Особенности монтажа пневмосетей

В данной публикации мы хотим остановиться на таком важном вопросе, как проектирование и монтаж пневмосети на производстве. Почему это так важно? Дело в том, что опыт показывает: потери энергии, вызванные неправильной организацией системы подачи воздуха способны свести на нет все прочие усилия по экономии энергии.

Выбор схемы воздухоснабжения

Первая проблема, которая обычно встает на средних и крупных предприятиях - это выбор системы воздухоснабжения. В условиях, когда потребителей воздуха несколько, они достаточно сильно разнесены в пространстве, возможно, даже находятся в разных помещениях, существует две возможных схемы воздухоснабжения – централизованная и децентрализованная. Централизованная схема: питание цехов сжатым воздухом осуществляет из общего компрессорного цеха. Как правило, при такой системе эксплуатируются несколько компрессорных установок производительностью от 10 до 250 м3/мин, а иногда и выше - в основном поршневые или центробежные, иногда мощные винтовые. Децентрализованная система: питание потребителей сжатым воздухом осуществляется отдельными небольшими компрессорами, устанавливаемыми непосредственно возле потребителя. Необходимо отметить, что в децентрализованных схемах при локальной потребности в воздухе более 1 м3/мин целесообразно использование надежных винтовых компрессоров, преимущества которых широко известны. Это позволяет решить ряд проблем, присущих поршневым компрессорам, таких как необходимость фундамента под компрессор, повышенные шум и вибрация, необходимость периодических ремонтов (замена колец, клапанов). Кроме того, недорогие поршневые компрессоры малой производительности, как правило, плохо приспособлены для использования в промышленных целях с ПВ, близким к 100 % и имеют невысокий ресурс.

Обе схемы имеют свои преимущества и недостатки, мы не будем сейчас останавливаться на них подробно. Отметим лишь, что выбор оптимальной схемы воздухоснабжения зависит от конкретных условий на конкретном предприятии, ему обязательно должен предшествовать полный анализ ситуации, существующих пневматических линий, энергоаудит всей цепочки производства и подачи сжатого воздуха, с учетом необходимых капвложений и постоянных затрат. Децентрализованная схема отнюдь не является универсальным решением, применение ее должно быть экономически обосновано. При проектировании пневматических систем необходимо учитывать не только потребителей, имеющихся в наличии в настоящее время, но и возможные варианты изменения как необходимого количества сжатого воздуха, так и расположения точек потребления.

Место для компрессорного оборудования

После того, как выбор схемы сделан, перед нами встает следующая задача – место для размещения компрессорного оборудования. Это должно быть сухое отапливаемое помещение, температура в котором в любое время года должна быть в пределах 0..+40°С. Для мощных компрессоров может потребоваться устройство фундамента и организация подвода воды на охлаждение. Компрессоры должны устанавливаться таким образом, чтобы обеспечить удобный доступ к ним с любой стороны для обслуживания и ремонта. В общем случае должно быть свободное пространство с каждой стороны порядка 1 м. Серьезное внимание следует уделить правильной организации подвода и отвода воздуха на охлаждение и на всасывание. Нужно обеспечить отсутствие обратных потоков, когда нагретый воздух, выбрасываемый из компрессора, снова поступает на вход. С этой точки зрения крайне неудобны низкие потолки, поскольку у многих машин нагретый воздух выбрасывается вверх.

Система вентиляции помещения должна обеспечивать кратность воздухообмена, достаточную для поддержания в помещении нормальной температуры, ведь каждый компрессор параллельно работает как нагревательный прибор, выбрасывая в пространство значительное количество тепла. Кстати, зимой это тепло удобно использовать для обогрева помещения. В помещении не должно быть пыли и пылящих поверхностей – вся эта пыль в конечном итоге пойдет в компрессор и далеко не вся будет задержана фильтром. Классическим примером пылящей поверхности является бетонный пол. Такой пол следует как минимум покрасить. Площадка для установки компрессора должна быть ровной и горизонтальной. Крайне желательно, чтобы помещение для компрессоров было отдельным, там не находились постоянно люди, поскольку шум, производимый большинством компрессоров, по санитарным нормам слишком велик для постоянного присутствия людей. С другой стороны, это помещение должно находиться возможно ближе к основным потребителям воздуха во избежание лишних потерь.

Выбор материала трубопроводов

В общем случае при отсутствии специальных требований следует применять стальные трубы ввиду их дешевизны. Сварная труба дает меньше окалины, чем бесшовная. Трубы диаметром более 1 дюйма проще и лучше соединять с помощью сварки. Однако для обеспечения разборности конструкции при наличии в цепочке дополнительных элементов (фильтров и т.д.) следует предусматривать резьбовые разъемные соединения. При использовании резьбовых соединений оптимальной является оцинкованная труба, однако для сварки лучше подойдет обычная сталь. Вообще достоинством резьб является в первую очередь их легкая рзъемность, герметичность их оставляет желать лучшего.

Когда требуется особая чистота сжатого воздуха, обычная сталь уже не годится. Здесь нужна либо нержавейка, либо медь. Как правило, такие требования к чистоте имеются на предприятиях пищевой, медицинской и химической промышленности. Нержавейку соединяют сваркой, резьбами, фланцами, медь – как правило пайкой. Оба варианта достаточно дорогие и вопрос об их целесообразности решается в каждом конкретном случае. В последнее время часто для прокладки пневмомагистралей используют полиэтиленовые трубы и металлопластик. Эти материалы удобны тем, что позволяют собирать пневмосеть буквально на коленке, любые геометрические формы магистрали получают за считанные минуты.. Монтаж весьма легок, газодинамическое сопротивление таких труб значительно ниже чем у стали. К недостаткам следует отнести высокую стоимость фитингов для данных труб и ограниченность по диаметру. Конкурентоспособны для небольших по протяженности и диаметру (до 1 “) магистралей, в особенности временных.

Конфигурация пневмосети

Теперь перейдем к вопросу конфигурации пневмосети. В принципе всегда, когда это возможно, контур следует закольцовывать. Это не только увеличивает эквивалентное проходное сечение магистрали, но и позволяет безболезненно отсекать участки магистрали для ремонтов и регламентных работ. Однако это не всегда возможно. В любом случае диаметры участков магистрали должны рассчитываться исходя из максимального расхода воздуха, который может проходить через данный участок. Расчет производится таким образом:
• Сначала рассчитывается проходное сечение трубопровода: S = ?*D2/4, где D – внутренний диаметр участка трубопровода, м.
• Затем необходимо рассчитать расход воздуха при данном давлении: V = Ve/(60*Pn), где Ve - полная производительность, м3/мин, Pn – давление нагнетания абсолютное, бар.
• После этого считается скорость воздуха в трубе: ? = V / S, м/с

Данный метод расчета носит приближенный характер, однако позволяет оценить скорость воздуха в участке трубопровода с достаточной точностью. Её значение должно быть в пределах 4 – 12 м/с. В случае, если скорость превышает 12 м/с, газодинамические потери значительно возрастают, поэтому сечение нужно увеличивать. При значениях скорости ниже 4 м/с трубопровод будет переразмеренным, а это лишние материальные затраты.

При расчете полной производительности следует вносить коэффициенты запаса:
• 1,05 – коэффициент, учитывающий износ пневмооборудования, приводящий к возрастанию расхода на его запитку,
• 1,05…1,15 – коэффициент негерметичности, учитывающий возожные утечки.
• 1,1…1,5 – коэффициент, учитывающий возможное расширение производства.

При расчете магистрали не следует забывать о том, что любые трубопроводы, а тем более его изгибы, изменения сечения, имеющаяся на нем арматура, создают газодинамическое сопротивление, приводящее к потерям давления. В небольшой статье нет возможности привести методику расчета реальных потерь, однако в общем случае, для магистрали небольшого размера, правильно спроектированной, максимальное падение давления в точке, наиболее удаленной от компрессора составляет не более 1-2 бар. Минимальное рабочее давление компрессоров должно быть соответственно несколько выше давления, необходимого для работы пневмооборудования.

Если необходимо снабжать воздухом несколько отдельных участков, разумным является выполнение собственных подводов воздуха к каждому участку. Это не только позволяет отключать те участки, которые в настоящий момент в воздухе не нуждаются., но и позволяет обеспечить для каждого участка необходимое давление и чистоту воздуха. Нужно по-возможности избегать прокладки трубопроводов вне помещений, поскольку содержащаяся в воздухе влага при охлаждении воздуха будет конденсироваться. Зимой это может привести к обмерзанию трубопровода. Если избежать прокладки магистрали по улице не удается, такие участки следует выполнять под землей на такой глубине, где почва не промерзает, либо (для коротких участков) с теплоизоляцией.

Разводку пневмосети выполняют как правило по стенам или по потолку. Необходимым условием является удобство технического обслуживания пневмосети, слива конденсата. Количество вентилей и их расположение должно позволять отсекать от сети любой участок для ремонта либо регламентных работ. Вентили лучше всего использовать шаровые с максимально широким проходным сечением. Все трубопроводы должны иметь уклоны не менее 5 градусов в направлении подачи воздуха, при этом в низших точках .пневмомагистрали выполняются вентили для слива конденсата. Отводы для потребителей воздуха всегда выполняются на трубопроводе сверху для того, чтобы исключить возможность попадания конденсата из трубы на пневмооборудование.

Мы отметили лишь самые основные моменты при построении пневматической магистрали. Многие важные вопросы остались за бортом ввиду ограниченности места, другие требуют определенной технической подготовки. Не следует рассматривать данный материал как догму, поскольку он больше ориентирован на практическое использование и содержит некоторые упрощения. Кроме того, каждая магистраль имеет свои индивидуальные особенности, описать все возможные варианты невозможно, да, наверное, и не нужно. Понимание приходит с опытом. Однако надеемся, что данная статья дает достаточно цельное представление о том, что же такое пневматическая сеть, позволит избежать наиболее грубых ошибок при монтаже. Желаем Вам удачи в Вашей работе!