CN110454366A - 一种空压设备的选型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于气路设计领域，公开了一种空压设备的选型方法。包括连接于空压机之储气罐的选型方法，所需储气罐的容量，满足以下条件：所述储气罐内气压处于生产设备的启动压力设定值时，所述储气罐内的气体量L1为生产设备经过单位时间耗气量V的X倍，且2.5≤X≤3；当所述储气罐内气压处于所述生产设备的停止压力设定值时，所述储气罐内残余的气体量L2为生产设备单位时间耗气量V的X‑1倍。本发明提供了一种空压设备的选型方法，其根据一定压降范围内储气罐与生产设备耗气量之间存在的比值关系，选用容量合适的储气罐，可避免由于气压下降速度过快、气压不稳定等原因导致的生产设备发生故障。

Description

一种空压设备的选型方法
技术领域
本发明属于气路设计领域，尤其涉及一种空压设备的选型方法。
背景技术
在自动化设备制造领域实际生产过程中，我们经常需要做大型自动化设备，往往大型自动化设备需要用到大量的气动执行元件例如：气缸、真空发生器等，其数量往往超过数十个，数百个，气缸缸径应用从5mm至200mm居多，气缸行程从5mm至2000mm居多。而在实际生产中经常遇到空压设备气压不足、气量不足、气源处理滞后而造成的停机、气源污染、撞机等异常情况，究其原因，是气路设计过程中理论依据不够，没有仔细清楚的计算耗气量，导致气路选型设计不准确，有的甚至根本没有理论计算与设计所致。
在大型自动化设备中气动执行元件数量特别多，耗气量大，由于气压下降速度过快、气压不稳定等原因致使发生机械故障。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一，提供了一种空压设备的选型方法，其根据一定压降范围内储气罐与生产设备耗气量之间存在的比值关系，选用容量合适的储气罐，可避免由于气压下降速度过快、气压不稳定等原因导致的生产设备发生故障。
本发明的技术方案是：一种空压设备的选型方法，包括连接于空压机之储气罐的选型方法：
所需储气罐的容量，满足以下条件：
所述储气罐内气压处于生产设备的启动压力设定值时，所述储气罐内的气体量L1为生产设备经过单位时间耗气量V的X倍，且2.5≤X≤3；
当所述储气罐内气压处于所述生产设备的停止压力设定值时，所述储气罐内残余的气体量L2为生产设备单位时间耗气量V的X-1倍。
可选地，所述生产设备的启动压力设定值P启为0.8MPa，所述生产设备的停止压力设定值P停为0.5MPa。
可选地，还包括空压机的选型方法：
根据所述生产设备已知的耗气量计算出所需空压机的排气量，且所述空压机单位时间的排气量P为所述生产设备耗气量的2.5倍：
P＝2.5V。
可选地，计算出所述空压机的排气量前，先计算出所述空压机中气缸的单位时间最大耗气量，所述气缸的最大耗气量小于生产设备的单位时间耗气量V，Qmax计算公式为：
Qmax＝0.047*D2*s*(p+0.1)/0.1*1/t；
其中，Qmax表示最大耗气量，
D表示气缸的缸径，
s表示气缸行程，
t表示气缸完成一次夹紧(或松开)动作时间，夹紧和松开的时间相等，
p表示工作压力。
可选地，所述气缸的平均耗气量根据所述气缸的最大耗气量与所述气缸完成一次动作所需的时间的乘积以及与所述气缸动作循环周期的比值计算得出，且所述气缸的平均耗气量为所述气缸的行程、单位时间内所述气缸的动作循环次数以及所述气缸单位行程的耗气量的乘积；所述气缸包括单作用气缸和双作用气缸，所述单作用气缸与所述双作用气缸平均耗气量的相关计算公式为：
单作用气缸的平均耗气量：
双作用气缸的平均耗气量：
其中，表示单作用气缸的平均耗气量，表示双作用气缸的平均耗气量，q表示单位行程耗气量，T表示循环周期，
n表示单位时间气缸工作循环次数。
可选地，根据所述单作用气缸的平均耗气量、所述双作用气缸的平均耗气量与所述气缸的最大耗气量相关计算公式推算出所述单作用气缸与所述双作用气缸不停地往复动作时的最大耗气量，相关计算公式为：
T＝2t，
单作用气缸的最大耗气量：
双作用气缸的最大耗气量：
其中，Q单max表示单作用气缸的最大耗气量，Q双max表示双作用气缸的最大耗气量。
可选地，所述气缸的最大耗气量通过与经验系数的乘积计算出所述气缸的全部耗气量，且所述经验系数为1.25至2。
