# 乾燥、無給油空氣對氣缸的技術影響

> Source: https://rodlesspneumatic.com/zh-hant/blog/the-technical-effects-of-using-dry-non-lubricated-air-on-cylinders/
> Language: zh-Hant

## Summary

在指定氣缸密封件、壓力露點、試車測試或無油維護計畫前，先分清 4 種空氣品質與潤滑狀態。

## Page Content

# 乾燥、無給油空氣對氣缸的技術影響

乾燥壓縮空氣不代表氣動氣缸就是無給油型。 標示為無給油的氣缸通常仍含有組裝時施加的潤滑脂，雖然供氣不需要例行加入油霧。 水分含量極低，仍可能擾動這套保留式潤滑系統，但影響取決於確切產品與工作條件。

工程上的第一步，是辨識四種分開的狀態：水分含量、空氣中的油分、原廠施加的內部潤滑脂，以及刻意加入的管路潤滑。 記錄這些狀態後，團隊才能把確切氣缸核准的空氣品質範圍，與應用的壓力露點、溫度、速度、負載及潔淨度要求相互比較。

> 重點摘要 ISO 8573-1 分開對粒子、水與油進行分類；「乾燥」與「無油」不能互換使用。 無給油氣缸仍可能依賴原廠施加的長效潤滑脂。 部分製造商警告，超乾燥空氣可能降低潤滑性能與產品壽命。 變更乾燥機、除油系統或潤滑器狀態前，先建立實測基準。

## 乾燥、無油、無給油與無潤滑脂究竟代表什麼？

ISO 8573-1 使用三個彼此獨立的壓縮空氣純度向度：粒子、水與油。 較低的水分等級不能確定油分等級，兩者也都不能說明氣缸內還保留哪種潤滑劑 ([ISO 8573-1](https://www.iso.org/standard/46418.html), 2010). 請把每一種條件視為獨立規格。

| 術語 | 應描述的內容 | 不能證明的內容 |
| --- | --- | --- |
| 乾燥壓縮空氣 | 指定位置與壓力下的水分含量或壓力露點 | 低油分、適用於無塵室，或內部完全沒有潤滑脂 |
| 無油壓縮空氣 | 量得的總油分上限或書面油品純度要求 | 低水分含量或沒有組裝潤滑脂 |
| 無給油氣缸 | 設計為在指定條件下不需例行管路供油即可運轉的氣缸 | 內部滑動面乾燥，或適用於所有露點 |
| 無潤滑脂氣缸 | 在指定界線內不含潤滑脂的特殊結構 | 除非材料、粒子、逸氣與壽命也已完成驗證，否則不能證明適用於該製程 |

無給油氣缸 是設計為在指定工作範圍內不需例行管路供油即可運轉的致動器；但仍可能依賴原廠施加的潤滑脂。 「無油壓縮機」同樣只是壓縮機的描述，不代表使用點的空氣品質結果。 環境中的碳氫化合物蒸氣、管路殘留物、維護材料與交叉連接支路，都可能在下游增加油分。

> Figure: 除水、除油、原廠潤滑與管路潤滑是相互關聯的系統狀態，但任何一項都不能取代另一項。

如需完整的使用點規格，請參閱 [ISO 壓縮空氣品質標準指南](/zh-hant/blog/what-are-the-key-iso-air-quality-standards-for-pneumatic-systems/).

## 為什麼過度乾燥的空氣會改變氣缸行為？

SMC 警告，超乾燥空氣可能使設備的潤滑特性劣化並影響產品可靠度，並要求使用者在採用該介質前諮詢製造商 ([SMC C96 氣缸手冊](https://www.smcworld.com/upfiles/manual/en-jp/files/C96-E.pdf)). 這項警告是啟動審查的訊號，不是通用的失效預測。

原廠加脂的氣缸，是透過潤滑劑、密封唇幾何形狀、導引表面、粗糙度、接觸壓力、速度、溫度與行程模式的設計組合運作。 移除水蒸氣並不會直接把潤滑脂移除。 然而，它可能改變摩擦學環境，使原本只針對一般乾燥空氣驗證的型號，不能被假定適用於低得多的壓力露點。

可能出現的症狀包括起動壓力升高、低速運動穩定性降低、循環時間增加、密封件噪音或洩漏改變。 這些觀察結果不能證明潤滑脂流失。 側向負載、對準不良、污染、表面損傷、管路受限、流量控制變更與動態壓力偏低，都可能產生相同模式。

有用的界線不是「潮濕對乾燥」。 真正的界線，是確切氣缸配置仍能符合洩漏、摩擦、運動與壽命要求時，所量得的最乾燥空氣條件。 即使兩支氣缸標示相同的密封件系列，這條界線也可能不同。

不要把固定的摩擦、溫升、磨耗率或壽命損失百分比當作設計值。 ISO 19973-3 在定義的測試條件下評估氣缸可靠度，並以循環次數或公里數表示壽命；因此，若沒有測試型號、工作條件、失效門檻與基準，單一百分比不能移植 ([ISO 19973-3](https://www.iso.org/standard/62572.html), 2015).

## 氣缸的壓力露點界線

不同製造商的限制並不相同。 某款 Festo ISO 氣缸將壓縮空氣指定為 ISO 8573-1 [7:4:4] 等級；Parker P1D 氣缸頁面則建議 3.4.3 等級，並將室內使用的水分第 4 級對應為 +3°C 壓力露點。 這些數值是型號範例，不是通用門檻 ([Festo ISO 氣缸](https://ftp.festo.com/Public/PNEUMATIC/SOFTWARE_SERVICE/Datasheet/EN_GB/570081.pdf); [Parker P1D-T](https://ph.parker.com/no/en/iso-pneumatic-cylinders-large-bore-tie-rod-design-p1d-t-large-bore-series-parker-pneumatic-europe)).

壓力露點 是空氣維持在指定壓力時，水開始凝結的溫度。 它不是實際空氣溫度。 Parker 舉例說明，壓縮空氣溫度可以是 35°C，但壓力露點為 -40°C ([Parker《潔淨、乾燥、無油空氣》](https://www.parker.com/content/dam/Parker-com/Literature/Hiross-Zander-Division/PDF-Files/Brochures/WPCDOAAC-00-EN.pdf)).

請依兩項獨立限制選擇露點：

- 防止凝結與結冰。 壓力露點必須低於預期最冷的壓縮空氣管路、閥、致動器與膨脹區，並為工作變化保留適當裕量。

- 維持在元件核准範圍內。 如果吸附式乾燥機讓該支路的條件大幅低於氣缸標示或先前驗證的條件，請取得型號專用核准，或進行受控驗證。

「越乾燥越好」不是良好的系統工程做法。 CAGI 不建議指定低於應用需求的露點，因為這會增加資本與運轉成本；CAGI 也建議向最終使用設備的供應商確認所需露點 ([CAGI 壓縮空氣處理](https://www.cagi.org/assets/documents/pdfs/handbook/Chapter3CompressedAirGasHandbook.pdf)).

請在代表性需求下於氣缸支路量測。 乾燥機出口證明無法揭示下游洩漏、旁通、潮濕儲氣桶、季節性管路溫度，或與測試條件不同的使用點壓力。 如果疑慮是水分造成的損傷，請參閱 [氣動氣缸水分損傷指南](/zh-hant/blog/how-can-you-prevent-costly-water-damage-in-your-pneumatic-air-cylinders/).

## 為什麼只標示 PTFE 或 NBR 不能核准乾燥運轉？

Parker 的氣動密封件型錄指出，使用乾燥、無油空氣的完整活塞，仍須以合適的長效潤滑劑預先潤滑活塞與筒管。 該範例設計也將條件限制在 16 bar 與 1 m/s。 兩項條件都很重要 ([Parker 氣動密封件](https://www.parker.com/content/dam/parker/lam/catalogs/pdf/2---selos%2C-veda%C3%A7%C3%B5es-e-adesivos/1---emg-veda%C3%A7%C3%B5es/Pneumatic%20Seals%20-%20PTD3351%20-%20EN.pdf)).

