Компрессор. 1 История
 Скачать 7.99 Mb.
|
|
Рис. 5.18. Устройство осушителя с горячей вакуумной регенерацией: 1 = Нижний распределительный клапанный блок 2 = Верхний распределительный клапанный блок 3 = Обратный клапан регенерации; 4 = Нагреватели 5 = Вакуумный насос; 6 = Глушитель регенрации 7 = Префильтр 8 = Финальный фильтр Рис. 5.19. Осушитель перед ресивером Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 43 Рассмотрим применение этой формулы на кокретном примере. Например, известно, что производительность системы до ресивера (т.е., в данном случае, пропускная способность осушителя) составляет 3000 л/мин, а рабочее давление в сети сжатого воздуха - от 7 до 8 бар (условно принимаем p max за 7,5 бар). Обычное потребление меньше или равно этому значению. Однако, возможно увеличение потребления сжатого воздуха до 3500 л/мин, имеющее место в течение 2 минут (например, включается цикл продувки какого-либо производственного оборудования). Необходимо рассчитать объем ресивера, необходимый для того, чтобы за время этого пика потребления не допустить падения давления ниже, чем до 6,3 бар. Итак, в данном случае, понадобился бы воздушный ресивер объемом примерно 833 л. Что лучше: установить осушитель с пропускной способностью 3000 л/мин и ресивер объемом 833 л, или же установить осушитель, способный справляться с любым пиковым расходом? Принимая во внимание известный нам порядок цен, в данном случае нам кажется более оправданной установка большего ресивера. Однако, в каждом конкретном случае необходимо проводить анализ ситуации, и принимать решение исходя как из соображений экономического, так и технического характера. Разумеется, приведенную выше формулу расчета объема ресивера, необходимого для компенсации пиковых нагрузок, можно использовать не только применительно к пропускной способности установленного перед ресивером осушителя, но и к производительности компрессора. Однако, для общего расчета ресиверов она не подходит, и о надлежащих методиках их расчета будет рассказано в главе missedtaghere. Недостатки - Осушитель должен быть рассчитан на полную производительность компрессора. Как было показано выше, осушитель и компрессор могут быть рассчитаны на меньшую производительность, чем пиковый расход, и при наличии ресивера определенного объема компенсировать его, но: осушитель должен быть способен в должной степени осушать весь производимый компрессором сжатый воздух. - Пульсации сжатого воздуха в осушителе. Особенно негативно это сказывается в случае использования поршневых компрессоров, продуцирующих высокий уровень пульсаций, способствующих износу осушителя. - Высокая температура сжатого воздуха в осушителе. Если бы ресивер был установлен перед осушителем, то сжатый воздух успевал бы в той или иной степени охладиться в нем, что позволило бы, возможно, при прочих равных, выбрать меньший осушитель. Системы с ресивером после осушителя лишены этого экономического преимущества. Заключение В целом, установка осушителя перед ресивером является несколько менее привлекательным вариантом, чем после ресивера. Если используется винтовой компрессор, то все негативные аспекты могут быть сведены на нет подбором осушителя, рассчитанного на полную производительность компрессора, с учетом несколько более высокой входной температуры сжатого воздуха. Часто, такая схема расположения используется в случае винтовых компрессорных станцих со встроенным рефрижераторным осушителем. В компрессорных станциях BOGE серий CLD, CD и SD, укомплектованных встроенным фреоновым осушителем, осушитель рассчитан на обеспечение температуры точки росы +3 °C или +7 °C при полной загрузке. Наша компания всегда предлагает версию с осушителями, рассчитанными на +3 °C. 5.4.7.2. Расположение осушителя после ресивера Преимущества - Осушитель можно подбирать исходя не из производительности компрессора, а из фактического потребления, или из того частичного расхода сжатого воздуха, который нуждается в осушении. - Отсутствие пульсаций давления, что особенно важно в случае использования поршневого компрессора. - Более низкая температура сжатого воздуха. В ресивере сжатый воздух успевает несколько охладится, что уменьшает нагрузку на осушитель и позволяет, иногда, выбрать меньший осушитель. Недостатки - В воздушном ресивере выделяется конденсат. Впрочем, отвод его обычно не является сложной задачей, т.к. для этой цели существуют как ручные дренажные краны, так и множество конденсатоотводчиков различных типов. - Осушитель должен быть рассчитан на максимальное потребление сжатого воздуха, т.к. в ресивере, расположенном перед осушителем, содержится еще не осушенный сжатый воздух. Заключение Обычно, установка осушителя после воздушного ресивера является предпочтительным вариантом. Такая схема расположения исключает пульсации давления и часто позволяет выбрать осушитель с меньшей, при прочих равных, пропускной способностью. 5.5.1. Основная терминология В начале, необходимо определить некоторые базовые термины, которыми оперируют в области фильтрации сжатого воздуха и газов. Рис. 5.20. Осушитель после ресивера Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 44 5.5.1.1. Что такое степень очистки фильтра Степень очистки η фильтра сжатого воздуха или иного газа, она же фильтрующая способность и эффективность фильтрации, обозначает разницу между концентрацией примесей определенного размера в сжатом воздухе до и после фильтра. Степень очистки служит мерилом эффективности фильтра. Размер частиц, обычно в микронах (микрометрах), по отношению к которым применяется это понятие, должна всегда указываться. где η - степень очистки [%] C 1 - концентрация примесей до фильтра [обычно мг/м³] C 2 - концентрация примесей после фильтра [обычно мг/м³] Концентрация примесей обычно указывается как отношение массы примесей к объему воздуха, например мг/м³. Когда оперируют совсем небольшими концентрациями, иногда указывают также отношение кол-ва частиц примесей к объему, или отношение кол-ва частиц примесей к кол- ву частиц фильтруемой среды (обычно, частиц на миллион). Как правило, степень очистки, обеспечиваемая фильтрами тонкой очистки, рассчитывается через кол-во частиц на единицу объема, т.к. расчет степени очистки через массовое содержание привел бы к необходимости совершения достаточно сложных расчетов. Разумеется, как и вообще в области компрессорных технологий, концентрации приведены к условиям всасывания: давлению 0 бар (изб) и температуре 20 °C. Пример Известно, что сжатый воздух имеет начальную концентрацию примесей C 1 = 30 мг/м³. Будучи пропущенным через фильтр ZANDER серии V, этот же воздух уже имеет концентрацию частиц примесей размером 3 микрона и больше C 2 = 0,003 мг/³. Степень очистки η, обеспечиваемая фильтром серии V, составляет 99,99% по отношению к частицам размером 3 мкм и больше. 