Основні принципи та розрахунки побудови пневмоліній

Пневмолінія стисненого повітря на підприємствах повинна працювати як повноцінна та ефективна система, проте найчастіше саме при проектуванні та монтажі пневмоліній відбувається величезна кількість помилок, через що конструкція втрачає ефективність і стає збитковою.

Завдання цієї статті – допомогти уникнути типових помилок при проектуванні та монтажі пневмоліній, як наслідок економії Ваших коштів.

Пневмолінія – система, що служить постачання стисненим повітрям робочих зон підприємства. До її складу входять: компресор (центральна частина), ресивер, охолоджувачі, дренажні пристрої для видалення вологи, фільтри для очищення повітря, трубопровід, різні сполучні фітинги та арматура.

При виборі компресорів часто виникає питання: придбати один потужний компресор і від нього провести розгалужену мережу до різних споживачів або на кожній робочій ділянці встановити свій невеликий компресор. Кожна схема має свої переваги і недоліки.

зменшують споживання енергії;
вимагають менше витрат на поточний контроль та технічне обслуговування;
зменшують необхідну площу;
відрізняються легкістю у забезпеченні шумоізоляції та підборі обладнання.

Система з децентралізованими компресорами:

дозволяє створити простішу систему стисненого повітря;
різко знижує втрати стисненого повітря та виявляється дешевшою в експлуатації;
для кожного споживача може бути встановлений компресор з необхідним тиском та продуктивністю;
невеликі компресори не вимагають фундаментів, що спрощує та здешевлює їх установку та пуско-налагоджувальні роботи.

Рішення укористь централізованої чи децентралізованої установки компресорів краще прийняти після детального аналізу системи розподілу повітря: довжини повітряної магістралі, можливості встановлення ресиверів, втрат тиску, витоків, загального обсягу споживання та характеру споживання стисненого повітря окремими частинами виробництва.

Підготовка повітря

Найважливіший елемент будь-якої пневмомережі - блок підготовки повітря. Якщо стиснене повітря містить забруднення, що вступають у контакт із кінцевим продуктом або інструментом, вся продукція може виявитися забракованою, а рішення заощадити на устаткуванні завдасть лише збитків. Тому якість повітря необхідно контролювати. Для відділення вологи та пилу використовують різні фільтри та осушувачі. Після очищення повітря цілком придатне для фарбувальних робіт, проте воно непридатне для пневмоінструменту. Адже для його нормальної роботи в повітрі має бути певна кількість олії. Для цього перед ділянкою з інструментами, що вимагають мастила, встановлюються лубрикатори – пристрої для подачі олії у потік стисненого повітря.

Підготовка повітря включає такі елементи:

Кінцевий охолоджувач – теплообмінник, який охолоджує гаряче стиснене повітря виділення з нього вологи. Розташовується в компресорі або відразу за ним;
Ресивер, де відбувається часткове охолодження повітря та відділення деякої кількості вологи та олії;
Сепаратор, де за рахунок закрутки потоку відбувається відбій великих крапель олії та води;
Система з пилових фільтрів для уловлювання різних за розміром частинок;
Холодильний осушувач для видалення залишкової вологи;
Олійний фільтр, якщо використовуються масляні компресори.

Ця схема забезпечує комплекснуочищення повітря від вологи, пилу та олії. Остаточну підготовку повітря рекомендується проводити безпосередньо перед споживачами. Для цієї мети використовуються фільтри-вологомаслоотделители, регулятори тиску (для встановлення необхідного робочого тиску) і дозатори мастила (лубрикатори).

Яким чинникам треба приділити особливу увагу під час побудови пневмолінії?

Почати слід із вибору матеріалу для трубопроводу. Зазвичай застосовують сталь, алюміній чи пластик. Кожен матеріал має свої переваги і недоліки: сталеві труби відрізняються міцністю і непроникністю для кисню, але важкі і схильні до корозії. Алюміній позбавлений цих недоліків, проте дуже дорогий. Пластик (використовуються різні його види) зручний при створенні мобільних пневмоліній, тому що пластиковий трубопровід можна легко наростити або пересунути. Однак велика ймовірність його випадкового пошкодження, а також він сильно схильний до температурного розширення.

Вкрай важливо від початку встановити труби правильного діаметра. Тиск у магістралі плавно зменшується по всій її довжині. Опір пневмолінії тим вищий, що менше її діаметр, і за його зниженні стрімко зростає.

Наступний важливий пункт – ухил трубопроводу. Встановлення труб під неправильним ухилом призведе до того, що в них накопичуватиметься конденсат, а це може призвести або до корозії труб та поломки фільтрів, або до того, що якість стисненого повітря не буде відповідати вимогам.

Поза приміщенням магістральні трубопроводи слід укладати на глибині, що виключає промерзання грунту, з ухилом 0,5% і оснастити водовідділювачами, розташованими також в зоні, що незамерзає. Усередині приміщення труби прокладають по стінах чи стелі. Тут основною вимогою є зручністьконтролю, технічного обслуговування та зливу конденсату.

Для зменшення падіння тиску довжина шлангів-відводів має бути мінімальною. Знайте, що сполучні роз'єми різних виробників не стикуються між собою.

Для подальшого обслуговування та ремонту необхідно встановлювати запірні крани, щоб мати можливість оперативно відключати всю ділянку та проводити роботи. Усі тупикові закінчення пневмолінії мають бути обладнані дренажами для відведення води. Пневмолінія повинна по можливості утворювати замкнутий контур – це зменшує падіння тиску найбільш віддалених точках трубопроводу.

Перед пуском системи в експлуатацію необхідно перевірити відповідність системи чинним вимогам техніки безпеки. Повітропровід слід відчувати на тиск, що в 1,3 рази перевищує нормальний робочий тиск повітря.

2- повітряний фільтр

3 – сепаратор циклонного типу

5 – зливний кран ресивера

6 - попередній фільтр з конденсатовідвідником

8 – проміжний фільтр з конденсатовідвідником

9 – маслоуловлюючий фільтр

10 – вугільний фільтр

Вибір компресора

Вибір компресора – найважливіший момент у встановленні пневмолінії. Щоб придбати оптимальний за типом і потужністю компресор, слід звернути увагу на деякі критерії:

1. планований режим роботи;

2. якість стиснутого повітря;

3. максимальний робочий тиск;

4. об'ємна витрата повітря.

Для непостійної роботи або якщо розрахункове споживання повітря менше 1500 л/хв, вигідніше придбати поршневий компресор, тому що він значно дешевше в експлуатації. Для постійної інтенсивної роботи краще підходить гвинтовий. Він має високу питому потужність,пристосований до тривалих високих навантажень, потужніший і довговічніший, ніж поршневий, проте на порядок дорожчий за нього.

Крім того, слід враховувати, що компресор може бути встановлений у робочій зоні лише за умови, що рівень його звукового тиску не перевищує 85 дБ. Компресори з приводними двигунами потужністю понад 100 кВт повинні встановлюватися в окремих приміщеннях, але встановлення пристрою там, де воно погано охолоджуватиметься, приведе до швидкої його поломки.

Методика розрахунку під час вибору компресора

1. Розрахунок споживання повітря:

G = G1×k1 + G2×k2 + … + Gn×kn,

G – загальне споживання повітря, л/хв;

G1, Q2, … Gn – споживання повітря кожною одиницею пневмообладнання, л/хв;

k1, k2, ... kn - Коефіцієнти використання обладнання, що показують, яку частку часу використовується інструмент. Наприклад, якщо інструмент працює 30 хв щогодини, його коефіцієнт складе 30/60 = 0,5.

Припустимо, на виробництві є три споживачі повітря: ударний гайковерт (витрата повітря 450 л/хв, робочий тиск 6,5 бар, коефіцієнт використання 0,2), шліфувальна машинка (витрата повітря 430 л/хв, робочий тиск 6,5 бар, коефіцієнт використання 0,6) та шуруповерт (витрата повітря 170 л/хв, робочий тиск 6 бар, коефіцієнт використання 0,3). Тоді загальна потреба у стислому повітрі становитиме:

G = 450×0,2+430×0,6+350×0,3 = 90 + 258 + 18 = 453 л/хв.

Іноді доцільно мати деякий запас продуктивності, щоб у подальшому при розширенні виробництва та збільшення кількості споживачів повітря не довелося змінювати компресор. Збільшимо отриману витрату на 15%:

G1 = 453×1,15 = 520,95 л/хв.

2. Далі враховується можливість одночасної роботи всього устаткування. Вонавизначається коефіцієнтом синхронності роботи устаткування. Якщо ви використовуєте один інструмент, коефіцієнт синхронності дорівнює 1, якщо 10 - то 0,71. Інші значення займають проміжне значення. Для трьох споживачів коефіцієнт синхронності становитиме 0,9. Таким чином:

G2 = 520,95×0,9 = 469 л/хв.

3. Значення продуктивності компресорів відрізняється на вході та на виході. Найчастіше виробники вказують вхідну величину, яка, природно, більша за реальну. Щоб її розрахувати і не помилитися у виборі компресора, необхідно використати таку формулу:

b - коефіцієнт запасу продуктивності, що залежить від класу компресора та максимального тиску.

Максимальний тиск, необхідний споживачами, становить 6,5 бар. До цього значення слід додати падіння тиску на шляху руху стисненого повітря. Припустимо, що загальне падіння тиску на осушувачі, фільтрах та трубопроводі не перевищує 1,5 бар. Тоді компресор підходить з максимальним робочим тиском 8 бар. При цьому тиск для професійного класу компресора коефіцієнт запасу продуктивності складе 1,5. Тому вхідна продуктивність компресора становитиме:

Gвх = 469×1,5 = 703,5 л/хв.

Таблиця визначення коефіцієнта запасу продуктивності b

4. Проводимо розрахунок обсягу ресивера за формулою:

V(л) = (Q*t*Кпр) / (60*ΔP),

ΔP – діапазон регулювання тиску в ресивері (хв. значення – 2 бар);

t - допустимий час (сек), за який тиск у ресивері падає від максимального до мінімального (рекомендується від 30 сек і більше залежно від вимог до пневмомережі);

Кпр - коефіцієнт продуктивності компресорної головки (для одноступінчастих - 0,65, для двоступінчастих -0,75).

Різниця між мінімальним і максимальним тиском в ресивері становить 2 бар, тобто при досягненні тиску в ресивері 6 бар компресор включається в роботу. При цьому час, за який тиск у ресивері падає від максимального до мінімального (час відпочинку компресора), приймаємо рівним 40 с, щоб компресор не перегрівався і не працював на знос:

V(л) = (469 * 40 * 0,65) / (60 × 2) = 102 л.

5. Для визначення діаметра трубопроводу враховуємо втрати від кожного «місцевого опору» (фітинги, крани тощо) методом еквівалентної довжини труби. Іншими словами, існують залежності, що показують, скільки метрів необхідно додати до довжини прямолінійної ділянки трубопроводу при встановленні кожного фітинга, крана і т. д. Спочатку по довжині трубопроводу та витраті повітря зі спеціальних таблиць вибирається початковий діаметр труби. Далі проводиться підрахунок всіх фітингів і з допомогою таблиці перекладу визначається, наскільки необхідно збільшити довжину основного трубопроводу. На останньому етапі повторно, з використанням нової довжини перевіряємо, чи підходить обраний нами діаметр. Якщо ні – слід збільшити.

Якщо у вас вже є компресор, який не забезпечує ваших потреб, то:

1. Експериментально визначаємо найменше значення t - час (сек), за який тиск у ресивері падає від максимального до мінімального (час між зупинкою та включенням компресора);

2. Розраховуємо реальне споживання повітря за формулою:

V – об'єм ресивера (л);

ΔP – діапазон регулювання тиску в ресивері (хв. значення – 2 бар);

Кпр – коефіцієнт продуктивності компресорної головки (для одноступінчастих – 0,65, для двоступінчастих – 0,75).

3. Розраховуємотеоретичне споживання повітря для всіх споживачів (користуємося першою формулою) і порівнюємо теорію і практику: якщо вам необхідно більше стисненого повітря, то підбираємо новий компресор або ресивер.