Сжатый воздух и компрессоры. Сжатый воздух

Сжатый воздух как он есть…

В современном высокотехнологическом мире сжатый воздух незаменим, он используется повсеместно и на сегодняшний день является вторым по важности источником энергии после электричества для очень многих промышленных предприятий.

Что же представляет из себя сжатый воздух? Какие существуют принципы и особенности сжатия воздуха, и что следует помнить при работе с ним?

Начнем с определения: сжатый воздух – это воздух, который находится под давлением, превышающим атмосферное. По сути, сжатый воздух – это сжатый атмосферный воздух, то есть тот воздух, которым мы дышим, который состоит из различных газов:

Состояние воздуха (газа) можно описать тремя параметрами:

— удельный объем (Vуд.);

В технологии сжатия воздуха все три параметра измеряются в конкретных величинах:

— рабочее давление (давление сжатия) измеряется в барах;

— температура сжатого воздуха измеряется в градусах Цельсия;

— объем используют как для определения размеров ресивера, так и для расхода компрессорами сжатого воздуха, выраженный в лит./мин или куб.м./час

Одним из средств сжатия воздуха является его “выработка” компрессорным оборудованием. Таким образом, сжатый воздух начинает свой путь в компрессоре.

Прежде чем попасть к потребителю сжатый воздух проходит следующие этапы:

На каждом из этих этапов происходит своего рода трансформация воздуха из одного состояния в другое. Рассмотрим основные принципы и особенности сжатого воздуха.

Температура.

В процессе поступления воздуха из атмосферы в компрессор воздух начинает сжиматься. В момент сжатия воздуха в компрессоре его температура может достигать до 180 С, однако через какое-то время, когда воздух попадает дальше, в ресивер, его температура начинает падать, к примеру, на “выходе” из поршневого компрессора она равняется примерно 40-45 С.

Таким образом, падение температуры сжатого воздуха “на лицо”, и воздух, действительно, остывает. В тот момент, когда его температура начинает понижаться, идет процесс возникновения конденсата или другими словами влаги. Таким образом, о сжатии воздуха важно знать следующее:

— при сжатии всегда происходит повышение температуры. Чем сильнее сжимается воздух, тем выше поднимается температура, и даже при сжатии воздуха до невысокого давления происходит значительное возрастание температуры.

— повышение температуры происходит не из-за механического трения частей компрессора и тому подобного, а из-за самого сжатия.

— водяные пары также сжимаются, и при последующем понижении температуры — конденсируются.

— при сжатии воздуха пары воды становятся основным загрязнением.

— в сжатом воздухе сконденсировавшаяся вода является загрязнением, которое улавливает и переносит другие загрязнения.

— концентрация вредных веществ возрастает, и может стать опасной, если их не удалить.

Самое главное – то, что в итоге сжатия воздуха после падения температуры воздуха возникает конденсат, и это может стать настоящей проблемой для потребителя.

Значительное содержание воды в сжатом воздухе становится причиной коррозии пневмосети. Взвешенные частицы и ржавчина действуют как абразив на элементы пневмоавтоматики. Всё это приводит к серьезным повреждениям пневматического оборудования, тем самым вызывая простои оборудования, повышение эксплуатационных расходов и повреждение производимых изделий.

Состав сжатого воздуха.

При подаче в компрессор обычный воздух содержит около 1,8 миллиардов частиц пыли. Таким образом, воздух, попадающий в компрессор, уже содержит загрязнения в виде твердых частиц. К этому надо добавить и то, что мы уже выяснили – некоторое количество влаги или водяного пара, который при сжатии конденсируется, тоже образует загрязнение воздуха. Но и это еще не все: в процессе работы маслянных компресоров в воздушный поток (в результате нагревания масла) могут попадать масляные пары и образовавшийся углерод.

Масляный туман или пар, исходящий из потока сжатого воздуха, может стать причиной сбоя в работе компрессора, сколов краски от корпуса либо появления отверстий (пробоин) на нем. При эксплуатации компрессора в пищевой отрасли либо в медицинской сфере существует риск попадания вредных веществ в организм человека. Масляный туман является наиболее трудновыводимым элементом при его отделении от воздушного потока.

Все это в целом приводит к тому, что загрязнения в атмосферном воздухе с наличием водяных паров и масляного тумана, в процессе работы компрессора превращаются в 2 миллиарда частиц пыли и 0,03 мг/м.куб. масляных паров в выходном воздушном потоке.