5.5.1.2. Дифференциальное давление Ни один фильтр не может пропустить весь воздух, подаваемый на его вход. Дифференциальное давление Δp на фильтре, оно же перепад или падение давления на фильтре - это величина, измеряемая как разница между давлением на входе и выходе фильтра, и характеризующая сопротивление фильтра потоку сжатого воздуха. По мере загрязнения фильтроэлементов, дифференциальное давление растет. Δp 0 - это начальное дифференциальное давление на новом, незагрязненном и сухом фильтрующем элементе. Обычным уровнем начального дифференциального давления на фильтроэлементах, в зависимости от степени обеспечиваемой ими очистки и совершенства используемых при изготовлении технологий, является 0,02...0,2 бар. Начальное дифференциальное давление у общепромышленных фильтроэлементов ZANDER, в которых применяются наиболее совершенные материалы и технологии, составляет, опять же в зависимости от типа фильтроэлемента, от 0,02 до 0,06 бар. Как правило, экономически оправданная необходимость в замене фильтроэлементов наступает при достижении дифференциальным давлением уровня 0,3...0,6 бар. Компания ZANDER рекомендует производить замену своих фильтрующих элементов при достижении дифференциальным давлением уровня 0,35 бар, что при «обычных» условиях эксплуатации наступает примерно через 6-9 тысяч часов. Δp coll - это дифференциальное давление, при котором может наступить полное разрушение фильтроэлемента. Фильтроэлементы производства компании ZANDER гарантированно выдерживают дифференциальное давление до 5 бар. Разумеется, редкий пользователь готов довести дело до такой поздней стадии загрязнения фильтроэлемента. О других преимуществах наших фильтрующих элементов Вы можете узнать на странице «Фильтрующие элементы ZANDER» 5.5.1.3. Пропускная способность Пропускная способность фильтров сжатого воздуха, также, как осушителей и другого оборудования, всегда указывается применимо к какому-либо уровню рабочего давления. Для общепромышленных магистральных фильтров общепринятой «точкой отсчета» является рабочее давление 7 бар (изб). Если Вы знаете, что, например, пропускная способность фильтра ZANDER типоразмера G 11 составляет 300 м³/ч, то это значит, что он способен пропустить и эффективно очистить до 300 м³/ч сжатого воздуха. Для других значений рабочего давления у всех фирм- производителей, и у нашей компании в том числе, существуют заранее рассчитанные поправочные коэффициенты. Общее правило: чем выше рабочее давление, тем выше пропускная способность фильтра. Важный момент Для полного понимания значения пропускной способности, нужно хорошо представлять себе, что представляет собой дифференциальное давление, о котором говорилось в предидущей главе Рис. 5.21. Фильтр сжатого воздуха ZANDER серии V η = 99,99% к частицам 3 мкм Рис. 5.22. Δp Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 45 На самом деле, дифференциальное давление тесно связано со скоростью движения среды и расходом (пропускной способностью). Если Вам говорят, что при дифференциальном давлении X фильтр пропустит количество Y сжатого воздуха, но зато при дифференциальном давлении X+x он же пропустит Y+y, то это, мягко говоря, не совсем корректно. То, что давление после фильтра падает по отношению к давлению до фильтра, означает как раз, что часть воздуха не проходит через фильтр. Сравнивать пропускную способность разных фильтров можно лишь при том условии, что дифференциальное давление на них одинаково, и наоборот - дифференциальное давление можно сравнивать только при одинаковых пропускных способностях. Верно также и следующее: дифференциальное давление, указанное по отношению к номинальной пропускной способности, будет падать при фактически меньшем, чем номинальный, расходе, и, наоборот, расти при более высоком расходе. 5.5.2. Циклонные сепараторы В процессе охлаждения в теплообменнике компрессора, из сжатого воздуха выделяется конденсат, т.н. первичный. Для его удаления часто используются простейшие устройства, называемые циклонными сепараторами. Дифф. давление, бар Степень очистки, % Размер частиц, мкм Остаточное содержание масла, мг/м³ > 0,05 95...99 >50 н/д Принцип Циклонные сепараторы работают благодаря силе инерции. Внутри сепаратора установлен завихритель, который придает входящему в сепаратор сжатому воздуху вращательное движение. При соударении потока сжатого воздуха со стенками сепаратора, значительная часть более тяжелых твердых и жидких частиц выделяются из потока и, продолжая свое движение, проникают в конденсатосборник, которым служит нижняя часть циклонного сепаратора. Экран предотвращает возврат отделенного конденсата в основной поток сжатого воздуха. Из конденсатосборника, конденсат может быть удален вручную (что в данном случае крайне проблематично из-за большого количества образующегося конденсата), или с помощью того или иного типа автоматического конденсатоотводчика. Мы рекомендуем уделять отводу конденсата из циклонных сепараторов максимальное внимание, и использовать в этой части компрессорной системы только самые лучшие конденсатоотводчики - например, конденсатоотводчики с контролем уровня ZANDER серии Ecodrain или Bekomat Циклонные сепараторы всегда надлежит устанавливать непосредственно на выходе сжатого воздуха из теплообменника компрессора, где возможно подобрать сепаратор, наиболее близкий к производительности компрессора, т.к. эффективность циклонных сепараторов изменяется в соответствии со следующим правилом: чем выше скорость потока, тем выше и эффективность циклонного сепаратора. Однако, к сожалению, увеличение скорости потока также влечет и рост дифференциального давления. Поэтому, еще раз, сепаратор должен быть установлен сразу после компрессора, и его расчетная пропускная способность должна быть максимально приближена к производительности последнего. Особенности и преимущества/недостатки В определенной степени, функцию отделителя первичного конденсата может нести и воздушный ресивер, в котором конденсат также обычно довольно хорошо отделяется. Однако, установка циклонного сепаратора желательна в любом случае, и абсолютно необходима, если: - ресивера в компрессорной системе нет - между компрессором и ресивером имеется длинный трубопровод - между компрессором и ресивером имеется отрезок трубопровода, направленный вертикально вверх + Относительно недорогое и простое устройство + Высокая эффективность по отношению к крупным частицам конденсата + Практически не нуждается в обслуживании + Стабильное, не возрастающее дифференциальное давление - Обеспечивает только самую грубую, предварительную очистку Рис. 5.23. Циклонный сепаратор 1 = завихритель; 2 = экран 3 = конденсатосборник 4 = конденсатоотводчик Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 46 Компания ZANDER производит общепромышленные циклонные сепараторы серии G-WA , а также циклонные сепараторы высокого давления (до 40 бар). Для использования с ними, мы рекомендуем конденсатоотводчики Ecodrain и Bekomat 5.5.3. Поверхностные фильтры Поверхностные фильтры - это фильтры, фильтрующие элементы которых задерживают частицы примесей на своей поверхности. Обычно, они способны удалять 99,99% частиц размером 3 мкм и выше, и выступают в роли предварительных фильтров, защищая фильтры более тонкой очистки, о также осушители, от чрезмерной конденсатной нагрузки. В тех случаях, когда к сжатому воздуху предъявляются не очень высокие требования, система фильтрации может на них и заканчиваться. Дифф. давление, бар Степень очистки, % Размер частиц, мкм Остаточное содержание масла, мг/м³ ≥ 0,02 99,99 ≥3 н/д Принцип Весь эффект поверхностных фильтров основан на том, что размер пор фильтроматериала меньше, чем размер частиц, которые фильтр должен задерживать. Задержанные твердые и жидкие частицы остаются на внешней поверхности фильтроэлемента; при этом, периодически, под воздействием силы тяжести, значительная часть частиц перемещается в внижнюю часть корпуса фильтра, откуда и удаляется конденсатоотводчиком. Стандартным направлением движения потока фильтруемой среды в поверхностных фильтрах является «снаружи внутрь» - обратное направление привело бы к невозможности удаления конденсата и быстрому повышению дифференциального давления. Фильтрующий материал может быть как просто обернут вокруг опорного каркаса фильтроэлемента, так и плиссирован «в гармошку», что значительно увеличивает площадь фильтрующей поверхности, снижая дифференциальное давление (как, например, в фильтроэлементах ZANDER). Обычно, фильтрующим материалом фильтроэлементов поверхностого типа фильтрации служит: - целлюлозно-бумажное волокно (например, серия V) - волокно из нержавеющей стали (например, серия VPL) - высокомолекулярные полиэтилены - синтерированная бронза - синтерированная керамика Особенности