Ознакомиться с основным набором элементов входящих в пневмопривод

Лабораторная работа № 1

«Изучение состава пневмопривода»

Цель работы:

Изучить составляющие пневмопривода.

Ознакомиться с основным набором элементов входящих в пневмопривод.

ВВЕДЕНИЕ

Пневматические системы современных приводов в металлорежущих станков и автоматических линий обычно состоят из типового пневмооборудования и функциональных узлов. В этих системах широко используется типовая пневмоаппаратура, обеспечивающая силы, скорости и направления движения, необходимые при перемещении рабочего органа станочного оборудования.

Пневматическая аппаратура приводов включает аппаратуру управления, контрольно-регулирующую аппаратуру и некоторые вспомогательные элементы в виде приборов измерения давления, некоторых клапанов и трубопроводов.

Регулирование давления в системе и производительность привода осуществляется как компрессором, так и вспомогательными элементами (клапан, ресивер и распределитель). Для изменения направлений потоков в силовой магистрали или цепи управления привода используется аппаратура управления в виде распределителей или клапанов.

По выполняемым функциям пневмоаппаратура может быть предохранительной, подпорной и отсекающей, редуцирующая и стабилизирующая давление, визуального контроля, автоматического воздействия, реверсирования движений рабочего органа, регулирующая производительность привода и др.

Для удобства монтажа аппаратура управления, контрольно-регулирующая аппаратура и некоторые вспомогательные элементы могут устанавливаться на одной плите в виде панели управления.

ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Рис. 1 – Пневматическая система

В пневматических управления в качестве рабочих элементов, предназначенных для обеспечения требуемых усилий и перемещений с целью фиксации, транспортировки, формообразования и обработки материалов, служат пневматические цилиндры, поворотные исполнительные механизмы и пневматические моторы.

Для работы этих исполнительных устройств, а также для управления ими требуется вспомогательное оборудование. В перечень этого оборудования входят: система производства и подготовки сжатого воздуха и определенная комбинация распределителей и клапанов для управления давлением и расходом сжатого воздуха, а также направлением движения исполнительных устройств. Типовая пневматическая система управления показанная на рис. 1 состоит из двух основных частей:

Подсистема производства, подготовки и транспортировки сжатого воздуха к потребителю

Подсистема потребления сжатого воздуха.

ПОДСИСТЕМА ПРОИЗВОДСТВА СЖАТОГО ВОЗДУХА

Основными рабочими элементами такой системы являются (рис.1):

1. Компрессор

Компрессор предназначен для забора воздуха из атмосферы, сжатия его до высокого давления и подачи в пневматическую систему. Таким образом, компрессор прообразует механическую энергию в пневматическую.

2. Электродвигатель

Электродвигатель является источником механической энергии для компрессора. Он преобразует электрическую энергию в механическую.

3. Реле давления

Реле давления управляет электродвигателем, измеряя с помощью чувствительного элемента давление в ресивере. Реле настраивается как на максимальное давление, при котором оно отключает электродвигатель, так и на минимальное давление, при котором электродвигатель снова включается.

4. Обратный клапан

Обратный клапан обеспечивает проход сжатого воздуха из компрессора в ресивер и предотвращает утечку сжатого воздуха в обратном направлении при остановке компрессора.

5. Ресивер

Ресивер представляет собой резервуар для хранения сжатого воздуха. Его размер зависит от производительности компрессора. Чем больше объем резервуара, тем больше интервал между включениями компрессора.

6. Манометр.

Манометр служит для визуального контроля давления в ресивере.

7. Система автоматического отвода конденсата

Эта система самостоятельно осуществляет слив конденсата, который накапливается в ресивере.

8. Предохранительный клапан

Предохранительный клапан сбрасывает часть сжатого воздуха из ресивера в окружающую среду в случае, если уровень его давления превышает допустимую величину.

9. Осушитель рефрижераторного типа

Этот элемент системы осуществляет охлаждение сжатого воздуха до температуры, которая всего на несколько градусов выше точки замерзания воды и удаляет из него таким образом почти всю влагу. Тем самым предотвращается попадание воды в магистральный трубопровод.

10. Магистральный фильтр

Поскольку этот фильтр размещается в магистральном трубопроводе, оп должен иметь минимальное сопротивление, обеспечивая при этом удаление масляного тумана, а также препятствуя попаданию в магистраль пыли и воды.

ПОДСИСТЕМА ПОТРЕБЛЕНИЯ СЖАТОГО ВОЗДУХА

1. Забор сжатого воздуха из магистрали

Сжатый воздух для потребителей отбирается из верхней части главной магистрали. Это делается для того, чтобы образовавшийся конденсат оставался в магистрали. Вода, конденсирующаяся в нижней части трубопровода, идущего к потребителю, стекает в устройство автоматического сброса конденсата.