可选地，所述空压机连接有气管，在空压机内的气压压强处于0.5MPa时，气管流量为气管相应的流量系数的1000倍，而流量系数近似于相应气管内径1/18的横截面积，气管流量的相关计算公式为：
Q＝Cv*1000＝(S/18)*1000≈55.5*S；
其中，Q表示气管流量，
Cv表示气管的流量系数，
S表示气管内径横截面积。
本发明所提供的一种空压设备的选型方法，其根据一定压降范围内储气罐与生产设备耗气量之间存在的比值关系，选用容量合适的储气罐，可避免由于气压下降速度过快、气压不稳定等原因导致的生产设备发生故障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种空压设备的选型方法的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接设置、安装、连接，也可以通过居中元部件、居中结构间接设置、连接。
另外，本发明实施例中若有“启动”、“停止”、“高”、“低”、“大”、“小”、“快”、“慢”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系或常规放置状态或使用状态，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构、特征、装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和各实施例，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征/实施例的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本发明中各个具体技术特征/实施例的各种可能的组合方式不再另行说明。
如图1所示，本发明实施例提供的一种空压设备的选型方法，可包括连接于空压机之储气罐的选型方法：
所需储气罐的容量，可以满足以下条件：
储气罐内气压处于生产设备的启动压力设定值时，此时为生产设备工作的初始状态，储气罐内的气体量L1可以为生产设备经过单位时间耗气量V的X倍，且2.5≤X≤3；
当储气罐内气压处于生产设备的停止压力设定值时，此时为生产设备工作的终止状态，储气罐内残余的气体量L2可以为生产设备单位时间耗气量V的X-1倍。
根据上述条件，可以推算出以下两个相关公式：
L1＝X*V；
L2＝(X-1)*V；
其中，L1、L2单位均可以为l，
V单位可以为l/min。
可以理解地，X的取值无限大时，V可以忽略不计；且V的值可以由理论计算得出，可适当加入管路损耗。
本实施例中，其根据生产设备的启动设定值与生产设备的停止设定值范围内储气罐与生产设备耗气量之间存在的比值关系，选用容量合适的储气罐，可避免由于气压下降速度过快、气压不稳定等原因导致的生产设备发生故障。
可以理解地，推导出上述储气罐容量的相关计算公式依据为理想气体状态方程式：
PV＝nRT；
其中，P表示气体的压强，
V表示气体体积，
N表示物质的量，
T表示热力学温度。
可选地，生产设备的启动压力设定值可以为0.8MPa，生产设备的停止压力设定值可以为0.5Mpa，即0.8MPa至0.5Mpa为正常工作生产所需的压降范围，适用于大型的耗气生产设备。当然，生产设备停止压力设定值还可以为0.4MPa，生产设备启动压力设定值为0.8Mpa，即0.8MPa至0.4Mpa为正常工作生产所需的压降范围，适用于小型的耗气生产设备。
进一步地，生产设备可通过气压保护开关进行保护，当气压低于0.5MPa时，整机停机并提示气压不足。
可选地，可对X的取值做出相关测试，可通过安装在储气罐顶部的压力表进行观察：在一个循环周期内能使气压值从0.8Mpa至0.5Mpa变化时选定的储气罐容量即为气路所需储气罐的临界容量，本实施例中，选型时取2.5至3倍的临界容量即可，即实际生产设备配置储气罐的容量＞临界容量。当然，相反已选定好储气罐且已知其容量，可反向求证一定数量生产设备的稳定性。
综上，X的取值是决定气路设计成功的关键，X的取值可以为一个可变的临界常数，根据XV/(X-1)V＝0.8/0.5，理论上X的临界值为2.67，其X的取值与压强变化成反比，X的取值越大，压降越小，气路压力越稳定，生产设备运行也越稳定；
可选地，还可包括空压机的选型方法：
可根据生产设备已知的耗气量计算出所需空压机的排气量，且空压机的排气量P可以为生产设备耗气量V的2.5倍：
P＝2.5V；
其中，P单位可以为l/min。
可以理解地，欲使空压机不频繁启动，可选用储气罐稍大的型号，按启动频繁需求可灵活选择，则根据经验空压机排气量为生产设备耗气量的2.5倍；
欲使生产设备工作效率提高，可选储气罐稍大的型号，实际生产中空压机理论排气量的计算方法如下：
空压机理论排气量Pmin＝生产设备进气量V+生产设备耗气量V＝2V(单位为l/min)——管路无损耗，空压机以及生产设备不停止工作的情况下。
综上所述，可通过实施例进行说明：
实施例一
已知生产设备的耗气量为400l/min，功率为7.5kw，
气压变化范围为0.8Mpa至0.5Mpa，
可计算出所需的储气罐容量：X取值为3，L＝3*400＝1200l/min；
还可计算出空压机的实际排气量：P＝2.5*400＝1000l/min，
则所选的储气罐容量＞空压机的实际排气量，条件满足。
实施例二
已知生产设备的耗气量为500l/min，
气压变化范围为0.8Mpa至0.5Mpa，
可计算出所需的储气罐容量：X取值为3，L＝3*500＝1500l/min；
还可计算出空压机的实际排气量：P＝2.5*500＝1250l/min，
则所选的储气罐容量＞空压机的实际排气量，条件满足。
可以理解地，在已知的生产设备耗气量与给定的气压变化范围内，储气罐最多可容纳L1的气体，即储气罐的容量为L1。
可选地，计算出空压机的排气量前，可先计算出空压机中气缸的单位时间最大耗气量，气缸的最大耗气量小于生产设备的单位时间耗气量V，Qmax计算公式为：
Qmax＝0.047*D2*s*(p+0.1)/0.1*1/t；
其中，Qmax表示最大耗气量，单位可以为l/min，
D表示气缸的缸径，单位可以为cm，
s表示气缸行程，单位可以为cm，
t表示气缸完成一次夹紧(或松开)动作时间，夹紧和松开的时间相等，
p表示工作压力，单位可以为Mpa。
可选地，气缸的平均耗气量根据气缸的最大耗气量与气缸完成一次动作所需的时间的乘积以及与气缸动作循环周期的比值计算得出，且气缸的平均耗气量为气缸的行程、单位时间内气缸的动作循环次数以及气缸单位行程的耗气量的乘积；气缸可包括单作用气缸或/和双作用气缸，则单作用气缸与双作用气缸的平均耗气量相关计算公式为：
单作用气缸的平均耗气量：
双作用气缸的平均耗气量：
其中，表示单作用气缸的平均耗气量，单位可以为l/min，
表示双作用气缸的平均耗气量，单位可以为l/min，
q表示单位行程耗气量，单位可以为l/min(q的取值可从气动工具书上查出)，
T表示循环周期(sec)，
n表示单位时间气缸工作循环次数，即每分钟循环的次数，n＝60/T。
可选地，可根据单作用气缸的平均耗气量、双作用气缸的平均耗气量与气缸的最大耗气量相关计算公式推算出单作用气缸与双作用气缸不停地往复动作时的最大耗气量，相关计算公式为：
当T＝2t时，
单作用气缸的最大耗气量：
双作用气缸的最大耗气量：
其中，Q单max表示单作用气缸的最大耗气量，单位可以为l/min，
Q双max表示双作用气缸的最大耗气量，单位可以为l/min。
可选地，气缸的最大耗气量可通过与经验系数(CBWEE)的乘积计算出气缸的全部耗气量，经验系数是通过多次实际试验得到，而气缸的全部耗气量包括非工作容积(含缸内及气管等，这大概占实际耗气量的20％至50％)，且经验系数为1.25至2。优选地，一般情况下经验系数取值2。
可选地，空压机连接有气管，在空压机内在0.5MPa的气压压强下，气管流量为气管相应的流量系数的1000倍，而流量系数近似于相应气管内径1/18的横截面积，气管流量的相关计算公式为：
Q＝Cv*1000＝(S/18)*1000≈55.5*S；
其中，Q表示气管流量，单位可以为l/min，
Cv表示气管的流量系数，流量系数代表该气管的流通能力，
S表示气管内径横截面积，单位可以为mm2。
综上，将几个常用内径的气管数据代入气管流量的相关计算公式可得知：
气管内径为12.5mm，且气压为0.5Mpa时：
Q＝12.52*55.5＝7000(l/min)；
气管内径为9.5mm，且气压为0.5Mpa时：
Q＝9.52*55.5＝3900(l/min)；
气管内径为6.3mm，且气压为0.5Mpa时：
Q＝6.32*55.5＝1700(l/min)。
