ПНЕВМОСЕТЬ И КОНДИЦИОНЕРЫ РАБОЧЕГО ГАЗА

Как правило, источником сжатого воздуха как рабочей среды пневмосистем являются компрессорные установки. Они могут быть стационарными, установленными на специальном фундаменте, или передвижными, установленными, например, на каких-либо транспортных средствах. Кроме того, компрессорные установки могут осуществлять централизованное питание нескольких различных по назначению потребителей сжатого воздуха или индивидуальное питание какого-либо потребителя, как, например, пневмопривод тормозов грузового автомобиля.

В состав любой компрессорной установки помимо самого компрессора входят элементы контроля и регулирования, а также кондиционеры воздушной среды.

Для того чтобы представить общую систему подготовки и использования сжатого воздуха, рассмотрим упрощенную схему стационарной компрессорной установки, осуществляющей централизованное питание всех возможных потребителей сжатого воздуха. На рис. 11.5 в условных обозначениях приведен пример схемы типовой пневмосети.

Пневмосистема подготовки воздуха

Рис. 11.5. Пневмосистема подготовки воздуха

Воздух, который попадает в воздухозаборник 1 из окружающей среды, как правило, содержит большое количество пыли. Обладая абразивными свойствами, частицы пыли вызывают быстрый износ деталей компрессора. Поэтому перед компрессором устанавливают специальные пылеуловители или воздушные фильтры, в которых в качестве фильтрующего элемента используют ткань или металлические сетки.

Схема фильтра 2 с тканевым фильтрующим элементом представлена на рис. 11.6. В таком фильтре хлопчатобумажная или шерстяная ткань натягивается на деревянный или металлический каркас так, чтобы воздух мог проходить только через ткань и, уже очищенный от пыли, поступать во всасывающий трубопровод компрессора.

Воздушный фильтр

Рис. 11.6. Воздушный фильтр

Основным требованием к фильтру 2, помимо заданной тонкости фильтрации, является минимальное сопротивление потоку воздуха. Площадь фильтрующего элемента должна быть такой, чтобы перепад давления на фильтре Ар = рвх- рвых не превышал 100 Па.

Из компрессора 3 (см. рис. 11.5) нагретый в процессе сжатия воздух поступает в водяной охладитель 4, который обычно входит в конструкцию самого компрессора (см. гл. 12). Охлаждение воздуха приводит к конденсации паров воды, которые попадают в компрессор вместе с всасываемым воздухом, и паров масел, используемых в компрессоре для смазки трущихся поверхностей. Поэтому после охладителя воздух проходит через фильтр-влагоотделитель 5, который фильтрует воздух как обычный фильтр и одновременно осушает его.

На рис. 11.7 показана конструктивная схема фильтра-влагоотде- лителя. Сжатый воздух, подведенный по каналу 1, проходит в стакан 2 через щели отражателя 3, которые за счет своей конструкции сообщают воздуху вихревое вращательное движение. Мелкие частицы воды и масла, находящиеся в потоке воздуха, под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам стакана и стекают вниз в зону, отделенную заслонкой 4, которая препятствует конденсату, собранному в этой зоне, снова попадать в поток

воздуха. Осушенный воздух через фильтрующий элемент 5 поступает в выходной канал 6. Стакан обычно изготавливают из прозрачного материала, и поэтому легко определить уровень скопившегося в нем конденсата.

Фильтр-влагоотделитель

Рис. 11.7. Фильтр-влагоотделитель

При достижении предельного уровня открывается запорный кран 7 и конденсат выводится из стакана под действием сжатого воздуха. Вместе с конденсатом удаляются и твердые частицы, задержанные фильтрующим элементом.

Наибольшую сложность представляет удаление из потока воздуха компрессорного масла, которое содержится в воздухе в виде аэрозоля с частицами размером 0,01...1 мкм. Из-за малости этих частиц удалить их в фильтре-влагоотделителе центробежного действия часто не удается. Поэтому воздух из фильтра-влагоотдели- теля 5 (см. рис. 11.5) поступает в химический осушитель 6, в котором влага адсорбируется при прохождении воздуха через специальное вещество — адсорбент, в качестве которого может использоваться активированный уголь, активная окись алюминия или силикагель.

После осушения воздух попадает в воздухосборник (ресивер) 7.

В пневмосистемах воздухосборники выполняют несколько функций:

  • • во-первых, создают запас сжатого воздуха для использования в моменты его максимального потребления пневмосистемой;
  • • во-вторых, сглаживают пульсацию подачи воздуха, которая возникает при использовании компрессоров объемного типа, особенно поршневых;
  • • в-третьих, отделяют влагу, содержащуюся в потоке воздуха, которая выпадает в виде конденсата в процессе расширения воздуха при заполнении воздухосборника и при движении воздуха по воздухосборнику.