2. Устройство автоматического сброса конденсата

В нижней точке каждого трубопровода должен быть предусмотрен дренаж. Наиболее эффективно использование устройства автоматического сброса конденсата, не позволяющего воде задерживаться в трубопроводе.

3. Блок подготовки сжатого воздуха

Такой блок обеспечивает получение очищенного сжатого воздуха с заданным оптимальным уровнем давления. В его состав при необходимости может быть включен маслораспылитель, который распыляет в поток сжатого воздуха масло с целью увеличения срока службы тех узлов пневматической системы, которые нуждаются в смазке.

4. Пневматический распределитель

Пневматический распределитель попеременно подводит и отводит сжатый воздух в рабочие полости пневматического исполнительного устройства с целью изменения направления его движения.

5. Исполнительное устройство

исполнительное устройство предназначено для преобразования потенциальной энергии сжатого воздуха в механическую работу. На рисунке показан пневматический цилиндр, однако, на практике это может быть, например, поворотный привод или пневматический инструмент.

6. Устройства регулирования скорости (пневматические дроссели)

Эти элементы позволяют плавно регулировать скорость перемещения исполнительных устройств.

Обо всех этих устройствах мы поговорим более подробно в следующих разделах, после того, как рассмотрим теоретические основы пневматики, которые помогут попять процессы, происходящие в пневматических системах.

КОМПРЕССОРЫ

Компрессор преобразует механическую энергию электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания в потенциальную энергию сжатого воздуха.

Воздушные компрессоры разделяются на две основные категории: компрессоры с возвратно поступательным движением рабочего органа и компрессоры с вращательным движением рабочего органа (роторные).

Основные типы компрессоров внутри этих категорий показаны на схеме.

КОМПРЕССОРЫ С ВОЗВРАТНО - ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ РАБОЧЕГО ОРГАНА

ОДНОСТУПЕНЧАТЫЙ ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР

Воздух, забираемый из атмосферы, сжимается до необходимого давления за один ход поршня (рис.2).

При движении поршня вниз свободный объем в цилиндре над поршнем увеличивается, создается разрежение, в результате чего воздух начинает поступать в цилиндр через впускной клапан.

Отработав этот ход до конца, поршень начинает перемещаться вверх, впускной клапан закрывается, и воздух начинает сжиматься. Под действием сжатого воздуха выпускной клапан открывается, и воздух поступает в ресивер.

Компрессоры такого типа обычно используются в системах, работающих в диапазоне давлений от 3 до 7 бар.

ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР

В одноступенчатом компрессоре при сжатии воздуха до давлений свыше 6 бар выделяется большое количество тепла, что существенно снижает КПД компрессора. Поэтому в промышленных системах применяются двухступенчатые компрессоры (рис. 3).

Воздух, забираемый при атмосферном давлении, сжимается.1.0 необходимой величины давления в два этапа.

Если конечное давление составляет 7 бар, то па мерном этапе воздух обычно сжимается примерно до 3 бар, после чего он подвергается охлаждению. Затем воздух поступает в цилиндр второй ступени, где сжимается до 7 бар.

Пройдя через промежуточный охладитель, сжатый воздух поступает в цилиндр второй ступени в сильно охлажденном виде, благодаря чему КПД двухступенчатого компрессора оказывается значительно выше, чем КПД одноступенчатого компрессора. Конечная температура воздуха на выходе к потребителю может составлять около 120°С.

МЕМБРАННЫЙ КОМПРЕССОР

Мембранные компрессоры (рис. 4) вырабатывают сжатый воздух в диапазоне давлений 3-5 бар. Для их работы не требуется смазка, поэтому такие компрессоры применяются в пищевой, фармацевтической и других аналогичных отраслях промышленности.

В мембранном компрессоре изменение объема рабочей камеры происходит за счет изменения положения диафрагмы (мембраны). Это позволяет осуществлять впуск воздуха при смещении диафрагмы вниз и сжатие воздуха при се смещении вверх.

Малогабаритные мембранные компрессоры с электродвигателем мощностью <1 кВт могут быть переносными и использоваться, например, для окраски распылением.

РОТОРНЫЕ КОМПРЕССОРЫ ПЛАСТИНЧАТЫЙ КОМПРЕССОР

В данном типе компрессора (рис. 5) ротор установлен с эксцентриситетом. В радиальных пазах ротора размещены подвижные пластины, которые вращаются вместе с ротором и одновременно совершают возвратно-поступательное движение в пазах. При вращении ротора пластины прижимаются к стенке статора за счет воздействия центробежных сил, а пространство, заключенное между двумя соседними пластинами, уменьшается по мере их перемещения от места впуска воздуха до места его выпуска, благодаря чему и происходит сжатие.

Смазка и герметизация компрессора обеспечивается за счет впрыскивания жидкой смазки в поток воздуха в зоне всасывания. Масло служит также охладителем, ограничивая рост температуры на выходе.

