Створення стисненого повітря

Компресори. Компресори стискають всмоктуване з атмосфери повітря до заданого робочого тиску. Всмоктувальний фільтр відділює від повітря пил та інші часточки. З точки зору способу стиснення компресори поділяють на ротаційні напірні і турбінні (табл. 5.2).

Напірні компресори діють на основі засмоктування повітря в циліндр, який закривають, повітря в ньому стискують і подають в резервуар для стисненого повітря.

Таблиця 5.2. Типи компресорів
1 Поршневі компресори
поршневий компресор
мембранний компресор
1.2. ротаційні компресори
1.2.1. з одним валом
багатокамерний ротаційний компресор
1.2.2. з двома валами
гвинтовий компресор
компресор з оборотним зубом
вісімковий компресор
2. турбінні компресори
2.1.осьовий компресор
2.2. радіальний компресор

Напірні поршневі одноступінчасті компресори використовуються для робочих тисків до 10 бар та продуктивності 10 м³/год. Інформація щодо продуктивності компресорів завжди подається значенням атмосферного тиску.

Для стандартних значень робочих тисків 7....10 бар, при яких працює більшість пневмосистем, використовуються поршневі двоступінчасті компресори з охолодженням. При охолодженні між ступенями нагріте в попередньому стисненні повітря охолоджується бажано до температури всмоктування і тоді подається на другий, більший ступінь стиснення.

Напірні мембранні компресори стискають повітря за допомогою щільної, натягненої мембрани. Вони особливо придатні для створення стисненого повітря без забруднень оливою, наприклад, при застосуваннях в харчовій промисловості. Отримуваний робочий тиск – до 10 бар. В принципі, мембранні компресори можуть працювати без обслуги.

Ротаційні компресори працюють дуже тихо і при двоступеневому стисненні з охолодженням між ступенями створюють робочий тиск до близько 7 бар. Якщо під час стиснення в камери вводиться олива, то в одноступеневих та в багатокамерних ротаційних гвинтових компресорах може створюватися тиск до 10 бар. Введення оливи служить для охолодження, змащування та ущільнення ротора по відношенню до корпусу.

При неперервній роботі основне навантаження пневматичної мережі забезпечують гвинтові і багатокамерні компресори. При пікових перевантаженнях і частих змінах навантаження додатково вмикають поршневий компресор.

Гвинтові компресори складаються з двох взаємозв’язаних валів, що мають гвинтовий профіль (рис. 5.3). При обертанні обидва профілі взаємно притискаються, ущільнюються, і при цьому виштовхують повітря вздовж стінок корпусу від всмоктувальної до нагнітальної сторони.

Багатокамерні ротаційні компресори всмоктують повітря через всмоктувальний фільтр і всмоктувальний клапан (рис. 5.4). Під час стиснення до камер компресора впорскується олива для змащування і охолодження. Перед передаванням повітря в мережу олива відокремлюється від повітря в повітряно-оливному резервуарі та в оливному сепараторі. Вона знову після фільтрації і охолодження впорскується в компресор.

Компресори з оборотним зубом всмоктують повітря через вхідний отвір і передають після стиснення в мережу через вихідний отвір (рис. 5.5). Обидва ротори компресора, виготовлені у вигляді т.зв. зуба, обертаються синхронно, не дотикаючись один до одного. Всмоктування, стиснення і нагнітання відбуваються за кожним обертом.

Проточні або турбінні компресори всмоктують і розганяють атмосферне повітря за допомогою дисків з пластинами або за допомогою пропелерів. В приєднаному резервуарі кінетична енергія потоку повітря перетворюється в потенціальну енергію стисненого повітря.

Компресори проточної дії (динамічні) поділяються на осьові та радіальні. Це компресори високої продуктивності.

Керування компресорами. Для малих і середніх компресорів застосовується переважно двопозиційне керування шляхом вимкнення приводу. При досягненні в камері стисненого повітря високого тиску електродвигун вимикається. Після зниження тиску до встановленого мінімального значення (тиск 0.2...0.4 бара) привід компресора знову вмикається. Економічно доцільна частота вмикань – до 20 вмикань за хвилину.

Для компресорів з високою продуктивністю, з огляду на їх пусковий момент, при досягненні максимального тиску застосовується перемикання на неробочий хід, при якому компресор працює з нульовою продуктивністю. Для цього або закривають всмоктувальний вхід, або він залишається відкритим – двигун продовжує працювати. У випадку керування із запізненням компресор через певний час перемикається з неробочого ходу на нетривалу роботу.

Відведення тепла. Тому що при стисненні енергія приводу компресора перетворюється не лише в енергію стисненого повітря, але також і в теплову, то велика кількість тепла відводиться через міжступеневий і вихідний холодильники (в теплових системах понад 90% цього тепла використовується для опалення).

Видалення конденсату. В компресорах і холодильниках стан насичення стисненого повітря водяною парою є перевищеним (рис. 5.6). Водяний конденсат, який при цьому виділяється, має бути усунений через випускний пристрій. Але транспортоване далі стиснене повітря все ще насичене водяною парою, тому прилеглим пристроям загрожує корозія.

Резервуар стисненого повітря:

• вихід повітря накопичує стиснене повітря і забезпечує підтримання сталого робочого тиску в системах керування,

· охолоджує стиснене повітря шляхом випромінювання тепла через стінки резервуара,

• забезпечує видалення і усування конденсату при перевищенні рівня насичення водяною парою (точка роси).

Об’єм резервуару стисненого повітря вибирається в залежності від об’єму і потрібного виду стисненого повітря. Він має відповідати щонайменше 10% від кількості повітря, яку створює компресор за хвилину.

Резервуари стисненого повітря контролюються службами технічного нагляду.

Осушувач стисненого повітря. В резервуарі стисненого повітря та в трубопроводах стиснене повітря насичене до 10% водяною парою. Кожне зниження температури, наприклад, від випромінювання тепла, викликає випадання конденсату. Водяний конденсат змиває в устаткуванні оливну плівку, а це призводить до швидшого спрацювання устаткування і викликає корозію. Тому сучасні пневматичні установки оснащуються осушувачами повітря

Методи сушіння: шляхом охолодження, шляхом абсорбції, шляхом адсорбції.

В процесі сушіння шляхом охолодження повітря охолоджується за допомогою холодильного агрегату до тиску точки роси +2°C (рис. 5.7). Це відповідає класові якості 3 за Міжнародним стандартом якості і означає, що при робочому тиску 7 бар один кубічний метр стисненого повітря ще містить 5.5 г. водяної пари. Повітря з класом якості 3 застосовується у верстатах, пакувальних пристроях та в обладнанні текстильної промисловості. В процесі абсорбційного сушіння стиснене повітря проходить через шар сушильного засобу. Цей засіб поглинає (абсорбує) розчинені в повітрі вологу і оливу. В першій частині осушувача туман оливи відфільтровується за допомогою активованого вугілля. В другій частині відбувається відсмоктування (адсорбція) водяної пари гелевою прокладкою (гель силікатний, алюмінієвий, кремнієвий) – в капілярах цього гелю.

Описаний процес вироблення стисненого повітря приведений у вигляді схеми на рис. 5.8.

Рис. 5.8. Вироблення стисненого повітря (принципова схема)

Передавання стисненого повітря. Стиснене повітря подається з резервуара до споживачів через мережу трубопроводів. Для цього використовуються безшовні тягнуті сталеві труби, також використовуються мідні або з ПВХ. Як правило, головні магістральні розподільчі трубопроводи утворюють замкнутий контур. Спад тиску в трубах, згинах і т.п. при звичайному експлуатаційному робочому тискові не повинен перевищувати 0.1 бар. Діаметр магістрального трубопроводу можна визначити за допомогою номограми (рис. 5.9).

Номінальний діаметр трубопроводів розраховується на основі необхідного об’єму споживання, опорів магістралей, їх довжини, робочого тиску та допустимого спаду тиску в трубопроводах.

Рис. 5.9. Номограма для визначення діаметра пневматичних трубопроводів

Еквівалентні довжини для опорів протікання використаного в трубопроводі устаткування можна визначити на основі табл. 5.3.

Зважаючи на конденсат, відгалуження головної магістралі для забирання повітря робляться згори, тоді як відгалуження для видалення конденсату – знизу.

Нещільності в мережі стисненого повітря викликають втрати енергії. Тому потрібно регулярно перевіряти щільність цієї мережі.

Приготування стисненого повітря. Часточки іржі, які транспортуються трубопроводом, можуть викликати збої в роботі устаткування, тому їх потрібно відфільтрувати. Крім того, магістральний тиск має бути знижений до рівня робочого тиску даного споживача. Також, при необхідності змащування деталей системи, стиснене повітря потрібно наситити оливним туманом.

Табл. 5.3. Еквівалентні довжини для опорів протікання при робочому тискові pe = 7 bar
елемент aрматури	Еквівалентна довжина в м
				r 80	Ur100
гніздовий клапан
обхідний клапан
засувка	0,3	0,5	0,7		1,5		2,5
коліно 1	1,5	2,5	3,5
коліно 2			2,5			7,5
коліно 3 r = d	0,3	0,5	0,6		1,5		2,5
коліно 4 r = 2d	0,15	0,25	0,3	0,5	0,8		1,5
розгалуження труб, трійник
зменшення діаметра труб	0,5	0,7			2,5	3,5
Приклад: в трубопроводі із внутр. діаметром труб 80 мм є: 1 гніздовий клапан еквівалентна довжина 1 засувка еквівалентна довжина: 3 коліна 3 еквівалентна довжина: Сума еквівалентних довжин:	25 м 1 1м 3м 29 м

Установка для приготування стисненого повітря (рис. 5.10) складається, як правило, з фільтра, редуктора і розпилювача оливи (рис. 5.11).

В повітряному фільтрі повітря, що втягується, завихрюється. Більші забруднення, наприклад, частинки іржі, краплини води або оливи під впливом відцентрової сили відкидаються на стінки резервуару та на роздільну пластину і можуть бути видалені через випускний вентиль в нижній частині резервуару. Фільтрова прокладка затримує інші забруднення, відповідно до розмірів пор. Змінні фільтрові прокладки виготовляють у вигляді сітки з бронзи, міді або сталі, а при підвищених вимогах – з метало- або з пластикокераміки та кераміки.

Редукційний клапан призначений для забезпечення споживача стисненим повітрям постійного тиску. Редукційна дія отримується завдяки мембрані, на яку з одного боку діє робочий тиск, з другого – зусилля пружини, яке регулюється гвинтовим упором. Коли робочий тиск стане нижчим від встановленого значення, пружина, штовхаючи мембрану догори, за допомогою штоку відсуває головку від гнізда. В результаті через збільшену щілину входить додаткове повітря, доки тиск не досягне потрібної величини. У випадку надмірного збільшення робочого тиску мембрана віддаляється від штоку, відкриваючи отвір до атмосфери (редукційний клапан з видувним отвором). Величину робочого тиску показує манометр.

Розпилювачі мастила призначені для введення змащувального засобу у стиснене повітря. Вони функціонують на ефекті щілини Вентурі, відповідно до якого в місці звуження трубопроводу збільшується швидкість струменя повітря, завдяки чому в струмені виникає розрідження. В результаті відбувається засмоктування мастила з резервуару до трубки розпилювача, а з неї воно потрапляє в струмінь повітря і розпилюється. За допомогою вентиля - дозатора кількість краплин оливи, які вводяться у струмінь повітря, можна регулювати.

Пневматичні приводи (пневмоприводи). Пневматичні приводи перетворюють пневматичну енергію (енергію стисненого повітря) в механічну (енергію руху). Розрізняють обертові приводи з необмеженою кількістю обертів (пневматичні двигуни) i з обмеженою кількістю обертів (маятникові двигуни, обертальні двигуни), а також приводи з поступально-зворотним рухом (лінійні двигуни). Стандартні позначення приводів зведені в табл. 5.4.