и преимущества/недостатки Особенности и преимущества поверхностных фильтров можно рассматривать, конечно, только в сравнении с фильтроэлементами глубинного типа и адсорбционными фильтрами. + Большая или меньшая способность к регенерации + Относительно меньшее дифференциальное давление - Обеспечивают только грубую, предварительную очистку Компания ZANDER производит фильтры сжатого воздуха серии G как на «обычные» давления (до 16 бар), так и на высокое давление (до 350 бар). Наши фильтры, в том числе, снабжаются и фильтроэлементами поверхностого типа серий V и VPL. 5.5.4. Глубинно-коалесцентные фильтры Глубинно-коалесцентные фильтры - это фильтры, фильтрующие элементы которых задерживают частицы примесей не только, и не столько, на своей поверхности, как в глубине фильтрующего материала. Степень очистки глубинных фильтров может составлять, у фильтров большинства производителей, до 99,99999% по отношению к частицам размером 0,01 мкм и больше. Дифф. давление, бар Степень очистки, % Размер частиц, мкм Остаточное содержание масла, мг/м³ 0,03...0,1 до 99,99999 до ≥0,01 до ≤0,01 (до 0,001*) * Из известных нам, только фильтроэлементы сверхтонкой очистки ZANDER серии XP4 Рис. 5.24. Поверхностная фильтрация Рис. 5.25. Фильтроэлемент ZANDER серии V Рис. 5.26. Глубинная фильтрация Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 47 Принцип В отличие от фильтроэлементов поверхностного типа фильтрации, глубинные фильтроэлементы используют всю толщину слоя фильтроматериала, состоящего из тончайших, полухаотично переплетенных боросиликатных волокон, образующих сложную лабиринтную систему. При этом, некоторые «ходы» в этом лабиринте могут быть даже значительно шире, чем размер фильтруемых частиц. В фильтроэлементах ZANDER фильтрующий материал плиссирован, т.е. свернут «в гармошку», что в несколько раз увеличивает площадь его поверхности, по сравнению с обычным, плоско обернутым вокруг опорного каркаса фильтроэлемента материалом. Обычным направлением движения фильтруемой среды в глубинных фильтрах является «изнутри-наружу». По мере движения через слой фильтроматериала, мельчайшие капли воды и масла коалесцируются, т.е. объединяются между собой, образуя большие по размеру капли. На внешней стороне фильтроэлемента размещен дренажный рукав, функция которого - перенести частицы конденсата в нижнюю часть фильтра с минимальной их утерей. В глубинно-коалесцентных фильтрах ZANDER, в отличие от других производителей, дренажный слой выполнен в виде тончайшего слоя особого материала, получившего название Parafil, и убран за внешнюю опорную сетку фильтроэлемента, выполненную из нержавеющей стали. Такое решение позволило уйти от извечной проблемы микроповреждений (и даже не всегда «микро») дренажного слоя, приводящих в обычных фильтроэлементах к утере дренажным слоем частиц конденсата. Особенности и преимущества/недостатки Собственно, особенности и преимущества глубинно-коалесцентных фильтров сводятся к единственному: возможность тонкой очистки сжатого воздуха или иного газа. Глубинные фильтроэлементы не поддаются регенерации. Компания ZANDER производит фильтры сжатого воздуха серии G как на «обычные» давления (до 16 бар), так и на высокое давление (до 350 бар). Наши фильтры, в том числе, снабжаются и фильтроэлементами глубинно- коалесцентного типа серий ZP, XP, XP4 и их модификаций для специфических применений. 5.5.5. Адсорбирующие фильтры Адсорбирующие фильтры снабжены фильтрующимим элементами, задерживающими летучие примеси: пары компрессорного масла, а также иные пахучие и обладаюшие вкусом соединения. Дифф. давление, бар Степень очистки, % Размер частиц, мкм Остаточное содержание масла, мг/м³ 0,03...0,08 н/д н/д ≤ 0,003 Принцип Фильтрующим материалом угольных фильтров служит боросиликатное микроволокно, обогащенное активированным углем. Молекулы углеводородов, из которых состоят пары компрессорного масла, а также некоторые другие молекулы, связываются с активированным углем под воздействием сил адгизии (неравномерного межмолекулярного притяжения). Перед попаданием в угольный фильтр, сжатый воздух обязательно должен быть очищен от жидкого компрессорного масла (например, в фильтре тонкой очистки серии XP). Попадание аэрозолей компрессорного масла в угольный фильтр неизбежно ведет к значительному снижению эффективности его работы и непригодности угольного фильтроэлемента к эксплуатации! Более того, крайне желательно также и предварительное осушение сжатого воздуха, до точки росы не выше +3 °C. В угольных фильтрах ZANDER, остаточное содержание паров компрессорного масла можно контролировать с помощью индикатора со сменной индикаторной трубкой. Как показывает практика, даже при надлежащей очистке от аэрозолей, срок службы фильтроэлементов угольных фильтров, без снижения качества сжатого воздуха, не превышает 500...700 часов. Особенности и преимущества/недостатки Основное преимущество угольных фильтров заключено в самом их предназначении - т.е., угольные фильтры позволяют избавиться от паров компрессорного масла и пахучих примесей, что важно в таких областях применений, как производство компакт-дисков, микросхем и оптики, в пищевой и пиво-безалкогольной промышленности. + относительно низкая, по сравнению с угольными адсорберами, стоимость - небольшой, по сравнению с насыпным углем адсорберов, срок службы фильтроэлемента Компания ZANDER производит фильтры сжатого воздуха серии G как на «обычные» давления (до 16 бар), так и на высокое давление (до 350 бар). Наши фильтры, в том числе, снабжаются и угольными фильтроэлементами серии A. Наряду с угольными фильтрами, снабженными волоконно-угольными Рис. 5.27. Фильтроэлементы ZANDER (глубинные) Рис. 5.30. Комбинация глубинного и угольного фильтров ZANDER Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 48 элементами, удаление паров масла и запахов возможно и с помощью угольных адсорберов и, как вариант, угольных фильтров с насыпными картриджами, о которых будет рассказано в следующей главе. 5.5.6. Угольные колонны Угольные колонны представляют собой емкости, заполненные активированным углем в зернах. Служат той же цели, что и адсорбирующие угольные фильтры, т.е. удалению паров компрессорного масла и запахов. Дифф. давление, бар Степень очистки, % Размер частиц, мкм Остаточное содержание масла, мг/м³ 0,1...0,2 н/д н/д ≤ 0,003 Принцип Фильтрующим материалом угольных колонн служит зерна активированного угля. Поступая в угольную колонну, сжатый воздух распределяется, через специальные решетки-распределители, по всей площади сечения адсорбера. Молекулы углеводородов, из которых состоят пары компрессорного масла, а также некоторые другие молекулы, связываются с активированным углем под воздействием сил адгизии (неравномерного межмолекулярного притяжения). Перед попаданием в угольную колонну, сжатый воздух обязательно должен быть очищен от жидкого компрессорного масла (например, в фильтре тонкой очистки серии XP). Попадание аэрозолей компрессорного масла в активированный уголь неизбежно ведет к значительному снижению эффективности его работы и уменьшению срока службы! Более того, крайне желательно также и предварительное осушение сжатого воздуха, до точки росы не выше +3 °C. В угольных колоннах ZANDER, остаточное содержание паров компрессорного масла можно контролировать с помощью индикатора со сменной индикаторной трубкой. Фильтры с насыпным углем Наряду с «полноразмерными» угольными колоннами, некоторые производители, и компания ZANDER в том числе, выпускают и фильтры, в качестве сменного фильтроэлемента которых служит алюминиевый картридж, наполненный зернами активированного угля. Эти фильтры, предназначенные на очистку небольших расходов сжатого воздуха, сочетают в себе преимущества угольных адсорберов (высокая надежность и долгий срок службы угля) и волоконно-угольных фильтров (простота замены картриджа). Особенности и преимущества/недостатки По сравнению с угольными фильтроэлементами, срок службы угля в угольной колонне значительно выше, и, в среднем, составляет порядка 8...10 тысяч часов наработки. Кроме того, его порча и непригодность к использованию наступают значительно медленнее и постепеннее, чем порча волоконно-угольного фильтроэлемента, и, поэтому, обычно имеется возможность заменить уголь до того, как последствия его износа начнут сказываться на качестве продукции. Там, где надежность очистки от паров масла очень важна, мы рекомендовали бы не экономить, и отдавать предпочтение угольным колоннам. + бóльшая надежность и более долгий срок службы - относительно высокая, по сравнению с угольными фильтрами, стоимость Компания ZANDER производит угольные колонны как на «обычные» давления (до 16 бар) серий AKM и AKN, так и на высокое давление (до 350 бар) серии HDA, а также фильтры с картриджами с насыпным углем серии KTA. 6.1. Что такое конденсат В основном, компрессорный конденсат состоит из воды, которая содержалась в атмосферном воздухе в виде пара, и была сконденсирована в процессе сжатия и последующего охлаждения сжатого воздуха в теплообменнике компрессора. Кроме того, конденсат может содержать значительное количество других примесей: - твердые частицы различной природы, попавшие из атмосферы - углеводородные примеси, попавшие из атмосферы - частицы ржавчины, окалины и пр. из трубопроводов сжатого воздуха - аэрозоли и пары компрессорного масла (в случае сжатия в масляном компрессоре) Компрессорный конденсат пагубно влияет на состояние компрессорного оборудования и трубопроводов, производственного оборудования, а также, может влиять и на качество производимой продукции. Поэтому, конденсат должен быть выведен из системы сжатого воздуха. Для выведения конденсата, его нужно сначала задержать (например, с помощью циклонных сепараторов или магистральных фильтров ), а затем вывести из системы с помощью конденсатоотводчиков В зависимости от используемого типа компрессора, конденсат разделяют по происхождению: Маслосодержащий конденсат Конденсат, выделяющийся после сжатия воздуха с использованием маслосмазываемых компрессоров, содержит некоторое количество минерального или синтетического компрессорного масла в жидком аэрозольном виде. Количество масла сильно зависит как от типа компрессора, так и от удачности его конструкции, и особенно, системы сепарации (если, конечно, таковая имеется вообще). Например, содержание масла в сжатом воздухе, вырабатываемом маслозаполненными винтовыми компрессорами, составляет обычно от 1 до 10 мг/м³ (в воздухе, производимом компрессорами BOGE серий C, CL, S, SL и их модификаций, использующих продуманную систему сепарации, содержание масла может составлять от 1 до 3 мг/м³). Поршневые компрессоры, не имеющие встроенной системы отделения масла, выбрасывают в сжатый воздух значительно больше масла - как правило, его расход указывается в г/кВт-ч. Например, поршневые компрессоры BOGE расходуют порядка 0,1 г/кВт-ч компрессорного масла. Маслосодержащий конденсат обычно имеет более или менее нейтральный кислотно-щелочной баланс, т.к. значительная часть примесей, попадающих в камеру сжатия из атмосферы, забирается маслом. Безмасляный конденсат Рис. 5.31. Угольная колонна Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 49 При безмасляном сжатии, все примеси, попадающие в компрессор из атмосферы, выводятся вместе со сжатым воздухом. Поэтому, кислотно-щелочной баланс безмасляного конденсата обычно склоняется в сторону кислотной реакции. Зачастую, значение pH составляет 4 или 5. Свойства и состав конденсата также могут варьироваться в зависимости от условий работы. В большинстве случаев, маслосодержащий конденсат представляет собой неэмульгированную жидкую взвесь, при отстаивании со временем расслаивающуюся на масло и воду. Однако, иногда можно встретить эмульгированный конденсат, а иногда - даже пастообразный. 6.2. Типы конденсатоотводчиков Образовавшийся конденсат должен быть выведен из компрессорной системы. Присутствие избыточного давления вынуждает прибегать к специальным способам контроля за сбросом конденсата, т.к. ненужное стравливание вместе с конденсатом сжатого воздуха может, в перспективе, приводить к значительным финансовым потерям. Кроме того, необходимо принимать во внимание то, что количество конденсата не является постоянным, и меняется в зависимости от температуры и влажности атмосферного воздуха. Методика и примеры расчета количества образующегося конденсата показаны в главе missedtaghere. Ниже показаны основные типы устройств, называемых конденсатоотводчиками, и использующихся для вывода конденсата из сетей сжатого воздуха. При подборе конденсатоотводчика, необходимо принимать во внимание свойства конденсата, точку его слива, рабочие условия. Специальные применения должны вызывать особое внимание: - агрессивный конденсат - пастообразный конденсат - опасность взрыва - низкое давление и частичный вакуум - высокое и особо высокое давление При использовании при отрицательных температурах, конденсатоотводчики должны оснащаться нагревателями - в противном случае, существует опасность замерзания воды внутри конденсатоотводчика. 6.2.1. Ручные дренажные краны Ручные дренажные краны - это простейшее устройство для слива конденсата. Обычно, ручные дренажные краны выполнены в виде обычных шаровых кранов, размещенных в точке слива конденсата. Предполагается, что обслуживающий персонал регулярно проверяет уровень конденсата и сливает его, вручную открывая кран. Особенности и преимущества/недостатки Ручные дренажные краны можно использовать только в тех случаях, когда известно, что количество конденсата будет минимальным, или же тогда, когда конденсатосборник имеет значительный объем. Примером могут служить, например, фильтры тонкой очистки, установленные уже после цепочки других фильтров более грубой очистки и осушителя. В этом случае, конденсат будет выведен расположенными выше в системе фильтрами, а воздух еще и осушен до температуры точки росы, исключающей дальнейшую конденсацию влаги. Незначительные количества компрессорного масла, удаляемые фильтром тонкой очистки, могут быть выведены вручную без значительных трудозатрат - например, при ежедневной или проводимой даже еще реже проверке. + Невысокая стоимость + Максимально простая конструкция + Самый надежный тип устройств для отвода конденсата :) + Не требуют электропитания и обслуживания - Необходимо вручную сливать конденсат - Отсутствие функции подачи сигнала тревоги - Применимы только тогда, когда точно известно, что конденсата будет чрезвычайно мало, или когда объем сосуда, служащего конденсатосборником, позволяет длительное время обходиться без слива Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 50 6.2.2. Поплавковые конденсатоотводчики Поплавковые конденсатоотводчики сливают конденсат тогда, когда поплавок, по мере накопления конденсата, поднимается вверх, и открывает сливное отверстие. При сливе конденсата, поплавок опускается, и сливное отверстие вновь закрывается. Поплавковые конденсатоотводчики бывают внутреннего типа - это значит, что конденсатосборником служит нижняя часть какого-либо сосуда, например, воздушного ресивера или магистрального фильтра; и внешними, которые имеют собственный конденсатосборник. Особенности и преимущества/недостатки Поплавковые конденсатоотводчики работают автоматически, без вмешательства операторов. Надежность их работы очень сильно зависит от удачности кострукции и качества исполнения, т.