W wąskim znaczeniu układ sprężonego powietrza składa się z urządzeń sprężonego powietrza, urządzeń do oczyszczania powietrza oraz powiązanych z nimi rurociągów. W szerszym znaczeniu do układu sprężonego powietrza należą pneumatyczne elementy pomocnicze, siłowniki pneumatyczne, pneumatyczne elementy sterujące, elementy podciśnieniowe itp. Zazwyczaj wyposażenie stacji sprężarek powietrza jest układem sprężonego powietrza w wąskim znaczeniu. Poniższy rysunek przedstawia typowy schemat blokowy układu sprężonego powietrza:
Urządzenie sprężające powietrze (sprężarka powietrza) zasysa powietrze z atmosfery, spręża je w stanie naturalnym, przekształcając je w powietrze sprężone o wyższym ciśnieniu, a następnie za pomocą urządzeń oczyszczających usuwa wilgoć, olej i inne zanieczyszczenia ze sprężonego powietrza.
Powietrze w naturze składa się z mieszaniny różnych gazów (O₂, N₂, CO₂… itd.), a jednym z nich jest para wodna. Powietrze zawierające pewną ilość pary wodnej nazywa się powietrzem wilgotnym, a powietrze niezawierające pary wodnej – powietrzem suchym. Powietrze wokół nas jest wilgotne, więc czynnikiem roboczym sprężarki powietrza jest naturalnie wilgotne powietrze.
Chociaż zawartość pary wodnej w wilgotnym powietrzu jest stosunkowo niewielka, ma ona duży wpływ na właściwości fizyczne wilgotnego powietrza. W systemie oczyszczania sprężonego powietrza osuszanie sprężonego powietrza jest jednym z głównych procesów.
W określonych warunkach temperatury i ciśnienia zawartość pary wodnej w wilgotnym powietrzu (czyli gęstość pary wodnej) jest ograniczona. W określonej temperaturze, gdy ilość zawartej pary wodnej osiąga maksymalną możliwą zawartość, wilgotne powietrze nazywa się powietrzem nasyconym. Wilgotne powietrze bez maksymalnej możliwej zawartości pary wodnej nazywa się powietrzem nienasyconym.
W momencie, gdy powietrze nienasycone staje się powietrzem nasyconym, w wilgotnym powietrzu skrapla się ciekła woda, co nazywa się „kondensacją”. Kondensacja jest zjawiskiem powszechnym. Na przykład, latem, gdy wilgotność powietrza jest wysoka, łatwo tworzą się krople wody na powierzchni rury wodociągowej. Zimowym rankiem na szybach okiennych mieszkańców pojawiają się krople wody. Wszystko to powstaje w wyniku schłodzenia wilgotnego powietrza pod stałym ciśnieniem. Lu powoduje…
Jak wspomniano powyżej, temperatura, w której nienasycone powietrze osiąga stan nasycenia, nazywana jest punktem rosy, gdy ciśnienie parcjalne pary wodnej (tj. bezwzględna zawartość wody) jest utrzymywane na stałym poziomie. Gdy temperatura spadnie do punktu rosy, nastąpi „kondensacja”.
Punkt rosy wilgotnego powietrza zależy nie tylko od temperatury, ale również od ilości wilgoci w nim zawartej. Punkt rosy jest wysoki przy wysokiej zawartości wody, a punkt rosy jest niski przy niskiej zawartości wody.
Temperatura punktu rosy ma istotne znaczenie w inżynierii sprężarek. Na przykład, gdy temperatura na wylocie sprężarki powietrza jest zbyt niska, mieszanka olejowo-gazowa będzie się skraplać z powodu niskiej temperatury w zbiorniku, co spowoduje, że olej smarowy będzie zawierał wodę i wpłynie na skuteczność smarowania. W związku z tym temperatura na wylocie sprężarki powietrza musi być zaprojektowana tak, aby nie była niższa niż temperatura punktu rosy przy odpowiednim ciśnieniu parcjalnym.
Atmosferyczny punkt rosy to temperatura punktu rosy pod ciśnieniem atmosferycznym. Analogicznie, ciśnieniowy punkt rosy odnosi się do temperatury punktu rosy sprężonego powietrza.
Odpowiednia zależność między punktem rosy a normalnym punktem rosy jest związana ze stopniem sprężania. Przy tym samym punkcie rosy, im wyższy stopień sprężania, tym niższy odpowiadający mu normalny punkt rosy.
Sprężone powietrze wydobywające się ze sprężarki jest zanieczyszczone. Głównymi zanieczyszczeniami są: woda (krople wody w stanie ciekłym, mgła wodna i gazowa para wodna), resztkowa mgła oleju smarowego (krople oleju w stanie mgły i opary oleju), zanieczyszczenia stałe (rdza, proszek metaliczny, drobiny gumy, cząstki smoły i materiały filtracyjne, drobny proszek z materiałów uszczelniających itp.), szkodliwe zanieczyszczenia chemiczne i inne zanieczyszczenia.
Zużyty olej smarowy niszczy gumę, tworzywa sztuczne i materiały uszczelniające, powodując awarię zaworów i zanieczyszczanie produktów. Wilgoć i kurz powodują rdzewienie i korozję części metalowych i rur, co prowadzi do blokowania lub zużycia części ruchomych, a w konsekwencji do awarii elementów pneumatycznych lub wycieków powietrza. Wilgoć i kurz mogą również blokować otwory dławiące lub sita filtrów. Po oblodzeniu rurociąg może zamarznąć lub pęknąć.
Z powodu złej jakości powietrza niezawodność i żywotność układu pneumatycznego ulegają znacznemu obniżeniu, a wynikające z tego straty często znacznie przekraczają koszty i wydatki związane z konserwacją urządzenia do uzdatniania powietrza. Dlatego też prawidłowy dobór układu uzdatniania powietrza jest absolutnie konieczny.
Jakie są główne źródła wilgoci w sprężonym powietrzu?
Głównym źródłem wilgoci w sprężonym powietrzu jest para wodna zasysana przez sprężarkę wraz z powietrzem. Po dostaniu się wilgotnego powietrza do sprężarki, duża ilość pary wodnej zostaje w procesie sprężania zamieniona w ciekłą wodę, co znacznie obniża wilgotność względną sprężonego powietrza na wylocie sprężarki.
Na przykład, gdy ciśnienie w układzie wynosi 0,7 MPa, a wilgotność względna wdychanego powietrza wynosi 80%, mimo że sprężone powietrze wyjściowe ze sprężarki jest nasycone pod ciśnieniem, to po przekonwertowaniu do stanu ciśnienia atmosferycznego przed sprężeniem jego wilgotność względna wynosi zaledwie 6–10%. Oznacza to, że zawartość wilgoci w sprężonym powietrzu uległa znacznemu obniżeniu. Jednak wraz ze stopniowym spadkiem temperatury w gazociągu i urządzeniach gazowych, w sprężonym powietrzu nadal będzie się skraplać duża ilość wody w stanie ciekłym.
Jakie są skutki zanieczyszczenia sprężonego powietrza olejem?
Głównymi źródłami zanieczyszczenia sprężonego powietrza olejem są: olej smarowy sprężarki powietrza, opary oleju i zawieszone w powietrzu krople oleju, a także olej smarowy elementów pneumatycznych w układzie.
Z wyjątkiem sprężarek powietrza odśrodkowych i membranowych, prawie wszystkie sprężarki powietrza będące obecnie w użyciu (w tym różne sprężarki powietrza smarowane bezolejowo) będą miały w gazociągu więcej lub mniej zanieczyszczonego oleju (krople oleju, mgłę olejową, opary oleju i rozszczepienie węgla).
Wysoka temperatura komory sprężania sprężarki powietrza powoduje odparowanie, pękanie i utlenianie około 5%~6% oleju oraz osadzanie się go na wewnętrznej ścianie rury sprężarki powietrza w postaci węgla i powłoki lakierniczej, a lekka frakcja zostaje zawieszona w postaci pary i mikrocząsteczek. Ta forma materii jest wprowadzana do układu przez sprężone powietrze.
Krótko mówiąc, w systemach, które nie wymagają smarowania podczas pracy, wszystkie oleje i smary zmieszane ze sprężonym powietrzem można uznać za materiały zanieczyszczone olejem. W systemach, które wymagają dodawania smarów podczas pracy, wszystkie farby antykorozyjne i olej sprężarkowy zawarte w sprężonym powietrzu są uważane za zanieczyszczenia olejowe.
W jaki sposób zanieczyszczenia stałe przedostają się do sprężonego powietrza?
Głównymi źródłami zanieczyszczeń stałych w sprężonym powietrzu są:
①Otaczająca atmosfera jest zmieszana z różnymi zanieczyszczeniami o różnej wielkości cząstek. Nawet jeśli port ssący sprężarki powietrza jest wyposażony w filtr powietrza, zazwyczaj zanieczyszczenia „aerozole” o średnicy poniżej 5 μm mogą przedostać się do sprężarki powietrza wraz z wdychanym powietrzem, zmieszane z olejem i wodą, do rury wydechowej podczas procesu sprężania.
②Podczas pracy sprężarki powietrza tarcie i zderzenia między różnymi częściami, starzenie się i odpadanie uszczelek oraz karbonizacja i rozszczepienie oleju smarowego w wysokiej temperaturze powodują przedostawanie się do gazociągu cząstek stałych, takich jak cząstki metalu, pył gumowy i rozszczepienie węglowe.
Czas publikacji: 18 kwietnia 2023 r.
