Проектирование и монтаж пневматических линий

1. Начальный этап монтажа пневмолинии.

Пневмолиния отождествляется с воздушной магистралью, обеспечивающей подачу сжатого воздуха от самого источника до конкретного потребителя. При возведении пневматической линии, важно уяснить смысл ключевых понятий и специальных терминов.

Центральным узлом воздушной магистрали является компрессор. Ресивер используется в качестве дополнительного резервуара воздуха. Фильтры применяются для отделения влаги от воздушного потока. Имеются и другие элементы магистрали (сепаратор, маслораспылитель, осушитель, охладители, трубопровод, арматура и фитинги).

На начальном этапе монтажа воздушной магистрали следует проанализировать размеры технического помещения, определить места закрепления магистральных элементов, утвердить уклон линии. Рассмотрим отдельные вопросы, актуальные при проектировании воздушной магистрали.

1.1 Какие моменты заслуживают внимания при проектировании воздушной магистрали?

  • При проектировании воздушной магистрали внимание следует уделить выбору материала для трубопровода. Очевидно, что от качества материала зависит долговечность эксплуатации пневматической линии. При выборе материала следует ознакомиться с внутренними требованиями предприятия.

  • Необходимо грамотно подойти к расчету диаметра труб, поскольку давление в магистрали поступательно убывает по всей длине трубопровода. Необходимо учитывать и параметр сопротивления, который зависит от диаметра трубы. Сопротивление линии будет расти, если диаметр трубы стремится к уменьшению.

  • Монтаж воздушной магистрали необходимо выполнять таким образом, чтобы получился замкнутый контур. Данное технологическое решение позволит добиться равномерного распределения давления в любом месте. Если пренебречь такой рекомендацией, то в дальней точке магистрали давление будет минимальным. Несложно заключить, что в конце трубопровода давление будет стремиться к минимуму при увеличении длины магистрали.

  • При прокладке трубопроводов необходимо максимально упрощать их маршруты, которые должны содержать минимум пересечений, изгибов, врезок или соединений, поскольку чрезмерное усложнение линии способствует росту общего сопротивления.

  • На этапе предварительного проектирования внимание следует уделить расчету объема ресивера, который выбирается в зависимости от параметра общего заполнения всей пневматической магистрали (выступающей в качестве большого ресивера).

1.2 Рекомендуемые материалы для пневматической линии (крепеж, трубы, соединения)

Проектирование воздушной линии рекомендуется начать с выбора материала трубопровода. В разной версии трубопровода встречается несколько видов материала, а именно: алюминий, сталь или пластик.

Стальной трубопровод

Трубы из металла характеризуются максимальным сопротивлением движению воздушного потока и низкой подверженности коррозии. Минимизировать влияние коррозии помогут трубы из нержавеющей стали или гальванизированные трубы.

Алюминиевый трубопровод

Алюминиевые трубы – сертифицированный товар. Трубы просты в обслуживании и монтаже, обеспечивают минимальные потери сжатого воздуха, стойкие к коррозии, характеризуются низким сопротивлением движению воздушного потока.

Пластиковый трубопровод

Учитывая доступность данного материала, сегодня растет спрос на пластиковые трубы, используемые для монтажа пневматической воздушной линии. Пластик отличается практичностью и легкостью монтажа, не требует наличия специальных навыков и квалификации. При широких возможностях прокладки маршрутов, монтаж пластикового трубопровода занимает минимум времени. Пластик имеет низкое сопротивление движущемуся потоку воздуха. Единственный недостаток пластиковых труб – подверженность влиянию высокой температуры. Под действием повышенной температуры воздуха, материал расширяется, при понижении температуры – теряет эластичность. Перепады температуры способствуют появлению трещин и преждевременному старению материала.

В зависимости от внутренних стандартов, действующих на предприятии, подбирается крепеж и соединения (быстроразъемные элементы, резьбовые, врезные фитинги). При проектировании пластикового трубопровода рекомендуется закупать соединения у одного производителя.

1.3 Дополнительное оборудование, используемое для монтажа линии

Помимо основного оборудования (узлов и элементов системы) пневматическая воздушная линия нуждается в дополнительных (специальных устройствах). Основное предназначение дополнительных устройств – повышение безопасности и надежности системы, увеличение сроков службы, производительности, качества работы, в целом.


К дополнительным устройствам магистральной линии необходимо отнести:

  • Теплообменник. Устройство расположено в компрессоре, либо сразу за ним, обеспечивает охлаждение потока сжатого и нагретого воздуха, с выделением влаги.

  • Ресивер, как дополнительный резервуар воздуха предназначен для гашения пульсаций и скачков. Таким образом, ресивер осуществляет ровное прохождение воздушного потока.

  • Фильтр обеспечивает фильтрацию воздушного потока от частиц влаги и паров масла с одновременным его осушением.

  • Маслораспылитель обеспечивает смазку трущихся деталей за счет подачи распыленного смазочного материала (минеральных масел) в поток воздуха. Пример использования – пневмодвигатели.

  • Фильтрующие устройства применяются для улавливания частиц, разных по размеру.

Система, комплектуемая вышеперечисленными элементами, имеет название БПВ (блок подготовки воздуха).

Помимо перечисленных элементов системы могут применяться и другие дополнительные устройства не входящие в блок подготовки воздуха.

К данному перечню устройств, следует отнести:

  • Отсечной клапан – обеспечивает мгновенное отключение участка, при работающей системе.

1.4 Проектирование трубопровода.

Расчет пневмомагистрали осуществляется в несколько этапов.

Первый этап. Расчет предельного давления, которое может выдержать система.

При расчете пользуются правилом, которое гласит, что давление, вырабатываемое компрессором, будет выше, чем у конечного потребителя. Компрессор работает по определенной схеме: нагнетает воздух в систему в режиме нагнетания до Pmax, после чего отключается. После падения давления в системе до давления включения Pmin происходит перезапуск компрессора. Разница между значениями Pmax и Pmin зависит от настроек компрессора, обычно составляет 2 бар. При расчете следует учитывать и потери давления в системе, обусловленные тем, что по пути следования сжатого воздуха от компрессора до потребителей происходит некоторое падение давления.

Второй этап. Расчет требуемого расхода воздуха.

При расчете ориентируются на паспортные данные, при этом учитывается степень загруженности магистрального оборудования. Необходимо также учесть, что разные виды оборудования эксплуатируются периодически, т.е. включаются в работу в отведенные временные интервалы. В связи с этим приобретает значимость коэффициент использования каждого из устройств (элементов оборудования).

Расчет расхода воздуха выполняется по формуле:

Где показатель Q – демонстрирует потребление воздуха системой, в целом.

Показатели Q1, Q2, Qn– каждый в отдельности демонстрируют потребление воздуха соответствующей единицей оборудования.

Коэффициенты k1, k2, kn – демонстрируют степень использования оборудования.

Для определения коэффициента использования того или иного оборудования можно воспользоваться ориентировочными значениями или найти их опытным путем. Ориентировочные коэффициенты использования оборудования приведены в таблице №1.

Таблица № 1 Коэффициенты использования магистрального оборудования

Пневматическое оборудование

Средний расход воздуха,

л/мин

Коэффициент использования

оборудования

Ударный гайковерт 1/2 ''

400-600

0,2

Ударный гайковерт 3/4 ''

600-800

0,2

Пневмодрель

150-200

0,3

Шуруповерт

350-450

0,3

Шлифовальная машинка

350-500

0,6

Пистолет

300-400

0,6

Третий этап. Определение синхронности функционирования оборудования.

Синхронность характеризуется коэффициентом синхронности функционирования оборудования. В таблице № 2 приведены значения показателя синхронности.

Расчет значений показателей синхронности осуществляется по формуле:

Где показатель Qобщ – демонстрирует общее потребление воздуха системой при условии синхронной работы всего оборудования.

Показатель Q – демонстрирует общее потребление воздуха (рассчитанное ранее).

Коэффициент kсинх – характеризует синхронность функционирования всего оборудования.

Приведенная выше формула позволяет оценить и возможность разового включения разного оборудования, благодаря чему общее потребление может возрасти на 25%.

Если разовое включение маловероятно, то целесообразно применить упрощенный вариант формулы:

Таблица № 2 Ориентировочные значения коэффициентов синхронности

Количество потребителей

сжатого воздуха

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Коэффициент синхронности

оборудования

1

0,95

0,91

0,87

0,84

0,81

0,78

0,76

0,74

0,71

Четвертый этап. Расчет предполагаемой производительности компрессора.

Расчет теоретической (предполагаемой) производительности (производительности компрессора на всасывании) осуществляется с учетом K производительности компрессорной группы. У компрессоров промышленного типа данный коэффициент варьируется в пределах 0,7-0,75.

Где показатель Qтеор – демонстрирует теоретическую (расчетную) производительность компрессора

Показатель Qобщ – демонстрирует потребление воздуха общее, при условии синхронной работы всего оборудования.

Коэффициент kпр – характеризует производительность компрессорной группы.

Важно акцентировать внимание на том, что ориентироваться исключительно на значение Qтеор нецелесообразно, поскольку в этой ситуации компрессор функционирует только в режиме нагнетания. Логично предложить, чтобы в расчете был учтен запас по производительности на уровне 15-20% от Qтеор.

Пятый этап. Расчет объема дополнительного воздушного резервуара (ресивера).

Для расчета объема ресивера необходимо отобразить работу компрессора в математическом виде.

Режим нагнетания можно описать по следующей формуле:

t1=Vp * (Pmax-Pmin)/(Qk-Qрасх)

Режим холостого хода (ожидания) описывается по формуле:

t2=Vp * (Pmax-Pmin)/ Qрасх.

Где Vp– объем дополнительного воздушного резервуара.

Показатели Pmax и Pmin – характеризуют соответствующие пределы рабочего давления. 

Показатель Qк – демонстрирует производительность компрессора.

Показатель Qрасх – характеризует расход воздуха системой.

Паспортные значения t1 и t2 – характеризуют время нагнетания и время холостого хода.

При суммировании t1 и t2 получается tц – характеризующее время полного цикла. При делении полученного значения на 60 мин найдем число включений в час – n. Если величины t1 и t2 неизвестны, то в расчете используют данные n – числа переключений в час.

Шестой этап. Расчет диаметра магистрального трубопровода

На данном этапе возрастает значимость каждой потери, которая вносится кранами и фитингами. Расчет проводится с помощью метода эквивалентной длины трубы. Диаметр трубопровода рассчитывается с учетом номинальной его длины по следующей формуле:

Где d - характеризует внутренний диаметр трубопровода в метрах.

Vэф - демонстрирует общий объёмный расход, м3/сек.

L - показывает номинальную длину всего трубопровода в метрах.

∆Р - демонстрирует перепад давления, бар.

Рраб - характеризует рабочее давление, бар.

Рассчитать диаметр трубы можно и иным способом, используя данные таблицы №3.

Таблица № 3 Эквивалентная длина трубопровода

Эквивалентная длина трубы, м

Диаметр трубы

Шаровой кран

Колено 90о

Колено 45о

Тройник

1/2”

2

0.3

0.15

0.1

¾”

4

0.4

0.2

0.15

1”

6

0.5

0.25

0.2

1 ¼”

8

0.6

0.3

0.25

1 ½”

10

0.8

0.4

0.35

2”

15

0.9

0.5

0.45

Эквивалентную длину всех фитингов суммируем с длиной номинальной, в результате чего получаем общую длину всей системы. Искомый диаметр трубопровода находим по таблице № 4.

Таблица № 4 Расчет диаметра трубопровода

Расход воздуха,

л,мин

Длина трубопровода, м

10

20

30

40

50

75

100

150

100

¼”

¼”

3/8”

3/8”

3/8”

½”

½”

½”

200

3/8”

3/8”

½”

½”

½”

½”

¾”

¾”

300

½”

½”

½”

¾”

¾”

¾”

¾”

¾”

400

½”

½”

¾”

¾”

¾”

¾”

¾”

1”

500

½”

¾”

¾”

¾”

¾”

1”

1”

1”

750

¾”

¾”

¾”

¾”

1”

1”

1”

1”

1000

¾”

¾”

1”

1”

1”

1”

1”

1 1/4”

1.5 Требования к установке элементов системы

  1. Правила установки компрессора следующие: устройство устанавливается в помещениях хорошо проветриваемых, с низким уровнем запыленности, где отсутствует сырость и влага. Ужесточены требования к воздушной среде технического помещения. В частности, в помещении не допускается наличие растворителей, взрывоопасных газов, токсичных паров.
  1. Требования к уклону трубопровода составляют не более 2%. Уклон необходим для стекания конденсата в нижнюю точку трубопровода, где расположен клапан слива.
  1. Отводы от основной линии к потребителям преследуют аналогичную цель, поэтому их делают в виде арок, напоминающие по форме «гусиную шею». Таким образом, отвод к потребителю сначала ведет вверх, затем – вниз.
  1. Во всех тупиковых окончаниях магистрали и в самых низких ее точках устанавливаются конденсатоотводчики.
  2. Разводка воздушной магистрали делается по потолку или по стенам.
  3. По возможности трубопроводы монтируют в специальных закрытых траншеях под полом, при этом обеспечивается беспрепятственный доступ к фитингам.

1.6 Рекомендации для пищевых и фармацевтических производств

Для «чистых»» производств, важно обеспечить чистоту прокачиваемой воздушной среды. Классы чистоты воздуха регламентируются требованиями ГОСТ 17433-80. Международный стандарт чистоты воздуха, регламентируется требованиями DIN ISO 8573-1. На производствах с повышенными требованиями к чистоте воздушного потока используются трубопроводы из нержавеющей стали. Необходимое качество чистоты воздуха обеспечивают специальные устройства (фильтры-отделители влаги, микрофильтры).

1.7 Рекомендации по безопасности

  1. На многих производствах применяются дополнительные пневматические устройства, которые работают с определенным типом аппаратуры, недопустимой к использованию при функционировании других узлов (элементов) системы. В данной ситуации целесообразно часть аппаратуры периодически отключать, для чего монтируются обводные воздухопроводы со специальными кранами-вентилями.

2.Эксплуатационные параметры работающего пневматического инструмента должны быть рассчитаны под выходное рабочее давление данного устройства.

  1. Распыление легковоспламеняющейся жидкости вблизи компрессора категорически запрещено, по причине возрастания риска взрыва.
  1. Не рекомендуется эксплуатировать компрессор при снятом кожухе во избежание получения ожогов и травм. Перемещение компрессора допускается после полного остывания устройства.

1.8 Рекомендации по техническому обслуживанию системы

В рамках периодического обслуживания системы рекомендуется замена фильтра (раз в год) и периодический слив конденсата.

Обслуживанию компрессора следует уделять особое внимание.

Слив ресивера рекомендуется делать от одного раза в день до одного раза в месяц.

Необходимо ежедневно контролировать уровень масла! При низком уровне масла компрессор быстро выйдет из строя! Замену масла делают по необходимости.

Своевременно реагируйте на утечки воздуха!

1.9 Типичные просчеты во время проектирования и монтажа системы

При выборе компрессора не стоит ориентироваться только на производительность и рабочее давление устройства. На всем пути следования воздуха расположены разные элементы системы. Поэтому, целесообразно перепроверять, какой объем воздуха дойдет до самого дальнего пневматического инструмента. Осуществлять замену специализированного оборудования на разные аналоги из смежных отраслей не рекомендуется. К примеру, не стоит устанавливать в магистралях водопроводные краны и др. фитинги.

Заказать расчет, подбор и монтаж в нашей компании можно по телефону 8(812)921-04-75 или отправив запрос на электронную почту info@srs-automatic.ru

/* */ -->