這個範例揭示了只按材料選型的弱點。 PTFE、NBR、聚氨酯與 FKM 都是廣義材料家族。 實際工作的密封系統還取決於確切配方、填料、硬度、輪廓、賦能元件、唇部負載、溝槽、配對表面、表面處理、組裝潤滑脂、溫度、速度、壓力與側向負載。

| 供應商證據 | 為何在乾燥或無油服務中重要 |
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| 完整氣缸與密封件套件代碼 | 把聲明連結到已安裝的幾何形狀與配方 |
| 原廠潤滑脂名稱與用量規則 | 定義「無給油」運轉仍依賴的潤滑劑 |
| 允許的 ISO 8573-1 等級或露點範圍 | 指出經測試的空氣品質界線 |
| 速度、壓力、溫度、行程與工作條件限制 | 避免把密封件結果脫離其運動條件解讀 |
| 活塞桿、筒管與導引表面規格 | 把摩擦與磨耗連結到實際配對表面 |
| 可靠度或耐久性證據 | 說明循環或行程距離、測試條件與失效標準 |

低摩擦密封件可能有幫助，但不能修正未核准的潤滑脂變更、受損缸孔、過大的側向負載或不適合的工作條件。 如有油品化學性質與密封件配方問題，請參閱另一份 [空氣潤滑與氣缸密封件材料指南](/zh-hant/blog/how-does-air-lubrication-impact-the-performance-of-different-cylinder-seal-materials/). 本文則把範圍限縮在空氣乾燥度與保留式內部潤滑。

## 空氣品質變更後的試車驗證

ISO 19973-3 將氣動氣缸壽命視為循環次數或公里數，並要求定義測試條件與失效門檻 ([ISO 19973-3](https://www.iso.org/standard/62572.html), 2015). 因此，更換乾燥機或除油設備鏈後，應以實測基準進行試車驗證，不應依據沒有證據支持的通用保養週期。

在設備穩定時，於變更前記錄基準。 新的空氣條件抵達使用點後，再重複相同量測：

- 辨識硬體。 記錄氣缸型號、缸徑、行程、安裝方式、密封件套件、選項、閥、流量控制器、管路、負載與運動曲線。

- 在使用點量測空氣品質。 記錄壓力露點、壓力、溫度、粒子等級、油分等級、取樣位置、儀器與測試日期。

- 量測動態供氣條件。 在伸出與縮回期間記錄氣缸兩個端口的壓力，不要只記錄調壓器的靜態壓力表讀值。

- 記錄運動與洩漏。 比較起動行為、伸出與縮回時間、低速平順度、末端緩衝、外部洩漏，以及適用時的壓力衰減。

- 檢查機械條件。 在歸咎於潤滑前，先檢查對準狀態、側向負載、活塞桿與導引狀態、安裝件位移、管路配置與污染。

- 設定驗收與追蹤點。 定義可接受的變化、檢查時點、停止標準，以及有權核准或回復變更的人員。

> Figure: 一次只變更一項受控變數，與穩定基準比較，並保留解讀結果所需的條件。

最能揭示問題的量測，通常是成對數值。 記錄調壓器靜態壓力與端口動態壓力、乾燥機出口露點與使用點露點、指令行程時間與實測行程時間。 每一對數值之間的差異，可以在拆解氣缸前定位問題。

對於長距離或流量敏感的支路，請使用 [氣動管路配置指南](/zh-hant/blog/how-do-you-properly-route-pneumatic-tubing-in-automated-machinery-to-ensure-optimal-performance-and-reliability/).

## 如何把潤滑問題與其他故障分開？

SMC 的 C96 手冊要求上游使用 5 µm 或更細的濾器，並警告大量冷凝水可能使氣動設備故障 ([SMC C96 氣缸手冊](https://www.smcworld.com/upfiles/manual/en-jp/files/C96-E.pdf)). 這些控制很重要，因為污染與水分可能模仿或加劇與潤滑相關的症狀。

| 空氣變更後的症狀 | 與潤滑相關的可能性 | 應先測試的競爭性原因 | 有用的比較 |
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| 起動壓力升高 | 潤滑膜或密封摩擦改變 | 側向負載、對準不良、活塞桿彎曲、導引件變緊、調壓器變更 | 氣缸與負載脫開與連接時的比較 |
| 伸出或縮回變慢 | 摩擦或洩漏增加 | 閥受限、消音器堵塞、管路尺寸不足、流量控制設定、端口壓力偏低 | 各方向的端口壓力與行程時間 |
| 低速運動抖動 | 滑動介面的黏滑 | 進氣節流、可壓縮性、導引不良、不穩定負載、閥遲滯 | 多種速度與負載狀態 |
| 出現新的外部洩漏 | 密封件磨耗、硬化或潤滑脂受到擾動 | 活塞桿刮傷、污染、安裝變形、密封件安裝錯誤 | 洩漏位置與表面檢查 |
| 表面溫度升高 | 滑動損失增加 | 循環速率提高、環境溫度高、緩衝撞擊、附近熱源 | 變更前後相同的工作條件 |
| 活塞桿處出現噪音或粉塵 | 乾燥的防塵圈介面或污染 | 側向負載、磨粒侵入、塗層損傷、沖洗殘留物 | 清潔後區域與對準檢查 |

提高供氣壓力不是診斷。 它可能掩蓋額外摩擦，同時增加撞擊、耗氣量、密封件負載與儲存能量。 請將氣缸所需壓力與量得的端口動態壓力比較，再修正實際的限制或負載問題。 相關的 [最低工作壓力指南](/zh-hant/blog/how-to-calculate-the-minimum-operating-pressure-for-a-cylinder/) 說明了這項區分。

如果磨耗集中在一側，請先調查 [線性致動器的側向負載](/zh-hant/blog/what-is-side-loading-on-linear-actuators-and-how-can-it-destroy-your-equipment/) 再考慮變更密封件材料或加油。

## 無油供氣適用什麼維護政策？

SMC 允許部分無給油氣缸加入渦輪油，但警告新增的油置換原有潤滑劑後，必須持續供油 ([SMC C96 氣缸手冊](https://www.smcworld.com/upfiles/manual/en-jp/files/C96-E.pdf)). 因此，開始、停止或變更管路供油是工程變更，不是例行調整。

請以經驗證的工作狀態為基礎，採用狀態式維護：

- 讓乾燥機、排水器、濾器與除油階段維持在其差壓、露點與服務限制內。

- 在一致的設備條件下追蹤氣缸洩漏、行程時間、起動行為、端口壓力與可見磨耗。

- 只要運動狀態改變，就檢查對準、安裝件、活塞桿表面、導引件、緩衝器、消音器、管路與流量控制器。

- 重建時只使用指定的密封件套件、潤滑脂、清潔方式與組裝用量。

- 維護後恢復核准的潤滑狀態，並驗證試車時使用的相同驗收量測。

除非設備製造商或已驗證的內部維護歷史支持，否則避免使用「每週檢查」或「以正常週期的一半更換密封件」等固定說法。 壽命應以有意義的暴露量表示，例如循環次數、累積行程或運轉時數，並同時記錄對應的壓力、速度、負載、溫度與空氣品質。

潤滑器不是解決氣缸無故變慢的修正裝置。 如果氣缸是為無給油服務設計，加入油品可能改變原有潤滑脂系統，並影響所有下游排氣路徑。 請先診斷機械與氣動迴路，再於變更潤滑前取得書面核准。

## 規格與變更紀錄應包含什麼？

Festo 的 [7:4:4] 氣缸要求說明了為何三個 ISO 8573-1 欄位必須一起記錄：粒子、水與油分等級 ([Festo ISO 氣缸](https://ftp.festo.com/Public/PNEUMATIC/SOFTWARE_SERVICE/Datasheet/EN_GB/570081.pdf)). 採購備註若只寫「乾燥空氣」或「無油空氣」，就沒有定義氣缸實際的工作界線。

請在 RFQ、偏差申請或乾燥機變更紀錄中納入以下欄位：

- 完整氣缸型號、缸徑、行程、版本、選項、密封件套件代碼與安裝方式;

- 原廠潤滑脂，以及清潔、重新潤滑或混合潤滑劑的任何限制;

- 指定使用點的 ISO 8573-1 粒子、水與油分等級;

- 目標與最差情況的壓力露點、管路溫度、環境溫度與工作壓力;

- 閥、管路、接頭、流量控制器、排氣裝置與端口動態壓力資料;

- 負載、速度、加速度、循環速率、停留時間、緩衝、每日總行程與預期壽命;

- 潔淨度、食品、製藥、矽膠、逸氣或產品接觸限制，並分開說明;

- 基準結果、驗收限制、追蹤週期、停止標準與核准負責人.

