氣動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)

應(yīng)用熱力學(xué)理論和分析方法，對(duì)氣動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)各主要環(huán)節(jié)在工作過程中能量損失情況進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，由于節(jié)流、泄漏和高壓尾氣排放等原因，在高壓減壓閥和氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)兩個(gè)環(huán)節(jié)存在損失。運(yùn)用平衡方程對(duì)相關(guān)環(huán)節(jié)中的損失進(jìn)行計(jì)算，建立了系統(tǒng)的分析數(shù)學(xué)模型，并針對(duì)一氣動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)例，應(yīng)用該模型仿真計(jì)算得到了系統(tǒng)的流圖，圖示結(jié)果表明，最終做功輸出的不到總有用能量的1/3，尾氣排放、節(jié)流減壓和泄漏等原因引起的 損失分別達(dá)43.2%、18.3%和7.8%，對(duì)系統(tǒng)整體效率有較大的影響。

氣動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)氣動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)工作過程

氣動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)主要由車載高壓儲(chǔ)氣罐組、高壓減壓閥、流量調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和串連這些部件的管道等組成，其工作過程中能量流動(dòng)的情況如。車載高壓儲(chǔ)氣罐組中的高壓空氣流出氣罐后通過節(jié)流閥減壓至設(shè)定的壓力，作為發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣。隨后的流量調(diào)節(jié)閥用于控制進(jìn)入氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的氣體流量，以此調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，適應(yīng)不同工況的要求。在氣缸中膨脹做功的氣體的壓力并不能最終降低到大氣壓力，而是以一定的殘余壓力在工作循環(huán)結(jié)束時(shí)通過排氣門排放至環(huán)境中。

氣動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的幾乎所有能量來源于車載氣罐組中高壓氣體的壓力能，還有部分能量來源于高壓氣體經(jīng)過熱交換器時(shí)從環(huán)境中吸收的熱量。氣體從氣罐出來后所經(jīng)過的各個(gè)環(huán)節(jié)均存在不同的能量損失情況，主要有流過管路和接頭等處時(shí)壁面摩擦引起的能量損失；高壓減壓閥減壓過程中氣體狀態(tài)不可逆變化過程引起的能量損失；氣體在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的膨脹做功過程，存在泄漏、尾氣帶壓排放等情況，是不可逆過程，也將引起能量損失。以上環(huán)節(jié)是進(jìn)行分析的重點(diǎn)，考慮到氣體的黏性很小，且管道長(zhǎng)度較短，氣體與管壁摩擦引起的損失可以忽略，同時(shí)，流量調(diào)節(jié) 閥由于一般通 徑較大，對(duì)氣體狀態(tài)影響較小，引起的能量損失也較小。

氣動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的損失

以往復(fù)活塞式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)為例，在理想的工作過程中氣缸內(nèi)氣體壓力的變化，1點(diǎn)(上止點(diǎn))進(jìn)氣沖程開始，進(jìn)氣門開啟，缸內(nèi)壓力迅速上升到進(jìn)氣壓力pin，并繼續(xù)向氣缸內(nèi)進(jìn)氣，進(jìn)爾推動(dòng)活塞下行，對(duì)外做功。當(dāng)活塞運(yùn)行到由設(shè)定的膨脹比確定的位置3時(shí)，進(jìn)氣門關(guān)閉，封閉在氣缸中的高壓氣體開始膨脹，壓力能釋放，并繼續(xù)推動(dòng)活塞

下行對(duì)外做功。當(dāng)活塞運(yùn)行到下止點(diǎn)4時(shí)，排氣門開啟，缸內(nèi)氣體向外排出，壓力降低到大氣壓p0，之后到達(dá)下止點(diǎn)5，活塞上行將缸內(nèi)殘余氣體排出回到上止點(diǎn)1，完成一個(gè)工作循環(huán)。在這個(gè)過程中，由于結(jié)構(gòu)和膨脹比有限等原因，不可避免地存在一定的泄漏、尾氣排放壓力較高等情況，氣體經(jīng)歷了一個(gè)不可逆熱力學(xué)過程，損失較大。以下對(duì)一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)內(nèi) 損失情況進(jìn)行分析。

在進(jìn)氣過程中，由于氣缸內(nèi)氣體壓力和溫度保持不變，泄漏引起的 損失是泄漏氣體自身具有的，為了研究泄漏的影響，

進(jìn)氣門關(guān)閉后氣體在膨脹階段膨脹做功，由于一般發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，一個(gè)工作循環(huán)中吸熱量相對(duì)很小，對(duì)輸出功的影響可以忽略，因此膨脹過程可視為絕熱膨脹。由于有泄漏的存在，氣缸內(nèi)氣體的狀態(tài)變化并不等同于定質(zhì)量系統(tǒng)絕熱變化過程，是一個(gè)變質(zhì)量熱力過程。變質(zhì)量系統(tǒng)熱力學(xué)研究表明，引入過程多變指數(shù)，可以推導(dǎo)得到有泄漏存在時(shí)絕熱變化過程中氣體狀態(tài)參數(shù)變化規(guī)律。