Попадая в пневматическую систему, такая агрессивная смесь приводит к ускоренному износу оборудования и выходу его из строя.

Поэтому встает вопрос о качестве воздуха, которое определяется содержанием частиц пыли, масляного тумана и водяных паров. Требование к качеству сжатого воздуха определяет производитель оборудования и нормируется по DIN ISO 8573-1:2001 или ГОСТ 17433-80. Существуют следующие стандарты ISO для типов сжатого воздуха:

Читать еще:  Какие образы воссоздает павел беспощадный. Павел григорьевич беспощадный

Очистка сжатого воздуха.

В последнее время производство качественного сжатого воздуха приобрело особое значение, так как современная промышленность предъявляет высокие требования к оборудованию, а потребитель — к качеству выпускаемой продукции. В связи с этим существуют комплексные системы подготовки и очистки сжатого воздуха. Если коротко остановится на основных этапах, то они выглядят так.

Для принудительного удаления влаги из сжатого воздуха на первом этапе применяют охладители воздуха, которые охлаждают горячий, содержащий влагу воздух до температуры +10 С по отношению к температуре окружающей среды. В результате резкого охлаждения происходит процесс конденсации. На выходе из охладителя сжатый воздух содержит влагу в виде взвеси капелек воды – водяного конденсата и пара. На следующем этапе получения сжатого воздуха с необходимой точкой росы (содержанием влаги) используются осушители сжатого воздуха.

Для удаления содержащихся в сжатом воздухе других посторонних примесей (песок, пыль, частицы метала от трущихся элементов компрессора, продукты окисления пневматической магистрали, пары масел и т. п.), применяются магистральные фильтры.

Таким образом, какими бы ни были требования по чистоте воздуха, современные системы подготовки и очистки воздуха позволяют эффективно подготовить и очистить воздух до необходимого уровня.

DIN ISO 8573-1:2001 Качество сжатого воздуха

Сжатый воздух: для чего и как используется

Сжатый воздух – воздушная масса, которая содержится в какой-либо емкости, при этом ее давление превышает атмосферное. Его используют в промышленности в разнообразных производственных операциях. Типичная система сжатого воздуха — это установка, работающая при давлении до десяти бар. В таких случаях воздушную массу сжимают в десять раз от ее первоначального объема.

Общая информация

При давлении в семь бар сжатый воздух практически безопасен при эксплуатации. Он способен обеспечить достаточную движущую силу инструмента не хуже, чем электрическая подача. При этом требуется меньшее количество затрат. Кроме того, такая система характеризуется более быстрым срабатыванием, что в конечном результате может сделать ее гораздо удобнее. Однако для этого потребуется учитывать параметры, приведенные ниже.

  1. Чем длиннее путь компрессора-потребителя, тем больше затрачивается энергии.
  2. Сжатый воздух весьма эффективен при большом наличии однотипных операций, в таком случае появляется преимущество перед электрическими установками. Ведь эффективнее установить воздушный цилиндр, чем электродвигатель.
  3. Необходимо постоянно отслеживать наличие утечек.
  4. При использовании воды, бытового газа и т. д. мы уже привыкли быть экономными, а вот при использовании данного вида энергии многие становятся расточительными, считая его бесплатным. Необходимо постоянно совершенствовать пневматические системы на производстве, например, в странах Западной Европы постоянно появляются новые разработки сопел, в которых воздух расходуется гораздо меньше, при этом существенно снижается уровень шума.

Применение сжатого воздуха

Довольно часто производственники используют этот вид энергии для быстрой и эффективной очистки оборудования от загрязнений и пыли. Кроме того, сжатый воздух широко применяют для продувки труб в котельных. В деревообрабатывающей промышленности его используют для очистки помещений, оборудования и даже одежды от древесной пыли. В большинстве стран уже появились стандарты по применению этого вида энергии, например, в Европе это CUVA, а в США – OSHA. Кроме использования его в производственных операциях, широко распространены инструменты, которые работают непосредственно на воздушном ходу, — это шуруповерты, пневматические дрели, гайковерты, отбойные молотки (при монтаже оборудования и строительстве), пульверизаторы (при проведении капитальных ремонтов). Помимо этого, сейчас широко используется сжатый воздух в баллончиках в пневматическом оружии.

Безопасность

Используя сжатый воздух, необходимо соблюдать меры безопасности, приведенные ниже.