ВИНТОВОЙ КОМПРЕССОР

Рис. 6 – Принципиальная схема винтового компрессора

1. Комбинированный охладитель - масло-воздух

2. Клапан минимального давления

3. Фильтр тонкой очистки

4. Воздушный фильтр

5. Впускной клапан с электромагнитным управлением

6. Винтовой блок

7. Маслоотделитель

8. Термостат

9. Масляный фильтр

10. Электродвигатель

11. Ресивер

Принцип винтового компрессора (рис.6) был запатентован шведским инженером Лисхольмом в 1932 году. Надежность в работе, малая металлоемкость и габаритные размеры предопределили их широкое распространение. Винтовые компрессоры успешно конкурируют с другими типами объемных компрессорных машин, практически полностью вытеснив их в передвижных компрессорных станциях, судовых холодильных установках.

Типовая конструкция компрессора сухого сжатия, работает без подачи масла в рабочую полость. Компрессор имеет два винтовых ротора. Ведущий ротор с выпуклой нарезкой соединен непосредственно или через зубчатую передачу с двигателем. На ведомом роторе нарезка с вогнутыми впадинами. Роторы расположены в разъёмном корпусе, имеющем один или несколько разъемов. В корпусе выполнены расточки под винты, подшипники и уплотнения, а также камеры всасывания и нагнетания.

Высокие частоты вращения винтовых компрессоров определяют применение в них опорных и упорных подшипников скольжения.

Между подшипниковыми камерами и винтовой частью роторов, в которых сжимается газ, расположены узлы уплотнений, состоящие из набора графитовых и баббитовых колец. В камеры между группами колец подается запирающий газ, препятствующий попаданию масла из подшипниковых узлов в сжимаемый газ, а также газа в подшипниковые камеры.

Касание винтов роторов при отсутствии смазки недопустимо, поэтому между ними оставляют минимальный зазор, обеспечивающий безопасную работу компрессора, а синхронная частота вращения ведущего и ведомого роторов обеспечивается наружными синхронизирующими шестернями. Винтовые поверхности роторов и стенок корпуса образуют рабочие камеры. При вращении роторов объём камер увеличивается, когда выступы роторов удаляются от впадин и происходит процесс всасывания. Когда объём камер достигает максимума, процесс всасывания заканчивается и камеры оказываются изолированными стенками корпуса и крышками от всасывающего и нагнетательного патрубков.

При дальнейшем вращении во впадину ведомого ротора начинает внедряться сопряженный выступ ведущего ротора. Внедрение начинается у переднего торца и постепенно распространяется к нагнетательному окну. С некоторого момента времени обе винтовые поверхности объединяются в общую полость, объем которой непрерывно уменьшается благодаря поступательному перемещению линии контакта сопряженных элементов в направлении к нагнетательному окну. Дальнейшее вращение роторов приводит к вытеснению газа из полости в нагнетательный патрубок. Из-за того, что частота вращения роторов значительна и одновременно существует несколько камер, компрессор создает равномерный поток газа.

Отсутствие клапанов и неуравновешенных механических сил обеспечивают винтовым компрессорам высокие рабочие частоты вращения, до 4000-6000 об/мин, т.е. получать большую производительность при сравнительно небольших внешних габаритах.

Маслозаполненные компрессоры допускают меньшие скорости вращения, чем компрессоры «сухого сжатия». Масло заполняет технологические зазоры винтового компрессора, тем самым герметизирует компрессор. Масло отводит теплоту сжатия, охлаждает компрессор, смазывает механизм движения и глушит шум.

Винтовые компрессоры используется когда нужны большие объемы сжатого воздуха. Здесь они пришли на смену поршневым, как более современные, не содержащие быстро выходящих из строя элементов, лучше приспособленные к длительным периодам работы. Винтовые компрессоры завода "АСО" за счёт использования самых современных винтовых блоков Rotorcomp и GHH-rand позволяют сжимать воздух с более чем 30% экономией энергии, цена которой постоянно возрастает.

Винтовой компрессор прост в обслуживании. Конструктивное исполнение компрессора предусматривает легкую замену отдельных узлов и деталей. Главное отличие: в полости сжатия отсутствуют клапаны и трущиеся детали, а винтовой блок, т.е. основная составляющая, чрезвычайно надежен и может работать без капремонта 15 и более лет. Винтовые компрессоры как правило, обслуживаются один раз после тысячи отработанных часов, производиться замена воздушного и масляного фильтров и масла.

На многих работах, особенно когда требуется длительная работа производительностью от 1 м3/мин, винтовые компрессоры уже практически вытеснили поршневые. Такие компрессоры имеют автоматическую систему контроля управления, обеспечивая надежную работу на всем протяжении срока эксплуатации. Шумозащитное исполнение позволяет сделать компрессор практически бесшумным. По этой причине винтовой компрессор не требует отдельное помещение, он может исправно функционировать рядом с рабочим местом. Винтовой компрессор не требует бетонного фундамента, ему достаточно ровной площадки, которая может выдержать его вес, и хорошей циркуляции воздуха.

