气压传动系统排气回收节能技术 mobi 下载 fb2 夸克云 azw3 网盘 pdf pmlz

本书全面阐述了气罐式和微型涡轮发电装置排气回收节能技术。主要内容包括，概述目前气动执行元件排气节能的研究现状及需要解决的问题；建立排气回收控制系统数学模型的方法，并对排气回收系统的数学模型进行了动态特性模拟，分析相关参数对气动系统的影响，为研究排气回收效率的评价方法提供理论依据；构建排气回收实验测试系统，并通过实验研究排气回收控制系统的基本特性，以获得附加排气回收装置对气缸动态特性的影响规律；根据排气回收系统的数学模型以及气体热力学基本定律对气缸排气回收控制过程进行深入分析，总结并设计出回收能量较多且对气缸运动特性影响较小的两种排气回收装置，并对其有效性进行了验证；通过对排气回收系统热力学特性以及系统能量传递和转换过程的分析，给出排气回收系统回收效率的评价方法，并进行相关的实测计算。

本书可供气压传动系统研发、设计的工程技术人员使用，也可供高等院校流体传动与控制专业的师生阅读

前言

第1章绪论1

11气压传动系统节能的研究背景和意义1

12气压传动系统排气节能研究现状3

121将排气能量转换成其他形式能量的节能研究状况3

122设计节能回路减少排气腔耗气量以实现节能的研究状况4

123气罐式排气回收节能研究状况6

13有待研究解决的问题8

131气罐式排气回收节能技术8

132微型排气回收高效节能涡轮发电再利用技术10

第2章排气回收控制系统的数学建模及仿真11

21功率键合图法的基本思想及其在气动系统仿真领域的实现11

22气罐式排气回收控制系统键合图模型的建立15

221排气回收系统的工作原理16

222系统键图模型的建立17

23气罐式排气回收控制系统数学模型的建立22

231能量方程23

232气缸活塞的运动方程23

233流量方程24

24气罐式排气回收系统仿真模型的建立与实验验证26

241仿真模型的建立27

242仿真模型的实验验证27

25微型排气回收涡轮发电系统相关数学模型的建立与实验验证30

251基于AMESim的气动系统动态特性数学模型的建立30

252AMESim仿真模型的实验验证31

253涡轮叶片受力模型的建立32

254微型涡轮输出转矩分析34

26小结36

第3章排气回收节能系统基本特性的实验3731实验内容及方法37

311气罐式排气回收实验台搭建37

312气罐式排气回收节能实验内容39

313微型排气回收涡轮发电系统实验台搭建39

314微型排气回收涡轮发电系统实验内容41

315实验数据处理41

32气罐式排气回收时对气缸动态特性的影响44

321对气缸两腔压力的影响44

322对气缸活塞运动特性的影响47

33气罐式排气回收切换控制压差的理论分析50

331数学模型的简化51

332回收系统中影响气缸动态特性的因素分析52

333排气回收切换控制压差的推导57

34气罐式排气回收切换控制压差的实验59

341实验内容及方法59

342实验结果及分析59

35气罐式排气回收切换控制判据及控制策略分析62

36微型涡轮发电系统对气缸动态特性的影响62

361不同气源压力下对气缸两腔压力的影响62

362不同气源压力下对气缸活塞运动特性的影响64

37小结65

第4章排气回收装置的设计与实验6641气罐式排气回收控制装置的设计与实验66

411定差减压阀控制装置66

412差压开关控制装置70

413气罐式排气回收控制装置的比较分析72

42微型排气回收涡轮发电装置的设计与实验74

421气缸排气侧冲击能量的分析75

422微型涡轮发电系统的性能需求分析76

423微型涡轮发电系统的方案设计77

424微型涡轮发电装置的详细结构设计与优化78

425微型涡轮输出特性数值模拟80

426微型蜗壳结构优化设计分析83

427微型涡轮系统发电的特性86

428微型涡轮发电系统结构优化设计89

43小结91

第5章排气回收系统回收效率的评价方法9351气罐式排气回收系统的能量传递和转换过程分析93

52气罐式排气回收效率评价方法的理论分析94

521气缸排气腔初始能量分析94

522回收能量分析95

