Системи підготовки стисненого повітря

Стиснене повітря – повітря, що знаходиться під тиском, який зазвичай перевищує атмосферний тиск. Використовується для накопичення енергії, створення запасу повітря в малому об’ємі, як пневматична пружина. Пневматичні системи стисненого повітря сьогодні стоять практично на кожному підприємстві. І очищення середовища безпосередньо впливає на якість продукції, що виготовляється. Основна проблема забруднення стисненого повітря - потрапляння механічних мікрочастинок у середовище,а також утворення краплин вологи, які осідають на стінках магістралі після виходу повітряного потоку з компресора і його розширення. Конденсат в компресорі спричинює нестабільну роботу пристрою, появу окислення в магістралі,підмерзання пневматичних клапанів, утворення бульбашок фарби на оброблювальних виробах, а також потрапляння вологи на тару і упаковку. Варто враховувати , чим довшою є магістраль від компресорного устаткування до робочого органу (пневмоцилінда, пульверизатора, пневмоінструменту), тим більший обсяг конденсату накопичиться.

Види обладнання систем підготовки стисненого повітря

Сепаратори

Стиснене повітря містить значну кількість вологи, що спричинює порушення технологічного процесу. Щоб зробити попереднє виведення вологи з магістралі використовують повітряно-масляний сепаратор. Сепаратор працює за таким принципом: виведення вологи відбувається за рахунок відцентрового обертання крильчатки, яка монтується всередині пристрою. Так, краплини рідини потрапляють в повітрозбірник,а фільтр стисненого повітря очищає робоче повітря. Волога виводиться назовні під дією механічних або автоматичних конденсатовідвідників. Дані пристрої використовуються в таких галузях, як: автомобільна , харчова, нафтохімічна, електронна, хімічна, фарбувальна промисловості.

Фільтри стисненого повітря

Магістральний фільтр – спеціальний елемент, який дозволяє очистити повітря, що потрапляє в робочу камеру пневматичної системи для стисненого повітря. Ці фільтри застосовуються в галузях промисловості, де використовуються компресори. Повітряний фільтр для стисненого повітря призначений для роботи в діапазоні температур від 1.5С до 65С. Він розроблений таким чином, щоб досягти мінімального перепаду тиску і продовжити термін служби обладнання, що досягається завдяки великій площі фільтрації. Фільтри стисненого повітря встановлюються відразу за трубопроводом і забезпечують захисний бар’єр від проникнення різного роду забруднень всередину камери.

Рефрижераторні осушувачі

Холодильний осушувач застосовується в пневматичних системах підготовки стсненого повітря, де температура робочого середовища не опускається нижче температури точки роси, гарантованої осушувачем (+3С). Конструкція холодильного обсушувача стисненого повітря - це трьохструменевий теплообмінник, в якому відбувається примусове охолодження повітрям від вентиляторів, зібраних за схемою «труба в трубі». Весь механізм монтується на відкритому майданчику. Особлива будова теплообмінника гарантує злагоджену і стабільну роботу при будь-яких змінах кліматичних умов.Процес охолодження стисненого повітря відбувається з виділення конденсату, який автоматично відокремлюється. В результаті відбувається нагрів осушеного повітряного середовища перед потраплянням його в магістраль пневмосистеми.

Осушувачі адсорбційного типу

Функціонування адсорбційного пристрою полягає в поперемінній роботі колон з адсорбцією, які забезпечують осушення повітря. У той час як одна колона сушить повітря, інша проходить само регенерацію через циркуляцію теплого повітря. На виході з адсорбційного осушувача отримуємо повітря з точкою роси -40С..-70С і температурою навколишнього середовища.