Винтовые компрессоры незаменимы при длительных или непрерывных режимах работы. Меньший унос масла и уровень шума, экономия электроэнергии и более длительный ресурс эксплуатации являются главными преимуществами. Винтовые компрессоры высоконадежны и долговечны!

РАБОЧИЕ ПАРАМЕТРЫ КОМПРЕССОРА

Производительность компрессора определяется через нормальный объемный расход и выражается в м³_н/с, м³_н/мин, дм³_н/с или л/мин. Производительность компрессора может быть также охарактеризована величиной вытесняемого объема, или «теоретическим входным объемом» (теоретическая величина). Для поршневого компрессора расчет его производительности выглядит следующим образом:

Q(л/мин) площадь поршня в дм² длина хода в дм х количество цилиндров первой ступени х об/мин.

При наличии двухступенчатого компрессора следует принимать в расчет только цилиндр первой ступени.

Объемный расход воздуха на выходе из компрессора всегда будет меньше вследствие объемных и температурных потерь.

Первый вид потерь объемных — является неизбежным, поскольку невозможно осуществить полный выпуск сжатого воздуха из цилиндра в конце хода сжатия, так как в цилиндре всегда остается некое не вытесненное количество воздуха, которое называется «мертвым объемом».

Температурные или тепловые потери возникают вследствие того, что в процессе сжатия воздух нагревается до очень высокой температуры. Следовательно, его объем сначала увеличивается, а потом уменьшается при охлаждении до температуры окружающей среды.

ОБЪЕМНЫЙ КПД

Отношение «фактический объем воздуха на выходе/ теоретический входной объем», выраженное в процентах, представляет собой объемный КПД, величина которого зависит от габаритов компрессора, его типа и конструктивного исполнения, количества ступеней и выходного давления. Объемный КПД двухступенчатого компрессора меньше, чем объемный КПД одноступенчатого, поскольку и цилиндр первой, и цилиндр второй ступени имеют свои мертвые объемы.

ТЕПЛОВОЙ И ОБЩИЙ КПД

Кроме потерь, описанных выше, на работу компрессора влияют температурные факторы, которые отрицательно сказываются па эффективности процесса сжатия воздуха. Эти потери еще больше снижают общий КПД компрессора в зависимости от его производительности и нагрузки. Компрессор, работающий с максимальной мощностью, аккумулирует в себе большое количество тепла, в результате чего его КПД падает. В двухступенчатом компрессоре степень сжатия в каждой из ступеней будет меньше, при этом воздух, сжатый частично в цилиндре первой ступени, перед сжатием до конечного давления в цилиндре второй ступени охлаждается в промежуточном охладителе.

Пример: Если воздух, засасываемый в цилиндр первой ступени из атмосферы, сжимается до одной трети своего объема, то абсолютное давление воздуха па выходе будет составлять 3 бара. Количество тепла, выделяемого при данной сравнительно невысокой степени сжатия, будет малым. Далее сжатый воздух через промежуточный охладитель поступает к цилиндру второй ступени, где его объем еще рал уменьшается снова до одной трети. Таким образом, конечное давление составит 9 бар абсолютного давления.

В одноступенчатом компрессоре количество тепла, выделяемого при сжатии того же самого объема воздуха от давления, равного атмосферному, до 9 бар абсолютного давления, будет намного выше, и общий КПД будет существенно снижен.

Для малых выходных давлений предпочтительнее использование одноступенчатых компрессоров, поскольку их объемный КПД выше. При более высоких значениях выходного давления тепловые потери проявляют себя нее более несомо, и в этом случае предпочтительнее двухступенчатые компрессоры, имеющие более высокий тепловой КПД.

Потребляемая мощность является мерой для определения общего КПД и может использоваться при оценке затрат на производство сжатого воздуха. В среднем можно принять, что для производства 120 — 150 л/мин сжатого воздуха (0,12 — 0,15 м³_н/мин) с рабочим давлением 7 бар требуется 1,0 кВт электроэнергии.

Для получения точных значений необходимо учитывать тип и размеры компрессора.

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ КОМПРЕССОРОВ

РЕСИВЕР

Ресивер представляет собой изготовленную из сваренных стальных листов емкость, способную выдерживать значительное внутреннее давление. Он встраивается в магистраль непосредственно за охладителем (по направлению потока) и может иметь вертикальное или горизонтальное расположение. Ресивер служит аккумулятором сжатого воздуха, в котором сглаживаются пульсации воздушного потока.

Главным назначением ресивера является накопление сжатого воздуха для обеспечения бесперебойной подачи его в пневмосистему даже в тот момент, когда потребляемое количество воздуха превышает производительность компрессора. Ресивер также позволяет свести к минимуму смену режимов работы компрессора. Кроме того, ресивер обеспечивает дополнительное охлаждение сжатого воздуха, поступающего из охладителя. Благодаря этому масло и влага, содержащиеся в нем, выпадают в осадок прежде, чем воздух поступит к потребителю. Учитывая это обстоятельство, рекомендуется размещать ресивер в прохладном месте.

