基本介紹
- 中文名：氣動動力系統
- 外文名：HIGH SPEED PNEUMATIC Motorsystem
- 生產廠商：Aesculap AG & CO.KG
- 適用範圍：用於脊柱外科手術打孔、切割
簡介,氣動汽車動力系統分析,氣動汽車動力系統工作過程,氣動發動機的損失,動力系統分析仿真計算,氣動汽車動力系統能效分析,氣動汽車動力系統有效能分析,動力系統能效分析,氣動發動機工作過程的有效能消耗,動力系統能效分析計算示例,
簡介
氣動動力系統
註冊號國食藥監械(進)字2005第2541844號(更)
生產廠商名稱（中文）Aesculap AG & CO·KG
產品性能結構及組成產品由馬達，腳踏開關，手柄，氣管及磨頭、鑽頭、切刀等附屬檔案組成。
產品適用範圍用於脊柱外科手術打孔、切割和環鑽術。
註冊代理貝朗醫療（上海）國際貿易有限公司北京辦事處
售後服務機構貝朗醫療（上海）國際貿易有限公司
有效期截止日2009·07·12
備註規格型號由“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”；註冊證由“國食藥監械(進)字
2005第2541844號”變更為“國食藥監械(進)字2005第2541844號(更)”，原證自發證之日起作廢。
變更日期2007·03·31
生產國（中文）德國
規格型號見附表產品標準進口產品
註冊標準 YZB/GEM 0452－2005《HiLAN氣動動力系統》
氣動汽車動力系統分析
套用熱力學理論和分析方法，對氣動汽車動力系統各主要環節在工作過程中能量損失情況進行了研究，結果表明，由於節流、泄漏和高壓尾氣排放等原因，在高壓減壓閥和氣動發動機兩個環節存在損失。運用平衡方程對相關環節中的損失進行計算，建立了系統的分析數學模型，並針對一氣動汽車動力系統實例，套用該模型仿真計算得到了系統的流圖，圖示結果表明，最終做功輸出的不到總有用能量的1/3，尾氣排放、節流減壓和泄漏等原因引起的 損失分別達43.2%、18.3%和7.8%，對系統整體效率有較大的影響。
氣動汽車動力系統工作過程
氣動汽車動力系統主要由車載高壓儲氣罐組、高壓減壓閥、流量調節閥、氣動發動機和串連這些部件的管道等組成，其工作過程中能量流動的情況如。車載高壓儲氣罐組中的高壓空氣流出氣罐後通過節流閥減壓至設定的壓力，作為發動機的進氣。隨後的流量調節閥用於控制進入氣動發動機氣缸的氣體流量，以此調節發動機的轉速，適應不同工況的要求。在氣缸中膨脹做功的氣體的壓力並不能最終降低到大氣壓力，而是以一定的殘餘壓力在工作循環結束時通過排氣門排放至環境中。
氣動汽車動力系統的幾乎所有能量來源於車載氣罐組中高壓氣體的壓力能，還有部分能量來源於高壓氣體經過熱交換器時從環境中吸收的熱量。氣體從氣罐出來後所經過的各個環節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不可逆變化過程引起的能量損失；氣體在發動機內的膨脹做功過程，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。以上環節是進行分析的重點，考慮到氣體的黏性很小，且管道長度較短，氣體與管壁摩擦引起的損失可以忽略，同時，流量調節 閥由於一般通 徑較大，對氣體狀態影響較小，引起的能量損失也較小。
氣動發動機的損失
以往復活塞式氣動發動機為例，在理想的工作過程中氣缸內氣體壓力的變化，1點(上止點)進氣衝程開始，進氣門開啟，缸內壓力迅速上升到進氣壓力pin，並繼續向氣缸內進氣，進爾推動活塞下行，對外做功。當活塞運行到由設定的膨脹比確定的位置3時，進氣門關閉，封閉在氣缸中的高壓氣體開始膨脹，壓力能釋放，並繼續推動活塞
下行對外做功。當活塞運行到下止點4時，排氣門開啟，缸內氣體向外排出，壓力降低到大氣壓p0，之後到達下止點5，活塞上行將缸內殘餘氣體排出回到上止點1，完成一個工作循環。在這個過程中，由於結構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，氣體經歷了一個不可逆熱力學過程，損失較大。以下對一個發動機工作循環內 損失情況進行分析。
在進氣過程中，由於氣缸內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，