Пневматичні двигуни. Пневматичні двигуни, завдяки їх низькому співвідношенню маси до генерованої потужності, а також простоті обслуговування широко застосовується для приводів різних інструментів та підіймачів. Потужність, швидкість обертання та привідний момент в них можна регулювати безступенево, регулюючи тиск кількість споживаного повітря

Пневмодвигуни мають високий пусковий момент, велику перевантажувальну здатність, не загрожують вибухом, нечутливі до навколишніх умов, легкі в обслуговуванні та ремонті. В них легко можна змінити напрямок обертання. Їх швидкість дуже залежить від навантаження. Найширше застосовуються поршневі, пластинчасті та турбінні двигуни.

Поршневі двигуни бувають осьові і радіальні. В приводах інструментів їх значною мірою витіснили пластинчасті двигуни, але вони ще досить широко застосовуються для приводів підіймачів, ліфтів та навантажувачів.

Осьові поршневі двигуни мають чотири або п’ять циліндрів, які встановлені паралельно до привідного вала двигуна. Лінійні рухи поршнів перетворюються в обертовий рух за допомогою похилого щита (рис. 5.12). Напрямок обертання можна змінювати. Керувальний клапан підводить повітря завжди до двох циліндрів, завдяки чому отримується рівномірний привідний момент, потрібний для отримання плавного руху та постійної швидкості обертання. Швидкість обертів досягає 6000 об/хв. Нижчі швидкості отримуються завдяки використанню планетарної коробки швидкостей – ступінчасте зниження, або шляхом зменшення споживаного повітря – безступінчасте зниження.

Радіальні поршневі двигуни мають від чотирьох до шести циліндрів, які розташовані зіркою і поршні яких приводять в рух колінчастий вал через шатуни (рис.5.13). Вентиль керування обертається разом з колінчастим валом і розподіляє повітря до циліндрів в такій послідовності, що робочий рух виконують завжди два поршні. Радіальні двигуни розвивають нижчі швидкості, ніж осьові, але забезпечують більші потужності (приблизно до 10 кВт). Проте їх робота супроводжується великим шумом, тому області їх застосування звужуються.

Пластинчасті двигуни використовуються для приводів інструментів для свердлування, нарізування різей, шліфування, вкручування. В автоматичних свердлувальних та різенарізувальних комплексах вони забезпечують обертовий рух, тоді як лінійні рухи реалізовуються за допомогою пневмогідравлічних систем поступального руху.

Таблиця 5.4. Умовні позначення пневматичних привідних елементів згідно з PN ISO 1219
назва	пояснення	Умовне позначення
Пневматичні двигуни з необмеженою швидкістю обертання	з однонаправленим рухом повітря
	з можливістю руху повітря в двох напрямках
Двигуни з маятниковим рухом (з обмеженим діапазоном повороту)	наприклад, поворотний двигун
Пневматичні двигуни, двигуни односторонньої дії	стиснене повітря переміщує поршень лише в одному напрямку
	зворотний рух під дією зовнішньої сили
	зворотний рух під дією зворотної пружини
двигун двосторонньої дії	стиснене повітря рухає поршень в обох напрямках
	з одностороннім штоком
	з двостороннім штоком
диференціальний двигун	завдяки потовщенню штока при його входженні витрати повітря зменшуються
двигун з демпфуванням	з нерегульованим демпфером з тильного боку
	з двома нерегульованими демпферами
	з одним регульованим демпфером
	з двома регульованими демпферами
підсилювач тиску	використовуючи повітря з тиском X, підсилювач виробляє повітря з вищим тиском Y

Рис.5.14. Пневматичний пластинчастий двигун

Пластинчасті двигуни складаються з циліндра, ротора і двох щитів (рис. 5.14). Ротор має повздовжні радіальні щілини, в яких вміщені пластини з штучного матеріалу. Завдяки ексцентричному розміщенню ротора відносно осі циліндра утворюється серпоподібна робоча камера, яка ділиться пластинами на кілька менших камер. Завдяки серпоподібній формі робочої камери пластини, які обмежують одинарну камеру, заглиблені в щілину ротора на різну глибину. В результаті створюються різні величини поверхонь пластин, причому більша поверхня знаходиться по стороні напрямку обертання. Тиск повітря, який діє на неї, створює момент обертання ротора. Під час обертового руху ротора від дії відцентрової сили пластини ковзають по стінці циліндра і ущільнюють окремі камери. Під час пуску двигуна ущільнення отримується за допомогою пружин або стисненого повітря, яке вводиться до щілин ротора під пластини через вифрезування в боковому щиті (піддув пластин).

Пластинчасті двигуни досягають швидкості до 30 000 об/хв, яку можна зменшити за допомогою планетарної передачі. Для обмеження швидкості застосовується відцентровий регулятор, який відповідним чином прикриває доступ стисненого повітря.

Пластинчастий реверсивний двигун має роздільний клапан 4/2, який керує напрямком обертання.

Рис. 5.15. Пневматичний гайковий ключ з пластинчастим двигуном

В пневматичному гайковому ключі з пластинчастим двигуном двигун керується за допомогою роздільного клапана2/2 (рис. 5.15). Для зменшення частоти обертання служить планетарна передача. Муфта максимального моменту обмежує привідний момент. Для кріплення інструменту служить зубчаста муфта.

В турбінному двигуні стиснене повітря, яке виходить з сопел, обертає ротор турбіни. Є турбіни осьові, радіальні, зі стиковим живленням та з вільним струменем. Завдяки малому співвідношенню маси на одиницю потужності та дуже великій швидкості обертання (350 000 об/хв до 450 000 об/хв), турбінні двигуни знайшли застосування для приводів спеціальних високошвидкісних верстатів. В малих шліфувальних верстатах (наприклад, ручних) з пластинчастими двигунами швидкості досягають величин від 17000 об/хв до 30 000 об/хв; шліфувальні верстати з приводами від турбін мають швидкості понад 75 000 об/хв.

Механічна характеристика (швидкість обертання – привідний момент) нерегульованого пневматичного двигуна є приблизно лінійною (рис.5.16). При швидкості обертання неробочого ходу n_L потужність є нульовою, а споживання повітря – максимальним. Пусковий момент, з урахованням можливих змін умов ущільнення та змащування, лежить між M_mir1 i M_max. Зміна моменту (зміна навантаження) викликає пропорційну зміну швидкості обертання.

Чим крутішою є характеристика моменту, тим менше змінюється швидкість при змінах навантаження. Крутизну можна збільшити, приєднавши до двигуна редукторну передачу, наприклад, з передатним числом 9:1 (рис.5.17). Максимальна потужність залишається приблизно однаковою, але зрозуміло, що зменшується діапазон швидкостей. Для отримання крутої характеристики з малими змінами швидкості на високих швидкостях на двигуни ставлять регулятори кутової швидкості.

Застосування знаходять відцентрові регулятори, диференціальні регулятори тиску а також поєднання відцентрового і диференціального регулятора.

У випадку комбінованого регулятора повітря, яке витікає з регулятора, скеровується до двигуна (рис. 5.18). Частина повітря впливає через звуження на лівий бік поршня керувального вентиля і утримує його в показаному на рисунку положенні, зрівноважуючи силу пружини. Щілина, через яку проходить повітря, відкрита. Коли швидкість обертання досягає критичного значення, вантажі відцентрового регулятора переміщуються назовні, утворюючи всередині щілину, через яку ліва сторона поршня керувального вентиля може бути з’єднана з атмосферою. Повзунок вентиля пересувається вліво, від чого зменшується або перекривається доплив повітря з магістралі. Після досягнення потрібної швидкості обертання керувальний вентиль повертається до попередньо описаного стану.

Застосування електронних регуляторів дозволяє отримати високу точність регулювання швидкості, а також забезпечити дистанційне керування кутової швидкості при роботі двигуна.

У випадку двигуна з регулятором швидкість обертання на неробочому ході є близькою до швидкості обертання при максимальній потужності (рис. 5.19). Характеристика привідного моменту є дуже крутою, дозволяючи навантаженню змінюватися в широких межах при малих змінах швидкості обертання, тобто швидкість в цьому діапазоні мало залежить від навантаження.