Ресивер должен быть оборудован предохранительным клапаном, манометром, дренажным устройством и смотровыми люками для осуществления контроля, а также чистки внутренней полости ресивера.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ РЕСИВЕРА

Размеры ресивера для аккумуляции сжатого воздуха определяются исходя из производительности компрессора и размеров системы в целом. Кроме того, они зависят от режимов потребления сжатого воздуха (является ли потребность в нем относительно постоянной или она все время меняется).

Для питания заводских систем сжатого воздуха, как правило, применяются компрессоры с электроприводом, которые включаются и выключаются при достижении соответственно минимального или максимального значения выходного давления. Такая система управления называется «автоматической». Во избежание частых переключений такая система требует наличии ресивера с необходимым минимальным объемом.

Передвижные компрессоры с приводом от двигателя внутреннего сгорания при достижении максимального значения давления не отключаются. В таких компрессорах при достижении максимального давления принудительно открываются всасывающие клапаны, и воздух беспрепятственно входит в рабочий цилиндр компрессора и выходит из него, не подвергаясь сжатию. В этом случае требуется совсем небольшой ресивер.

Для промышленных установок основным правилом при определении размеров ресивера является следующее:

Вместимость резервуара ресивера должна быть приблизительно равна объему сжатого воздуха, производимого компрессором за одну минуту.

Пример: Производительность компрессора 18 м_н³ мни (всасываемый атмосферный воздух) при среднем магистральном давлении 7 бар.

Таким образом, количество сжатого воздуха, производимого за минуту, составит 18000/7 = 2,500 литров (приблизительно).

Видимо, наиболее подходящим для данной системы ресивером будет нормализованный резервуар емкостью 2750 литров.

ВХОДНОЙ ФИЛЬТР

Обычный городской воздух может содержать в одном кубическом метре 40 миллионов твердых частиц различных загрязнителей, таких как пыль, грязь, пыльца и прочие примеси. Если такой воздух сжать до 7 бар, то концентрация примесей составит 320 миллионов частиц на куб. метр. Поэтому важным условием надежной работы любого компрессора в течение длительного срока является наличие в нем высокоэффективного фильтра для удаления загрязнений, приводящих к повышенному износу цилиндров, поршневых колец и т.п. и основном из-за своего абразивного воздействия.

Входной фильтр не должен являться фильтром тонкой очистки, иначе вследствие высокого сопротивления воздушному потоку сильно снизится КПД компрессора. Таким образом, очень мелкие частицы (25 мкм) им не задерживаются и остаются в потоке воздуха.

Устройство забора воздуха должно быть сориентировано таким образом, чтобы в компрессор поступал как можно более чистый и сухой воздух, а входной трубопровод должен иметь достаточно большой диаметр, чтобы исключить чрезмерное падение давления. Если в системе применяется глушитель, то его конструкция может включать в себя воздушный фильтр, который должен устанавливаться перед глушителем.

УДАЛЕНИЕ ВЛАГИ ИЗ ВОЗДУХА

ОХЛАДИТЕЛИ

После окончательного сжатия воздух будет иметь высокую температуру. По мере его охлаждения будет происходить конденсация влаги, и в воздушную систему будет поступать большое количество воды, которую необходимо удалять. Наиболее эффективным способом удаления большей части конденсата является охлаждение воздуха на выходе сразу же после сжатия.

Охладители сжатого воздуха представляют собой теплообменники с воздушным или водяным охлаждением.

ВОЗДУШНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ

Данный охладитель представляет собой систему трубопроводов, по которым пропускается сжатый воздух. Снаружи эти трубопроводы охлаждаются потоком холодного воздуха, поступающего от вентилятора. Типовая конструкция такого охладителя показана на рис. 8.

Температура охлажденного сжатого воздуха примерно на 15°С выше, чем температура охлаждающего воздуха.

ВОДЯНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ

В водяном охладителе такая же система трубопроводов монтируется в стальном корпусе. По трубам пропускают сжатый воз дух, а в корпусе циркулирует холодная вода.

Принципиальное устройство водяного охладителя показано на рис. 9.

Температура охлажденного сжатого воздуха примерно на 10°С выше чем температура охлаждающей воды.

Для удаления накопившегося в охладителе конденсата служит автоматическое сливное устройство, которое либо монтируется на корпусе охладителя либо встраивается непосредственно в него. Охладители должны быть оборудованы предохранительным клапаном и манометром. Рекомендуется также предусмотреть в конструкции охладителя термометры для замера температуры воздуха и воды.

