1.4. Підготовка стисненого повітря

 

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

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

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

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

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

Рис. 1.3. Принципова схема компресорної станції

 

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

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

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

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

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

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

а)

б)

в)

г)

Рис. 1.4. Принципові схеми акумуляторного живлення пневмосистем (а, б, в) і замкненої пневмосистеми (г)

 

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

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

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

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

 

а)

б)

Рис. 1.5. Типовий вузол підготовки повітря:
а - принципова схема; б - умовне позначення

 

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

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