Системы сжатого воздуха
14.11.2021
Конструкция установки
Для начала необходимо определить тип компрессора, который следует установить.
Винтовые компрессоры являются наиболее универсальными в применении устройствами.
- Непрерывное потребление. Винтовые компрессоры подходят для систем с непрерывным потреблением без резких перепадов в нагрузке. Они могут быть использованы в качестве машин, несущих базовую нагрузку в системе сжатого воздуха.
- Высокая производительность. Компрессоры подходят для экономичного использования в системах, где требуется высокая производительность. Двухступенчатый компрессор обеспечивает примерно на 15% больше мощности при том же количестве потребляемой электроэнергии по сравнению с одноступенчатым винтовым компрессором. (маслозаполненный)
- Винтовой компрессор может быть использован вместе со сверхчувствительными пользовательскими устройствами.
- Винтовые компрессоры работают эффективно с конечным давлением сжатия от 5 до 14 бар изб. Обычно рабочее давление составляет 7, 8, 10 и 13 бар изб. Примерно 50% компрессоров работают с рабочим давлением 7 бар изб. или меньше и устанавливаются в качестве дополнительного к винтовому компрессору.
Поршневые компрессоры, как правило, применяются в легкой промышленности или для специальных областей применения. Часто могут дополнять винтовой компрессор.
- Периодическое потребление. Эти компрессоры подходят для использования в системах с нерегулярным расходом сжатого воздуха. Их можно использовать для выравнивания давления в компрессорной системе.
- Низкая производительность. Эти компрессоры подходят для систем с низкой производительностью.
- Обычно у этих компрессоров большой перепад давления, чтобы снизить циклы сжатия. (давление отключения-20%)
- Поршневые компрессоры могут сжимать воздух при высоком давлении. Нормальное рабочее давление составляет 8, 10, 14, 30 и 35 бар.
Следующим шагом при определении размера компрессора с соответствующим ресивером сжатого воздуха и продуктами для обработки воздуха будет установка давления отключения компрессора. В основе максимального давления (давление отключения) лежит разность циклов (давление отключения-давление включения) управления компрессором и максимальное рабочее давление устройств-потребителей. Также необходимо учитывать общую потерю давления в воздушной системе.
Ресивер влажного сжатого воздуха (ресивер перед осушителем) всегда будет колебаться между давлением включения и отключения. Давление включения должно быть выше, чем рабочее давление нижестоящих устройств потребителей. В системе сжатого воздуха всегда будет потеря давления, поэтому необходимо учитывать потерю давления в различных компонентах. При определении давления нагнетания (давления отключения компрессора) необходимо учитывать следующие значения.
- Пневматическая трубопроводная сеть — сеть должна быть спроектирована таким образом, чтобы общий перепад давления не превышал 0,1-0,3 бар.
- Обработка сжатого воздуха — абсорбционные осушители с фильтрацией могут иметь потерю давления 0,8 бар. Обычно в осушителе охлаждающего воздуха падение давления составляет 0,3 бар. Падение давления возникает при прохождении потока через устройство. Если осушитель большого размера, перепад давления будет ниже по сравнению с осушителем небольшого размера.
- Подготовка сжатого воздуха фильтрами и сепараторами — фильтры могут приводить к падению давления на 0,6 бар. В новом фильтре падение давления составляет не менее 0,14 бар. Пылевые фильтры, как правило, имеют немного меньший перепад давления — около 0,07 бар. Со временем перепад давления на фильтре будет увеличиваться из-за загрязнения фильтра.
- Заданные значения компрессора могут варьироваться, поскольку чем шире диапазон значений, тем больше потенциального запаса энергии. Компрессоры Ingersoll Rand, работающие в режиме онлайн/автономном режиме, имеют минимальный дифференциал 0,7 бар. Это значение можно увеличить с шагом 0,1 бар на панели управления контроллера IntelliSys. Поршневые компрессоры, как правило, имеют стандартные значения. Давление отключения менее 20%.
- В пневматической системе со временем может возникнуть падение давления. Это необходимо на случай непредвиденных обстоятельств, чтобы избежать потери производительности. Потеря давления должна быть определена на точке разгрузки, а не на точке нагрузки.
Критическим давлением в пневматической системе является давление спроса P5. Если это давление будет ниже допустимого, риск за осуществление дальнейшего производства является ответственностью пользователя. В этом случае ответственный оператор компрессорной установки может включить дополнительные компрессоры.
Ниже представлена типичная схема системы с одним компрессором. Размер ресивера сжатого воздуха обычно составляет 10% от объема компрессора.