523气缸驱动腔能耗增加率的理论分析及实验97

524排气回收效率的评价方法101

53气罐式排气回收效率的实验101

54微型排气回收涡轮发电系统转换效率的分析103

541输入能量分析103

542输出能量分析104

543微型涡轮发电系统效率计算105

544效率实测分析105

55小结106

后记总结与展望108

附录Matlab/Simulink仿真程序110

参考文献114气压传动系统排气回收节能技术目录

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前言

气缸作为气动系统中重要的执行元件在工厂、企业中得到了广泛的应用。但气缸完成一个工作行程后，原工作腔内的气体要排向大气，放掉的这部分有压空气仍然具备做功的能力，若能加以回收利用，对整个工业系统来说，具有重大的节能意义。但若直接用一气罐与气缸排气腔相连进行排气回收，经过几个工作循环后，气罐内压力逐渐升高，可能会对执行元件的运动特性产生不利影响；而若在气缸等执行元件排气侧直接接一微型涡轮发电装置进行能量回收再利用，亦可能会对执行元件的原有动态特性产生影响。针对这些问题，本书给出了两种技术方案，既能对执行元件排气侧压缩空气的压力能尽可能多地回收利用，又对原有系统的动态特性影响较小。为此，本书对气压传动系统排气回收节能所涉及的关键技术问题的深度理论分析和实验研究成果进行了全面阐述，提出了两种创新性的气缸排气能量回收技术途径。

是通过附加排气回收控制装置将气缸排气腔的有压空气回收到气罐中，并作为中压气源再利用，以实现节能。首先，研究了一种高效的、适合于工业应用的回收系统组成形式；然后建立了相应的系统数学模型；并通过仿真和实验，分析了系统实现所要解决的关键性控制技术问题。为了获得关键性的控制技术指标以控制排气回收过程的起、停切换，给出了气缸排气回收切换控制判据及控制策略。首先，在对排气回收控制过程进行理论分析的基础上，推导出了排气回收切换控制压差的理论表达式。分析表明，排气回收切换控制压差与气源压力等参数有关，气源压力为 0.2~0.5 MPa 排气回收时，其变化值约为 0.02~0.05 MPa；另外，为了简化回收控制策略和控制装置，且使控制压差更加可靠、适用，在实际应用中，建议切换控制压差取一固定值 0.05 MPa，并将该值作为排气回收切换控制判据，这为排气回收控制装置的设计及工程实际应用打下了基础。此外，为了实现排气回收切换控制过程，且使排气回收控制装置能够在实际中便于推广应用，根据气缸排气回收控制判据及控制策略的分析，分别设计了定羞减压阀控制和差压开关控制两种排气回收控制装置。实验结果表明，差压开关控制装置相对较好。后，为了分析排气回收控制系统的回收效果，提出了系统排气回收效率的评价方法。分析表明，系统排气回收效率与气罐内的初始回收压力等参数有关；然后应用该评价方法对排气回收系统的回收效率进行了实测计算。实测计算结果表明，排气回收系统可实现较高的回收效率，如气源压力为 0.5 MPa，回收气罐内的初始压力在 0~0.3 MPa 排气回收时，系统排气回收效率可达 80%以上。

二是设计了微型排气回收高效节能涡轮发电系统，将执行元件排气腔的压力能转换为电能进行储存、利用。首先，分析了常规气压传动系统的充排气特性，建立了气动系统数学模型以及 AMESIM 仿真模型：通过理论分析以及大量的实验验证，利用 Solidworks 设计了微型涡轮排气回收装置的三维结构以及该装置与原气动系统的连接通用接口；为了分析涡轮发电装置的发电特性以及对其进行改进优化设计，利用 ANSYS/ FLUENT 对微型涡轮及蜗壳进行了流场分析和强度校核，分析了不同涡轮结构、叶片数量以及入口导流形式等对涡轮输出转矩的影响规律，定量给出了涡轮叶片数量与输出转矩之间的对应关系；对附加微型涡轮发电装置的气动系统进行实验，验证了所建立的数学模型及仿真模型的有效性，揭示了在不同工作压力下气缸运动特性及微型涡轮发电装置的起动特性和发电特性，为微型排气回收高效节能涡轮发电装置作为节能附件应用到气动系统中打下了基础。

综上，上述两种气缸排气能量回收装置不仅节能效果显著，且具有良好的应用前景

由于时间仓促，作者水平有限，书中错误在所难免，敬请批评指导。

石运序