Подготовка сжатого воздуха

Рабочей средой пневматических приводов является сжатый воздух. Воздух отличается высокой сжимаемостью, что вносит в работу пневматических приводов свои особенности – это необходимость подготовки сжатого воздуха. Обычно в машиностроительных пневматических приводах давление рабочей среды (сжатого воздуха) не превышает 1 МПа. Сжатие воздуха до значительно больших давлений требует немалых энергетических затрат и снижает коэффициент полезного действия пневматических систем.

Для получения сжатого воздуха применяют компрессоры. Различают компрессоры поршневые, пластинчатые, мембранные, винтовые, турбинные. По принципу действия они аналогичны соответствующим насосам.

Наиболее широко применяют поршневые и пластинчатые компрессоры. Поршневые компрессоры могут быть одноступенчатого и многоступенчатого дёйствия, когда воздух проходит несколько ступень сжатия. С помощью таких компрессоров можно получать сжатый воздух давлением более 10 МПа.

Рис. 1. Компрессоры:

а – поршневой компрессор одинарного действия; б – поршневой компрессор двойного действия;

в – поршневой двуступенчатый компрессор; г – пластинчатый компрессор.

Принцип действия поршневого компрессора следующий (рис. 1, а). При движении поршня 1 вправо в левой полости цилиндра создается разрежение. При этом клапан 2 закрыт, а клапан 3 открывается и пропускает воздух из всасывающего патрубка А в цилиндр. При обратном движении поршня 1 начинается сжатие воздуха. Клапан 3 закрывается, а клапан 2 открывается и пропускает воздух в пневмосистему по каналу Б.

Часто компрессоры поршневого типа могут быть двойного действия, когда для получения сжатого воздуха используются обе полости цилиндра (рис. 1, 6). При движении поршня 1 вправо в левой полости цилиндра происходит такт всасывания воздуха через клапан 2, а в правой – сжатия с выпуском воздуха через клапан нагнетания 4. При движении поршня влево в левой полости осуществляется сжатие воздуха и выпуск его через клапан нагнетания 3, а в правой полости – всасывание воздуха через клапан 5. Таким образом, при работе компрессора по этой схеме за один рабочий ход происходят два такта нагнетания и всасывания.

Для получения больших давлений сжатого воздуха (более 1 МПа) могут использоваться компрессоры многоступенчатого действия. На рис. 1, в представлен поршневой компрессор двухступенчатого действия. В левом цилиндре происходит предварительное сжатие воздуха, который вытесняется на вход правого цилиндра. При ходе поршня 1 вниз сжатый на первой ступени воздух проходит в полость цилиндра через всасывающий клапан 3, при обратном движении осуществляется дополнительное (вторичное) сжатие воздуха и его выпуск в пневмосистему через нагнетательный клапан 2.

Поршневые компрессоры обычно обеспечивают подачу сжатого воздуха до 20 000 м³/ч. Для больших подач сжатого воздуха применяют другие типы компрессоров, в том числе и пластинчатые (рис. 1, г). Принцип его действия аналогичен работе пластинчатого насоса. При вращении ротора 1 по часовой стрелке всасываемый по каналу А воздух заполняет увеличивающийся объем между пластинами 2, ротором 1, статором 3 и торцовыми крышками и переносится на выход Б, пройдя такт сжатия при уменьшении указанного объема в правой половине статора 3.

Рис. 2. Схема узла подготовки сжатого воздуха

При работе компрессоров происходит значительный нагрев сжатого воздуха (до 100 °С) и возникают колебания давления, особенно при работе поршневого компрессора. В таком виде сжатый воздух подавать к исполнительным органам пневмосистем нельзя. Поэтому перед подачей сжатого воздуха необходимо его подготовить, что означает погасить колебания давления, понизить температуру, осушить его, профильтровать. Для этой цели применяются узлы (блоки) подготовки сжатого воздуха, включающие в себя ряд устройств, обеспечивающих выполнение указанных требований. На рис. 2 показана одна из возможных схем узла подготовки воздуха. Воздух поступает в компрессор 3 из воздухозаборника 1 через фильтр 2. (Воздухозаборник рекомендуется устанавливать в местах, где нет источников загрязнения воздуха.) Пройдя процесс сжатия в компрессоре, воздух поступает в теплообменник (холодильник) 4, где охлаждается до температуры окружающей среды. Из холодильника воздух идет во влагоотделитель 5, в котором осуществляется сушка воздуха (удаление воды, выделившейся при охлаждении сжатого воздуха), а далее в воздухосборник 6, называемый ресивером. Он служит для создания запаса сжатого воздуха и сглаживания пульсаций давления, создаваемых при работе компрессора. К ресиверу б подключается предохранительный клапан 7, ограничивающий величину давления сжатого воздуха в ресивере, электроконтактный манометр 8, автоматически отключающий работу компрессора при достижении необходимого давления и включающий компрессор, если давление упадет ниже допустимого уровня. При включении распределителя 11 сжатый воздух начинает поступать из ресивера 6 к потребителю.

Поскольку сжатый воздух имеет очень низкую смазывающую способность, то в ответственных приводах с целью предотвращения возможного заклинивания подвижных элементов пневматических устройств на пути сжатого воздуха из ресивера устанавливают маслораспылитель 9. В неответственных пневмоприводах он обычно не устанавливается, но обязательно устанавливается редукционный клапан 12, который обеспечивает подачу к потребителю сжатого воздуха при постоянном давлении, пониженном по сравнению с давлением в ресивере. Манометр 10 служит для контроля настройки необходимого давления в пневмосети. При нахождении сжатого воздуха в ресивере происходит осаждение на его дно влаги и загрязнений, которые можно удалить в емкость 14, открыв вентиль 13.

Рассмотрим некоторые устройства, входящие в узел подготовки воздуха.

Рис. 3. Схема теплообменника

Схема теплообменника показана на рис. 3. Разогретый влажный сжатый воздух из компрессора поступает внутрь теплообменника 1, где охлаждается до требуемой температуры. При этом из него выделяется влага, собирающаяся на дне холодильника, которая периодически удаляется из него через вентиль (или пробку) 2. Теплообменник обеспечивает удаление только 70-80% влаги. Поэтому дополнительно используют влагоотделители, позволяющие еще больше осушить воздух. На рис. 4, а показан влагоотделитель объемного типа, принцип действия которого основан на расширении объема воздуха. Войдя по каналу А в крышке 1, сжатый воздух попадает внутрь корпуса 2, где он расширяется и выделяет влагу, которая осаждается на стенах корпуса и стекает в клапан 5, откуда может быть удалена через вентиль 6. Уровень воды в колпаке контролируется визуально через линзу 4. Пройдя фильтрующий элемент 3, на котором задерживаются частицы загрязнений, воздух выходит в канал Б.

Рис. 4. Влагоотделители:

а – объемного типа; б – инерционного типа; в – условного обозначения

Во влагоотделителе инерционного типа (рис. 4, б) вошедший по каналу А в крышке 1 поток сжатого воздуха закручивается крыльчаткой б. Под действием инерционных сил частицы влаги и возможных загрязнений осаждаются на стенах прозрачного корпуса 2 и стекают вниз к вентилю 4, через который периодически удаляются наружу. Отражатель 5 предотвращает захват влаги со дна аппарата проходящим через фильтр 3 в канал Б воздухом.

Рис. 5. Ресивер

Осушенный в холодильнике и влагоотделителе воздух поступает в ресивер (рис. 5), в котором он накапливается перед уходом к потребителю. Большой объем (более 25...40 рабочих объемов компрессора ресивера обеспечивает демпфирование пульсаций давления при работе компрессора, питание сразу нескольких потребителей сжатого воздуха, а также способствует очистке и сушке воздуха.

Ресивер представляет собой резервуар обычно вертикального типа. Рекомендуется входную трубу устанавливать в нижней его части, а выходную – в верхней, что обеспечивает дополнительную очистку воздуха. На пути входящего воздуха ставят перегородки 4, которые обеспечивают разбиение струи воздуха и резкое изменение направления его движения, что тоже способствует очистке воздуха от частиц загрязнений, масла и влаги. Отвод конденсата из днища ресивера осуществляется через вентиль 5. для предохранения ресивера от чрезмерного давления на нем устанавливается предохранительный клапан 1, а к штуцеру 3 подсоединяется электроконтактный манометр, управляющий включением и выключением двигателей компрессора. Штуцер 2 предназначен для подключения регулирующей аппаратуры.

Рис. 6. Пневматический предохранительный Рис. 7. Пневматический редукционный

клапан давления: клапан давления

а – устройство; б – условное обозначение

Предохранительный клапан (рис. 6), предназначенный для ограничения наибольшего давления, работает следующим образом. Подаваемый в канал А сжатый воздух давит на затвор 1 и создает силу, противодействующую силе пружины 2. Когда давление вырастет до такой величины, что создаваемая им сила преодолеет силу пружины, затвор поднимется вверх и откроет выход сжатого воздуха В, произведя выхлоп воздуха в атмосферу. Настройка ограничиваемого давления осуществляется путем изменения предварительного натяга пружины 2 регулировочным винтом 3.

Редукционный пневматический клапан давления (рис. 7) предназначен для понижения давления сжатого воздуха и поддержания его постоянным на выходе аппарата. В корпусе 7 установлены входной 10 и выходной 5 штуцеры, по которым подается сжатый воздух при давлении р ₀ и отводится при пониженном давлении р. При отсутствии сжатого воздуха сила пружины 11 преодолевает силу пружины 6 и смещает затвор 4 вниз, создавая зазор между торцом втулки 9 и конической поверхностью затвора 4. При подаче сжатого воздуха в канал А он проходит фильтрующий элемент 8, указанную щель и попадает в полость под поршнем 3, воздействуя на него и уменьшая размер щели. Из этой полости воздух идет на выход Б. Давление р на выходе аппарата зависит от настройки пружины 11 регулировочным винтом 1, установленным в крышке 2, но не зависит от нагрузки на выходе аппарата. Любое изменение условий работы вызовет нарушение равновесия сил на поршне 3, что приведет к изменению зазора (щели) и восстановлению равенства. Так, если по каким-либо причинам начнет расти нагрузка на выходе аппарата, то увеличивающееся в связи с этим давление р вызовет смещение поршня 3 вверх, уменьшение щели и увеличение дросселирование воздуха, что в свою очередь понизит давление р и восстановит прежнее равенство сил. Таким образом, понижение выходного давления р по сравнению с входным р ₀ происходит за счет преодоления сопротивления щели, а поддержание его постоянным – путем управления его сопротивлением в соответствии с тенденцией изменения выходного давления: рост давления р ведет к увеличению сопротивления (размер щели уменьшается), падение давления р – к уменьшению сопротивления размер щели увеличивается).

Рис. 8. Маслораспылители:

а – фитильного типа; б – эжекторного типа; в – условное обозначение

Для улучшения смазывающей способности сжатого воздуха и связанного этим повышения надежности и долговечности пневматического оборудования в поток сжатого воздуха маслораспылителем добавляют небольшое количество минерального масла (рис. 8). Маслораспылитель фитильного типа (рис. 8, а) представляет собой стакан 2 с минеральным маслом, закрытый крышкой 1, в которой выполнены входной А и выходной Б каналы. Фитиль 3 одним концом находится в масле, а другим – в канале с потоком воздуха. За счет капиллярных сил масло поднимается вверх и уносится потоком воздуха в пневмосистему. Несколько сложнее, но более эффективнее устроен маслораспылитель эжекторного типа (рис. 8, 6). Войдя в канал А одна часть потока идет по каналу К внутрь стакана 2, создавая над уровнем масла избыточное давление, что способствует вытеснению жидкости в трубку 3. Другая часть потока проходит сопло С и идет на выход Б. При прохождении сопла увеличивается скорость движения воздуха, что создает в полости под колпачком 5 разрежение. В результате этого из трубки 4, соединенной с трубкой 3, поступает масло, которое, попадая в сопло, распыляется и уносится потоком воздуха в пневмосистему. Таким образом масло попадает в зазоры пневматических устройств, смазыва Линейные гидрораспределители плунжерного типа и имеют два главных элемента: втулку 1 с внутренними расточками П1, П2, ПЗ (рис. 14, а) и каналами А, Б, В, Г и плунжер (золотник) 2 с проточками, обеспечивающими формирование поясков золотника (на рис. 14, а золотник имеет три пояска: средний и два опорных, в которых выполнены канавки К, обеспечивающие лучшее центрирование плунжера относительно втулки, снижение сил трения и вероятности заклинивания при работе аппарата). В среднем положении золотника все каналы соединены между собой. Обычно канал А соединяется с гидролинией питания (напорный трубопровод), канал Г –с баком, каналы Б и В – с гидравлическим двигателем. Таким образом, если подать жидкость из насоса в канал А, то она будет беспрепятственно сливаться в бак, по этому во всех каналах давление упадет до нуля. Если золотник 2 сместить, например, вправо, то жидкость из канала А направится в полость П 2, а оттуда в канал Б, а канал В в это время соединится через полость П З с каналом Г и баком. При этом зазоры h ₁ и h ₃ будут равны нулю.

При перемещении золотника в крайнее левое положение зазоры h ₂ и h ₄ закроются, а зазоры h ₁ и h ₃ будут наибольшими. Жидкость из канала А попадает в полость П 2, а оттуда в канал В, а канал Б через полость П 1 соединится с каналом Г и баком. Таким образом, рассмотренный гидрораспределитель имеет три положения золотника – левое, среднее и правое, которые называются позициями распределителя. я их и уменьшая силы трения подвижных элементов.

Поиск по сайту: