Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 [ 25 ] 26 27 28 29 30 31 32 33

За минимальную рабочую температуру принимают наименьшую из температур: минимальную температуру сжатого воздуха или минимальную температуру окружающей среды при эксплуатации пневматических устройств и трубопроводов.

Загрязнениями считаются все сорта масел и смазок при использовании сжатого воздуха в системах, не требующих внесения смазочных материалов при работе. В сжатом воздухе для питания систем, требующих внесения смазочных материалов при работе, загрязнениями считаются все сорта консервирующих и компрессорных масел и смазок.

Независимо от класса загрязненности стандарт допускает наличие в сжатом воздухе только следов кислот и щелочей, т. е. концентраций, пе оказывающих вредного воздействия на пневматические системы и устройства. Классы загрязненности сжатого воздуха следует указывать в технических требованиях к эксплуатации пневматических систем и устройств. Методы измерения загрязненности регламентированы СТ СЭВ 1705-79.

Воздействие загрязнений. Анализ данных эксплуатации и проведение исследования свидетельствуют о том, что загрязнения сжатого воздуха значительно снижают надежность и долговечность пневматических систем, приводят к нарушению технологических процессов. Из-за воздействия загрязнений сжатого воздуха износ устройств увеличивается в 2-7 раз, а выход устройств из строя по той же причине составляет до 80% общего числа отказов.

Воздействие загрязнений на пневматические системы и устройства можно разделить на физическое, химическое и электролитическое.

Физическое воздействие загрязнений заключается в закупорке отверстий и сопел влагой, льдом и твердыми частицами, в смывании смазки, в повреждении рабочих поверхностей клапанных пар, мембран, золотников, в износе и заклинивании трущихся деталей и т. п.

Химическое воздействие загрязнений проявляется в коррозии металлических деталей, разрушении покрытий и резиновых деталей, растворами кислот, щелочей и других химических активных компонентов.

Электролитическому воздействию загрязнений подвержены устройства с контактирующими деталями из разных материалов или покрытий. В этом случае кислотные и щелочные растворы являются электролитом, а детали - электродами; в результате происходит разрушение их поверхностей, даже если они выполнены из легированных сталей, латуни или бронзы.

Загрязнения сжатого воздуха приводят к нарушению технологического процесса в ряде производств химической, пищевой, кера.мической, бумагоделательной и других отраслей промышленности, где используется энергия сжатого воздуха. Так, содержание масла недопустимо при использовании сжатого воздуха для распыления ряда красок и лаков, при подготовке кислородных баллонов и холодильных агрегатов, в фармацевтическом и керамическом производствах.

Выбор степени очистки сжатого воздуха. Для повышения долговечности и надежности пневматических систем управления было бы идеальным полное удаление загрязнений сжатого воздуха. Однако присутствие определенного количества загрязнений в ряде устройств практически не сказывается иа их работоспособности. Поэтому полная очистка сжатого воздуха, связанная с значительными затратами, в большинстве случаев экономически нецелесообразна. Требования к очистке воздуха зависят от конструктивного исполнения и материала элементов систем управления и механизмов, размеров и точности, величины зазоров и отверстий, от требований к надежности и долговечности, от эксплуатационных условий и характера воздействия загрязнений. Установлено, что интенсивность износа устройств те.м выше, чем выше твердость частиц, а увеличение твердости и пористости трущихся поверхностей повышают износостойкость.

Абразивный износ и заклинивание могут быть значительно снижены, если размер твердых частиц, поступающих в устройства с воздухом, не превышает 3/4 величины наименьшего зазора трущихся пар [13]. Примерные величины зазоров подвижных деталей различных устройств даны в табл. 12.2.

Определение степени осушки сжатого воздуха на основных участках промышленных систем. Степень осушки сжатого воздуха зависит от чувствительности конкретных устройств к содержанию влаги. К группе устройств, для которых не требуется строгая регламентация содержания влаги в жидком состоянии, отно-

примерные величины зазоров подвижных деталей пневматических устройств

Устройства

Трущиеся пары

Зазор, мкм

Пневмоцилиндры

Пневмодвигатели:

шиберные (пластинчатые)

шестеренные

поршневые

Пневмораспределители: с плоским золотником с цилиндрическим золотником с уплотнением за счет зазоров

с цилиндрическим золотником с мягкими уплотнениями

Шток - втулка Поршень - гильза

Ротор - боковой диск

Ротор - статор

Лопатка - паз

Шестерня - боковой диск

Шестерня - статор

Поршень - гильза

Ротор - распределительный диск

Золотник - основание Золотник - втулка

Золотник - втулка

40 - 80 100 - 300

15 - 40 100-150 100 - 200 15-40 40-60 5 - 25 1-2

2-5 1,5-5

50-100

сятся коммуникации систем, емкости, оборудование силовых приводов мембранного типа и сильфонные устройства, имеющие надежное антикоррозийное покрытие, в которых трущиеся поверхности непосредственно со сжатым воздухом несоприкасаются.

(Содержание жидкой влаги в сжатом воздухе рекомендуется ограничивать для пневмооборудования систем механизации и автоматизации производственных процессов (цилиндров, моторов и аппаратуры). Не допускается содержание жидкой влаги в сжатом воздухе, используемом для питания пневматических систем управления с повышенными требованиями к надежности для станков, прессов, автоматических линий и других устройств; пневматических приборов и средств автоматизации, на которые распространяются требования ГОСЗТ 11882-73; систем, работающих при минусовых температурах окружающей среды. Для этой группы устройств должна быть исключена возможность конденсации паров воды и масла. Условием исключения конденсации является ненасыщенность сжатого воздуха: парами воды и масла.

Существенное влияние на выбор степени осушки оказывает изменение термодинамических параметров сжатого воздуха. Зная действительное значение термодинамических параметров, можно установить возможность процесса конденсации,, количество конденсата и требуемую степень осушки.

Трубопроводы. В магистральных трубопроводах скорость потока воздуха относительно невелика (от 6 до 18 м/с), следовательно, изменение температуры происходит в основном из-за теплообмена с окружающей средой. Обычно температура сжатого воздуха на выходе из компрессорной выше, чем температура окружающей, среды, что приводит к охлаждению его и конденсации влаги. Для металлических трубопроводов без теплоизоляции понижение температуры на заданной длине бе» учета влияния на теплоотдачу загрязнений теплопередающей поверхности можнс» определить из формулы

Тх = Т+{То-Т,)ехр -х-

где То и Тх - температура сжатого воздуха соответственно в начале трубопровода и на расчетном участке; Тц- температура окружающей среды; х - длина трубопровода от начала до расчетного участка; Ср - удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении; Q - расход свободного воздуха, протекающего по трубопроводу; и - коэффициенты теплоотдачи от сжатого воздуха

12 Е. в. Герц и



Формулы для определения коэффициентов теплоотдачи

Течение возд>п 1 nti

Турбулентное течение воздуха в труба в области критерия Re

= 1 -lo-s-ios

0,019 -~ X

Турбулентное течение воздуха вдоль труб в области Re = 1-10**5-10

0.0.9 Y]

Ламинарное течение воздуха вдоль труб

Поперечное омыванне трубопроводов при угле атаки 90° в области Re = = 1 lOe-2-IO

0,18 - -i-S.

Теплопередача горизонтальных труб в спокойном воздухе

0,5 ;р

И(.-аЯ

Примечание. - коэффициент теплопроводности воздуха; V - коэффициент кинематической вязкости воздуха; - скорость течения сжатого воздуха; Шг - скорость течения окружающего воздуха; g - ускорение свободного падения.

к стенке и от стенки к окружающему воздуху; и - внутреин ий и наружный диаметры трубопровода.

Коэффициенты теплоотдачи можно определить по обобщенным зависимостям, приведенным в работах А. Шака (табл. 12.3).

При течении сжатого воздуха в нагнетательных трубопроводах со скоростью потока Wi < 50 м/с, что и.меет место при подаче воздуха к потребителям с непрерывным расходом (моторам, ручному инструменту, вибраторам и т. д.), характер тер.модинамического процесса аналогичен рассмотренному выше для магистральных трубопроводов.

В выхлопных трубопроводах промышленных систем процесс истечения воздуха в атмосферу из устройств с непрерывным расходом при надкритическом режиме приводит к значительному понижению температуры и конденсации влаги, а в определенных условиях может вызвать обмерзание выхлопных отверстий. При этом температура воздуха на участке непосредственного выхлопа в атмосферу может быть приближенно определена по формуле Т = 0,84 при докритическом

режиме истечения и Т = "Ри надкритическом режиме, где Tj и pi -

температура. К, и давление сжатого воздуха в трубопроводе; р - давление атмосферы.

Следует отметить, что фактическая температура воздуха всегда будет несколько выше расчетной.

Рис. 12.3. Изменение температуры сжатого воздуха по длине трубопровода

npiE W = 20 = 0,7 .МПа. X = 25 -;- 40 мм

м/с; w„

0; р =


На рис. 12.3 представлены графики изменения температуры сжатого воздуха по длине трубопроводов.

Местные сопротнвлення. Прн малых перепадах давления, что характерно для большинства сопротивлений пневматических устройств, температуру на входе и на выходе можно принять одинаковой. В ряде устройств (редукционные клапаны, дроссельные отверстия) из-за значительного расширения газа на выходе температура его резко падает, к конденсации влаги.

Температуру воздуха на выходе из сужения можно определить приближенно по формуле

k-\ 1

(20 WO 100 т 280 320 3601,Н

что может привести

1 --

где/Pi и Tj - давление и температура сжатого воздуха перед сужением; Рз и Т- давление и температура сжатого воздуха на выходе из сужения; Z - коэффициент сопротивления.

На некотором расстоянии от сопротивления скорость потока в трубопроводе падает до значений, близких к скорости потока перед сопротивлением, а температура воздуха возрастает, приближаясь к первоначальной. Повышение температуры воздуха при уменьшении давления приводит к испарению сконденсированной влаги и уменьшению относительной влажности.

При течении воздуха через капилляры происходит дросселирование (мятне).

Температура воздуха за сопротивлением при дросселировании

Гг = Г + а {р2 - pi).

Для диапазона давления и температуры систем промышленных предприятий можно принимать а = 1,6 2,5 К/МПа.

В длинных капиллярах из-за значительного влияния сил трения и теплообмена с окружающей средой температуру воздуха на выходе из капилляра можно принимать равной температуре окружающей среды. Конденсация влаги в этом случае может произойти, если температура окружающей среды ниже температуры сжатого воздуха на входе в капилляр T-iTi.

Пневмодвигатели. Конденсация паров воды и масла в двигателях (цилиндрах и моторах) возможна в полости выхлопа при расширении воздуха в период истечения его в атмосферу и в рабочей полости вследствие быстрого, перемещения поршня при отсеченной или задросселированной подаче воздуха в" рабочую полость. Определение термодинамических параметров воздуха в полостях двигателей представляет достаточно сложную задачу. Для приближенных расчетов можно использовать уравнения политропического расширения при следующих значениях показателя политропы п: для цилиндров и мембранных камер п= 1,25-т-1,38; для поршневых и шестеренных моторов п = 1,26-ь 1,36; для шиберных (лопастых) моторов п= 1,22-5-1,32.

1ри работе моторов на полных оборотах и цилиндров со свободным выхлопом процесс расширения воздуха при истечении приближается к адиабатическому и значение показателя политропы принимают равным k. При малых скоростях



О -25--SO -15 -100

-150

дрч орв

0,11

о,1бр,мпа

-25 -50 -15 -100

-150

0,05 0,15

0,25 If)

0,35 р,МПа.

-15 -50 -75 -100 125 450

Рис. 12.4. Изменение температуры сжатого воздуха в полости выхлопа пневматических устройств в зависимости от степени расширения его при начальном абсолютном давлении р. 10 nat

а - 2,4; б - е - 7,3 и при показателях политропы; 7 - п = 1 1; 2 ~ п = \,2; 3 - п = их 4 - п -

0,05 0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 р,МПа-в)

перемещения поршней цилиндров и вращения моторов процесс происходит с за-метным влиянием теплообмена с окружающей средой, поэтому при определении температуры показатель политропы принимают ниже указанных средних значе-

Для цилиндров и пневмомоторов минимальную температуру воздуха в выхлопной полости можно определить по формуле

\ Ря J

где Рк - абсолютное давление в выхлопной полости.

Для цилиндров периодического действия, когда время между срабатываниями достаточно велико, значения температуры и давления воздуха в полости цил1ндра до истечения принимают равными значениям в подводящей магистрали ~ 7о"алЙ Абсолютное давление р„ рекомендуется принимать в пре-

делах 0,15-0,25 МПа с учетом характера изменения нагрузки, сопротивления линии выхлопа и подвода. Дросселирование на выхлопе и высокие скорости движения поршня увеличивают р.

Для моторов в зависимости от режимов работы, пропускной способности подводящей и выхлопной линий абсолютное давление в полости до начала истечения принимают pi = (0,7- 1) р„, в конце процесса расширения рв= 0,16-f-O 28 МПа Температура в полости расширения Т- Т. Температуру в полости выхлопа можно определить также с помощью графиков, показанных на рис. 12 4

Способы очистки сжатого воздуха. В промышленности для очисткисжатого воздуха нашли применение силовые поля, фильтрация и осушка. В схемах и устройствах очистки часто последовательно используют несколько способов очистки Область применения этих способов и их эффективность для промышленной очистки воздуха определяются характеристиками очистных устройств, реализованных на указанных способах. Поэтому перед рассмотрением основных способов очистки воздуха приведем основные понятия о важнейших параметрах очистных устройств.

Эффективность очистки. Для устройств очистки этот параметр принято характеризовать коэффициентом очистки, определяемым по формуле 181

2 ФР*"

где Пфрг - фракционный коэффициент очистки, определяемый отношением массы уловленныхзагрязнений данной фракции к общему количеству, внесенному со сжатым воздухом в очистное устройство за это же вpeмяj - содержание частиц заданных фракций по массе на входе в очистное устройство, %.

Из-за сложности определения действительного значения дисперсного состава загрязнений в сжатом воздухе и фракционного коэффициента очистки возникает необходимость выражать эффективность очистки косвенными параметрами: для устройств очистки с применением силовых полей - минимальным диаметром задерживаемых частиц; для устройств очистки фильтрующего типа- номинальной и абсолютной тонкостями фильтрации.

Для устройств осушки эффективность очистки определяется точкой росы сжатого воздуха на выходе.

Гидравлическое сопротивление. Этот параметр характеризует величину энергетических потерь в устройствах очистки. Гидравлическое сопротивление (потери давления) указывается в единицах давления при номинальном значении расхода сжатого воздуха через устройство.

Расходная характеристика. В настоящее время не существует единого критерия оценки качества различных устройств очистки по этому параметру. В технических данных часто указывают пропускную способность или номинальный расход воздуха как параметр, определяющий расход воздуха при наибольшем рекомендуемом перепаде давления или при наибольшей скорости воздуха, устанавливаемой исходя из условия обеспечения параметра эффективности очистки. Для устройств очистки инерционного типа указывают также величину наименьшей скорости потока, при которой еще обеспечивается заданная эффективность очистки.

Срок службы. Для устройств очистки этот параметр связан с продолжительностью работы до замены или регенерации фильтроэлементов, электродов или адсорбентов.

Термостойкость определяет рабочий интервал температуры окружающей среды и потока сжатого воздуха, в котором гарантируется нормальная работа устройств очистки и осушки.

В табл. 12.4 приведены обобщенные данные о важнейших параметрах устройств очистки различных типов. Способы очистки имеют много разновидностей, эффективность которых может изменяться в указанных пределах в зависимости от конструктивных параметров, концентрации, дисперсности и вида загрязнений.

Очистка воздуха путем фильтрации. Процесс очистки сжатого воздуха от загрязнений вследствие их взаимодействия с элементами пористой перегородки называется фильтрацией. Фильтрующие материалы (пористые перегородки) условие разделяют на два вида: поверхностные (частицы удерживаются поверхностью фильтрующего материала) и объемные (частицы удерживаются не только на поверхности, но и в толще фильтрующего материала). К поверхностным фильтрующим материалам относятся сетки, бумага, ткани, к объемным - картон, металлокерамика, керамика, войлок и т. д., а также пакеты, состоящие из нескольких слоев поверхностных фильтрующих материалов.

В табл. 12.5 приведены обобщенные данные об эффективности очистки основных типов фильтрующих материалов.

Наибольшее применение для очистки сжатого воздуха пневматических систем получили металлокерамические и волокнистые фильтрующие материалы.

Металлокерамические фильтрующие материалы применяют в подавляющем большинстве современных конструкций фильтров-влагоотделителей, имеющих тонкость фильтрации от 5 до 75 мкм. Это объясняется их прочностью, температурной стойкостью в широком диапазоне, возможностью получения деталей практически любой формы, хорошей обрабатываемостью, достаточно высокой однородностью пор,



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 [ 25 ] 26 27 28 29 30 31 32 33