  1. Запрещается направлять струю в рот, глаза, нос, уши и другие места.
  2. Нельзя обрабатывать сжатым воздухом открытые раны, т. к. под кожей могут образоваться пузырьки, если они дойдут до сердца, то приведут к сердечному приступу, а если до мозга, то могут спровоцировать кровоизлияние в мозг. Кроме того, попадая в рану, воздух может занести в нее инфекцию, которая находится в компрессорной системе или в трубах.
  3. Запрещено баловаться и направлять струю сжатого воздуха на других людей.
  4. Не следует накачивать давление в компрессорную систему сверх нормы.
  5. Все элементы пневматической установки должны тщательно закрепляться во избежание отрывов и, как следствие, травм.
  6. Запрещено проводить очистку оборудования от пыли и грязи в присутствии источника открытого огня и сварочных работ. Это может спровоцировать взрыв из-за наличия пыли во взвешенном состоянии.
  7. Работая с системами сжатого воздуха, необходимо пользоваться средствами индивидуальной защиты, например, очками или маской.
  8. Запрещено осуществлять затяжку муфт, резьбовых соединений, болтов в узлах или на трубах под давлением.
  9. При монтаже пневматической системы шланги следует крепить в местах с наименьшим риском повреждения (на потолках, стенах).

Преимущества сжатого воздуха

Теперь рассмотрим, в чем заключаются преимущества применения этого вида энергии на производственных линиях.

  1. Пневматические инструменты характеризуются малым весом при достаточно высокой мощности.
  2. Такие установки можно использовать продолжительное время без перегрева.
  3. Невысокие затраты на обслуживание системы.
  4. Пневматические компрессоры можно использовать как источник энергии на пожароопасном производстве со взрывчатыми и легковоспламеняющимися веществами (подземные туннели, шахты).
  5. Эти инструменты подходят для цехов с высокой агрессивной средой. Однако при этом необходимо учитывать, что рабочая температура сжатого воздуха превышает температуру окружающей среды на десять градусов по Цельсию. Кроме того, с увеличением данного параметра будет прямопропорционально возрастать и влажность воздушной струи.
  6. Использование пневматических систем позволяет существенно упростить автоматизацию производственных процессов. Например, таких как сушка, покраска и других.
  7. Снижается время простоя оборудования.

Сети сжатого воздуха

Для оптимальной работы и высокой экономичности установки необходимо выполнение следующих требований. В пневматической системе следует минимизировать потери, кроме того, воздух должен приходить к потребителям осушенным и чистым, это достигается путем установки специального осушителя, позволяющего конденсировать влагу. Также особое внимание необходимо уделять магистральным трубопроводам. Грамотная установка воздухопроводов – это залог долговечности функционирования, а также снижения расходов на обслуживание. За счет увеличения уровня давления в компрессоре можно компенсировать падение в трубопроводе.

Расчет потребления сжатого воздуха

Компрессорные установки всегда включают в себя так называемые ресиверы (воздухосборники). В зависимости от производительности и мощности оборудования система может содержать несколько ресиверов. Их основное назначение – это сглаживание пульсаций давления, кроме того, внутри воздухосборника происходит охлаждение газовой массы, и это приводит к выпадению конденсата. Расчет сжатого воздуха заключается в определении потребления ресивера. Производится это по следующей формуле:

  • V = (0.25 х Qc х p1 х T)/(fmax х (pu-pl) х Tl), где:
    — V – объем воздушного ресивера;
    — Qc – производительность компрессора;
    — p1 – давление на выходе установки;
    — Tl – максимальная температура;
    — T – температура сжатого воздуха в ресивере;
    — (pu-pl) – заданная разность давления нагрузки и разгрузки;
    — fmax – максимальная частота.

Компрессоры сжатого воздуха

Воздушный компрессор – это агрегат, необходимый для осуществления процесса сжатия воздуха и подачи его в пневмопотребитель под давлением. Любой пневмоинструмент, работающий со сжатым воздухом, нуждается в компрессоре. Компрессоры бывают различных типов, но основными типами для использования на производстве и в бытовых целях являются винтовые и поршневые. Некоторые виды компрессоров имеют как схожие элементы, так и конструктивные отличия. Существуют компактные и достаточно большие агрегаты, переносные и стационарные. Для определенных областей применения существуют варианты исполнения из различных материалов.

Особенности подбора компрессоров

При расчете компрессора важными параметрами являются степень сжатия, давление, производительность и прочие технические данные. Но одним из важнейших моментов такого расчета является определение необходимого типа компрессора и его технических параметров. Также следует учитывать конструктивные особенности пневмоинструмента, например, если инструмент должен работать при давлении 5-7 бар, то компрессор должен быть рассчитан как минимум на 7-9 бар. Необходимо учитывать также перепады давления, реальные особенности и структуру пневмосети. Как правило, в прилагаемом техническом описании компрессора указываются данные по потреблению воздуха и производительности без учета перепадов на магистрали, это тоже следует учесть.

Компрессоры винтового типа

Винтовой компрессор — это достаточно простое и надежное оборудование, которое при должном техническом обслуживании будет экономить средства и электроэнергию, а также обеспечивать долговечную и качественную работу.
Исходя из практики, для промышленного применения характерно использование воздушных компрессоров винтового типа, так как они имеют достаточно высокую производительность. Кроме того, они имеют множество технологических особенностей и опций, подходящих для использования в промышленных отраслях. Основной особенностью конструкции винтовых компрессоров является винтовая пара, состоящая из ведущего и ведомого ротора. Она служит непосредственно для процесса сжатия и является одним из главных элементов компрессора.

Принцип работы:

Корпус компрессора и роторы образуют камеру сжатия. Винтовая пара, состоящая из ведущего и ведомого роторов, находится в сцепленном состоянии. По мере вращения винтов в противоположном направлении, объем камеры увеличивается и начинается процесс всасывания воздуха. При достижении максимального объема всасываемого воздуха, камера изолируется от патрубка всасывания, и теперь пара роторов начинает сокращать объем и направлять сжатый воздух в камеру нагнетания.

Если компрессор маслозаполенный, то масло отводит тепло, возникающее при сжатии, и далее отделяется в сепараторе, а из компрессора выходит чистый сжатый воздух. Как правило, маслозаполненные компрессоры имеют чуть больший КПД , чем безмасляные. Особенностью таких компрессоров является плавная, равномерная работа с низким уровнем шума. В случае безмасляного компрессора масло не охлаждает агрегат, поэтому сжатие происходит в несколько этапов, как правило, в две ступени. Результатом этого является чистый воздух без примесей масла, но сам агрегат, как правило, стоит дороже и более сложен в техобслуживании. Такие компрессоры незаменимы в тех процессах, у которых необходим чистый воздух, например, в химических или фармацевтических отраслях. Для охлаждения такого типа компрессоров используется впрыск воды.

Преимущества и недостатки:

Преимуществами винтовых агрегатов является простота конструкции, небольшой уровень шума, надежные и долговечные составные элементы конструкции, достаточно небольшая стоимость эксплуатации, малое содержание масла в воздухе, небольшие габариты и т.д. В винтовых компрессорах возможна частичная разгрузка с понижением мощности и изменением объема всасываемого воздуха. Также такие компрессоры можно устанавливать в параллель, образуя агрегаты повышенной мощности.
Из существенных недостатков можно отметить лишь достаточно высокую стоимость.

Компрессоры поршневого типа

Поршневые компрессорные агрегаты повсеместно используются в быту и на малых и средних предприятиях. В отличие от других типов компрессоров, у данного типа оборудования основной рабочей системой является поршневая группа.

Основные элементы:

  • группа цилиндров;
  • группа поршней;
  • элементы обеспечения движения;
  • клапаны и трубопроводы регулировки производительности;
  • система смазки;
  • охлаждающая система;
  • установочные элементы.

Конструкция поршневого воздушного компрессора представляет собой чугунный (или из иного материала) корпус с горизонтально или вертикально установленным цилиндром.
Рабочая группа включает в себя поршень, клапан нагнетания и клапан всасывания. Движение обеспечивается двигателем посредством КШМ. Перемещение поршня определяет процесс всасывания и сжатия воздуха в камере цилиндра. Воздух поступает в цилиндр через открытый клапан всасывания, так как при движении поршня возникает разряжение, открывается клапан всасывания и впускает воздух. Во время обратного перемещения объем поршневой камеры уменьшается и происходит сжатие воздуха и увеличение его давления. Клапан всасывания закрывается и открывается клапан нагнетания, через который сжатый воздух подается в магистраль. Поскольку при таком принципе работы существует достаточно большой риск износа механизмов, в воздух добавляются частички масла, благодаря чему происходит смазывание и снижение трения. Данный цикл является повторяющимся, и в процессе работы воздух поступает в пневмоооборудование под необходимым давлением.

Поршневой воздушный компрессор имеет достаточно простую и эффективную конструкцию, при этом сохраняя достаточно высокую производительность и качественные эксплуатационные характеристики. Как правило, на большинстве производств используемые компрессоры дублируют, поскольку в случае выхода из строя или при необходимости технического обслуживания рабочего компрессора, его заменяет второй и обеспечивается непрерывность рабочего процесса.

Представленные выше типы агрегатов применяются во множестве отраслей промышленности, имеют высокие рабочие характеристики, являются надежными и долговечными при условии соответствующего техобслуживания и грамотной эксплуатации. Они могут использоваться для работы с большинством пневматических инструментов.

Преимущества и недостатки:

Преимуществом поршневого компрессора является простота конструкции и достаточно несложное техобслуживание. Также компрессоры такого типа имеют достаточно небольшую стоимость в сравнении с другими типами компрессоров.
Недостатком является достаточно частое техобслуживание и затраты на него, большой износ трущихся частей, нагрев в процессе работы, и, как следствие, необходимость дополнительного охлаждения.

Расчет объема ресивера

Одним из важных параметров, которые должны быть учтены при расчете компрессора, является объем ресивера.
Если компрессор используется для бытовых целей, то объема в 30-50 литров вполне должно хватить.
В промышленных компрессорах объем ресивера может составлять более 200 литров. Ресивер необходим для предотвращения перепадов давления при запуске двигателя и защищает компрессор путем снижения количества пусков-остановов, что ведет к более долговечной работе. Объем ресивера следует выбирать исходя из поставленной задачи и из числа активных потребителей воздуха.

Область применения поршневых компрессоров

Компрессоры указанных выше типов используются повсеместно – в энергетике и медицине, на строительных объектах, в системах охлаждения и в машиностроении, на военных объектах, в сталелитейной и текстильной промышленности. Особенно важным является применение в пищевой промышленности. Множество переключающих, запорных и противосмесительных клапанов имеют воздушный пневмопривод. Как правило, клапаны объединены в кластеры, к которым также необходимо обеспечить постоянную подачу чистого сжатого воздуха. В случае возникновения проблем с компрессором, возможно нарушение функционала таких клапанов и, как следствие, дорогостоящие ошибки и неисправности при производстве продуктов питания.

Компрессорное оборудование также является неотъемлемой частью множества технологических процессов, таких, как:

  • работа с пылесборниками и пневматическими муфтами при производстве цемента,
  • постоянная подача сжатого воздуха для электростанций, пескоструйная обработка,
  • покраска надувка шин в автомобильной промышленности,
  • подача воздуха для нагрева или охлаждения стали в сталелитейной промышленности,
  • сжатый воздух необходим для перемещения жидкостей и создания давления в резервуарах в химической промышленности,
  • процесс упаковки, работа с продуктом, управление пневматикой в пищеовй промышленности,
  • охлаждающий воздух для роботов в машиностроении,
  • воздух для процесса упаковки и производства лекарственных средств в фармацевтической отрасли,
  • подача воздуха в пневматический инструмент на строительных объектах,
  • перемещение угля и руды, подача воздуха в шахты, обеспечение работоспособности для машин в горнодобывающей промышлености,
  • распыление порошковых сред и прочие технологические процессы в целлюлозно-бумажной промышленности.

Управление компрессорным оборудованием

Управление компрессором, а именно регулирование его функционала необходимо для обеспечения стабильной работы и обеспечения соответствия необходимым рабочим условиям. В основном, регулирование осуществляется путем использования реле давления и определенной системы настройки. Данные настройки обеспечивают постоянное давление в ресивере. Автоматика отключает компрессор при достижении давлением установленного максимума, и включает, как только активируется автоматика защиты по нижнему допустимому давлению.
Кроме автоматики, срабатывающей по давлению, необходимо еще множество предохранительных элементов – запорные клапаны на линиях всасывания и нагнетания, индикаторы контроля уровня масла, датчики давления масла, соленоидные клапаны и т.д.
Для корректной работы компрессора часто используются дополнительные опции: частотный преобразователь, рекуперационный теплообменник (экономайзер), лренажные и охладительные линии.

Источники:

http://www.pnevmomagazin.ru/news/look/40/

http://fb.ru/article/145801/sjatyiy-vozduh-dlya-chego-i-kak-ispolzuetsya

http://ariacom.ru/stati/kompressory_szhatogo_vozduha/

Ссылка на основную публикацию
Статьи на тему:

Adblock
detector