Для обеспечения нормальной работы воздухосборники снабжены аппаратурой контроля и управления. На рис. 11.5 обозначено: 8 — манометр для контроля давления; 9 — предохранительный пневмоклапан, ограничивающий верхний предел давления в воздухосборнике; 10 — конденсатоотводчик.

На рис. 11.8 представлена конструктивная схема типового стационарного воздухосборника.

Воздухосборник (ресивер)

Рис. 11.8. Воздухосборник (ресивер)

Для лучшего влагоотделения обычно ввод воздуха делают в средней части воздухосборника, загибая входной трубопровод вниз, а отвод — из верхней части. Внутри воздухосборника устанавливают перегородки, заставляющие воздух изменять направление движения, создавая тем самым центробежные силы, которые, как и в фильтре-влагоотделителе, способствуют осушению воздуха.

Конденсат собирается в нижней части воздухосборника и через конденсатоотводчик периодически вручную или автоматически сливается. Объем воздухосборника определяют в зависимости от производительности компрессора и цикличности потребления сжатого воздуха, при этом объем воздухосборника не должен быть меньше 0,5Жо, где W0 объем свободного воздуха (при атмосферном давлении и нормальной температуре), всасываемого компрессором за 1 мин.

За воздухосборником пневмосеть разделяется условно на две ветви (см. рис. 11.5). По пневмолинии а сжатый воздух подводится к различным пневмодвигателям с нормальным рабочим давлением 0,5...0,6 МПа избыточной шкалы, например к пневмоцилиндрам подъемников, формовочных машин и зажимных механизмов, к пневмомоторам ручного пневмоинструмента, сверлильных головок и транспортирующих устройств. Пневмосистемы, работающие на таких давлениях, называются пневмосистемами высокого давления.

По пневмолинии а сжатый воздух поступает в маслораспыли- тель 11, который обеспечивает смазку трущихся деталей пневмодвигателей за счет подачи в поток воздуха распыленного жидкого смазочного материала, обычно минеральных масел.

В машиностроении наибольшее распространение получили маслораспылители эжекторного типа. В них подача масла в поток воздуха происходит за счет разности между величиной давления над жидкостью в емкости маслораспылителя и давления в том месте потока воздуха, где в него вводится масло. Принцип работы такого маслораспылителя легко объяснить по схеме, представленной на рис. 11.9, а.

Согласно уравнению Бернулли в потоке воздуха давление Р>р2. За счет перепада давления Ар = Р- р2 масло из стакана 1 по трубке 2 поступает в поток воздуха, распыляется и вместе с потоком попадает в пневмодвигатели. Такой маслораспылитель централизованно обеспечивает смазкой либо все пневмодвигатели пневмосистемы, либо их группу.

Устройства для внесения смазочного материала в поток воздуха

Рис. 11.9. Устройства для внесения смазочного материала в поток воздуха: а — эжекторный маслораспылитель; б — смазочный питатель

Для индивидуального обеспечения смазкой одного пневмодвигателя используют смазочные питатели различных типов. Конструктивная схема одного из них и схема его включения в пневмосеть показаны на рис. 11.9, 6.

Сжатый воздух все время подводится к резервуару с минеральным маслом /(/?]= /^питания)- Масло по трубопроводу с малым диаметром поступает в питатель 2. Если пневмораспределитель 3 находится в позиции В, то штоковая полость пневмоцилиндра соединяется с атмосферой 2 = paTM), под действием перепада давлений Ар = - р2 запорный шарик питателя перемещается вправо

и открывает вход в дозирующую камеру К, перекрывая одновременно сообщение камеры с пневмолинией. Камера заполняется маслом. При переключении распределителя в позицию А давление р2 становится равным р{ и шарик под действием пружины перемещается влево, перекрывая вход в дозирующую камеру и одновременно соединяя ее с пневмолинией, по которой масло из камеры К вместе с потоком воздуха поступает в рабочую полость пневмоцилиндра. Обычно питатель 2 размещают непосредственно возле пневмодвигателя, а к резервуару 1 могут быть подключены несколько питателей.

На рис. 11.5 в качестве пневмодвигателя представлен пневмомотор 12. Отработанный воздух из пневмомотора поступает в атмосферу через глушитель 13, который служит для снижения уровня шума, возникающего при работе пневмодвигателя. Этот шум может быть механического и аэродинамического происхождения.