可选地，根据上述的一种空压设备的选型方法所选出的储气罐，其进气口口径应大于出气口口径，而储气罐的出气口口径应大于生产设备所有气管实际截面积之和，可保证当所有气动执行元件同时动作时的耗气量。
可选地，根据上述的一种空压设备的选型方法所选出空压机，其根据一定压降范围内储气罐与生产设备耗气量之间存在的比值关系，通过选用容量合适的储气罐来选择合适的空压机，可避免由于气压下降速度过快、气压不稳定等原因导致的生产设备发生故障；空压机可以为普通活塞式空压机、螺杆式空压机或无油静音式空压机。可以理解地，当空压机排气量为生产设备耗气量的2.5倍时，可以选用普通活塞式空压机或螺杆式空压机；当处于特殊情况，如生产车间要求无音时，则可以选用无油静音式空压机。
本发明实施例所提供的一种空压设备的选型方法，其根据一定压降范围内储气罐与生产设备耗气量之间存在的比值关系，选用容量合适的储气罐以及空压机，可避免由于气压下降速度过快、气压不稳定等原因导致的生产设备发生故障。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种空压设备的选型方法，其特征在于，包括连接于空压机之储气罐的选型方法：
所需储气罐的容量，满足以下条件：
所述储气罐内气压处于生产设备的启动压力设定值时，所述储气罐内的气体量L1为生产设备经过单位时间耗气量V的X倍，且2.5≤X≤3；
当所述储气罐内气压处于所述生产设备的停止压力设定值时，所述储气罐内残余的气体量L2为生产设备单位时间耗气量V的X-1倍。
2.如权利要求1所述的一种空压设备的选型方法，其特征在于，所述生产设备的启动压力设定值P启为0.8MPa，所述生产设备的停止压力设定值P停为0.5MPa。
3.如权利要求1所述的一种空压设备的选型方法，其特征在于，还包括空压机的选型方法：
根据所述生产设备已知的耗气量计算出所需空压机的排气量，且所述空压机单位时间的排气量P为所述生产设备耗气量V的2.5倍：
P＝2.5V。
4.如权利要求3所述的一种空压设备的选型方法，其特征在于，计算出所述空压机的排气量前，先计算出所述空压机中气缸的单位时间最大耗气量，所述气缸的最大耗气量小于生产设备的单位时间耗气量V，Qmax计算公式为：
Qmax＝0.047*D2*s*(p+0.1)/0.1*1/t；
其中，Qmax表示最大耗气量，
D表示气缸的缸径，
s表示气缸行程，t表示气缸完成一次夹紧(或松开)动作时间，夹紧和松开的时间相等，
p表示工作压力。
5.如权利要求4所述的一种空压设备的选型方法，其特征在于，所述气缸的平均耗气量根据所述气缸的最大耗气量与所述气缸完成一次动作所需的时间的乘积以及与所述气缸动作循环周期的比值计算得出，且所述气缸的平均耗气量为所述气缸的行程、单位时间内所述气缸的动作循环次数以及所述气缸单位行程的耗气量的乘积；所述气缸包括单作用气缸或/和双作用气缸，所述单作用气缸与所述双作用气缸平均耗气量的相关计算公式为：
单作用气缸的平均耗气量：
双作用气缸的平均耗气量：
其中，表示单作用气缸的平均耗气量，表示双作用气缸的平均耗气量，q表示单位行程耗气量，T表示循环周期，
n表示单位时间气缸工作循环次数。
6.如权利要求5所述的一种空压设备的选型方法，其特征在于，根据所述单作用气缸的平均耗气量、所述双作用气缸的平均耗气量与所述气缸的最大耗气量相关计算公式推算出所述单作用气缸与所述双作用气缸不停地往复动作时的最大耗气量，相关计算公式为：
T＝2t，
单作用气缸的最大耗气量：
双作用气缸的最大耗气量：
其中，Q单max表示单作用气缸的最大耗气量，Q双max表示双作用气缸的最大耗气量。
7.如权利要求4所述的一种空压设备的选型方法，其特征在于，所述气缸的最大耗气量通过与经验系数的乘积计算出所述气缸的全部耗气量，且所述经验系数为1.25至2。
8.如权利要求1所述的一种空压设备的选型方法，其特征在于，所述空压机连接有气管，在空压机内的气压压强处于0.5MPa时，气管流量为气管相应的流量系数的1000倍，而流量系数近似于相应气管内径1/18的横截面积，气管流量的相关计算公式为：
Q＝Cv*1000＝(S/18)*1000≈55.5*S；
其中，Q表示气管流量，Cv表示气管的流量系数，
S表示气管内径横截面积。
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