氣壓傳動(dòng)與控制的工作介質(zhì)(壓縮空氣)(控制元件)

氣壓傳動(dòng)與控制的工作介質(zhì)是壓縮空氣，壓縮空氣是空氣壓縮機(jī)吸入的大氣經(jīng)壓縮而產(chǎn)生的?？諝獾男再|(zhì)和壓縮空氣質(zhì)量對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性影響極大，空氣的性質(zhì)主要包括空氣的物理性質(zhì)、空氣的熱力學(xué)性質(zhì)及壓縮空氣的流動(dòng)特性等，壓縮空氣質(zhì)量是指雜質(zhì)的含量。下面介紹空氣的物理性質(zhì)和氣源的凈化處理。2. 1空氣的物理性質(zhì)2.1.1空氣的組成在空氣的組成中，氮和氧是比例最大的兩種氣體，其次是氬和二氧化碳，還包括氖、氦、氪、氙等其他氣體以及水蒸氣和沙土等細(xì)小顆粒。組成成分的比例與空氣所處的狀態(tài)和位置有關(guān)，例如位于地表的空氣和高空的空氣有差別，但在距離地表20km以內(nèi)，其組成可以看成均一不變。表2-1列出了在基準(zhǔn)狀態(tài)（0°C,0.1013MPa,相對(duì)濕度為0）時(shí)地表附近的干空氣的組成。表2-1干空氣的組成成分比例空氣的主要組成氮（N2）氧（0”）氬（Ar）二氧化碳（CO）體積分?jǐn)?shù)％78.0920.950.930.03在空氣有污染的情況下。其中還含有二氧化硫、亞硝酸、碳?xì)浠衔锏任镔|(zhì)。一般因?yàn)榭諝獾目v成中比例最大的氮?dú)饩哂蟹€(wěn)定性，不會(huì)自燃。所以空氣作為工作介質(zhì)在易燃、易爆場所。但利用空氣作為介質(zhì)時(shí)必須了解當(dāng)?shù)乜諝獾膶?shí)際組成成分。根據(jù)空氣中是否含有水蒸氣成分，可以將空氣分為干空氣和濕空氣。其中，完全不含有水蒸氣的空氣稱為干空氣，氣壓傳動(dòng)中以干空氣作為工作介質(zhì)。含有水蒸氣的空氣稱為濕空氣，濕空氣中含有的水蒸氣越多，則濕空氣越潮濕。在一定的溫度和壓力條件下，如果濕空氣中含有的水蒸氣達(dá)到最大值，濕空氣稱為泡和濕氣。2.1.2空氣的密度和比容（1）空氣的密度單位體積空氣的質(zhì)量及重量，分別稱為空氣的密度及重度，氣體密度與氣體壓力和溫度有關(guān)，壓力增加，密度增加；而溫度上升，密度減少。在基準(zhǔn)狀態(tài)下，干空氣的密度為1.293kg/m3，在任意溫度、壓力下的干空氣的密度由式（2-1〕給出：p =3.484 X 10-3p （2-1）式中p 干空氣的密度，kg/m3;p——空氣絕對(duì)壓力，Pa；T——空氣的絕對(duì)溫度，K。對(duì)于濕空氣的密度，可用式（2-2）計(jì)算：T式中p' 濕空氣的密度，kg/m3；——空氣的相對(duì)溫度，%；p——溫度為t時(shí)飽和空氣中水蒸氣的分壓力，Pa。b

其他符號(hào)意義同式（2-1）。（2）空氣的比容（質(zhì)量體積）空氣的比容是單位質(zhì)量空氣的體積，其表達(dá)式為：V1v=M=p式中v 空氣的比容，m3/kg；V——空氣的體積，m3；M——空氣的質(zhì)量，kg；p 空氣的密度，kg/m3；2.1.3空氣的壓力（1） 壓力的定義和單位在物理學(xué)上，將單位面積上受力的大小稱為壓力強(qiáng)度，簡稱壓強(qiáng)，但在工程上習(xí)慣稱壓強(qiáng)為壓力。氣體的壓力是分子的熱運(yùn)動(dòng)而相互碰撞，在容器的單位面積上產(chǎn)生的力的統(tǒng)計(jì)平均值，通常用p表示。在國際單位制中，壓力的單位為Pa（帕），1Pa=1N/m2。較大的壓力用kPa和MPa表示，1MPa=103kPa=106Pa。常用的壓力單位還有atm（大氣壓）。以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)，測得的大氣壓力為760mmHg（毫米汞柱），稱為1絕對(duì)大氣壓或1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。1絕對(duì)大氣壓=760mmHg=1.013251@Pa=0.101325MPa為了計(jì)算方便，在工程上取0.980665X105Pa為1工程大氣壓。1（標(biāo)準(zhǔn)）絕對(duì)大氣壓=1.0332工程大氣壓（2） 壓力的表示方法壓力的表示方法有絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力。絕對(duì)壓力是以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)來進(jìn)行度量的壓力；相對(duì)壓力是以大氣壓為基準(zhǔn)來進(jìn)行度量的壓力。如果氣體的絕對(duì)壓力低于大氣壓力，則習(xí)慣上稱為真空，并以真空來表示。絕對(duì)壓力比大氣壓力小的那部分?jǐn)?shù)值，叫做真空度。由常用壓力測試儀表所測得的壓力為相對(duì)壓力，因而習(xí)慣把相對(duì)壓力稱為表壓力。在運(yùn)算公式中一般采用絕對(duì)壓力。絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力、大氣壓力及真空度之間關(guān)系如圖2-1所示，可表示為：絕對(duì)壓力=相對(duì)壓力+大氣壓力真空度=大氣壓力-絕對(duì)壓力相對(duì)壓力（正）相對(duì)壓力（負(fù)）（真空度）絕對(duì)壓力大氣壓力風(fēng)絕對(duì)真空絕對(duì)壓力、大氣壓力、真空度關(guān)系圖2.1.4空氣的黏性氣體在流動(dòng)過程中產(chǎn)生內(nèi)摩擦阻力的性質(zhì)叫做氣體的黏性，用黏度表示其大小。氣體常用的黏度單位有兩種，即動(dòng)力黏度“和運(yùn)動(dòng)豁度V。動(dòng)力黏度以液體流動(dòng)時(shí)生內(nèi)摩擦力的大小來表示的黏度，它的單位是Pa?s（帕?秒）；運(yùn)動(dòng)黏度的定義是動(dòng)力黏度與氣體密度之比，它的單位是m2/s（米2/秒）或mm2/s〈毫米2/秒）。壓力對(duì)空氣黏度的影響甚微，通?？珊雎圆挥?jì)。因此可以認(rèn)為空氣的黏度只隨溫度的變化而變化，并且隨溫度的升高略有增加。黏度隨溫度的變化關(guān)系見表2-2.表2-2空氣的動(dòng)力肅度護(hù)和運(yùn)動(dòng)耕度u隨溫度的變化值溫度/X田(Pa?s) '溫度廠c/i/(Pa?s)u/(m2/s00.0172X10^313.7X1L■600.02.01X10-319.6X10100.0178X10-314.7X10-6700.0204X107L20.6X10!-200.0183X10-a15.7X10"6800.O21OX1O-9'21.7X10300.O187X1O'316.6XIO^6900.0216X10-3i22.9X10400.0192X10-517.6X10~fi1000.0218X10_a23.6X10500.0196X10-36XW-62.1.5空氣的壓縮性和膨脹性空氣的體積是易變的，它隨壓力和溫度的變化而變化。與液體和固體相比，氣體具有明顯的壓縮性和膨脹性，例如在壓力不變、溫度變化1°C時(shí)，空氣體積變化1/273，而水體積僅變化1/20000,空氣體積易變的能力是水的73倍。氣體與液體體積變化如此懸殊，主

要原因在于氣體分子間的距離是分子直徑的9倍左右，分子間的距離大，內(nèi)聚力小，分子運(yùn)動(dòng)的平均自由通路大。2.1.6空氣的濕度和含濕量通過學(xué)習(xí)已經(jīng)知道含有水蒸氣的空氣稱為濕空氣。由于濕空氣中的水分對(duì)氣動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和壽命有很大影響，因此對(duì)空氣中的含水量應(yīng)進(jìn)行限定，氣動(dòng)系統(tǒng)也常采取必要的措施防止水分的進(jìn)入?？諝獾母蓾癯潭?、含水量的多少，常用濕度和含濕量來表示。(1)絕對(duì)濕度和飽和絕對(duì)濕度單位體積的濕空氣所含水蒸氣的質(zhì)量稱為濕空氣的絕對(duì)濕度，用x表示，即msx=V=P(2-4)s式中x 絕對(duì)濕度，kg/m3；m——濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量，kg；SV—濕空氣的體積，m3；P—水蒸氣的密度，kg/m3。S當(dāng)濕空氣中水蒸氣的分壓力達(dá)到該濕度下水蒸氣的飽和壓力時(shí)，其絕對(duì)濕度稱為飽和絕對(duì)濕度，用x表示，即b式中xb—飽和絕對(duì)濕度，kg/ms；bp—飽和濕空氣中水蒸氣的分壓力，Pa；bR—水蒸氣的氣體常數(shù)，R=462. 05J/(kg?K)；s sP^—飽和濕空氣中水蒸氣密度，kg/m3 。其他符號(hào)意義同式(2-4)。(2)相對(duì)濕度在一定溫度下，絕對(duì)濕度與絕對(duì)飽和濕度之比，或濕空氣中水蒸氣分壓力與飽和水蒸氣壓力的比值，稱為在該溫度下的相對(duì)濕度，用e表示，即e=XbX100%=pbx100% (2-6)相對(duì)濕度反映了空氣繼續(xù)吸收水分的能力。e值越小，濕空氣吸收水蒸氣的能力越強(qiáng);e值越大，濕空氣吸收水分的能力越弱。相對(duì)濕度一般用百分比表示?？諝饨^對(duì)干燥時(shí)，p=0，e=o；濕空氣達(dá)到飽和時(shí)，p=p,e=100%?？梢?，e值在b0~100%之間變化，e在60%?70%時(shí)，是人體感覺舒適的濕度。氣動(dòng)系統(tǒng)中，工作介質(zhì)適用的相對(duì)濕度不得超過90%。當(dāng)然，空氣相對(duì)濕度越低越好。含濕量濕空氣含量可用每千克質(zhì)量的干空氣中所混合的水蒸氣質(zhì)量表示，稱為質(zhì)量含濕量，即ms

mgD=ms

mg(2-7)

式中d—含濕量；m一水蒸氣的質(zhì)量，kg；Sm一干空氣的質(zhì)量，kg。g含濕量也可用單位體積干空氣中混合的水蒸氣的質(zhì)量來表示，稱為容積含濕量，以d'表示，即(2-8)msdmg1

d=Vg=Vg=dpgkg/m3；m3式中d'—容積含濕量，kg/m3kg/m3；m3gVg—干空氣體積，其他符號(hào)意義同式((2-7)。露點(diǎn)空氣中的飽和含濕量隨溫度變化而變化。當(dāng)氣溫下降時(shí)，飽和含濕量下降氣溫上升時(shí)，飽和含濕量增加。未飽和空氣，保持水蒸氣壓力不變而降低溫度，使之達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度叫做露點(diǎn)。溫度降至露點(diǎn)溫度以下，濕空氣便有水滴析出。如果減少進(jìn)人氣動(dòng)設(shè)備中空氣的水分，必須降低空氣的濕度。氣動(dòng)系統(tǒng)中采用的清除濕空氣中水分的降溫法就是利用此原理。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，飽和空氣中水蒸氣分壓力pb、飽和絕對(duì)濕度二xb、飽和容積含濕量d'與溫度的關(guān)系見表2-3。 bb

溫發(fā)応鍛和水黠氣分壓力^fc/MPa鍛利址對(duì)濕度飽和容積含濕量dl溫度t/*C惋和水蒸代分壓力^b/MPa桅和絕對(duì)攝度xb/(g/mJ)誨和粹積含/(g/m3)1000.1013&&?.a210.002518.318,3800.0473290.S292*9200,002317,317.3700,0312197.01&7.9190.002216.316,360Q.019912&.S130.1IS0.002115+415*4500.012382.9S3.2170.001914.514,5400.00745L051.2160.001813,613.6390,007Q48.543.i15①001712.812-8380.00^646,146*3 ■140.001612*112.I370.00$34氛844.013仇001511.311.*3fi0.005941.64L8ISQ-001410.610.73&0.005639,539,110,001310.0ID.Q340.005337.537.610600129-49.4330.005035,&35*78Q.00]1B.27fi.37320,004833.833.860.00097.267.30310.004532.032-046oooa6.146.40300.004230.330.42a00075,565.6029Q.004028.728.700.00064.854.騎28Q.003827.227,2一20.00054.224.23270,003625.725.8-40,00043.663,5260.003424.324.4—60.000373.163.002