Механический шум возникает в основном при ударах подвижных деталей в пневматических двигателях и устройствах

управления: ударах поршней о стенки цилиндра, клапанов о седла; вибрации трубопровода и т.п. Снижение уровня шума механического происхождения достигается за счет оптимизации конструктивных решений, применения тормозных и амортизирующих устройств. Следует также отметить, что механический шум в пневмосистемах, как правило, не превышает уровень шума другого работающего на участке оборудования и имеет относительно невысокую частоту.

Шум аэродинамического происхождения возникает в основном из-за турбулентного смешивания отработанного воздуха с окружающей средой при выхлопе. В пневмосистемах высокого давления истечение воздуха в атмосферу при выхлопе происходит со скоростью, близкой к скорости звука, а интенсивность аэродинамического шума пропорциональна восьмой степени скорости струи воздуха.

Уровень аэродинамического шума при работе большинства пневмодвигателей, не оснащенных средствами его снижения, составляет 95—120 дБА, причем наибольший уровень расположен в высокочастотной части звукового спектра, что существенно усугубляет вредное воздействие на человека. Для снижения уровня аэродинамического шума применяют специальные устройства — глушители, задачей которых является снижение скорости воздуха при выхлопе.

Наиболее широко в промышленных пневмосистемах применяют активные глушители (глушители трения), в которых скорость гасится при прохождении воздуха через пористый проницаемый материал (синтетика, металлокерамика, минеральные порошковые материалы и т.п.).

На рис. 11.10, а представлена конструктивная схема глушителя трения с втулкой из пористой керамики с радиальным выходом потока воздуха. Наиболее эффективны такие глушители с порами размером до 100 мкм. Простота и низкая стоимость таких глушителей позволяют использовать их индивидуально на выходе каждого пневмодвигателя.

Однако через такие глушители проходят аэрозольные частицы масел, которые были внесены в поток воздуха маслораспылите- лями, что приводит к загрязнению окружающей среды в производственных помещениях. Установлено, что концентрация масляных аэрозолей более 5 мг на 1 м3 воздуха может привести к повреждению легких. Поэтому при повышенных требованиях к улавливанию масляных аэрозолей используют специальные глушители комбинированного типа, например фильтр-глушитель, конструктивная схема которого представлена на рис. 11.10, б.

Глушители

Рис. 11.10. Глушители: а — глушитель трения; б — фильтр-глушитель

В фильтре-глушителе воздух проходит через мелкопористый слой фильтрующего элемента 1, в котором аэрозольные частицы объединяются в более крупные капли, а затем через грубоволокнистый фильтрующий элемент 2. Расширение воздуха во втором слое фильтроэлемента приводит к значительному снижению скорости воздуха, и капельки масла под действием силы тяжести стекают на дно стакана 3. Выхлоп воздуха в атмосферу происходит через пористую втулку 4, которая является обычным глушителем трения. Фильтры-глушители эффективно снижают уровень шума и улавливают аэрозоли масла. Однако, учитывая более сложную конструкцию и более высокую стоимость, фильтры-глушители обычно устанавливают на общем выхлопном трубопроводе, объединяющем выхлоп нескольких пневмодвигателей.

В пневмолинии b сжатый воздух из воздухосборника 7 (см. рис. 11.5) поступает к пневмоэлементам регулирования и контроля, которые на схеме условно объединены в блок А Избыточное рабочее давление пневмоэлементов, включенных в блок А, лежит в пределах 0,05...0,2 МПа. Пневмосистема с таким рабочим давлением считается пневмосистемой низкого давления. Поэтому сжатый воздух в пневмолинию b поступает через пневматический редукционный

Збб клапан (редуктор) 14, который понижает уровень давления в ней до требуемого и поддерживает его постоянным в процессе работы.

На рис. 11.11 представлена конструктивная схема пневматического редукционного клапана, работающего в пневмосистемах с рабочим избыточным давлением до 0,6 МПа.

Пневматический редукционный клапан

Рис. 11.11. Пневматический редукционный клапан

Воздух с давлением рвх подается в редуктор и через зазор между седлом в корпусе 1 и поверхностью клапанного запорно-регулиру- ющего элемента 2 поступает на выход с давлением рвых < рвх. Выходная полость 8 редуктора через канал сообщается с полостью 7, и давление рвых воздействует на мембрану 4, нагруженную сверху усилием пружины 5, которое регулируется винтом 6. Мембрана 4 закреплена между корпусом 1 и крышкой 3.

Уравнение статических сил на запорно-регулирующем устройстве может быть записано в виде

где SK эффективная площадь «тарелки» клапана 2; SM — эффективная площадь мембраны 4; Fnp усилие пружины 5.

Из уравнения (11.12) получим:

В конструкции пневматических редукционных клапанов, работающих при давлениях, значительно меньших, чем давление в гидросистемах, SK « SM. Поэтому формула (10.13) может быть записана в виде

Принцип действия и уравнение сил пневматического редукционного клапана полностью аналогичны гидравлическому редукционному клапану (см. разд. 6.3). Некоторые же отличия в конструкции запорно-регулирующего устройства заключаются прежде всего в использовании эластичных мембран большой площади, а также обусловлены низким уровнем рабочего давления и необходимостью высокой степени герметизации.

После редукционного клапана (см. рис. 11.5) воздух через дополнительный фильтр 15 и химический осушитель 16 поступает к пневмоэлементам блока А. Дополнительные фильтры, фильтры- влагоотделители и химические осушители обычно устанавливают перед пневмоэлементом или блоком пневмоэлементов, при работе которых к воздуху предъявляются повышенные требования по чистоте и влажности, особенно в том случае, если сжатый воздух от источника питания подводится к пневмоэлементам подлинным трубопроводам. В процессе движения воздуха по трубопроводу происходит его охлаждение и выпадение конденсата паров влаги, а также загрязнение воздуха частицами окалины, ржавчины и т.п.

Сжатый воздух в пневмосистемах транспортируется по пневмолиниям, конструкция трубопроводов которых зависит от рабочего давления. В магистральных пневмолиниях высокого давления воздух, как правило, транспортируется по жестким металлическим трубопроводам, выполненным из стали, алюминия, меди или латуни. Трубы из меди, медных и алюминиевых сплавов отличаются высокой гибкостью, удобны для коротких участков пневмолинии со сложными изгибами и при необходимости подгонки размера в процессе монтажа. Эти преимущества в наибольшей степени проявляются при небольших диаметрах, поэтому такие трубы применяют до диаметров 20...25 мм.

Кроме того, трубы из цветных металлов не требуют антикоррозийных покрытий. Однако их стоимость значительно выше стоимости стальных труб, которые обычно применяют для больших диаметров. Эти трубы изготавливают из углеродистой стали и предохраняют от коррозии за счет покрытия их цинком, медью и т.п.

Подвод воздуха к пневмодвигателям, например к пневмоцилиндрам или пневмомоторам ручного инструмента, происходит по гибким резиновым шлангам с текстильным каркасом (резиновым рукавам). Соединение трубопроводов и присоединение их к пневмоагрегатам как для жестких трубопроводов, так и для резиновых шлангов осуществляются с помощью соединительной арматуры, полностью аналогичной арматуре гидравлических систем (см. разд. 1.2).

В пневмолиниях низкого давления, как правило, используются пластмассовые трубопроводы, выполненные из полиэтилена или поливинилхлорида. Основными преимуществами пластмассовых трубопроводов являются: отсутствие коррозии, малая стоимость, малая масса и несомненное удобство монтажа. Самое простое соединение пластмассовых трубопроводов, которое широко используют, например, в струйных пневмоэлементах, представлено на рис. 11.12.

Способ присоединения пластмассовых трубопроводов

Рис. 11.12. Способ присоединения пластмассовых трубопроводов

Такое безрезьбовое соединение осуществляется с помощью металлического или пластмассового ниппеля с различной конфигурацией уплотнительной поверхности.

При эксплуатации таких соединений в условиях температур более 40°С пластмассовые трубки надевают на ниппель в разогретом состоянии до 100°С, а затем охлаждают до температуры окружающей среды.

Расчет пневмолинии включает в себя два основных компонента: определение внутреннего диаметра трубопровода и определение потерь давления в трубопроводе Ар:

где Артр — потери на трение по длине; Арм потери в местных сопротивлениях.

Сначала определяют величину внутреннего диаметра d трубопровода в первом приближении по формуле

где Q — объемный расход воздуха; V — допустимая скорость движения воздуха; р0 и р — соответственно плотность воздуха при атмосферном давлении и при давлении в трубопроводе.

При этом руководствуются правилом, что для магистральных трубопроводов высокого давления длиной более 500 м скорость движения воздуха не должна превышать 10 м/с, а для более коротких трубопроводов рекомендуется принимать скорость до 15 м/с. Для трубопроводов, соединяющих элементы одного пневмопривода, допускается скорость до 40 м/с.

После определения внутреннего диаметра определяют потери давления при движении воздуха по трубопроводу, используя формулы разд. 11.2 и 11.3. Обычно потери в трубопроводах при правильном выборе его параметров составляют не более 5... 10% от рабочего давления.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >