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醫用壓縮空氣系統應用概述

 

01 02 03空壓機原理 空壓機相關國家標準 壓縮空氣系統設備應用

目錄CONTENTS

01 空壓機原理

前言

醫用氣體系統是集中供應與管理的醫用氣體系統又稱之為生命支持系統,用于維系危

重病人的生命、減少病人痛苦、促進病人康復、改善醫療環境、驅動多種醫療器械工

具等,具有非常重要的作用。集中應用與管理的醫用氣體工程系統包括:醫用氧氣、

醫用空氣(醫療空氣、器械空氣、牙科空氣、合成空氣)、醫用真空、醫用二氧化碳、

醫用氮氣、醫用氧化亞氮、醫用混合氣體( 醫用CO2/O2、醫用N2O/O2、醫用

He/O2)、麻醉與呼吸廢氣排放、牙科空氣、牙科真空、氧艙供氣。下面主要對醫用

壓縮空氣系統在醫院應用進行概述。

概述:

系統構成:該系統由空氣壓縮機、貯氣罐、壓縮空氣精密過濾器、干燥機、減壓閥、

控制保護裝置、管道及終端組成。

壓縮空氣系統機房原理圖

空壓機分類

渦旋空壓機與螺桿空壓機都是屬于容積式回轉壓縮機,不同的是渦旋空壓機是利用轉

子與定子的嚙合形成了多個壓縮室,隨著轉子的平移轉動,各壓縮室內容積不斷發生

變化,實現對氣體的吸入與壓縮;而螺桿空壓機壓縮空氣是靠裝置于機殼內互相平行嚙

合的陰陽轉子的齒槽之容積變化而達到。

活塞式空氣壓縮機 螺桿式空氣壓縮機 滑片式空氣壓縮機

隔膜式壓縮機 離心式壓縮機 渦旋式空氣壓縮機等。

6大類

渦旋空壓機的工作原理

渦旋壓縮機中的主要部件是兩個形狀相同但角相位置相對錯開180°

的漸開線渦旋卷體,其一是固定卷體,而另一個是由偏心軸帶動,

其軸線繞著固定卷體軸線做公轉的繞行卷體。工作中兩個卷體在多

處向切形成密封線,加上兩個卷體端面處的適當密封,從而形成好

幾個月牙形氣腔。

渦旋式原理

渦旋壓縮機中的主要部件是兩個形狀相同但角相位置相對錯開180°

的漸開線渦旋卷體,其一是固定卷體,而另一個是由偏心軸帶動,

其軸線繞著固定卷體軸線做公轉的繞行卷體。工作中兩個卷體在多

處向切形成密封線,加上兩個卷體端面處的適當密封,從而形成好

幾個月牙形氣腔。

渦旋空壓機的工作原理

兩個卷體間公共切點處的密封線隨著繞行卷體的公轉而沿著渦旋曲

線不斷轉移,使這些月牙形氣腔的形狀大小一直在變化。壓縮機的

吸氣口開在固定卷體外殼的上部,當偏心軸順時針旋轉時,氣體從

吸氣口進入吸氣腔,相繼被攝入到外圍的與吸氣腔相通的月牙形氣

腔里,隨著這些外圍月牙形氣腔的閉合而不在與吸氣腔相通,其密

閉容積便逐漸被轉移向固定卷體的中心且不斷縮小,氣體被不斷壓

縮而壓力升高。

渦旋式原理

螺桿式空壓機的工作原理

螺桿空壓機汽缸內裝有一對互相嚙合的螺旋形陰陽轉子,兩者互相反向旋轉。轉子之間

和機殼與轉子之間的間隙僅為510絲,主轉子通過由發動機或電動機驅動,陰轉子是

由主轉子通過噴油形成的油膜進行驅動,或由主轉子端和凹轉子端的同步齒輪驅動。螺

旋轉子凹槽經過吸氣口時充滿氣體,當轉子旋轉時,轉子凹槽被機殼壁封閉,形成壓縮

腔室,當轉子凹槽封閉后,潤滑油被噴入壓縮腔室,起密封、冷卻和潤滑作用。當轉子

旋轉壓縮潤滑劑+油氣混合物時,壓縮腔室容積減小,向排氣口壓縮油氣混合物;當壓縮

腔室經過排氣口時,油氣混合物從壓縮機排出,完成一個吸氣——壓縮——排氣過程。

螺桿式原理

螺桿式空壓機的工作原理

螺桿機的每個轉子由減摩軸承所支承,軸承由靠近轉軸端部的端蓋固定。進氣端由滾柱

軸承支承,排氣端由一以對靠的賀錐滾柱支承通常是排氣端的軸承使轉子定位,也就是

止推軸承,抵抗軸向推力,承受徑向載荷,并提供必須的軸向運行最小間隙。工作循環

可分為吸氣、壓縮和排氣三個過程。隨著轉子旋轉,每對相互嚙合的齒相繼完成相同的

工作循環。

螺桿式原理

螺桿空壓機汽缸內裝有一對互相嚙合的螺旋形陰陽轉子,兩者互相反向旋轉。轉子之間

和機殼與轉子之間的間隙僅為510絲,主轉子通過由發動機或電動機驅動,陰轉子是

由主轉子通過噴油形成的油膜進行驅動,或由主轉子端和凹轉子端的同步齒輪驅動。螺

旋轉子凹槽經過吸氣口時充滿氣體,當轉子旋轉時,轉子凹槽被機殼壁封閉,形成壓縮

腔室,當轉子凹槽封閉后,潤滑油被噴入壓縮腔室,起密封、冷卻和潤滑作用。當轉子

旋轉壓縮潤滑劑+油氣混合物時,壓縮腔室容積減小,向排氣口壓縮油氣混合物;當壓縮

腔室經過排氣口時,油氣混合物從壓縮機排出,完成一個吸氣——壓縮——排氣過程。

壓縮空氣冷凍式干燥機,通過對壓縮空氣冷卻降溫,使壓縮

空氣中的水蒸氣凝結成液滴,從而達到減少壓縮空氣含濕量

的目的。

凝結出的液滴經過自動排水系統排出機外。只要干燥機出口

的下游管路所處的環境溫度不低于蒸發器出口露點溫度,就

不會產生二次結露的現象。

壓縮空氣冷凍式干燥機/冷干機結構和原理

無熱再生吸附式干燥機結構和原理

無熱再生吸干機是基于變壓吸附原理而設計的,這就是說,將壓力狀態下吸附

水分達到飽和的吸附劑迅速降壓到大氣壓,此時,被吸附水分自行脫附,實現

吸附劑的再生,脫附出的水分擴散到機外。

利用上述原理進行再生的方法稱為壓力降法,由于利用吸附劑在吸附過程中

產生的熱量,加之用干燥空氣的一小部分通入需再生的吸附劑,使吸附劑再生,

所以壓力降法又稱為無熱再生。

無熱再生吸干機是采用雙塔變壓吸附、無熱再生的工藝,其工作原理是一個吸

附塔在工作壓力下進行吸附干燥,同時另一個吸附塔利用一部份自身干燥氣體

并降壓接近大氣壓力,作為再生氣體對其進行再生,以固定的切換時間進行雙

塔切換,從而連續提供干燥氣體。

02 空壓機相關國家標準

1、標準編號:GB/T 3853-2017

名稱:容積式壓縮機驗收試驗

標準內容摘要:

1. 本標準規定了容積式壓縮機驗收試驗的術語和定義、符號、測量設備、方法和精度、試驗程序、測

量的不確定度、試驗結果與規定值的比較及試驗報告等。

2. 本標準的附錄A規定了液環壓縮機的性能試驗方法。

3. 本標準的附錄B、附錄C和附錄D規定了批量生產的裸裝壓縮機和集裝壓縮機的簡化驗收試驗方法。

4. 本標準附錄E規定了電動機驅動的集裝容積式變轉速壓縮機的驗收試驗。

5. 本標準的附錄F和附錄G分別給出了壓縮機參考工況及不確定度計算方法。

6. 本標準附錄H規定了一般用空氣壓縮機的性能試驗方法。

7. 本標準適用于各類容積式壓縮機的驗收試驗。

2、標準編號:GB/T 4975-2018

名稱:容積式壓縮機術語總則

標準內容摘要:

本標準規定了容積式壓縮機(以下簡稱壓縮機)的術語、 符號及其定義或說明。

本標準適用于各種容積式壓縮機。

3、標準編號:GB/T 4976-2017

名稱:壓縮機分類

標準內容摘要:

本標準規定了各種型式壓縮機的分類及分類說明。

本標準適用于輸送和壓縮各種壓力下氣體介質的壓縮機。

本標準不適用于通風機和真空泵。

4、標準編號:GB/T 4980-2003

名稱:容積式壓縮機噪聲的測定

標準內容摘要:

本標準規定了容積式壓縮機噪聲測定方法。本標準正文主要規定了噪聲聲功率級測定

的工程法,附錄A給出了噪聲聲功率級測定的簡易法,附錄B給出了噪聲聲壓級的測定

方法。

本標準適用于包括驅動機的容積式壓縮機組。

5、標準編號:GB/T 7777-2003

名稱:容積式壓縮機機械振動測量與評價

標準內容摘要:

本標準規定了容積式壓縮機機械振動測量與評價。

本標準適用于額定轉速為120r/min12000r/min的壓縮機。

6、標準編號:GB/T 10892-2005

名稱:固定的空氣壓縮機安全規則和操作規程

標準內容摘要:

本標準規定了一般用固定或撬裝的空氣壓縮機的設計、安裝、操作及維護中應遵守的

安全規則和操作規程。

本標準適用于軸功率不小于2kW、額定排氣壓力0.05MPa5MPa的壓縮機。

本標準不適用于下列類型的壓縮機:

a) 用于呼吸、潛水、外科手術的特殊壓縮機;

b) 用于空氣制動系統的壓縮機。

7、標準編號:GB/T10893.1-2012

名稱:壓縮空氣干燥器第1部分:規范與試驗

標準內容摘要:

本部分規定了不同類型壓縮空氣干燥器的各種需要說明的性能參數和相關的試驗方法。

本部分還給出了用于確定節能裝置性能的部分載荷試驗方法。

本部分適用于工作壓力大于0.05MPa且小于等于1.6MPa的下列壓縮空氣干燥器:

吸附式干燥器;—滲膜式干燥器;—冷凍式干燥器(包括通過冷卻干燥);—組合式干燥器。

本部分不適用于下列干燥器:

吸收式干燥器;—過壓縮式干燥器;—內置式干燥器。

8、標準編號:GB/T10893.2-2006

名稱:壓縮空氣干燥器第2部分性能參數:規范與試驗

標準內容摘要:

本部分給出了用戶和專業工程師進行壓縮空氣干燥器選型的常用數據,以使所選干燥

器能最大限度地滿足使用要求 。

本部分不包括安全要求。

本部分主要適用于冷凍式和吸附式壓縮空氣干燥器,其他形式的干燥器可參照使用。

9、標準編號:GB/T13277.1-2008

名稱:壓縮空氣第1部分:污染物凈化等級

標準內容摘要:

本部分規定了壓縮空氣中的顆粒、水分及微量油的凈化等級。

本部分亦考慮微生物和氣態污染物。

本部分中所指的氣態污染物包括:一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、一氧

化氮及碳原子從C1C5的烴類。

10、標準編號:GB/T 13277.2-2015

名稱:壓縮空氣第2部分:懸浮油含量測量方法

標準內容摘要:

本部分規定了壓縮空氣中液態油和懸浮油取樣和定量分析方法(A方法和B方法)。

本部分適用于一般用壓縮空氣系統中的含油量測量,含油測量范圍為0.001mg/m3

40mg/m3。

本部分不適用壓縮空氣中油蒸氣含量的測量,油蒸氣的測量另見ISO 8573-5《壓縮空

氣第5部分:油蒸氣及有機溶劑測量方法》。

11、標準編號:GB/T 13277.3-2015

名稱:壓縮空氣第3部分:濕度測量方法

標準內容摘要:

本部分規定了壓縮空氣濕度的測量方法,包括方法的選用指南及適用范圍、取樣技術、

測量方法、結果評定、不確定度分析和試驗報告等。

本部分適用于壓縮空氣中以水蒸氣狀態存在的水分的測量。

12、標準編號:GB/T 13277.4-2015

名稱:壓縮空氣第5部分:油蒸氣及有機溶劑測量方法

標準內容摘要:

本部分規定了壓縮空氣中不同尺寸顆粒濃度的測量方法,包括方法的選用指南、取樣

技術、測量方法、結果評定、不確定度分析和試驗報告等。

本部分適用于壓縮空氣中固體顆粒的計數測量。

注:本部分敘述的方法適合于確定GB/T 13277.1《壓縮空氣第1部分:污染物凈化等級》

所定義的05級顆粒濃度。

13、標準編號:GB/T 13277.5-2019

名稱:壓縮空氣第5部分:油蒸氣及有機溶劑測量方法

標準內容摘要:

本部分規定了檢測壓縮空氣中油蒸氣含量的氣相色譜法和化學指示管法,同時規定了

油蒸氣的取樣、測量、評定、不確定度和試驗報告等要求。

本部分適用于壓縮空氣中油蒸氣(6個或更多碳原子的碳氫化合物)含量的測量。

注:不大于5個碳原子的輕烴參照ISO 8573-6按氣態污染物測量。

14、標準編號:GB/T 13279-2015

名稱:一般用固定式往復活塞空氣壓縮機

標準內容摘要:

本標準規定了一般用固定的往復活塞空氣壓縮機的型號與基本參數、要求、試驗方法、

檢驗規則和標志、包裝及貯存等要求。

本標準適用于驅動電動機功率為18.5kW560kW、額定排氣壓力為0.7MPa1.25MPa的空壓機。

額定排氣壓力小于0.7MPa的空壓機可參照本標準執行。

15、標準編號:GB/T 13928-2015

名稱:微型往復活塞空氣壓縮機

標準內容摘要:

本標準規定了風冷、單作用、一般用途的有油潤滑微型往復活塞空氣壓縮機的型號和

基本參數、要求、試驗方法、檢驗規則及標志、包裝和貯存等要求。

本標準適用于額定功率為0.18kW15kW的電動機或相當功率的內燃機驅動的、額定

排氣壓力不超過1.4MPa的空壓機。

本標準也適用于額定功率為18.5kW、額定排氣壓力為0.5MPa的空壓機。

16、標準編號:GB/T 15487-2015

名稱:容積式壓縮機流量測量方法

標準內容摘要:

本標準規定了容積式壓縮機流量的測量裝置和測量方法。

本標準適用于壓縮機流量的測量。輸氣管內流量的測量也可參照采用。

本標準不適用于管道內流量不穩定、氣體有相變、氣體中有固體或液體等物質析出以

及節流件上游氣體是音速或超音速流等情況下流量的測量。

17、標準編號:GB 22207-2008

名稱:容積式空氣壓縮機安全要求

標準內容摘要:

本標準規定了容積式空氣壓縮機的安全要求以及安全性能的檢驗判定方法。

本標準包含的安全要求是針對空壓機的所有主要危險(機器內部因材質問題造成的斷裂危險除外)。

本標準適用于功率不小于0.25kW、排氣壓力為0.035MPa45MPa的空壓機。

本標準不適用于下列空壓機:

a) 用于呼吸、潛水、外科手術等特殊供氣的空壓機;

b) 用于空氣制動系統的空壓機;

c) 用于氣體輸送系統的空壓機;

d) 工藝流程及空分設備用空壓機。

18、標準編號:GB/T 26967-2011

名稱:一般用噴油單螺桿空氣壓縮機

標準內容摘要:

本標準規定了一般用噴油單螺桿空氣壓縮機(以下簡稱"單螺桿空壓機")的術語和定

義、型號、基本參數、要求、試驗方法、檢驗規則、標志、包裝及貯存等要求。

本標準適用于驅動電動機功率為2.2kW630kW、額定排氣壓力為0.4MPa、0.70.8

MPa、1.0MPa1.25MPa1.6MPa的一般用固定及其改裝的移動單螺桿空壓機。

額定排氣壓力為0.4MPa1.6MPa之間的其他單螺桿空壓機可參照本標準執行。

19、標準編號:GB/T 30475.1-2013

名稱:壓縮空氣過濾器 試驗方法 1部分:懸浮油

標準內容摘要:

本部分規定了規定工況下測定過濾器壓力降、出氣口懸浮油濃度的試驗方法,以及試

驗所需的設備配置及試驗程序。

本部分適用于凝聚式壓縮空氣過濾器。

20、標準編號:GB/T 30475.2-2013

名稱:壓縮空氣過濾器 試驗方法 2部分:油蒸氣

標準內容摘要:

本部分規定了在規定工況下測定過濾器吸附油蒸氣能力(吸附容量)、壓力降的試驗

方法,以及試驗所需的設備配置及試驗程序。

本部分適用于吸附式壓縮空氣過濾器。

21、標準編號:GB/T 30475.3-2017

名稱:壓縮空氣過濾器 試驗方法 3部分:顆粒

標準內容摘要:

本部分規定了去除不同粒徑顆粒的過濾器在測定過濾效率時所選用的試驗方法,以

及這些試驗所需的設備布置和試驗程序。

本部分適用于去除顆粒的壓縮空氣過濾器。

22、標準編號:GB/T 30475.4-2017

名稱:壓縮空氣過濾器 試驗方法 4部分:水

標準內容摘要:

本部分規定了除水裝置除水效率和工作壓降的試驗方法。

23、標準編號:GB50751-2012

名稱:醫用氣體工程技術規范

對壓縮空氣理化指標的要求:

氣體種類主要成份純度

mg/m³

mg/ m³

COmg/m³或10-6

v/v

CO2mg/m³

NONO210-6v/v

SO2 10-6

v/vO2

10-6v/vCH4

10-6v/vH2

10-6v/v)顆粒物 氣味 備注

醫療空氣 0.1575(標態露點-23)

5900(≤50010-6v/v

2 1 5μm

器械空氣 0.150(標態露點-46)

5μm

牙科空氣 0.1780(標態露點-20)

5900(≤50010-6 v/v

2 1 5μm

合成空氣 -≤50(標態露點-46) 5μm 無氧21%,氮79%

03 壓縮空氣系統設備應用

壓縮空氣冷凍式干燥機/冷干機結構和原理

壓縮空氣冷凍式干燥機/冷干機結構和原理

目前,醫用壓縮空氣系統使用的大部分為螺桿式壓縮機,但壓縮空

氣品質很難達到標準要求,隨著醫療行業的發展,對壓縮空氣品質

提出更高的要求,無油渦旋式空壓機將逐步代替螺桿式壓縮機在醫

用氣體行業的應用。

2—氣旋式冷凝液分離器

氣旋式冷凝液分離器是利用離心力原理,將液態冷凝水由壓縮

空氣中分離。氣體旋轉造成冷凝液體與離心式分離器內壁接觸

附著,當冷凝液逐漸負重后自然流至分離器底部容器,冷凝液

累計后即由自動排水器排出系統外。一般安裝此設備于空壓機

后部冷卻器,以便排除大量液體冷凝液。

氣旋式冷凝液分離器主要技術參數:

1、空氣處理量:120~2850m3/h;

2、最高工作壓力:16Bar

3、環境工作溫度:1.5~65

4、直接處理壓縮空氣中的水分、油份;

5、除水效果達到ISO8573-1 8級效果

6、直接去除壓縮空氣中98%的水分

7、下部配有自動排水閥,自動排水。

3—壓力容器(儲氣罐)

壓力容器主要作用如下:

1. 可除去壓縮空氣下游大量的液態冷凝水及油;

2. 提供儲存空氣的峰值需求,不需要運行額外的空壓機;

3. 降低載入/卸載及啟動/停止空壓機的頻率,協助空壓機運轉更有效,減少空壓機的啟動頻率;

4. 減緩系統壓力變化,是空壓機得到更好地控制及穩定的系統壓力。

4—空氣干燥機

壓縮空氣離開空壓機后部冷卻器及汽水分離器后,溫度比環境空氣高,處于飽和水汽狀態,

其冷卻后,會在空氣管路中產生冷凝水,管路中過多的冷凝液會造成腐蝕并污染下游使用

點的空氣質量,因此配備空氣干燥機是必須的。

常用的空氣干燥機為冷凍式干燥機、吸附式干燥機

醫用壓縮空氣系統對壓縮空氣的品質要求高,一般情況下,冷凍式干燥機處理后的空氣壓

力露點為2~10℃,達不到醫療空氣的要求,建議配備吸附式干燥機,吸附式干燥機處理

后的壓力露點可達到-70℃。

5—冷凝液排水器

所有的分離器、過濾器、干燥機都需要使用排水器,已排除壓縮空氣系統中的液態水。

冷凝液排水器一般有以下幾種可供選擇:

高效去除壓縮空氣中的水、油、碳氧化合物及特殊氣味,為達到所需

的壓縮空氣品質,應選擇適當等級的濾芯安裝在過濾器中。

1、空氣處理量:60~2760m3/h;

2、最高工作壓力:16Bar

3、環境工作溫度:1.5~65

4、直接處理壓縮空氣中的水分、油份;

5、直接去除壓縮空氣中98%的水分

6、下部配有自動排水閥,自動排水。

應依據所需壓縮空氣的品質選擇濾芯的過濾級別:

醫用壓縮空氣系統為達到醫療空氣品質,濾芯一般選擇R/M/S/A四級過濾。

6—空氣過濾器

7—活性炭吸附塔

活性炭吸附塔可與現有的壓縮空氣系統

聯用,有效的將污染物的風險降至最低,

且可吸附氣體中所攜帶的水氣,提供所

需的無油壓縮空氣。

為進一步提高壓縮空氣的品質,可選擇活

性炭吸附塔,有效去除壓縮空氣中的碳氧

化合物及其氣味。塔內填充活性炭吸附劑,

其表面及內部孔隙可用來吸附污染物質,

可應用于任何需要將油霧含量降至最低的

地方。

8—油水分離器

/水分離器是最經濟有效的解

決壓縮空氣中含油問題的方案,

采用親油性過濾器及活

性碳的多級分離處理,保證壓縮空氣的品質。

感謝各位

 

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