新型节能气体增压器的研究

摘要

气动技术的应用遍及工业生产的各个领域，但气动系统的效率比较低，这是制约其发展的一个重要因素。气驱气体增压器是一种基于帕斯卡原理的往复式增压装置，它以低压压缩空气为驱动力，经转换后在增压端得到数倍乃至数十倍的输出压力。使用气体增压器可实现不增加气源压力便使系统局部获得较高的工作压力，另外因它无需电力，无油润滑，体积小重量轻，便携，在航空航海等多个领域广泛应用。然而现有气体增压器在压缩行程和吸气行程都提供驱动气体，且所供气压相同；在整个增压过程中驱动气压固定在一个较高压力值，并在做完功后将驱动腔内压力仍较高的驱动气体全部排到大气中。这样导致增压器耗气量过大，极大地浪费了能源，而且增加了经济成本。 针对这些节能方面的不足，本文首先介绍了气驱气体增压器的工作原理和结构特点，通过静态计算分析了其工作性能；在此基础上，总结出了现有结构气驱气体增压器在节能方面的几点不足。针对以上几点不足，借鉴气动系统节能方法，并结合气驱气体增压器的工作特点，提出了五种可以减少驱动气体消耗量的节能方案，并分别对每种节能方案的可行性和节能效果进行了评估和理论分析。而后根据预计节能效果及实现的难易程度，有选择性地对其中两种方案进行了样机设计和实验研究；与原有增压器在相同试验条件下进行试验对比，验证了其可行性和节能效果。实验表明，本文提出的单行程供气节能方案省气率最高可达31％，变压驱动节能方案省气率最高可达10％。另外，针对单行程供气节能方案出现的增压端温度升高的问题，提出了解决方案，实验证明了此解决方案可有效地抑制增压端温度的升高趋势。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 气体增压技术

1.2.1 气体增压原理

1.2.2 气驱气体增压器

1.3 气缸节能研究现状

1.3.1 排气能量转换节能的研究现状

1.3.2 节能回路设计的研究现状

1.3.3 气罐回收节能的研究现状

1.4 本课题研究内容

第2章 现有气体增压器节能性分析

2.1 气体增压器工作原理与结构

2.2 气体增压器静态性能分析

2.2.1 进排气压力

2.2.2 排气量

2.2.3 耗气量

2.2.4 停机压力

2.2.5 容积效率

2.2.6余隙容积对增压器性能的影响

2.3 现有气体增压器节能性分析

2.3.1 驱动气体压力方面

2.3.2 驱动气体供应方式方面

2.3.3 驱动气体排气方面

2.3.4 余隙容积的影响

2.3.5 现有气体增压器节能上的不足

2.4 本章小结

第3章 气体增压器节能方法研究

3.1 供气节能方案

3.1.1 方案一：变压驱动节能

3.1.2方案二：差压驱动节能

3.1.3 方案三：单行程供气节能

3.2 排气回收节能方案：弹性气囊节能

3.3 综合节能方案：双驱动活塞节能

3.4 本章小结

第4章 新型节能气体增压器的实验研究

4.1 新型阀芯设计

4.2 实验系统设计

4.2.1 单行程供气节能实验系统

4.2.2 变压驱动节能实验回路

4.3 实验及结果分析

4.3.1 变压驱动节能方案注气实验

4.3.2 单行程供气节能实验研究

4.4 本章小结

结论与展望

参考文献

附录变压驱动节能方案Matlab/Simulink控制程序

攻读学位期间发表的论文

致谢