)对供气管路的节能

压缩空气从气源装置至各处的用气系统是通过管路来

输送的。压缩空气在管路内的流动过程中会有压力损失,这个损失和管路直径的5次幂成反比,和管路的长度成

正比,在管路长度一定的情况下,如果管路的直径越大压力损失越小,但是由于管路的费用也随之增高二现在有学者利用优化的方法,根据各处的用气流量等参数设计管阿的拓扑结构和各段管路的直径使系统管路压力

损失所造成的费用和管路材料及施工费用之和最小.使之达到最优。

(3)减小泄漏

在很多实际系统中+压缩空气的泄漏非常严重,主要是

从输送管路处和用气设备处泄漏出去的。对于不同直径的泄漏孔,其泄漏量和损失费用不同.对泄漏主要的解决办法是要加强规范化管理,定期进行空气泄漏量的检测和维修。

(4)喷嘴的节能在工业中,消费压缩空气的另一种方式就是使用各种喷嘴,它被广泛地应用在异物除去、水分干

燥、焊接部位冷却,甚至还应用于小型物料分离等场合下。以往人们对喷嘴重视程度不够,往往忽视了它引起的空气消费量:在近年的调查中发现在工厂中喷嘴的空气消费量占整个消费量的50%,而且它的效率很低,近年来,日本的多家公一J和大学以及我国的清华大学对此进行了深入的研究,指出在不同的应川场合下,喷嘴的形状和分布、窄气流量以及上游的配管参数对喷嘴的效率影响很大。

(5)气压传动系统的节能

对于气压传动系统.由于执行元件在运行过程中,排气侧的高压空气没有做任何有用功就排出系统,从而造成了很大的能量损失。针对这个问题,近年来提了一些解决办法,但是都还没有达到广泛应用的程度。最早提出的方法是在排气过程中,将排气侧的一部分高压气体保存在一个容器中,当执行器反方向运动时,这部分气体再作为有压窄气进入充气侧,从而达到节能的目的,现在已经用此原理开发出了节能气缸,另外一种方法在活塞到传后切断充气过程,来降低充气侧的压力,减小空

气消费量达到节能的目的。SMc公司对此原理进行改进并开发出了节能阀。

(6)适压适所在很多工厂中使用一组空压机统一为全部

提供压缩空气,但是各处所需压缩空气的压力可能不同,所以提供的压力是所有用气系统需要的最高压力,对丁需要低压的场合,则用减压阀进行减压。从节能的角度来看,这样做损失了很多能量。所以应根据实际情况,对气源的输出压力进行适当的调整。可以将一个空压机组分为几组,每组根据用气没备的需求提供不同压力的压缩空气在对低压空气需求量大,对高压空气需求量相对较少的情况下,气源可以提供低压空气,局部采用增压设备进行增压为需求高压空气的设备供气。这种节能手段的总体思想就是为不同的需求提供不同的压力,而不是统一提供较高的压力再进行减压处理。