氣動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)分析仿真計(jì)算

由分析建立的氣動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)分析模型可知，由于氣罐中氣體的溫度在系統(tǒng)工作過程中不保持恒定，將會(huì)影響到后續(xù)環(huán)節(jié)損失的計(jì)算，需要在整個(gè)工作時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行積分計(jì)算?；谝陨夏Ｐ途帉懥藬?shù)值計(jì)算程序，對(duì)不同工作情況下系統(tǒng)的損失進(jìn)行了仿真計(jì)算。

選取如下氣動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)：初始?jí)毫?0MPa，總?cè)莘e為300L，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力為1.5MPa，發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min，總排量為0.8L，膨脹比為1.7，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣階段泄漏系數(shù)為0.08，膨脹階段泄漏系數(shù)為0.05，空氣絕熱指數(shù)為1.4，空氣氣體常數(shù)為0.287kJ/(kgK)，計(jì)算得到系統(tǒng)流程圖。

由計(jì)算結(jié)果可以看到，由于氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹比較小，尾氣壓力排放較高，損失了大量的，同時(shí)經(jīng)歷過程為絕熱過程。溫度低于環(huán)境壓力的進(jìn)氣所具有的冷量 也隨之損失，因此尾氣排放時(shí)的損失最多，占到接近總量的一半。其次是高壓減壓閥節(jié)流產(chǎn)生的損失，占到接近總量的1/5，且隨減壓比的提高而增大。泄漏損失在 損失的總量中雖然較小，但隨泄漏系數(shù)的增大將迅速增大。因此，由以上多方面原因造成的 損失，最后可用于做功輸出的不到總量的1/3。

應(yīng)用有效能分析方法，對(duì)氣動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)的有效能消耗進(jìn)行了分析，通過仿真計(jì)算，得到各環(huán)節(jié)的能耗值。分析結(jié)果表明：節(jié)流減壓有效 能損耗約占50%；吸熱量很小的情況下，動(dòng)力系統(tǒng)的輸出的機(jī)械能只占總能量的20%左右，而按理想等溫膨脹，輸出的機(jī)械能可以達(dá)到總能量的40%。

氣動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)氣動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)有效能分析

有效能 (火用 ) 是在給定的環(huán)境條件下任何形態(tài)的能量最大限度能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰?，代表著能量中量和質(zhì)統(tǒng)一的部分。有效能分析法的本質(zhì)是結(jié)合熱力學(xué)第一定律和第二定律，從能量的數(shù)量和質(zhì)量相結(jié)合的角度出發(fā)，分析揭示能量中的有效能的轉(zhuǎn)換、傳遞、利用和損失的情況。采用有效能分析方法對(duì)氣動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行分析，可以正確、全面地評(píng)價(jià)系統(tǒng)能源利用率，對(duì)節(jié)能潛力做出正確的判斷，根據(jù)有效能損失的原因找出節(jié)能的正確措施，提高動(dòng)力系統(tǒng)的能量利用率。

工作過程如下：氣源中的高壓空氣通過節(jié)流閥減壓至發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓力，作為發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣，在發(fā)動(dòng)機(jī)中膨脹，壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，對(duì)外輸出機(jī)械功，在工作循環(huán)結(jié)束時(shí)以一定殘余壓力排放至大氣。

從有效能的角度分析，氣動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的能量來自于車載儲(chǔ)氣瓶中高壓空氣的有效能。系統(tǒng)工作過程中，一部分通過發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹做功轉(zhuǎn)化為汽車的驅(qū)動(dòng)力得到有效利用，其余則在動(dòng)力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)損失掉。有效能損失的環(huán)節(jié)包括：高壓氣體通過氣動(dòng)管路時(shí)氣體與管壁摩擦引起的有效能損失；氣體通過減壓閥節(jié)流減壓過程中的有效能損失；氣體在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)膨脹做功過程中的有效能損失，包括泄漏損失、熱力過程不可逆損失、尾氣排放損失等。其中，氣體與管壁摩擦引起的有效能損失很少，且與具體的結(jié)構(gòu)有關(guān)。

氣動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)能效分析

氣動(dòng)汽車的工作過程實(shí)質(zhì)上是高壓氣體的減壓過程：壓力為p₁的高壓空氣經(jīng)過減壓閥節(jié)流減壓到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓力 (p₂ )，在氣缸內(nèi)膨脹對(duì)外輸出能量，最后以壓力為p_g的尾氣排放出去。

氣動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程的有效能消耗

氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中難免存在一定的泄漏，因此氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程屬于變質(zhì)量熱力過程，應(yīng)該用變質(zhì)量熱力學(xué)進(jìn)行分析：根據(jù)變質(zhì)量熱力過程熱力學(xué)基本關(guān)系式，推導(dǎo)出過程方程，引入過程多變指數(shù)，可以得到有漏氣膨脹過程中參數(shù)變化規(guī)律及輸出功量的表達(dá)式。