к. зависание (заклинивание) поплавка в нижнем положении влечет за собой прекращение отвода конденсата, а в верхнем положении - постоянное стравливание сжатого воздуха. Поплавковые конденсатоотводчики нуждаются в регулярных инспекциях и, в случае необходимости, в обслуживании. + Невысокая стоимость + Максимально простая конструкция + Не требуют электропитания - Высокая потребность в контроле за работой - Отсутствие функции подачи сигнала тревоги Компания ZANDER производит поплавковые конденсатоотводчики типов ZB и ZA, а также и специальные версии, выполненные, в том числе, из нержавеющей стали. 6.2.3. Таймерные конденсатоотводчики Таймерные конденсатоотводчики представляют собой соленоидный клапан, обычно нормально закрытый, запитываемый через программируемое реле времени. Настраиваются обычно два параметра - продолжительность сброса конденсата (например, на показанном справа конденсатоотводчике - в пределах 0,5...10 с) и интервал между сбросами (на фотографии - от 0,5 до 45 минут). С определенным интервалом реле времени подает ток на соленоидный клапан, на определенное время, в результате чего он открывается, и происходит вывод конденсата. При использовании таймерных конденсатоотводчиков возможны потери сжатого воздуха, возникающие из-за сложности подбора настраиваемых параметров, которая, в свою очередь, имеет место из-за колебаний в содержании влаги в атмосферном воздухе, а также из-за, в большинстве случаев, не всегда равномерного расхода сжатого воздуха. Особенности и преимущества/недостатки Таймерные конденсатоотводчики являются наиболее надежными из всех видов автоматических конденсатоотводчиков. Если Вы готовы смириться с определенными потерями сжатого воздуха, но, при этом, обеспечить максимальную надежность отведения конденсата, то таймерные конденсатоотводчики заслуживают самого пристального внимания. + Самые надежные автоматические конденсатоотводчики + Невысокая стоимость + Простая конструкция + Существуют версии на высокие давления (до 350 бар) - На практике, неизбежность потерь сжатого воздуха - Требуют наличия электропитания - Отсутствие функции подачи сигнала тревоги Компания ZANDER производит таймерные конденсатоотводчики серий Trap и CDV, как на «обычные» (до 16 бар) давления, так и в высокобарных исполнениях для давлений до 350 бар. Рис. 6.1. Внешний поплавковый конденсатоотводчик ZANDER тип ZB1D на циклонном сепараторе Рис. 6.2. Таймерный конденсатоотводчик ZANDER тип Trap 22 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 51 6.2.4. Электронные сенсорные конденсатоотводчики Сенсорные конденсатоотводчики, или электронные соленоидные конденсатоотводчики с контролем уровня с помощью датчика объема, являются одним из двух существующих типов электронных конденсатоотводчиков с контролем уровня. Конденсат поступает в конденсатосборник (2), где накапливается. Давление, имеющееся в конденсатосборнике, одинаково действует на диафрагму соленоидного клапана (5) как стороны конденсатосборника, так и сверху через компенсаторную линию (3) - поэтому, диафрагма лежит в седле клапана (7) и закрывает выход конденсата. При повышении уровня конденсата до Ni 2 , объемный сенсор (6) подает сигнал электронной системе управления, которая, в свою очередь, запитывает соленоидный клапан, в результате чего его поршень втягивается в корпус индукционной катушки. Соответственно, диафрагма поднимается, открывая выход конденсату. При сливе конденсата, его уровень понижается. Когда он понизится до Ni 1 , соленоидный клапан закрывается. В случае, если уровень конденсата не понижается, система управления инициирует повторрные циклы открыия/закрытия клапана, и если уровень конденсата по- прежнему не понижается, включает светодиодный индикатор тревоги. Сигнал тревоги также возможно передавать на удаленный терминал оператора (например, с выводом сигнала на лампу или зуммер). Особенности и преимущества/недостатки Объемные сенсорные конденсатоотводчики имеют надежный, отказоустойчивый принцип работы. Они совмещают в себе достоинство таймерных соленоидных конденсатоотводчиков (надежность слива конденсата) и поплавковых конденсатоотводчиков (контроль за уровнем конденсата, и исключение потерь сжатого воздуха). Конечно, таймерные конденсатоотводчики все равно превосходят сенсорные по степени отказоустойчивости, однако именно объемные сенсорные конденсатоотводчики, наряду с объемными конденсатоотводчиками с контролем уровня поплавком, обычно применяются тогда, когда предвидится наличие значительных количеств конденсата - например, при установке на воздушных ресиверах, рефрижераторных осушителях, магистральных фильтрах. Предпочтение перед таймерными конденсатоотводчиками отдается им потому, что они предотвращают потери сжатого воздуха. + Высокая степень надежности + Отсутствие потерь сжатого воздуха + Возможно отведение самого разного по вязкости конденсата + Наличие сигнала тревоги, и возможность удаленной его передачи - Требуют наличия электропитания Из работающих по данному принципу, мы предлагаем соленоидные объемные конденсатоотводчики Bekomat производства германской компании Beko. 6.2.5. Электронные конденсатоотводчики с контролем поплавком Электронные конденсатоотводчики с контролем уровня поплавком работают примерно так же, как и электронные сенсорные конденсатоотводчики . Отличие заключается в том, что в первом виде отводчиков для контроля за уровнем используется поплавок, перемещающийся по стержню с магнитным сердечником. Конденсат поступает в конденсатосборник (1), где накапливается. Давление, имеющееся в конденсатосборнике, одинаково действует на диафрагму соленоидного клапана (5) как стороны конденсатосборника, так и сверху через контрольную линию (7) - поэтому, диафрагма лежит в седле клапана и закрывает выход конденсата. Поплавок (2) перемещается по стержню с магнитным сердечником (3) вместе с уровнем конденсата. При повышении уровня конденсата до уровня 2, инициируется открытие соленоидного клапана и сливание конденсата через трубку (4). Поплавок опускается до уровня 1 - и соленоидный клапан закрывается. В случае, если уровень конденсата не понижается, система управления инициирует повторрные циклы открыия/закрытия клапана, и если уровень конденсата по-прежнему не понижается, включает светодиодный индикатор тревоги. Сигнал тревоги также возможно передавать на удаленный терминал оператора (например, с выводом сигнала на лампу или зуммер). Особенности и преимущества/недостатки Конденсатоотводчики с контролем уровня с посощью поплавка имеют надежный, отказоустойчивый принцип работы. Они совмещают в себе достоинство таймерных соленоидных конденсатоотводчиков (надежность слива конденсата) и поплавковых конденсатоотводчиков Рис. 6.3. Сенсорный конденсатоотводчик 1 = вход конденсата; 2 = конденсатосборник 3 = компенсаторная линия 4 = соленоидный клапан 5 = диафрагма клапана; 6 = объемный сенсор 7 = седло клапана; 8 = выход конденсата Рис. 6.4. Электронный конденсатоотводчик с контролем уровня поплавком 1 = конденсатосборник; 2 = поплавок 3 = сенсорный магнитный стержень 4 = сливная трубка; 5 = диафрагма клапана 6 = соленоидный клапан; 7 = контрольная линия Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 52 (контроль за уровнем конденсата, и исключение потерь сжатого воздуха). + Высокая степень надежности + Отсутствие потерь сжатого воздуха + Наличие сигнала тревоги, и возможность удаленной его передачи - Требуют наличия электропитания - При вязком, а также сильно загрязненном твердыми частицами конденсате, предпочтение стоит отдавать объемным сенсорным конденсатоотводчикам, т.к. в случае использования конденсатоотводчиков с контролем уровня поплавком существует опасность заклинивания поплавка. Из работающих по данному принципу, мы предлагаем соленоидные конденсатоотводчики Ecodrain производства компании ZANDER. 7. Расчет потребности в сжатом воздухе Первым шагом при подборе и расчете компрессорной системы является определение потребности в сжатом воздухе, и зависимой от нее необходимой производительности компрессора. Первым показателем, который требуется определить, является предполагаемое потребление сжатого воздуха. Для этого, вначале нужно выяснить потребление сжатого воздуха отдельными потребителями, просуммировать его, и откорректировать в соответствии с рабочими условиями. Необходимо учитывать вероятность утечек, а также, где это применимо, принимать во внимание фактор одновременности. 7.1. Потребление сжатого воздуха пневмоустройствами Зачастую, трудность при расчете общей потребностив с сжатом воздухе вызывает недостаток информации о потреблении сжатого воздуха отдельными потребителями. В этом разделе мы приводим некоторые ориентировочные данные, позволяющие примерно вычислить потребление сжатого воздуха. Данные, указанные в этом разделе, являются усредненными. По возможности, для определения расхода сжатого воздуха тем или иным устройством желательно пользоваться технической документацией фирмы-изготовителя. 7.1.1. Потребление сжатого воздуха соплами Потребление сжатого воздуха соплами зависит от следующих параметров: - Диаметр сопла. Чем больше диаметр, тем выше расход сжатого воздуха. - Рабочее давление. Чем выше давление, тем выше расход сжатого воздуха. - Форма сопла. Обычное, цилиндрическое сопло расходует значительно меньше сжатого воздуха, чем коническое сопло или сопло Лаваля. - Качество обработки поверхности. При высоком качестве обработки поверхности пропускного канала (ровная поверхность, без царапин и неровностей), то расход сжатого воздуха бедет выше. 7.1.1.1. Потребление сжатого воздуха цилиндрическими соплами Сопла с прямым цилиндрическим проточным каналом, создают значительные турбулентные завихрения в потое сжатого воздуха, что уменьшает скорость его движения. Расход сжатого воздуха цилиндрическими соплами сравнительно невысок. В таблице ниже указаны приблизительные значения расхода сжатого воздуха (в л/мин) цилиндрическими соплами, в зависимости от их диаметра и рабочего давления. Рабочее давление, бар (изб) Ø сопла, мм 2 3 4 5 6 7 8 0,5 8 10 12 15 18 22 28 1,0 25 35 45 55 65 75 85 1,5 60 75 95 110 130 150 170 2,0 105 145 180 220 250 290 330 2,5 175 225 280 325 380 430 480 3,0 230 370 400 465 540 710 790 Рис. 7.1. Пневматический пистолет Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 53 7.1.1.2. Потребление сжатого воздуха окрасочными пистолетами Краска, наносимая на поверхности с помощью окрасочного пистолета, должна ложиться ровно, без образования подтеков. Поэтому, сопла окрасочных пистолетов проектируются таким образом, чтобы поток воздуха, выходящий через них, был минимально турбулентным и имел высокую скорость движения. Последствие - высокий расход сжатого воздуха, значительно превышающий расход обычными цилиндрическими соплами. Расход сжатого воздуха окрасочными пистолетами зависит не только от рабочего давления и диаметра сопла, но также и от его типа - плоское или круговое сопло. В таблице ниже показан типичный расход сжатого воздуха окрасочными пистолетами с плоскими соплами, в л/мин. Рабочее давление, бар (изб) Ø сопла, мм 2 3 4 5 6 7 8 0,5 100 115 135 160 185 - - 0,8 110 130 155 180 255 - - 1,0 125 150 175 200 240 - - 1,2 140 165 185 210 250 - - 1,5 160 180 200 225 260 - - 1,8 175 200 220 250 280 - - 2,0 185 210 235 265 295 - - 2,5 210 230 260 300 340 - - 3,0 230 250 290 330 375 - - В таблице ниже показан типичный расход сжатого воздуха окрасочными пистолетами с круговыми соплами, в л/мин. Рабочее давление, бар (изб) Ø сопла, мм 2 3 4 5 6 7 8 0,5 75 90 105 - - - - 0,8 85 100 120 - - - - 1,0 95 115 135 - - - - 1,2 110 125 150 - - - - 1,5 120 140 155 - - - - 7.1.1.3. Потребление сжатого воздуха скоростными соплами В таблице ниже показан типичный расход сжатого воздуха окрасочными пистолетами со скоростными соплами, в л/мин. Рабочее давление, бар (изб) Ø сопла, мм 2 3 4 5 6 7 8 3,0 300 380 470 570 700 - - 4,0 450 570 700 840 1000 - - 5,0 640 840 1050 1270 1500 - - 6,0 920 1250 1600 1950 2200 - - 8,0 1800 2250 2800 3350 4000 - - 10,0 2500 3200 4000 4800 6000 - - Рис. 7.2. Окрасочный пистолет Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 54 7.1.2. Потребление сжатого воздуха пневмоцилиндрами Пневматические цилиндры широко используются в промышленности в автоматизации производственных процессов. При расчете потребления пневмоцилиндром сжатого воздуха, следует делать различия между двумя типами цилиндров: - Одноходовыми, в которых сжатый воздух используется только для совершения рабочего хода, а обратный ход осуществляется под действием пружины. - Двухходовыми, в которых сжатый воздух используется для перемещения поршня как при рабочем ходе, так и при возврате. Соответственно, расход сжатого воздуха такими пневмоцилиндрами вдвое превышает расход его одноходовыми. Потребление сжатого воздуха пневматическим цилиндром рассчитывается по формуле , где q - расход сжатого воздуха [л/мин] d - диаметр поршня [дм] S - ход поршня [дм] p - рабочее давление [бар абс.] a - число циклов [мин -1 ] b - коэффициент 1 для одноходовых цилиндров, 2 для двухходовых Пример расчета Необходимо рассчитать расход сжатого воздуха одноходовым пневмоцилиндром с диаметром поршня 100 мм (1 дм). Рабочее давление цилиндра составляет 6 бар (изб), т.е. 7 бар (абс). Ход поршня составляет 130 мм (1,3 дм), а кол-во циклов в минуту - 47. 7.1.3. Потребление сжатого воздуха пневмоинструментом Практически на любом промышленном предприятии используется пневмоинструмент, на долю которого иногда приходится значительная часть общего потребления сжатого воздуха. В таблице ниже показан типичный расход сжатого воздуха для наиболее часто встречающихся видов пневмоинструмента. Обычным рабочим давлением пневматического инструмента является 6 бар (изб), для которого и указаны расходы. Однако, существуют некоторые модели, нуждающиеся и в большем давлении сжатого воздуха - в этом случае, разумеется, при прочих равных увеличивается и расход сжатого воздуха. Тип пневмоинструмента Расход, л/мин Пневматическая дрель Ø до 4 мм Ø от 4 до 10 мм Ø от 10 до 32 мм 200 200...450 450...1750 Винтовой автомат M3 M4...M5 M6...M8 180 250 420 Шуруповерт M10...M24 200...1000 Машинка для шлифовки углов 300...700 Вибрационная шлифовальная машинка лист ¼ лист 1/3 лист ½ 250 300 400 Ременная шлифовальная машинка 300...400 Рис. 7.3. Зажимное устройство с пневмоцилиндром Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 55 Ручная шлифовальная машинка Цанговый патрон Ø 6...8 мм Цанговый патрон Ø 8...20 мм 300...1000 1500...3000 Заклепочная машинка 10...60 Машинка для забивания гвоздей 50...300 Лобзик (по дереву) 300 Ножницы (для пластика/текстиля) 250...350 Ножницы по металлу 400...900 Машинка для удаления ржавчины 250...350 Игольчатая машинка для удаления ржавчины 100...250 Легкий универсальный молот Заклепочный и отбойный молот Легкий молот с остроконечным бойком Тяжелый молот с остроконечным бойком Пневмолопата Бурильный молот 150...380 200...700 650...1700 ...3000 900...1500 500...3000 7.2. Расчет потребления сжатого воздуха Расчет потребления сжатого воздуха заключается в сложении потребления сжатого воздуха отдельными устройствами и агрегатами. При этом, необходимо принимать во внимание и некоторые уточняющие коэффициенты. 7.2.1. Среднее время работы В некоторых случаях, отдельные потребители расходуют сжатый воздух не все время. Например, ручной пневмоинструмент, на практике, никогда не используется постоянно, а включается и выключается время от времени. Поэтому, для более точного расчета потребления, следует учитывать не номинальный расход сжатого воздуха отдельным потребителем, а средний расход. Для определения среднего расхода следует, вначале, определить среднее время работы, что можно сделать, используя несложную формулу, приведенную ниже: , где UR - среднее время работы [%] T U - время работы [мин] T R - общее время для расчета [мин] Например, если полуавтоматический шуруповерт используется в течение 25 минут каждого часа, то среднее время его работы будет составлять 41,6%. Разумеется, среднее время работы пневмоинструмента практически никогда нельзя определить точно. 7.2.3. Пример расчета расхода сжатого воздуха При расчете потребления сжатого воздуха, следует всегда разделять потребителей на две группы: - Автоматические потребители - Инструментальные потребители 7.2.3.1. Автоматические потребители Автоматические потребители - это такие устройства, расходующие сжатый воздух, которые работают постоянно, или же в рамках длительных циклов. К таковым относятся автоматически работающие пневмоцилиндры и оборудование, и, наоборот, не относится ручной пневмоинструмент. Расход сжатого воздуха автоматическими потребителями должен быть рассчитан отдельно, исходя из их номинального расхода сжатого воздуха. Среднее время работы этого класса потребителей надлежит принимать за 100%. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 56 Расход сжатого воздуха всегда указывается производителями оборудования, будучи приведенным к условиям всасывания, поэтому на данном этапе рабочее давление потребителей во внимание не принимается. Автоматические потребители Рабочее давление, бар (изб) Кол-во агрегатов Q, шт Индивидуальный расход q л/мин Q x q, л/мин Пневмоцилиндр 6 2 336 672 Прочее 5 1 310 310 Общий расход, л/мин: 982 7.2.3.2. Инструментальные потребители Устройства, расходующие сжатый воздух циклически и использующиеся непостоянно, могут учитываться в расчетах расхода сжатого воздуха с применением поправочных коэффициентов - среднего времени работы и фактора одновременности. К подобным устройствам относится, прежде всего, ручной пневмоинструмент, и, поэтому, мы условно называем их инструментальными потребителями. Инструментальные потребители Рабочее давление, бар (изб) Среднее время работы UR, % Кол-во агрегатов, шт Индивидуальный расход л/мин Q x q x UR / 100, л/мин Окрасочный пистолет Ø1,5мм 3 40 1 180 72 Пневмопистолет Ø1,0мм 6 10 3 65 19,5 Шуруповерт M10 6 20 3 200 120 Дрель Ø20мм 6 30 1 700 210 Шлифовальная машинка Ø1,5мм 6 40 2 500 400 Общий расход T, л/мин: 821,5 Фактор одновременности (10 устройств) f: 0,71 Итого оцениваемое потребление T f = T x f, л/мин: 583,3 7.2.3.3. Общее потребление Суммарное потребление сжатого воздуха устройствами, показанными в этом примере, складывается из потребления сжатого воздуха автоматическими и инструментальными потребителями, и составляет T´' = 982 л/мин + 583,3 л/мин = 1563,3 л/мин - или, приблизительно, 1,57 м³/мин. Однако, это суммарное потребление еще не является основанием для вычисления необходимой производительности компрессора. Необходимо также учесть возможность утечек в пневмосети, предусмотреть резерв, и сделать поправку на неточность расчетов. 7.2.4. Поправки на утечки и резервы В дополнение к определенному расходу сжатого воздуха, при выборе производительности компрессора нужно также предусмотреть возможные утечки в пневмосети и резервы. Утечки v [%] Утечки могут иметь место в самых разных частях системы сжатого воздуха. В новых пневмосетях они обычно невелики, и не превашают 5% от общего расхода сжатого воздуха. Однако, в старых обширных сетях сжатого воздуха, по мере износа трубопроводов, а также потребляющего оборудования, объем утечек может достигать 25%. Резервы r [%] Резервы следует предусматривать в двух основных случаях: - При наличии обоснованных предположений о последующем увеличении потребления сжатого воздуха, которое может вызвать появление новых потребителей или увеличение среднего времени работы старых. - Тогда, когда требуется полностью исключить уменьшение объема производимого сжатого воздуха, которое может быть вызвано, например, выходом из строя одного или нескольких компрессоров. Также, необходимо помнить о том, что любой компрессор нуждается и в плановых остановках для проведения технического обслуживания - пусть, обычно, и непродолжительных. В случае, если снабжаемое оборудование безостановочно и круглосуточно нуждается в сжатом воздухе, нужно принимать это во внимание при планировании компрессорной системы. Ошибки при расчетах e [%] Даже при самом тщательном расчете потребления приведенными в предидущих главах методами, в получаемых значениях почти всегда присутствуют ошибки. Ошибки эти могут быть вызваны часто неизвестными точно значениями расхода сжатого воздуха отдельными потребителями, ошибочной калькуляцией среднего времени их работы (в случае, если таковое принималось во внимание), непродуманным применением коэффициента одновременности, и другими факторами. В общем случае, дешевле бывает изначально признать вероятность ошибки, чем впоследствии расширять производство сжатого воздуха. Обычно, разумной поправкой на ошибки является 5-15%. 7.2.5. Необходимая производительность Основываясь на определенном ранее общем потреблении сжатого воздуха , можно вычислить желательную производительность компрессора, с учетом поправок на утечки, резервы и ошибки при расчетах, по следующей формуле: Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 57 , где L B - необходимая производительность компрессора [м³/мин] T´ - расчетное общее потребление [м³/мин] v - оцениваемый объем утечек [%] r - оцениваемый объем резервов [%] e - поправка на ошибки в расчетах [%] Таким образом, если расчетное потребление сжатого воздуха составляет 1,565 м³/мин, а заложенные поправки на утечки, резервы и ошибки соответственно 5, 10 и 15%, необходимая производительность компрессора будет составлять 2,035 м³/мин. 7.3. Утечки сжатого воздуха Утечки сжатого воздуха - это расход сжатого воздуха без выполнения работы. В некоторых случаях, объем утечек сжатого воздуха может доходить до 25% от производительности компрессоров. Наиболее распространенными, но не единственными, причинами утечек являются: - пропускающие сжатый воздух запорные клапаны - негерметичные резьбовые и фланцевые соединения - негерметичные сварные швы и пайка - поврежденные шланги и негерметичные соединения - дефектные соленоидные клапаны - неисправные конденсатоотводчики - негерметичность во вспомогательном оборудовании 7.3.1. Стоимость утечек сжатого воздуха Места утечек можно рассматривать как своего рода сопла, пусть, часто, и неправильной формы. 24 часа в сутки через эти «сопла» под давлением в атмосферу выходит воздух. Обычно, места утечек не преставляют опасности для здоровья человека, однако энергия, затрачиваемая воздушным компрессором на производство сжатого воздуха для компенсации падения давления, вызываемого утечка, может обойтись предприятию в значительную сумму. Примеры В таблице ниже показано, сколько воздуха будет потеряно при рабочем давлении 8 бар (изб), если в пневмосети происходит утечка сжатого воздуха через отверстие определенного диаметра, а также, в какие энергетические и, соответственно, финансовые потери это выльется в течение года (условно = 8000 часам). Стоимость электроэнергии принята за 1,20 рублей/кВт-ч. Диаметр отверстия Потери Наглядно мм Утечки при p = 8 бар (и), л/мин Энергетические, кВт в час Финансовые, рублей в год 1 75 0,6 5760 1,5 150 1,3 12480 2 260 2,0 19200 3 600 4,4 42240 4 1100 8,8 84480 5 1700 13,2 126720 7.3.2. Определение и расчет утечек сжатого воздуха Первое, что нужно сделать, приступая к минимизации утечек, это определить их объем. Существует два основных способа сделать это. Расчет утечек сжатого воздуха через опорожнение воздушного ресивера и Расчет утечек сжатого воздуха через подсчет продолжительности интервалов работы компрессора 7.3.2.1. Расчет утечек через опорожнение ресивера Самым простым способом расчета объема утечек сжатого воздуха V´ L является опороженние воздушного ресивера. При использовании этого способа все потребители сжатого воздуха отключаются от компрессорной сети. Также, выключается и компрессор - конечно, совсем не обязательно перекрывать подачу сжатого воздуха от компрессора краном, как показано на рисунке - достаточно выключить его. Затем, засекается время t, за которое давление в ресивере снизится с уровня p S до уровня p F . Разумеется, предполагается, что объем ресивера V T известен проводящему эксперимент. Расчетные данные закладываются в следующуюю формулу: , где V´ L - объем утечек [л/мин] Рис. б/н. 1 - компрессор выключен Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 58 V T - вместимость ресивера [л] p S - давление в ресивере на время начала измерений [бар] p F - давление в ресивере на время завершения измерений [бар] t - продолжительность периода измерений [мин] Примечание: этод метод расчета пригоден для систем сжатого воздуха с относительно небольшим, по отношению к объему воздушного ресивера, объемом трубопроводов. В этом случае, объемом трубопроводов можно пренебречь. Если же объем трубопроводов достаточно велик, увеличить точность измерений можно, рассчитав объем трубопроводов по формуле вычисления объема цилиндра. Пример расчета В системе сжатого воздуха имеется ресивер вместимостью 1000 л. В течение 2 минут после отключения от системы сжатого воздуха всех потребителей и компрессоров, давление в ресивере падает с 8 до 7 бар. Итак, в данном случае объем утечек составляет 500 л/мин. 7.3.2.2. Расчет утечек через время работы компрессора Еще один способ расчета объема утечек сжатого воздуха V´ L основывается на замерении времени работы компрессора в режиме под нагрузкой. Этот метод может быть использован, если компрессор работает в повторно-кратковременном режиме или в постоянном режиме с возможностью холостого хода, но сложен в применении, если производительность компрессора регулируется. Для проведения оценки объема утечек по этому методу все потребители предварительно отключаются от сети сжатого воздуха. Утечки вызывают расход сжатого воздуха, и давление в компрессорной сети падает. Компрессор периодически восполняет этот расход, включаясь/выключаясь или переходя из режима холостого хода в рабочий режим и обратно. В течение времени T, измеряется продолжительность тех промежутков времени t, в которые компрессор сжимает сжатый воздух. Эти значения суммируются в Σt. Для получения реалистичного результата, необходимо, чтобы измерения проводились по меньшей мере в течение 5 циклов нагрузки/разгрузки компрессора (чем дольше будет период измерений и чем больше раз компрессор за этот период переключится в режим работы под нагрузкой - тем более приближен к реальности будет полученный результат). Для расчета утечек по этому методу используется следующая формула: , где V´ L - объем утечек [л/мин] V´ - производительность компрессора [л/мин] Σt - общее время работы компрессора под нагрузкой = t 1 +t 2 +t 3 +t 4 +t 5 +t n [с] T - продолжительность измерений [с] Пример расчета Компрессор с эффективной объемной производительностью V´=1650 л/мин работал в течение T=180 с (все потребители были, конечно, отключены). За это время, компрессор переходил в режим работы под нагрузкой 5 раз, и суммарное время его наработки под нагрузкой за этот период Σ составило 30 c. Итак, в данном случае объем утечек составляет 275 л/мин. 7.3.3. (НЕ)допустимость утечек К сожалению, на практике, в обычных компрессорных сетях утечки неизбежны. Устранение утечек не всегда сводится только к замене уплотнений и подтягиванию резьбовых и фланцевых соединений. Иногда, для устранения утечек требуются и более дорогостоящие мероприятия, причем иногда сомнение вызывает сама целесообразность устранения утечек, т.к. средства, которые потребовались бы для устранения утечек, превышали бы извлеченную из такового экономию. Поэтому, во многих случаях целесообразно стремиться не к полному устранению, а к минимизации утечек, при сохранении затрат на это в разумных пределах. Принято считать, что приемлемыми являются следующие процентные значения объема утечек (от общего расхода сжатого воздуха): - до 5% для небольших компрессорных сетей - до 7% для средних компрессорных сетей - до 10% для крупных компрессорных сетей - до 13-15% для сверхбольших компрессорных сетей (например, на крупных металлургических предприятиях, в верфях и т.д.) Рис. б/н. V´ = 1,650 л/мин Σt = 30 с T = 180 c Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 59 7.3.4. Меры для сокращения утечек Работники предприятия должны сообщать непосредственному руководству об имеющихся и вновь появляющихся повреждениях трубопроводов и их соединений, а также об утечках другого характера. Эти утечки должны немедленно устраняться. Если наблюдение и контроль за состоянием компрессорной сети ведется на постоянной основе, впоследствии, как правило, не возникает необходимости проводить дорогостоящую реконструкцию. Обычно, места утечек довольно легко найти. Крупные утечки часто можно заметить на слух. Однако, небольшие и мелкие утечки поддаются идентификации значительно хуже. В этих случаях, соединения, ответвления, клапаны и прочие части пневмосети, где обычно и возникают утечки, должны быть проверены более тщательно, путем нанесения на их повержности специального состава для проверки утечек, или просто мыльной воды, и проверки возникновения пузырьков. Другим, более современным и технологичным способом нахождения мелких утечек, является использование ультразвукового детектора утечек. Такие устройства сигнализируют оператору об обнаружении характерных для утечек звуковых волн в ультразвуковом диапазоне. 7.3.5. Реконструкция компрессорной сети В случае, если оцененный объем утечек явно превышает принятые максимально допустимые пределы, следует рассмотреть возможность проведения реконструкции сети сжатого воздуха. Основными мерами, которые предпринимаются в ходе проведения реконструкции, являются следующие: - Подтяжка негерметичных соединений и/или замена уплотнений - Иногда, замена негерметичных соединений - Замена негерметичных шлангов, вместе с их присоединительными штуцерами - Ликвидация утечек из труб с помощью сварки или пайки (последнее помогает не всегда) - Усовершенствование некачественных или физически изношенных систем отвода конденсата - частой причины значительных по объему утечек. Всегда, когда это возможно, следует заменять поплавковые конденсатоотводчики на таймерные или контролирующие уровень конденсата. В свою очередь, всегда, когда это желательно, следует заменять таймерные конденсатоотводчики на контролирующие уровень (иногда, правда, некоторые Пользователи предпочитают смириться с определенными утечками, но обеспечить макимальную надежность отвода конденсата - тогда, разумеется, лучшим выбором для них являются таймерные конденсатоотводчики). - Усовершенствование системы подготовки сжатого воздуха: новые и лучшие осушители и фильтры сжатого воздуха смогут удалить из сжатого воздуха влагу, компрессорное масло и твердые частицы, присуствие которых ускоряет появление утечек. - Проверка соленоидных клапанов. Если это возможно, всегда следует отдавать предпочтение нормально закрытым соленоидным клапанам. - Прочистка или замена старых трубопроводов. Старые трубы часто имеют на своих внутренних поверхностях значительные отложения твердых частиц, смешанных с вязким и трудноудалямым пастообразным обезвоженным конденсатом, при этом, эти отложения влияют на свойства потока, приводя к увеличению его турбулентности, что в итоге оборачивается падением давления. - Проверка соединений труб. Уменьшение площади сечения пропускного канала приводит к росту падения давления. - Тогда, когда это возможно, следует временно отключать неиспользующиеся сегменты компрессорной системы. |