Двигуни з маятниковим рухом. Двигуни з маятниковим рухом або обертові пневмодвигуни мають обмежений кут повороту (рис. 5.20). Двигуни з маятниковим рухом можуть використовуватися для відкривання та закривання клапанів, для приводів обертових вентилів, пристроїв відхилення та повороту. Серед конструктивних видозмін цих двигунів можна назвати пневмодвигуни двосторонньої дії, в яких шток зроблений у вигляді зубчастої рейки, яка повертає зубчасте колесо (кут повороту 0... 360°), або кривошип, який через обертовий чіп взаємодіє з коливним важелем (кут повороту до 90°). Обертовий момент можна збільшити вдвоє, якщо застосувати два паралельні поршні, які працюють на одне зубчасте колесо.

Пневмодвигуни. Пневмодвигуниперетворюють пневматичну енергію в механічну. Розрізняють пневмодвигуни односторонньої та двосторонньої дії. Механічна енергія використовується для забезпечення прямолінійних рухів, наприклад, пересування, піднімання, перекладання деталей та інструменту (у випадку двигунів, що реалізують переміщення), або для створення сил дотиснення чи удару (у випадках натискних або ударних двигунів, використовуваних, наприклад, для викидання).

Двигуни односторонньої дії. Серед двигунів односторонньої дії найчастіше застосовуються мембранні та поршневі (рис. 5.21, 5.22). Тому що в цих рушіях стиснене повітря діє тільки на один бік поршня чи мембрани, то виконувати роботу вони можуть при русі лише в одному напрямку. Вони використовуються для кріплення, подавання, викидання та пресування.

В мембранних двигунах стиснене повітря деформує мембрану (рис. 5.21). Величина деформації становить крок штока. Зворотний рух відбувається завдяки пружності мембрани чи від дії зовнішніх сил або зворотної пружини. Довжина кроку мембранних двигунів досягає значень до 40 мм, а в випадках двигунів з вигнутою мембраною – до 80 мм. Практично мембранні двигуни можуть працювати без обслуговування. Вони використовуються, наприклад, в кріпильних пристроях, для нагнітання та для заклепування.

Якщо до поршневого двигуна ввести повітря з боку задньої накривки, то шток висунеться. Зворотний рух поршня може бути викликаний внутрішньою силою або зворотною пружиною. Довжина самої зворотної пружини обмежує крок приблизно до 100 мм.

Зворотну силу сталого значення можна отримати, вводячи до двигуна двосторонньої дії, по стороні штока, знижений тиск, наприклад, р_e = 0,5 бар (рис. 5.23.). Знижувальний клапан між двигуном і джерелом тиску забезпечує отримання стабільного значення підпірного тиску.

Двигуни двосторонньої дії. В двигуні двосторонньої дії стисненим повітрям живляться по черзі камери по обидва боки поршня (рис.5.24). Завдяки цьому двигун може виконувати робочі рухи в двох напрямках.

Порівняно з двигунами односторонньої дії, вони мають ряд переваг: їх крок досягає 2 м, рух вперед не гальмується пружиною, зворотний рух відбувається швидко і рівномірно. Крім того, швидкості руху в обох напрямках можуть регулюватися. Обмежувачами кроку двигуна є, як правило, буфери поршня в циліндрі. Небажані явища, пов’язані з гальмуванням твердими буферами великих мас з великими швидкостями, можна пом’якшити, застосовуючи нерегульовані демпфери (рис. 5.25).

Регульовані демпфери дають можливість забезпечити м’яке переміщення в кінцеве положення. На невеликій відстані від кінця ходу п’ята демпфера, яка лежить на штокові, прилягає до покриття циліндра і не допускає швидкого витікання повітря, що залишилось в кільцевому просторі між поршнем і покришкою (рис. 5.25). Це повітря стискається поршнем, і тому він гальмується перед закінченням ходу. Для того, щоб поршень міг дійти до кінцевого положення, повітряна подушка повільно “розряджається” через тисковий зворотний клапан. При переведенні руху поршня в протилежний напрямок витік повітря через тисковий зворотний клапан не гаситься, завдяки чому відбувається швидке поповнення стисненого повітря до камери під поршнем.

Двигуни з двостороннім штоком, завдяки двосторонньому натискові на шток, можуть витримувати більші поперечні зусилля. Елементи сигналізації, які рухаються штоком, при недостачі місця або загрозі забруднення з одного боку, можуть бути встановлені по другий бік циліндра.

Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 3015; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!