Станислав Горобченко - Курс «Трубопроводная арматура». Модуль «Пневмоприводы и приборы управления пневмоприводами»

Экспериментальным путем французский ученый Ж. Пуазейль в 1840 году нашел закон, связывающий потери столба с расходом

(43)

где:

υ – кинематическая вязкость,

l – длина трубопровода,

d – диаметр трубопровода,

g – ускорение свободного падения,

Q – объемный расход.

То есть падение давления пропорционально расходу потока Q, (а также его скорости).

Это уравнение может быть представлено в несколько иной записи, которая называется уравнением Вейсбаха-Дарси:

(44)

где:

λ – коэффициент потерь на трение, равный

(45)

Сегодня сжатый воздух используется в самых разных отраслях промышленности.

Диапазон применений сжатого воздуха простирается от общепромышленного воздуха без каких-либо специфических требований к качеству, до абсолютно сухого, не содержащего масла и стерильного сжатого воздуха для фармацевтической и пищевой промышленности.

Такой разброс требований означает, что очень важна специальная подготовка сжатого воздуха, в точности соответствующая требованиям конкретного применения.

Важность надежной очистки обусловлена тем, что загрязнения сжатого воздуха, оказывая физическое, химическое и электролитическое воздействие на пневматические устройства, снижают их долговечность в 3–7 раз, а в некоторых условиях эксплуатации до 20 раз.

Выход из строя пневматических систем по причине плохой подготовки воздуха составляет до 80 % от общего числа отказов.

Исходя из вышесказанного, следует, что одним из основных параметров, определяющих надежность работы практически любой пневмосистемы, является качество используемого в ней воздуха.

Загрязнения сжатого воздуха и их воздействие на пневматические устройства и системы

Компонентами загрязнений сжатого воздуха являются вода и компрессорное масло в жидком и парообразном состоянии, твердые и газообразные загрязнения. Наибольшую часть загрязнений систем обычно составляют вода и компрессорное масло.

К примеру, воздух при 25 0С, всасываемый компрессором, может содержать до 180 миллионов частиц пыли на 1 м 3, приблизительно 23 г воды в форме пара и содержит от 0,01 до 0,03 мг/м 3масла

в виде несгоревших углеводородов. При сжатии, например, до 10 бар, концентрация загрязняющих примесей возрастает в 11 раз, т. е. в 1 м 3сжатого воздуха будет содержаться

порядка 2 миллиардов частиц пыли, 253 гр. воды в форме пара и 0,11–0,33 мг масла – это, не учитывая того масла, которое попало с систему после компрессора.

Весь этот «коктейль» попадая в систему, не снабженную должными устройствами отчистки воздуха, способен вывести из строя практически любое пневматическое устройство.

Для того чтобы правильно выбрать устройства отчистки, необходимо более детально разобраться с каждым загрязнителем в отдельности.

Вода

Источником содержащейся в сжатом воздухе воды является водяной пар, всасываемый компрессором в систему вместе с воздухом. Иногда вода поступает в линию нагнетания

из-за негерметичности промежуточных и концевых холодильников, а также из-за отсутствия заградительных козырьков на заборных устройствах всасывающей линии в дождливую погоду.

Влагосодержание воздуха зависит от температуры и относительной влажности паровоздушной смеси.

Для атмосферного воздуха эти параметры определяются климатическими условиями и временем года.

Сжатие поступившего в компрессор воздуха сопровождается повышением температуры на 100–130 0С

(это происходит согласно закона Шарля).

В процессе сжатия содержание влаги в удельном объеме воздуха увеличивается пропорционально росту давления, но при этом вследствие повышения температуры его относительная влажность в значительной степени снижается. Так, при давлении в системе 0,7 МПа и относительной влажности всасываемого воздуха 80 % сжатый воздух на выходе из компрессора имеет относительную влажность 6–10 % т. к. температура сжатого воздуха значительно повысилась.

При движении по трубопроводам и другим элементам системы воздух охлаждается вследствие теплообмена с окружающей средой, происходит перенасыщение воздуха водяными парами и их конденсация.

Способность сжатого воздуха удерживать пары воды уменьшается с понижением температуры и с повышением давления. При этом его относительная влажность возрастает, а после достижения состояния насыщения (относительная влажность 100 %) происходит конденсация избыточного количества паров и появление воды в жидком состоянии (конденсата).

Температура, при которой это происходит, называется точкой росы t p.

При более высокой температуре (и том же давлении) конденсация водяных паров не происходит.

Поэтому точка росы сжатого воздуха часто указывается как мера содержания в нем водяных паров.

На рисунке 14 приведена зависимость влагосодержания насыщенного воздуха (относительная влажность 100 %) от давления и температуры. Эту зависимость можно использовать для воздуха,

насыщенного парами воды, от температуры и абсолютного давления для определения количества конденсата, выпадающего в системах при охлаждении сжатого воздуха.

Рис. 14. Зависимость влагосодержания воздуха от температуры

Масло

Источниками загрязнения сжатого воздуха маслом могут являться смазка компрессоров и пневматических устройств, масляные фильтры на линии всасывания компрессоров,

пары и распыленное масло в окружающем воздухе. В сжатом воздухе масло обычно находится в парообразном и жидком состояниях. Предельная концентрация паров масла в воздухе,

как и паров воды, уменьшается с понижением температуры и повышением давления.

Вынос в линию нагнетания смазки компрессоров обычно является основной причиной загрязнения сжатого воздуха маслом. Количество масла, поступающего в линию нагнетания, можно определить, исходя из норм расхода смазки в поршневых компрессорах различных типов по ГОСТ 18985–79.

В ротационных и винтовых маслозаполненных компрессорах вынос масла в линию нагнетания в 1,5–2 раза выше, чем в поршневых, и в среднем может быть принят:

– для компрессоров малой производительности 200–300 мг/м 3;

– средней и большой производительности 50–100 мг/м 3.