進氣門關閉後氣體在膨脹階段膨脹做功，由於一般發動機轉速較高，一個工作循環中吸熱量相對很小，對輸出功的影響可以忽略，因此膨脹過程可視為絕熱膨脹。由於有泄漏的存在，氣缸內氣體的狀態變化並不等同於定質量系統絕熱變化過程，是一個變質量熱力過程。變質量系統熱力學研究表明，引入過程多變指數，可以推導得到有泄漏存在時絕熱變化過程中氣體狀態參數變化規律。
動力系統分析仿真計算
由分析建立的氣動汽車動力系統分析模型可知，由於氣罐中氣體的溫度在系統工作過程中不保持恆定，將會影響到後續環節損失的計算，需要在整個工作時間段內進行積分計算。基於以上模型編寫了數值計算程式，對不同工作情況下系統的損失進行了仿真計算。
選取如下氣動汽車動力系統相關參數：初始壓力為20MPa，總容積為300L，發動機進氣壓力為1.5MPa，發動 機轉速為1500r/min，總排量為0.8L，膨脹比為1.7，發動機進氣階段泄漏係數為0.08，膨脹階段泄漏係數為0.05，空氣絕熱指數為1.4，空氣氣體常數為0.287kJ/(kgK)，計算得到系統流程圖。
由計算結果可以看到，由於氣動發動機膨脹比較小，尾氣壓力排放較高，損失了大量的，同時經歷過程為絕熱過程。溫度低於環境壓力的進氣所具有的冷量 也隨之損失，因此尾氣排放時的損失最多，占到接近總量的一半。其次是高壓減壓閥節流產生的損失，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，但隨泄漏係數的增大將迅速增大。因此，由以上多方面原因造成的 損失，最後可用於做功輸出的不到總量的1/3。
氣動汽車動力系統能效分析
套用有效能分析方法，對氣動汽車動力系統主要環節的有效能消耗進行了分析，通過仿真計算，得到各環節的能耗值。分析結果表明：節流減壓有效 能損耗約占50%；吸熱量很小的情況下，動力系統的輸出的機械能只占總能量的20%左右，而按理想等溫膨脹，輸出的機械能可以達到總能量的40%。
氣動汽車動力系統有效能分析
有效能 (火用 ) 是在給定的環境條件下任何形態的能量最大限度能夠轉變為有用功的那部分能量，代表著能量中量和質統一的部分。有效能分析法的本質是結合熱力學第一定律和第二定律，從能量的數量和質量相結合的角度出發，分析揭示能量中的有效能的轉換、傳遞、利用和損失的情況。採用有效能分析方法對氣動汽車動力系統進行分析，可以正確、全面地評價系統能源利用率，對節能潛力做出正確的判斷，根據有效能損失的原因找出節能的正確措施，提高動力系統的能量利用率。
工作過程如下：氣源中的高壓空氣通過節流閥減壓至發動機的進氣壓力，作為發動機的進氣，在發動機中膨脹，壓力能轉化為機械能，對外輸出機械功，在工作循環結束時以一定殘餘壓力排放至大氣。
從有效能的角度分析，氣動汽車動力系統的能量來自於車載儲氣瓶中高壓空氣的有效能。系統工作過程中，一部分通過發動機膨脹做功轉化為汽車的驅動力得到有效利用，其餘則在動力系統的各個環節損失掉。有效能損失的環節包括：高壓氣體通過氣動管路時氣體與管壁摩擦引起的有效能損失；氣體通過減壓閥節流減壓過程中的有效能損失；氣體在發動機內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，且與具體的結構有關。
動力系統能效分析
氣動汽車的工作過程實質上是高壓氣體的減壓過程：壓力為p1的高壓空氣經過減壓閥節流減壓到發動機的進氣壓力 (p2 )，在氣缸內膨脹對外輸出能量，最後以壓力為pg的尾氣排放出去。
氣動發動機工作過程的有效能消耗
氣動發動機在工作過程中難免存在一定的泄漏，因此氣動發動機工作過程屬於變質量熱力過程，應該用變質量熱力學進行分析：根據變質量熱力過程熱力學基本關係式，推導出過程方程，引入過程多變指數，可以得到有漏氣膨脹過程中參數變化規律及輸出功量的表達式。
動力系統能效分析計算示例
由的分析可以定量計算各環節有效能消耗的情況。例如，取p1=30MPa，p2=2.0MPa，pa=0.2MPa，p0=0.1MPa，T0=300K，漏氣係數ξ=0.1，空氣絕熱指數k為1.4，空氣氣體常數R為0.287kJ/(kg K)，節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，動力系統輸出的機械能只占總能量的20%左右。而按理想等溫膨脹 (Tg=T0，n=1- k)，則可以達到40%左右。不同吸熱量的情況下，發動機的輸出功變化曲線。可以看到，隨著吸熱量的增加，發動機的輸出功接近線性增加。因此，設計氣動發動機時，應加強膨脹過程中氣體的吸熱，使其儘可能接近等溫膨脹，增加發動機輸出功。