Елементи системи підготовки стисненого повітря

1. Компресор – гвинтовий або поршневий агрегат, що використовується як джерело підготовки стисненого повітря. Від типу пристрою і місця його розташування буде залежати кількість одержуваного конденсату. Чим далі компресор встановлений від робочого сегмента, тим більший обсяг вологи буде утворюватися. Тому очищення компресора стає пріоритетним завданням.
2. Охолоджувач стисненого повітря – служить для зниження температурних показників стисненого повітря, що подається з компресора в систему. Це важливий процес , так як потік сильно нагрівається при стисненні.
3. Сепаратор стисненого повітря – пристрій для очищення стисненого повітря. Він призначений для відділення конденсату, який утворився в пневматичній системі. Працює принципу центрифугування, що дозволяє видаляти з робочого середовища до 99% вологи і аерозолів.
4. Термодинамічний конденсатовідвідник – пристрій, що застосовується для зливу накопиченої вологи на кожній із ступенів системи очищення стисненого повітря. Розрізняють автоматичні, напівавтоматичні і ручні агрегати.
5. Горизонтальний повітрозбірник – мультифункціональний механізм. Він служить для згладжування пульсацій стисненого повітря, що подається компресором в систему. Також він працює як акумулятор стисненого повітря, забезпечуючи рівномірну роботу механізму при імпульсному споживанні повітря.
6. Фільтри стислого повітря – дані вироби використовуються в різних модифікаціях, які залежать від джерела стиснутого повітря, забезпечуючи рівномірну роботу механізму при імпульсному споживанні повітря.
7. Осушувач стисненого повітря забезпечує видалення парів вологи з отриманого стисненого повітря до вказаної точки роси. Принцип роботи простий: коли повітряне середовище надходить в систему розподілу для охолодження, водяна пара перетворюється на конденсат. При температурному показнику 25С і відносній вологості до 75% стандартний компресорний пристрій ( продуктивність -20м3/хв.) видає 165л води за 1 зміну (8 годин), якщо він не оснащений до охолоджувачем.
8. Фільтр тонкої очистки – пристрій для фільтрації середовища від твердих мікрочастинок і масляних домішок.
9. Фільтр тонкої очистки – коалесцер для видалення з робочого середовища твердих мікрочасток (розміром до 0,1 мкм) і масляних домішок (0.01 мг/м3), Цей механізм встановлюється після основного очищення.
10. Вугільний фільтр – призначений для видалення запахів. Залишок по твердим частка не регламентується, вміст парів не більше 0,008мг/м3. Цей фільтр, як правило, монтується практично на всіх типах харчового виробництва.
11. Волого масляний сепаратор – служить для відділення крапель конденсату(водо масляні емульсії), що зливаються з усіх структурних компонентів системи, і подальшої їх утилізації. Сепаратор дозволяє зібрати все масло і правильно видалити його ,а воду повернути в каналізаційну систему для подальшого очищення.

Підготовка стисненого повітря

Для подачі повітря в промисловості використовуються різні конструкції машин під загальною назвою повітродувки. При створенні надмірного тиску до 0,015 МПа вони називаються вентиляторами, а при тиску понад 0,115 МПа - компресорами.

Вентилятори відносяться до лопатевих машин динамічної дії і окрім свого основного призначення - провітрювання - застосовуються в пневмотранспортних системах і низьконапірних системах пневмоавтоматики.

У пневмоприводах джерелом енергії служать компресори з робочим тиском в діапазоні 0,4…1,0 МПа. Вони можуть бути об'ємної (частіше поршневі) або динамічної (лопатеві) дії.

За видом джерела і способом доставки пневмоенергії розрізняють магістральний, компресорний і акумуляторний пневмопривід.

Магістральний пневмопривід характеризується розгалуженою мережею стаціонарних пневмоліній, що з’єднують компресорну станцію з цеховими, дільничними споживачами в межах одного або декількох підприємств. Компресорна станція обладнана декількома компресорними лініями, що забезпечують гарантоване постачання споживачів стисненим повітря з врахуванням можливої нерівномірної роботи останніх. Це досягається встановленням проміжних накопичувачів пневмоенергії (ресиверів), як на самій станції, так і на її ділянках. Пневмолінії зазвичай резервуються, чим забезпечується зручність їх обслуговування та ремонту. Типовий комплект пристроїв, що входять в систему підготовки повітря, наведений на принциповій схемі компресорної станції (рис. 1.3).

Рис. 1.1. Принципова схема компресорної станції

Компресор 2 з приводним двигуном 3 всмоктує повітря з атмосфери через сітчастий фільтр 1 і через зворотний клапан 4 нагнітає повітря в ресивер 7, охолоджувач 5 і фільтр-вологовідділювач 6. В результаті охолоджування повітря водяним охолоджувачем 5 відбувається конденсація 70-80 % вологи, що міститься в повітрі, вловлюється фільтром-вологовідділювачем і з 100 % відносною вологістю повітря поступає в ресивер 7, який акумулює пневмоенергію та згладжує пульсацію тиску. В ньому відбувається подальше охолоджування повітря та конденсація деякої кількості вологи, яка в міру накопичення видаляється разом з механічними домішками через вентиль 10. Ресивер обов'язково обладнується одним або декількома запобіжними клапанами 8 і манометром 9. З ресивера повітря по пневмолініям 12 відводиться через крани 11 до споживачів. Зворотний клапан 4 виключає можливість різкого падіння тиску в пневмомережі при відключенні компресора.

Компресорний пневмопривід відрізняється від магістрального своєю мобільністю та обмеженістю кількості одночасно працюючих споживачів. Пересувні компресори широко використовуються при виконанні різних видів будівельних і ремонтних робіт. За комплектом пристроїв, що входять в систему підготовки повітря, він практично не відрізняється від компресорної станції (водяний охолоджувач замінюється на повітряний). Подача повітря до споживачів здійснюється через гумовотканинні рукави.

Акумуляторний пневмопривід зважаючи на обмежений запас стисненого повітря в промисловості застосовується рідко, але широко використовується в автономних системах управління механізмами із заданим часом дії. На рис. 1.4 наведено декілька прикладів акумуляторного живлення пневмосистем.

Для безперебійної подачі рідини в гідросистему або палива в двигуни внутрішнього згорання апаратів зі змінною орієнтацією в просторі застосовується наддув бака з рідиною (рис. 1.4, а) від пневмобалона 1.

Витіснення рідини з бака 5, що розділений мембраною на дві частини, забезпечується постійним тиском повітря, що залежить від настройки редукційного клапана 3 при ввімкненні електровентиля 2. Граничний тиск обмежується клапаном 4.

Система орієнтації літального апарату (рис. 1.4, б) складається з керуючих реактивних пневмодвигунів 4, що живляться від пневмобалона 1 через редукційний клапан 2 та електровентилі 3.

Рис. 1.2. Принципові схеми акумуляторного живлення пневмосистем (а, б, в) і замкненої пневмосистеми (г)

Для живлення систем промислової пневмоавтоматики часто використовується не тільки середній (нормальний) діапазон тиску повітря (0,118…0,175 МПа), а і низький діапазон (0,0012…0,005 МПа). Це дозволяє зменшити витрату стисненого повітря, збільшити прохідний переріз елементів і, отже, знизити ймовірність засмічення дроселюючих пристроїв, а в деяких випадках отримати ламінарний режим руху повітря з лінійною залежністю Q = f(sp), що дуже важливе в пристроях пневмоавтоматики.

За наявності джерела високого тиску можна забезпечити живлення пневмосистеми низького тиску з великою витратою повітря за допомогою ежектора (рис. 1.4, в). Від пневмобалона високого тиску 1, що обладнаний редукційним клапаном 4, манометром 2 і запобіжним клапаном 3, повітря поступає на сопло 5 ежектора. При цьому всередині корпусу ежектора створюється знижений тиск, і з навколишнього середовища через фільтр 6 всмоктується повітря, яке поступає в приймальне сопло 7 більшого діаметру. Після ежектора повітря повторно очищається від пилу фільтром 8 і поступає до пристроїв 10 пневмоавтоматики. Манометром 9 контролюється робочий тиск, величина якого може коректуватися редуктором 4.

