В узком смысле система сжатого воздуха состоит из оборудования для подачи воздуха, оборудования для очистки воздуха и соответствующих трубопроводов. В широком смысле к категории системы сжатого воздуха относятся пневматические вспомогательные компоненты, пневматические приводы, пневматические компоненты управления, вакуумные компоненты и т. д. Обычно оборудование компрессорной станции представляет собой систему сжатого воздуха в узком смысле. На следующем рисунке показана типичная блок-схема системы сжатого воздуха:
Воздушный компрессор всасывает воздух из атмосферы, сжимает воздух в естественном состоянии до сжатого воздуха под более высоким давлением и удаляет влагу, масло и другие примеси из сжатого воздуха с помощью очистного оборудования.
В природе воздух состоит из смеси различных газов (O₂, N₂, CO₂ и т. д.), и водяной пар является одним из них. Воздух, содержащий определённое количество водяного пара, называется влажным воздухом, а воздух, не содержащий водяного пара, называется сухим воздухом. Воздух вокруг нас — влажный, поэтому рабочей средой воздушного компрессора является естественный влажный воздух.
Несмотря на относительно небольшое содержание водяного пара во влажном воздухе, оно оказывает значительное влияние на физические свойства влажного воздуха. В системах очистки сжатого воздуха осушение сжатого воздуха является одной из основных задач.
При определенных условиях температуры и давления содержание водяного пара во влажном воздухе (то есть плотность водяного пара) ограничено. При определенной температуре, когда количество содержащегося водяного пара достигает максимально возможного значения, влажный воздух в этот момент называется насыщенным воздухом. Влажный воздух без максимально возможного содержания водяного пара называется ненасыщенным воздухом.
В момент, когда ненасыщенный воздух становится насыщенным, в увлажненном воздухе конденсируются капли жидкой воды, это явление называется «конденсацией». Конденсация — распространенное явление. Например, летом высокая влажность воздуха способствует образованию капель воды на поверхности водопроводных труб. Зимним утром на стеклянных окнах жилых домов появляются капли воды. Все это образуется в результате охлаждения влажного воздуха при постоянном давлении.
Как упоминалось выше, температура, при которой ненасыщенный воздух достигает насыщения, называется точкой росы, когда парциальное давление водяного пара остается постоянным (то есть, абсолютное содержание воды остается постоянным). Когда температура падает до температуры точки росы, происходит «конденсация».
Точка росы влажного воздуха зависит не только от температуры, но и от количества влаги в этом воздухе. Высокая точка росы наблюдается при высоком содержании влаги, а низкая — при низком.
Температура точки росы имеет важное значение в компрессорной технике. Например, если температура на выходе воздушного компрессора слишком низкая, маслогазовая смесь будет конденсироваться из-за низкой температуры в резервуаре, что приведет к попаданию воды в смазочное масло и ухудшению смазывающего эффекта. Поэтому температура на выходе воздушного компрессора должна быть рассчитана таким образом, чтобы она не была ниже температуры точки росы при соответствующем парциальном давлении.
Атмосферная точка росы — это температура точки росы при атмосферном давлении. Аналогично, точка росы под давлением — это температура точки росы воздуха под давлением.
Соответствующая зависимость между точкой росы при нормальном давлении и точкой росы при нормальном давлении зависит от степени сжатия. При одинаковой точке росы при нормальном давлении, чем больше степень сжатия, тем ниже соответствующая точка росы при нормальном давлении.
Сжатый воздух, выходящий из воздушного компрессора, загрязнен. Основными загрязняющими веществами являются: вода (жидкие капли воды, водяной туман и газообразный водяной пар), остаточный туман смазочного масла (масляный туман и масляный пар), твердые примеси (ржавчина, металлический порошок, резиновая пыль, частицы смолы и фильтрующие материалы, мелкий порошок уплотнительных материалов и т. д.), вредные химические примеси и другие загрязнения.
Испорченное смазочное масло разрушает резину, пластик и уплотнительные материалы, вызывая неисправности клапанов и загрязнение окружающей среды. Влага и пыль вызывают ржавчину и коррозию металлических деталей и труб, что приводит к заклиниванию или износу движущихся частей, а также к неисправности пневматических компонентов или утечке воздуха. Влага и пыль также могут забивать дроссельные отверстия или фильтрующие сетки. После образования льда трубопровод замерзает или трескается.
Из-за плохого качества воздуха надежность и срок службы пневматической системы значительно снижаются, а возникающие потери часто намного превышают стоимость и затраты на техническое обслуживание устройства для обработки воздуха, поэтому крайне важно правильно выбрать систему обработки воздуха.
Каковы основные источники влаги в сжатом воздухе?
Основным источником влаги в сжатом воздухе является водяной пар, всасываемый компрессором вместе с воздухом. После попадания влажного воздуха в компрессор большое количество водяного пара в процессе сжатия превращается в жидкую воду, что значительно снижает относительную влажность сжатого воздуха на выходе из компрессора.
Например, когда давление в системе составляет 0,7 МПа, а относительная влажность вдыхаемого воздуха — 80%, несмотря на то, что сжатый воздух, выходящий из воздушного компрессора, насыщен под давлением, при переводе в состояние атмосферного давления до сжатия его относительная влажность составляет всего 6–10%. То есть содержание влаги в сжатом воздухе значительно снижается. Однако по мере постепенного снижения температуры в газопроводе и газовом оборудовании большое количество жидкой воды будет продолжать конденсироваться в сжатом воздухе.
Как происходит загрязнение сжатого воздуха маслом?
Основными источниками загрязнения сжатого воздуха маслом являются смазочное масло воздушного компрессора, масляные пары и взвешенные масляные капли в окружающем воздухе, а также смазочное масло пневматических компонентов системы.
За исключением центробежных и диафрагменных воздушных компрессоров, почти все используемые в настоящее время воздушные компрессоры (включая различные компрессоры с безмасляной смазкой) в той или иной степени загрязняют газопровод масляными частицами (каплями масла, масляным туманом, масляными парами и продуктами деления углерода).
Высокая температура в камере сжатия воздушного компрессора приводит к испарению, растрескиванию и окислению примерно 5–6% масла, которое откладывается на внутренней стенке трубопровода компрессора в виде углеродной и лаковой пленки, а легкая фракция, взвешенная в виде пара и микрочастиц, поступает в систему сжатым воздухом.
Вкратце, для систем, не требующих смазочных материалов во время работы, все масла и смазочные материалы, смешанные с используемым сжатым воздухом, можно считать загрязненными маслом. Для систем, требующих добавления смазочных материалов во время работы, вся антикоррозийная краска и компрессорное масло, содержащиеся в сжатом воздухе, считаются примесями, загрязняющими воздух маслом.
Каким образом твердые примеси попадают в сжатый воздух?
Основными источниками твердых примесей в сжатом воздухе являются:
① Окружающая атмосфера содержит различные примеси с разным размером частиц. Даже если всасывающий патрубок воздушного компрессора оборудован воздушным фильтром, обычно «аэрозольные» примеси размером менее 5 мкм все равно могут попадать в воздушный компрессор с вдыхаемым воздухом, смешиваясь с маслом и водой и попадая в выхлопную трубу в процессе сжатия.
②Во время работы воздушного компрессора трение и столкновения между различными деталями, старение и износ уплотнений, а также карбонизация и расщепление смазочного масла при высокой температуре приводят к попаданию в газопровод твердых частиц, таких как металлические частицы, резиновая пыль и углеродсодержащие фрагменты.
Дата публикации: 18 апреля 2023 г.