Падение давления в такой системе может достигать 1 бар изб. Здесь падение давления составляет 0,2 бара на каждом фильтре и 0,2 бара на осушителе.
При изучении данного курса может возникнуть вопрос, какие значения компрессора необходимо задать, если давление пользователя P5 равно 6 бар? Давление включения должно быть на 1 бар выше, чем указанное давление P5. Давление отключения, как правило, должно быть на 0,7–1 бар изб. выше, чем давление включения.
Давление Pmin (минимальное давление) фактически совпадает с давлением включения. Давление Pmax (максимальное давление) — это разность давления выключения и дифференциала. Дифференциал — это разность давлений Pmax-Pmin. Если мы рассмотрим компрессор под нагрузкой, дифференциал — это квадратный корень скорости потока воздуха. Давление выше по линии в системе подготовки воздуха (P2) всегда будет выше, чем ниже по линии (P3), а падение давления возникает при движении потока. Поэтому в данном примере давление выше по линии должно составлять 7,6 бар, прежде чем давление ниже по потоку начнет увеличиваться. Если давление спроса равно доставляемому давлению, то давление ниже по потоку не повысится. Однако, если давление спроса ниже доставляемого давления, давление ниже по линии будет увеличиваться.
Здесь компрессор подает в систему больше воздуха, чем необходимо потребителю, поэтому давление в системе увеличивается. По мере увеличения давления в системе давление вверх и вниз по линиибудет расти с одинаковой скоростью. Давление повысится до 7,3 бар на выходе и 7,9 бар на входе, после чего на компрессор не будет подаваться нагрузка.
Давление P2 упадет почти до уровня, равного давлению P3, а затем давление упадет до давления включения, и компрессор снова загрузится. Скорость падения давления будет зависеть от объема системы и полезного перепада.
На протяжении многих лет ведутся споры относительно места расположения ресивера сжатого воздуха. Фактически можно применять оба местоположения в зависимости от цели назначения.
Осушитель перед ресивером
Преимущества:
- Размеры осушителя могут быть выбраны в соответствии с фактическим потреблением сжатого воздуха или для частичного потока сжатого воздуха, который необходимо осушить.
- Температура сжатого воздуха на входе немного ниже. Возможности охлаждения сжатого воздуха в ресивере ограничены.
- Небольшое количество конденсата собирается в ресивере и не нагружает остальную систему.
Недостатки:
- Конденсат внутри ресивера сжатого воздуха может вызвать коррозию.
- Осушитель будет перегружен, если произойдет резкое откачивание сжатого воздуха. Это приведет к повышению точки росы под давлением в линиях сжатого воздуха и может привести к снижению производительности.
Осушитель после ресивера
Преимущества:
- Осушенный воздух в ресивере сжатого воздуха позволяет хранить сжатый воздух того качества, которое требуется пользователю.
- Отсутствие ржавчины в ресивере, более длительный срок службы.
- Стабильное качество сжатого воздуха даже в случае непредвиденных событий, связанных с потреблением большого объема.
- Общая точка измерения для нескольких линий подачи сжатого воздуха или нескольких компрессоров.
Недостатки:
- Осушитель должен быть рассчитан на 100% мощности компрессора.
- Поршневые компрессоры создают пульсирующий поток воздуха. Это увеличивает нагрузку на осушитель воздуха. Здесь также должен быть установлен ресивер влажного воздуха, который выступает в роли гасителя пульсаций.
- Время передачи увеличивается, если перед сетью системы и точкой измерения давления на компрессоре имеется оборудование для обработки. Это особенно актуально, когда в системе сжатого воздуха есть контроллер серии IntelliFlow.
В компрессорных системах традиционно используется влажный ресивер. Давайте рассмотрим, насколько оправдана установка ресивера влажного воздуха?
- Удаляет влагу до того, как она попадет в осушитель – это верно лишь отчасти, так как воздух не попадает в резервуар с ресивером небольшого размера.
- Снижает количество циклов компрессора. Это верно, однако не имеет значения, если точка контроля находится в ресивере сухого воздуха, что более эффективно, поскольку вы можете сузить диапазон давления в нескольких устройствах.
- Производители осушителей аннулируют гарантию, если нет сухого хранилища. Иначе обстоит дело с осушителями воздуха с системой охлаждения. Осушители могут быть установлены внутри компрессора. В случае адсорбционных осушителей мы рекомендуем оставить влажный ресивер небольшого объема.
- Продлевает срок службы фильтра предварительной очистки. Это не так. Вода не влияет на срок службы фильтрующего элемента.
- Выполняет функцию охладителя. Не так эффективно, как можно предположить, к тому же ресивер может нагреваться.