Всі вище описані пневмосистеми відносяться до розімкнених (безциркуляційних). На рис. 1.4, г наведена замкнена схема живлення системи пневмоавтоматики, що використовується в умовах запиленої атмосфери. Подача повітря до блоку пневмоавтоматики 3 здійснюється вентилятором 1 через фільтр 2, причому всмоктуючий канал вентилятора з’єднаний з внутрішньою порожниною герметичного кожуха блоку 3, яка одночасно через фільтр тонкого очищення 4 з’єднується з атмосферою. Часто в якості вентилятора використовуються побутові електропилососи, які здатні створювати тиск 0,002 МПа.

Повітря, що поступає до споживачів, повинне бути очищене від механічних домішок та містити мінімум вологи. Для цього служать фільтри-вологовідділювачі, у яких в якості фільтруючого елемента зазвичай використовується тканина, картон, шерсть, металокераміка та інші пористі матеріали з тонкістю фільтрації від 5 до 60 мкм. Для глибшого осушення повітря його пропускають через адсорбенти, що поглинають вологу. Найчастіше для цього використовується силікогель. У звичайних пневмоприводах достатнє осушення забезпечують ресивери і фільтри-вологовідділювачі, але разом з цим повітрю необхідно додавати змащувальні властивості, для чого служать маслорозпилювачі нагнітаючого або ежекторного типу.

Рис. 1.3. Типовий вузол підготовки повітря:

а - принципова схема; б - умовне позначення

На рис. 1.5 наведений типовий вузол підготовки повітря, що складається з фільтра-вологовідділювача 1, редукційного клапана 2 і маслорозпилювача 3.

Повітря, що поступає на вхід фільтра, отримує обертальний рух за рахунок нерухомої крильчатки Kр. Відцентровою силою частинки вологи і механічні домішки відкидаються до стінки прозорого корпусу та осідають в його нижню частину, звідки в міру необхідності видаляються через зливний кран. Вторинне очищення повітря відбувається в пористому фільтрі Ф, після якого воно поступає на вхід редуктора, де відбувається дроселювання через проміжок клапана Кл, величина якого залежить від вихідного тиску над мембраною М. Збільшення зусилля стиснення пружини П забезпечує збільшення проміжку клапана Кл і, отже, вихідного тиску. Корпус маслорозпилювача 3 виконано прозорим і заповнюється через пробку змащувальним маслом. Тиск, що створюється на поверхні масла, витісняє його через трубку T вгору до сопла З, де масло ежектується і розпилюється потоком повітря. В маслорозпилювачах нагнітаючого типу замість трубки Т встановлюється гніт, по якому масло поступає в розпилююче сопло за рахунок капілярного ефекту.

Технічні параметри обладнання систем підготовки стисненого повітря

Технічні параметри сепараторів

Технічні параметри фільтрів стисненого повітря

Технічні параметри рефрежираторних осушувачів

Технічні параметри адсорбційних осушувачів

Використання систем стисненого повітря

Дані пристрої необхідні для експлуатації в таких галузях, як: автомобільна, харчова, нафтохімічна, електронна, хімічна, фарбувальна промислововсі. Зараз практично на кожному підприємстві, заводі використовуються системи стисненого повітря.

Література

●Гiдроприводи та гiдропневмоавтоматика: Пiдручник /В.О.Федорець, М.Н.Педченко, В.Б.Струтинський та iн. За ред. В.О.Федорця. — К:Вища школа,— 1995.- 320 с.

●Нагорный В.С., Денисов А.А. Устройства автоматики гидро- и пневмосистем: Учеб. пособие техн. вузов.-М.: Высшая шк.,1991.-223 с

●Кулініченко В.Р. Гідравліка, гідравлічні машини і гідропривід: Підручник.-Київ:Фірма «ІНКОС», Центр навчальної літератури, 2006.-437с.