ОСУШИТЕЛИ ВОЗДУХА

Охладители снижают температуру сжатого воздуха до значений, на 10-15⁰С выше температуры охлаждающей среды. Управляющие и рабочие элементы пневматической системы имеют, как правило, температуру окружающей среды (около 20°С). На этом основании можно предположить, что конденсат больше не будет выпадать из сжатого воздуха, и оставшаяся влага будет удаляться имеете с воздухом, сбрасываемым в атмосферу. Однако температура воздуха после охладителя может оказаться выше, чем температура окружающей среды, через которую будет проходить трубопровод, например, в ночное время. 13 такой ситуации сжатый воздух будет продолжать охлаждаться, в результате чего может выпадать большое количество конденсата.

Осушка воздуха принципиально сводится к снижению точки росы, то есть температуры, при которой воздух предельно насыщен влагой (100% влажности). Чем ниже точка росы, тем меньшее количество влаги остается в сжатом воздухе.

В промышленности применяется три основных вида осушителей воздуха, которые работают по принципу абсорбции, адсорбции или охлаждения.

АБСОРБЦИОННАЯ ОСУШКА

Принцип действия заключается в пропускании потока сжатого воздуха через специальное осушающее вещество (рис. 10). Им может быть обезвоженный мел или хлористый магний. Эти вещества сохраняют после контакта с влагой твердое состояние. Если используются хлористый литий или хлористый кальций, то эти вещества вступают с влагой в реакцию с образованием раствора, который впоследствии сливают через днище резервуара.

Осушающее вещество должно через регулярные промежутки времени пополняться, поскольку по мере расходования солей в процессе работы осушителя, точка росы будет повышаться. Тем не менее может быть достигнуто значение точки росы 5° С при давлении 7 бар.

Основными преимуществами этого способа осушки являются его низкие первоначальные и эксплуатационные затраты. Однако необходимо иметь в виду, что температура сжатого воздуха па входе в осушитель не должна превышать 30°С, кроме того применяемые в осушителе химикаты вызывают коррозию металлов, из-за чего возникает необходимость в тщательной фильтрации воздуха после осушителя с целью недопущения попадания в пневматическую систему содержащего эти химикаты в виде мелкодисперсного тумана.

АДСОРБЦИОННАЯ ОСУШКА

В вертикальную камеру (рис. 11) помещают специальные химикаты, такие как силикагель или активированный глинозем в гранулах. При прохождении сжатого воздуха через эту камеру гранулы химикатов осаждают на своей поверхности содержащуюся в нем влагу (физическая адсорбция). Как только осушающий агент насыщается влагой, он подвергается регенерации путем осушения за счет нагрева или, как показано на рис. 12, за счет пропускания через него предварительно осушенного воздуха.

Влажный сжатый воздух поддается через управляемый распределитель и проходит через сушильную колонну 1. Осушенный воздух вытекает через выходное отверстие.

От 10 до 20 процентов осушенного воздуха пропускается через отверстие 02 и колонну 2 в обратном направлении с целью поглощения влаги из осушителя для его регенерации. Использованный для регенерации агента воздух выводится из системы. Распределитель при помощи таймера периодически переключается, попеременно подводя воздух то к одной колонне, то к другой (соответственно для осушки воздуха и регенерации осушающего агента). Тем самым обеспечивается непрерывная подача сухого воздуха.

При помощи этого метода можно добиться очень низких значений точки росы — например, -40°С.

В осушитель может быть встроен цветовой индикатор для контроля степени насыщения агента. В целях предотвращения уноса в воздух мелких частиц агента очень важно обеспечить микрофильтрацию на выходе из осушителя. Первоначальные и эксплуатационные затраты на данную конструкцию сравнительно высокие, а затраты на техническое обслуживание имеют выраженную тенденцию к снижению.

ОСУШКА ОХЛАЖДЕНИЕМ (РЕФРИЖЕРАТОРНАЯ)

Осушитель рефрижераторного типа представляет собой механический агрегат, состоящий из охлаждающего контура и двух теплообменников (рис.13).

Влажный, нагретый до высокой температуры воздух подвергается предварительному охлаждению в первом теплообменнике 1 за счет передачи части тепла охлажденному воздуху па ни ходе из осушителя.

Далее воздух охлаждается по принципу отвода тепла и холодильнике за счет испарения фреона или его заменителя и охлаждающем контуре теплообменника 2. При этом влага и масляный туман конденсируются и автоматически сливаются.

Через воздушный теплообменник 1 проходит возвратная труба, заполненная холодным сухим воздухом, которая и отбирает тепло из подводимого воздуха, имеющего высокую температуру. Благодаря этому, предупреждается образование конденсата в зоне выпуска воздуха, увеличивается объем воздуха и снижается его относительная влажность.

При помощи современных способов можно получить температуру на выходе 2°С, хотя и 5°С будет достаточной для большинства случаев промышленного использования сжатого воздуха. Температура на входе может достигать 60°С, однако более экономичным вариантом является подача в осушитель предварительно охлажденного воздуха.

Затраты на осушку сжатого воздуха, как правило, составляют 10-20% от затрат на его сжатие.