氣動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)能效分析計(jì)算示例

由的分析可以定量計(jì)算各環(huán)節(jié)有效能消耗的情況。例如，取p₁=30MPa，p₂=2.0MPa，p_a=0.2MPa，p₀=0.1MPa，T₀=300K，漏氣系數(shù)ξ=0.1，空氣絕熱指數(shù)k為1.4，空氣氣體常數(shù)R為0.287kJ/(kg K)，節(jié)流損失引起的有效能損失占很大一部分比重，約為48%。在吸熱量很小的情況下，動(dòng)力系統(tǒng)輸出的機(jī)械能只占總能量的20%左右。而按理想等溫膨脹 (T_g=T₀，n=1- k)，則可以達(dá)到40%左右。不同吸熱量的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功變化曲線?？梢钥吹剑S著吸熱量的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功接近線性增加。因此，設(shè)計(jì)氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)膨脹過程中氣體的吸熱，使其盡可能接近等溫膨脹，增加發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功。

氣動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)

注冊(cè)號(hào)國(guó)食藥監(jiān)械(進(jìn))字2005第2541844號(hào)(更)

生產(chǎn)廠商名稱（中文）Aesculap AG & CO·KG

產(chǎn)品性能結(jié)構(gòu)及組成產(chǎn)品由馬達(dá)，腳踏開關(guān)，手柄，氣管及磨頭、鉆頭、切刀等附件組成。

產(chǎn)品適用范圍用于脊柱外科手術(shù)打孔、切割和環(huán)鉆術(shù)。

注冊(cè)代理貝朗醫(yī)療（上海）國(guó)際貿(mào)易有限公司北京辦事處

售后服務(wù)機(jī)構(gòu)貝朗醫(yī)療（上海）國(guó)際貿(mào)易有限公司

有效期截止日2009·07·12

備注規(guī)格型號(hào)由“GA505”變更為“GA505R”；由“GA506”變更為“GA506R”；由“GA507”變更為“GA507R”；由“GA523”變更為“GA523R”；由“GA513”變更為“GA513R”；注冊(cè)證由“國(guó)食藥監(jiān)械(進(jìn))字

2005第2541844號(hào)”變更為“國(guó)食藥監(jiān)械(進(jìn))字2005第2541844號(hào)(更)”，原證自發(fā)證之日起作廢。

變更日期2007·03·31

生產(chǎn)國(guó)（中文）德國(guó)

規(guī)格型號(hào)見附表產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)口產(chǎn)品

注冊(cè)標(biāo)準(zhǔn) YZB/GEM 0452－2005《HiLAN氣動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)》

《電氣動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)能》根據(jù)市場(chǎng)對(duì)節(jié)能的需求，匯集了電動(dòng)機(jī)的節(jié)能技術(shù)，特別是側(cè)重于新型節(jié)能電動(dòng)機(jī)和節(jié)能新技術(shù)的介紹，內(nèi)容包括電氣動(dòng)力系統(tǒng)與節(jié)能基本知識(shí)、電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基本要求及使用條件、電動(dòng)機(jī)的合理選用、高效電動(dòng)機(jī)新品種介紹、變頻技術(shù)、老舊電動(dòng)機(jī)的改造技術(shù)等。|　《電氣動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)能》主要供電氣技術(shù)人員和從事電氣節(jié)能工作的人員參考。|

第1章 電氣動(dòng)力系統(tǒng)與節(jié)能概述

1.1 我國(guó)電氣動(dòng)力系統(tǒng)耗能及節(jié)能工作現(xiàn)狀

1.1.1 目前我國(guó)動(dòng)力節(jié)能應(yīng)重視解決的問題

1.1.2 動(dòng)力節(jié)能產(chǎn)品的研制生產(chǎn)情況

1.2 我國(guó)動(dòng)力節(jié)能的相關(guān)政策及節(jié)能規(guī)劃

1.3 動(dòng)力系統(tǒng)推廣節(jié)能新技術(shù)發(fā)展前景

第2章 電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基本要求及使用條件

第3章 異步電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)、損耗、效率及功率因數(shù)等計(jì)算

第4章 合理選用電動(dòng)機(jī)

第5章 高效三相異步電動(dòng)機(jī)及其產(chǎn)品

第6章 高效電動(dòng)機(jī)新品種介紹

第7章 建筑工程用特種或?qū)Ｓ秒妱?dòng)機(jī)

第8章 交流調(diào)速技術(shù)與節(jié)能

第9章 變頻調(diào)速與節(jié)能

第10章 老舊電動(dòng)機(jī)的節(jié)電技術(shù)措施

參考文獻(xiàn)| 2100433B

出版社：中國(guó)電力出版社

ISBN：9787512336094

版次：1

商品編碼：11310618

品牌：中國(guó)電力出版社（zhongguodianlichubanshe）

包裝：平裝

開本：16開

出版時(shí)間：2013-08-01

用紙：膠版紙

頁數(shù)：309

正文語種：中文