無塵室或食品用途，不會因為管路沒有刻意加入油霧就自動合規。 確切氣缸、排氣路徑、材料、潤滑脂、粒子釋放、清潔程序與已安裝的製程界線仍需驗證。 如需聚焦的證據套件，請參閱 [關鍵無塵室氣缸規格指南](/zh-hant/blog/what-technical-specifications-make-pneumatic-cylinders-suitable-for-critical-cleanroom-environments/).

可辯護的決策很簡單：使用製程實際需要的最乾燥空氣，但必須讓它落在每個受影響氣動元件已文件化或完成驗證的工作範圍內。 如果缺少這個範圍，請建立受控的基準與測試計畫，不要套用通用的摩擦或壽命百分比。

## 乾燥、無給油空氣常見問題

ISO 8573-1 將粒子、水與油分成三個純度向度，而 Parker 的氣動密封件指南仍要求乾燥、無油服務使用長效組裝潤滑 ([ISO 8573-1](https://www.iso.org/standard/46418.html); [Parker 氣動密封件](https://www.parker.com/content/dam/parker/lam/catalogs/pdf/2---selos%2C-veda%C3%A7%C3%B5es-e-adesivos/1---emg-veda%C3%A7%C3%B5es/Pneumatic%20Seals%20-%20PTD3351%20-%20EN.pdf)). 這些區分可以解答常見的氣缸問題，也能避免維護團隊把乾燥機變更當成密封件規格。

### 無油壓縮空氣是否代表氣缸內沒有潤滑劑？

不代表。只有在說明量得的油分上限與位置時，無油才是在描述供氣。 許多無給油氣缸仍使用組裝時施加的潤滑脂。 Parker 明確要求某些用於乾燥、無油空氣的密封件使用合適的長效預潤滑，因此氣缸文件必須界定內部潤滑劑的範圍。

### 標準無給油氣缸可以使用壓力露點為 -40°C 的空氣嗎？

不能僅憑假設。 請將確切型號允許的空氣等級或露點範圍，與使用點量得的條件比較。 SMC 警告，超乾燥空氣可能影響潤滑與可靠度。 若手冊沒有說明，請取得書面核准，或在實際負載、速度、溫度與循環曲線下驗證氣缸。

### 氣缸在更換乾燥機後變慢，是否應提高壓力？

在找出故障前不要這樣做。 請記錄氣缸兩個端口的動態壓力、行程時間、洩漏、流量控制設定、負載、對準狀態與使用點露點。 較高壓力可能掩蓋摩擦或限制，同時增加撞擊與耗氣量。 請比較變更前後相同的工作條件，以隔離原因。

### 可以開始使用管路潤滑，之後再停止嗎？

只有在氣缸與所有下游元件都允許這項變更時才可以。 SMC 警告，新增的油可能置換原有潤滑劑，之後停止供油可能導致故障。 在安裝或旁通潤滑器前，請記錄核准油品、供油方式、支路界線、污染後果與重建程序。

### 來源與技術參考資料

- [ISO 8573-1:2010，《壓縮空氣污染物與純度等級》](https://www.iso.org/standard/46418.html)

- [ISO 19973-3:2015，《氣動氣缸可靠度評估》](https://www.iso.org/standard/62572.html)

- [SMC C96 系列操作手冊](https://www.smcworld.com/upfiles/manual/en-jp/files/C96-E.pdf)

- [Festo ISO 氣缸技術資料](https://ftp.festo.com/Public/PNEUMATIC/SOFTWARE_SERVICE/Datasheet/EN_GB/570081.pdf)

- [Parker 氣動密封件型錄](https://www.parker.com/content/dam/parker/lam/catalogs/pdf/2---selos%2C-veda%C3%A7%C3%B5es-e-adesivos/1---emg-veda%C3%A7%C3%B5es/Pneumatic%20Seals%20-%20PTD3351%20-%20EN.pdf)

- [CAGI《壓縮空氣與氣體手冊》第 3 章](https://www.cagi.org/assets/documents/pdfs/handbook/Chapter3CompressedAirGasHandbook.pdf)