МАГИСТРАЛЬНЫЙ ФИЛЬТР

Для удаления из сжатого воздуха загрязнений, паров масла и воды за ресивером должен быть установлен фильтр с высокой пропускной способностью (рис. 13).

Этот фильтр должен иметь минимальное сопротивление потоку сжатого воздуха и при этом обеспечивать удаление паров сменный картридж масла, попавших в воздух из компрессора, во избежание образования эмульсии при контакте масла с конденсатом, присутствующим в магистрали.

В магистральном фильтре отсутствует дефлектор, для правильного функционирования, которого требуется определенный минимальный перепад давления, как это имеет место в «стандартном фильтре», о котором будет идти речь позднее в разделе, посвященном подготовке воздуха.

Для обеспечения регулярного сброса накопившегося конденсата предусмотрено устройство автоматического слива, которое либо монтируется на корпусе фильтра, либо непосредственно в него встраивается.

Как правило, магистральные фильтры имеют быстросменный фильтрующий элемент.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗДУХА

Воздушная магистраль представляет собой трубопроводную распределительную систему, предназначенную для подвода воздуха различным потребителям.

На практике применяют две основные конфигурации: линейная (тупиковая) и кольцевая магистраль.

ЛИНЕЙНАЯ МАГИСТРАЛЬ

Для обеспечения падежного дренажа трубопровод должен иметь наклон величиной примерно 1:100 в направлении потока, а также надежную систему слива. На определенных участках магистраль может быть снова выведена на первоначальную высоту за счет двух широких изгибов под прямым углом. В нижней точке устанавливается отвод для дренажа (рис.14).

КОЛЬЦЕВАЯ МАГИСТРАЛЬ

В системе с кольцевой магистралью (рис.15) воздух может подаваться к точке наибольшего потребления с двух сторон, что позволяет снизить потери давления. Однако, при этом конденсат может уноситься в систему в любом направлении, поэтому здесь следует предусмотреть достаточное количество точек отбора воды с устройствами автоматического слива.

ПОДГОТОВКА ВОЗДУХА

Как уже было упомянуто выше, атмосферный воздух содержит пыль и влагу. После его сжатия, содержащаяся и нем влага конденсируется в выходном охладителе и ресивере, однако, некоторое ее количество все-таки попадает в магистраль. Более того, мелкие частицы масла, окалина со стенок трубы и другие посторонние включения, такие, например, как продукты износа уплотнений, будут выпадать в системе в виде осадка. Все это будет отрицательно сказываться на состоянии пневматического оборудования, приводя к повышенному износу уплотнении и узлов оборудования, коррозии и «залипанию» клапанов.

Для удаления этих загрязнителей воздух должен очищаться но возможности до такого состояния, которое отвечает требованиям потребителя. Процесс подготовки воздуха включает в себя также регулирование давления и при необходимости — смазку.

ФИЛЬТРАЦИЯ

СТАНДАРТНЫЙ ФИЛЬТР

Стандартный фильтр (рис. 16) представляет собой комбинацию влагоотделителя и фильтра. Если воздух предварительно не будет обезвожен, в фильтре будет скапливаться много влаги, и, кроме того, он начнет забиваться твердыми частицами пыли и ржавчины.

Влагоотделение осуществляется главным образом за счет быстрого вращения воздуха, которое обеспечивается дефлектором, установленным на входе в фильтр. Более тяжелые частицы грязи, воды и масла отбрасываются от центра и попадают на стенки стакана-отстойника, откуда они стекают вниз и собираются на дне. После этого отстой можно слить либо через ручной сливной кран, либо через автоматическое сливное устройство.

Разделительная перегородка отсекает вихревую камеру от находящейся под ней спокойной зоны. Благодаря ее наличию отделившаяся от сжатого воздуха жидкость не попадает обратно в поток сжатого воздуха.

Более мелкие частички пыли, ржавчины и масла удаляются при прохождении сжатого воздуха через фильтрующий элемент. Стандартный элемент обеспечивает удаление частиц размером до 5 микрон. При наличии магистральной подготовки воздуха этот элемент служит до 2х лет, его можно легко спять при замене на новый. Необходимость периодической замены вызвана засорением и износом элемента из-за действия на него давления.

Стакан-отстойник обычно изготавливается из поликарбоната. Для защиты стакана от повреждений он помещается в защитную металлическую оболочку. Если стакан предназначен для использования и химически агрессивной среде, то для его изготовления необходимо применение специальных материалов. Если стакан отстойник подвергается воздействию высоких температур или на него попадают искры и т.п., то он должен быть выполнен из металла.

Если конденсат накапливается быстро, желательно установить автоматическое сливное устройство.

На рис. 16 справа показано автоматическое сливное устройство поплавкового типа, обычно встраиваемое в стандартные фильтры.

ФИЛЬТРЫ ТОНКОЙ ОЧИСТКИ (МПКГОФПЛЪТРЫ)

Бывает, что для потребителя крайне нежелательно наличие в воздухе паров масла. В таком случае используется фильтр тонкой очистки (рис. 17). Поскольку это фильтр в чистом виде, в его конструкции не предусмотрен дефлектор.

Поток воздуха через входное отверстие сначала направляется в центр патрона фильтра и затем выходит наружу через выпускное отверстие.

Пыль улавливается фильтрующим элементом. Что касается масляных паров и водяного тумана, то они превращаются в жидкость в фильтрующем материале за счет слияния мелких капель в более крупные (это явление носит название коалесценции, из-за чего и сами фильтры иногда называют коалесцентными). Затем эти крупные капли оседают па стенках патрона и собираются на дне стакана.

ФИЛЬТРЫ СВЕРХТОНКОЙ ОЧИСТКИ

Для обеспечения максимальной защиты таких специальных устройств как прецизионное измерительное пневматическое оборудование, устройства для окраски методом электростатического напыления, устройства для чистки и осушки электронных узлов и т.п. применяются фильтры сверхтонкой очистки, которые удаляют практически все масло и воду, а также мельчайшие частицы размером до 0,01 микрона.

Принцип работы фильтра сверхтонкой очистки точно такой же, как и у фильтра тонкой очистки, с той лишь разницей, что в нем фильтрующий элемент имеет дополнительные слои с более высокой фильтрующей способностью.

ВЫБОР ФИЛЬТРА

Размеры воздушного фильтра, необходимого для каждого конкретного случая, зависят от двух факторов:

а) величины максимального расхода сжатого воздуха, потребляемого пневматическим оборудованием.

б) максимально допустимого падения давления в системе.
Для того чтобы можно было правильно подобрать размеры

фильтра, следует запросить у изготовителя его характеристики (графики зависимости расхода от давления).

Необходимо отметить, что в некоторых случаях из-за низкой скорости потока воздуха одного стандартного фильтра может оказаться недостаточно для эффективного удаления загрязнений.

КАЧЕСТВО СЖАТОГО ВОЗДУХА

СТЕПЕНЬ ФИЛЬТРАЦИИ

На рис. 18 показаны различные степени очистки сжатого воздуха в зависимости от требований, предъявляемых различными видами пневматического оборудования.

Воздух из компрессора проходит через охладитель с автоматическим устройством слива конденсата. По мере дальнейшего охлаждения сжатого воздуха в ресивере вновь образующийся конденсат удаляется через устройство автоматического слива, которое монтируется в днище ресивера. Во всех низших точках трубопровода также могут быть установлены дополнительные сливные устройства.

Система подразделяется на три основные части: В отводы 1 и 2 воздух попадает напрямую из ресивера. В отводы 3-6 воздух поступает после обработки в осушителе рефрижераторного типа. В отводе 1 устанавливается дополнительный осушитель адсорбционного типа.

Стандартные фильтры в отводах 1 и 2 оборудованы системой автоматического удаления конденсата. Отвод 2 обеспечивает более высокую степень очистки благодаря наличию фильтра тонкой очистки. В отводы 3-5 поступает сухой воздух, прошедший через осушитель рефрижераторного типа.

Таблица 1 - Типовые случаи применения различных уровней фильтрации.

В итоге отвод 3 обеспечивает автоматический слив, отвод 4 снабжен предварительной фильтрацией, а из отвода 5 поступает воздух с повышенной степенью очистки, благодаря наличию фильтров тонкой и сверхтонкой очистки.

Отвод 6 оборудован фильтром для удаления запаха. Установленный в отводе 7 осушитель адсорбционного типа исключает возможность образования конденсата при низких температурах.

Типовые случаи применения различных уровней фильтрации приведены в таблице 1.

Контрольные вопросы:

1. Основные рабочие элементы подсистемы производства сжатого воздуха, их назначение и функции.

2. Основные элементы подсистемы потребления сжатого воздуха, их назначение и функции.

3. Компрессор: определение, классификация, области применения.

4. Кратко описать принцип работы следующих компрессоров: поршневых, мембранных, роторных, винтовых.

5. Перечислить рабочие параметры компрессора.

6. Объемный КПД, тепловой КПД, общий КПД – что характеризуют, как влияют на работу пневмопривода (на отдельных участках и в целом).

7. Перечислить вспомогательное оборудования компрессоров, их назначение и функции.

8. Методика определения размеров ресивера.

9. Назначение и функции входного фильтра.

10. Перечислить элементы и методы применяемые для удаления влаги и воздуха.

11. Охлаждение воздуха, принцип метода.

12. Осушение воздуха, принцип метода.

13. Осушка охлаждением, принцип метода.

14. Перечислить фильтры, применяемые для подготовки воздуха, их принципы действия (назвать фильтрующий элемент).

15. Качество сжатого воздуха степень фильтрации.

Поиск по сайту: