Системы подачи сжатого воздуха: из чего состоят и как подобрать оборудование

Сжатый воздух используют для работы пневмоинструмента, станков, исполнительных механизмов, систем автоматизации, продувки и других производственных операций. Ошибка при подборе оборудования обычно проявляется не сразу: системе не хватает производительности, давление нестабильно, в магистрали появляется конденсат, а компрессор работает почти без остановки. Чтобы избежать этого, систему нужно рассматривать как единый комплекс — от компрессора до конечной точки потребления.

Базовый элемент системы — компрессор. Он забирает атмосферный воздух, сжимает его до необходимого давления и подает дальше по системе. В зависимости от режима работы применяют поршневые, винтовые и другие типы компрессоров. Для периодического использования и относительно небольшого расхода часто достаточно поршневой модели, а при продолжительной нагрузке обычно рассматривают винтовое оборудование.

Одного компрессора для стабильной работы системы недостаточно. В типовую схему также входят:

• ресивер для накопления запаса сжатого воздуха и сглаживания перепадов давления;

• осушитель для удаления избыточной влаги;

• фильтры для задержания масла, воды и твердых частиц;

• магистральные трубопроводы и распределительные линии;

• регуляторы давления, клапаны и запорная арматура;

• конденсатоотводчики;

• точки подключения оборудования и пневмоинструмента.

Конкретная комплектация зависит от требований к качеству воздуха и характера нагрузки. Для обычного пневматического инструмента требования будут одними, а для окраски, пищевого производства, электроники или точной пневмоавтоматики — значительно выше.

Подбор начинают с суммарного расхода воздуха всех потребителей. В характеристиках пневмоинструмента и оборудования обычно указывается расход в литрах в минуту, кубических метрах в минуту или кубических метрах в час. При этом важно учитывать не только номинальное значение, но и то, какие потребители могут работать одновременно.

Компрессор не следует выбирать точно по рассчитанной сумме. Нужен запас производительности на утечки, падение эффективности, возможное подключение дополнительного оборудования и пиковые нагрузки. Для многих систем разумно предусмотреть резерв около 20–30%, но конкретное значение зависит от режима эксплуатации.

Также необходимо проверить, какую именно производительность указывает производитель компрессора. Производительность на входе и фактическая подача сжатого воздуха на выходе могут различаться. Для расчета системы важнее показатель реальной подачи при рабочем давлении.

Требуемое давление определяет оборудование с наиболее высокими требованиями. Если один потребитель работает при 6 бар, а другой требует 8 бар, система должна обеспечивать необходимое давление с учетом потерь между компрессором и точкой подключения.

Падение давления возникает в трубопроводах, фильтрах, осушителях, фитингах и других элементах. Чем длиннее магистраль, меньше ее диаметр и выше расход воздуха, тем заметнее потери. Поэтому повышать давление компрессора вместо устранения причин падения давления обычно экономически невыгодно: энергопотребление увеличивается, а проблема распределительной сети остается.

При проектировании желательно определить допустимое падение давления заранее и подобрать диаметры труб соответствующим образом. Особенно это важно для протяженных производственных линий и участков с несколькими одновременно работающими потребителями.

Ресивер выполняет несколько задач. Он создает резерв сжатого воздуха, уменьшает частоту включений компрессора и помогает компенсировать кратковременные пики потребления. Кроме того, в нем частично охлаждается воздух и отделяется конденсат.

Объем ресивера нельзя подбирать только по мощности двигателя компрессора. Следует учитывать производительность установки, характер потребления и допустимые колебания давления. Если расход воздуха резко меняется, более крупный ресивер позволяет системе спокойнее реагировать на пиковые нагрузки.

При стабильном круглосуточном потреблении влияние ресивера на работу системы может быть меньше. В этом случае особое значение приобретают правильная производительность компрессора и система регулирования его работы.

При сжатии воздух нагревается, а содержащаяся в нем влага после охлаждения выпадает в виде конденсата. Если его не удалять, вода попадает в трубопроводы, инструмент и оборудование. Это приводит к коррозии, сбоям пневмоавтоматики и ухудшению качества технологических процессов.

Степень подготовки воздуха выбирают по требованиям потребителя. Обычно рассматривают несколько параметров:

• допустимое содержание твердых частиц;

• остаточную влажность и требуемую точку росы;

• допустимое содержание масла;

• необходимую тонкость фильтрации.

Чем выше требования к чистоте, тем сложнее и дороже система подготовки. Поэтому нет необходимости устанавливать максимальную степень очистки для всех участков предприятия. Рациональнее разделять потребителей и подавать воздух требуемого качества именно туда, где это необходимо.

Для большинства общепромышленных задач применяют рефрижераторные осушители. Они охлаждают сжатый воздух и удаляют образовавшийся конденсат. Такое оборудование подходит там, где не требуется очень низкая точка росы.

Адсорбционные осушители используют при более строгих требованиях к влажности, например при работе на холоде или в технологических процессах, где даже небольшое количество влаги недопустимо. Они позволяют получать значительно более сухой воздух, но требуют более сложной эксплуатации и обычно потребляют часть сжатого воздуха на регенерацию.

При выборе нужно учитывать не только номинальную производительность осушителя, но и давление, температуру входящего воздуха и температуру окружающей среды. При неблагоприятных условиях фактическая пропускная способность оборудования снижается.

Материал и диаметр трубопровода непосредственно влияют на эффективность всей системы. Для промышленных сетей применяют стальные, алюминиевые, медные и специализированные полимерные трубопроводы, рассчитанные на работу со сжатым воздухом.

Для производственных помещений часто используют кольцевую схему. Воздух может поступать к потребителю с двух направлений, благодаря чему уменьшается падение давления и проще подключать новые точки. Тупиковые линии подходят для небольших систем с ограниченным количеством оборудования.

При монтаже также предусматривают возможность отвода конденсата, запорную арматуру на отдельных участках и удобный доступ к соединениям. Это облегчает обслуживание и позволяет ремонтировать часть системы без полной остановки производства.

До выбора конкретной модели компрессора и вспомогательного оборудования полезно собрать исходные данные по всей пневмосети. Основные параметры — общий расход, рабочее давление, режим эксплуатации, требования к качеству воздуха и перспектива расширения производства.

Не менее важно оценить условия размещения компрессорного оборудования. Компрессору необходим приток воздуха и нормальный отвод тепла, а фильтры, осушители и ресиверы должны оставаться доступными для обслуживания. Следует заранее проверить уровень шума, электропитание и возможность отвода конденсата.

Правильно подобранная система подачи сжатого воздуха обеспечивает требуемое давление непосредственно у потребителя и не заставляет компрессор постоянно работать на пределе возможностей. На практике лучший результат дает расчет всей цепочки: потребители, компрессор, ресивер, подготовка воздуха и распределительная сеть. Такой подход помогает избежать недостатка производительности, избыточного энергопотребления и дополнительных расходов после запуска оборудования.