Шейпак А.А. Гидравлика и гидропневмопривод (часть 2)

процессе монтажа. Эти преимущества в наибольшей степени проявляются при небольших диаметрах, поэтому такие трубы применяют до диаметров

20…25 мм.

Кроме того, трубы из цветных металлов не требуют антикоррозийных покрытий. Однако их стоимость значительно выше стоимости стальных труб, которые обычно применяют для больших диаметров. Эти трубы изготавливают из углеродистой стали и предохраняют от коррозии за счет покрытия их цинком, медью и т.п.

Подвод воздуха к пневмодвигателям, например к пневмоцилиндрам или пневмомоторам ручного инструмента, происходит по гибким резиновым шлангам с текстильным каркасом (резиновым рукавам). Соединение трубопроводов и присоединение их к пневмоагрегатам как для жестких трубопроводов, так и для резиновых шлангов осуществляют с помощью соединительной арматуры, полностью аналогичной арматуре гидравлических систем (см. подраздел 1.3).

В пневмолиниях низкого давления, как правило, используются пластмассовые трубопроводы, выполненные из полиэтилена или поливинилхлорида. Основными преимуществами пластмассовых трубопроводов являются: отсутствие коррозии, малая стоимость, малая масса и несомненное удобство монтажа. Самое простое соединение пластмассовых трубопроводов, которое широко используют, например, в струйных пневмоэлементах, представлено на рис. 10.12.

Рис. 10.12. Способ присоединения пластмассовых трубопроводов

Такое безрезьбовое соединение достигается при помощи металлического или пластмассового ниппеля с различной конфигурацией уплотнительной поверхности.

При эксплуатации таких соединений в условиях температур более 40ºС пластмассовые трубки одевают на ниппель в разогретом состоянии до 100ºС, а затем охлаждают до температуры окружающей среды.

Расчет пневмолинии включает в себя два основных компонента: определение внутреннего диаметра трубопровода и определение потерь давления в трубопроводе ∆p:

∆p = ∆ртр + ∆рм,

где ∆pтр – потери на трение по длине;

∆рм – потери в местных сопротивлениях.

291

Сначала определяют величину внутреннего диаметра d трубопровода в первом приближении по формуле

d = π4QV ρρo ,

где Q – объемный расход воздуха;

V – допустимая скорость движения воздуха;

ρ0 и ρ – соответственно, плотность воздуха при атмосферном давлении и при давлении в трубопроводе.

При этом руководствуются правилом: для магистральных трубопроводов высокого давления длиной более 500м скорость движения воздуха не должна превышать 10 м/с, а для более коротких трубопроводов рекомендуется принимать скорость до 15 м/с. Для трубопроводов, соединяющих элементы одного пневмопривода, допускается скорость до 40 м/с.

После определения внутреннего диаметра определяют потери давления при движении воздуха по трубопроводу, используя формулы, приведенные в подразделах 10.2 и 10.3. Обычно потери в трубопроводах при правильном выборе его параметров составляют не более 5…10% рабочего давления.

10.5. Основные требования к монтажу, наладке и эксплуатации элементов пневмосети

Монтаж, наладка и соблюдение правил эксплуатации во многом определяют надежность и долговечность как отдельных пневмоустройств, так и пневмосистемы в целом.

Общие требования к монтажу любых пневматических устройств можно свести к следующим:

•исключить возможность внешнего повреждения при эксплуатации;

•исключить возможность загрязнения внутренних полостей;

•обеспечить доступность для настройки, регулирования и обслужи-

вания;

•монтировать пневматические устройства так, чтобы направление потока воздуха совпадало с направлением стрелок на этих устройствах.

Монтаж пневмомоторов и пневмодвигателей поворотного типа необходимо проводить так, чтобы обязательно соблюдалась соосность с валом.

После монтажа пневмомотор необходимо опробовать в рабочем режиме ведомого механизма. Осевые усилия на валу не допускаются. Далее пневмомотор необходимо опробовать в рабочем режиме в течение 15-20 мин, обратив внимание на герметичность соединений, отсутствие стуков и

шумов внутри мотора, на нагрев наружной поверхности, особенно в области установки подшипников. Нагрев свыше 60оС недопустим.

292

Монтаж пневмоцилиндров должен обеспечивать отсутствие смещения или перекоса осей штока пневмоцилиндра и ведомого механизма, которые приводят к возникновению радиальных усилий на штоке.

Пневмоцилиндры следует устанавливать вниз отверстиями для подвода сжатого воздуха во избежание сбора конденсата в рабочих полостях. В пневмоцилиндрах одностороннего действия для предохранения попадания загрязнений в нерабочую полость, в отверстие, соединяющее эту полость с атмосферой, устанавливают фильтр (сапун).

После монтажа определяют свободу и плавность совместного перемещения штока и ведомого механизма, для чего снимают транспортные заглушки с присоединительных отверстий цилиндра, обеспечивая свободу его хода.

Монтаж фильтра-влагоотделителя, исходя из принципа их дейст-

вия, необходимо проводить в вертикальном положении. Так как такие устройства удаляют только капельную влагу и твердые частицы загрязнения, оставшиеся пары могут конденсироваться в трубопроводе. Поэтому фильтр-влагоотделитель необходимо располагать как можно ближе к пневмоэлементам.

Если конденсат из фильтра-влагоотделителя удаляется через автоматический конденсатоотводчик, то при эксплуатации необходимо следить за возможным засорением его каналов. Ручной конденсатоотводчик более прост, дешев и надежен. Однако его следует применять только в том случае, когда опасность накопления конденсата в отстойнике сверх нормы мала, а сброс его производится не чаще одного раза за рабочую смену. В процессе эксплуатации необходимо периодически удалять и твердые частицы загрязнения, которые оседают на фильтрующем элементе.

Дешевые фильтрующие элементы (бумажные, тканевые) просто заменяют, а дорогие (керамические, порошковые) очищают от загрязнения либо путем промывки, либо пропуская воздух в направлении, обратном направлению движения в рабочем процессе.

Монтаж маслораспылителя также проводят только в вертикальном положении, причем маслораспылитель устанавливают как можно ближе к объекту смазки и выше него. Это делается для того, чтобы масло перемещалось в нужном направлении и под действием сил тяжести. Во время эксплуатации необходимо контролировать уровень смазывающей жидкости в бачке маслораспылителя.

Монтаж глушителя производится непосредственно у отверстия выхлопа пневматического двигателя или на выхлопных трубопроводах, объединяющих выхлоп нескольких пневмодвигателей. В последнем случае глушители следует располагать на удаление от рабочих мест. При эксплуатации следует учитывать, что часть выносимого из пневмодвигателя масла задерживается в глушителе и может стекать с него, загрязняя окружающую среду.

293

Монтаж трубопроводов должен обеспечивать прочность и герметичность труб, их соединения между собой и присоединений их к пневмоагрегатам; надежность их закрепления на опорных конструкциях; возможность удаления влаги, продувки и промывки трубопроводов. При монтаже не допускается образование впадины, так как это приводит к скоплению влаги и грязи. Если избежать впадин не удается, то обязательно предусматривают в низких местах установку устройств для удаления влаги и твердых частиц загрязнения. При присоединении пневмоустройств, например, к магистральному трубопроводу, необходимо располагать точки присоединения в верхней части трубы, что уменьшает вероятность попадания конденсата потребителю.

Особое значение при монтаже имеет изгиб трубопроводов. Минимальный радиус изгиба Rmin ограничен значениями, при которых не нарушается статическая и усталостная прочность труб. Для стальных труб Rmin = (3…5)D, где D – наружный диаметр трубы. Для труб из цветных ме-

таллов Rmin = (2…3)D, а для труб из пластмассы Rmin = (3…6)D. При монтаже гибких шлангов, особенно при подсоединении их к подвижным

пневмодвигателям, необходимо учитывать, что они могут работать только на изгиб, а работа на скручивание не допускается.

При монтаже в трубопроводе кранов, клапанов и других пневмоустройств их необходимо располагать на опорах (скобах, кронштейнах и т.п.).

В процессе эксплуатации трубопроводы необходимо периодически очищать. Очистку металлических труб проводят двумя способами: продувкой сжатым воздухом и промывкой.

Продувка хорошо очищает трубу от обычных загрязнений, но не позволяет удалять коксообразующие отложения, ржавчину, окалину и т.п. Эти продукты загрязнения удаляют промывкой труб различными растворами синтетических моющих средств.

При эксплуатации пластмассовых трубопроводов следят за отсутствием перегибов, соприкосновением трубопровода с подвижными деталями, нарушением целостности. В случае потери работоспособности такие трубопроводы заменяют.

294

В многоступенчатом центробежном компрессоре ступени соединяются последовательно, как это показано на рис. 11.1,б. Число ступеней определяется требуемой величиной давления газа на выходе компрессора, учитывая, что в обычных конструкциях в одной ступени давление повышается в 1,2…1,5 раза.

Рис. 11.1. Конструктивная схема центробежного компрессора: а) одна ступень; б) компрессор в сборе

Примером простейшего одноступенчатого осевого компрессора может служить обычный бытовой вентилятор, у которого на роторе расположены лопасти (лопатки), сообщающие воздуху осевое движение.

В промышленности осевые компрессоры представляют собой сложную многоступенчатую лопастную машину, состоящую из ротора с закрепленными на нем рядами профилированных лопаток, каждый ряд которых представляет собой рабочее колесо одной ступени, и статора с закрепленными на нем рядами таких же лопаток, образующих направляющие аппараты ступеней.

Схема многоступенчатого осевого компрессора представлена на рис. 11.2,а. Осевой компрессор представляет собой вращающийся вал 1, на котором закреплены несколько рядов лопаток 4 и неподвижный корпус с лопатками входного направляющего аппарата 3, нескольких рядов направляющих лопаток 5, а также выходного спрямляющего аппарата 6.

Газ поступает в компрессор через входной конфузор, проходя через лопатки входного направляющего аппарата 3. Аппарат создает предварительную закрутку потока газа, улучшая тем самым рабочие характеристики компрессора. За входным направляющим аппаратом располагаются ступени

296

компрессора. Каждая ступень – это совокупность рабочего колеса (лопатки 4) и следующего за ним направляющего аппарата (лопатки 5). Цель направляющего аппарата – придать потоку газа, выходящего из рабочего колеса, направление движения, необходимое для поступления в следующую ступень. Проходя п ступеней компрессора, поток газа выходит закрученным и с большой скоростью. Для раскрутки потока и снижения его скорости перед выходным диффузором устанавливают спрямляющий аппарат 6.

Рис. 11.2. Конструктивная схема осевого компрессора: а) общий вид; б) расположение и профиль лопаток

Типовая форма (профиль) лопаток и их взаимное расположение показаны на рис. 11.2,б.

На рис. 11.2 представлена конструктивная схема семиступенчатого осевого компрессора. Число ступеней в современных промышленных компрессорах этого типа может достигать 20. Следует отметить, что в упрощенных вариантах осевых компрессоров входной направляющий аппарат или выходной спрямляющий аппарат могут отсутствовать.

297

11.1.2. Объемные компрессоры

Объемные компрессоры, как и объемные насосы, построены на принципе вытеснения газа из рабочих камер за счет вытеснителей.

Если вытеснители совершают только поступательное движение, то та-

кие компрессоры называют возвратно-поступательными (или поршне-

выми). Процессы, которые происходят в рабочей камере поршневого компрессора (рис. 11.3,б), можно объяснить по теоретической индикаторной диаграмме, представленной на рис. 11.3,а.

Теоретическая диаграмма построена при следующих допущениях:

1) отсутствует мертвое пространство, т.е. объем воздуха в рабочей ка-

давлении р1. После перемещения поршня в крайнее правое положение весь процесс повторяется.

298

Замкнутая фигура 1-2-3-4-1 и является теоретической индикаторной диаграммой компрессора. Для сравнения на рис. 11.3,в представлена реальная индикаторная диаграмма. Скачки давления в точках 2 и 4 объясняются инерционностью клапанов и задержкой их открытия. В реальных условиях в рабочей камере всегда остается некоторый объем газа (W0). Процесс расширения при движении поршня из крайнего левого положения обычно является политропическим (кривая 3-4). Непостоянство давления в процессе заполнения рабочей камеры (линия 4-1) объясняется влиянием сопротивления потоку газа во всасывающей пневмолинии.

Любые неисправности, которые появляются в компрессоре (нарушение герметичности, разрушение пружин клапанов, появление дополнительных сопротивлений в пневмолиниях и т.п.) приводят к отклонению формы индикаторной диаграммы от эталонной. При эксплуатации компрессора периодически снимают его индикаторную диаграмму и, сравнивая ее с эталонной диаграммой, оценивают работоспособность компрессора.

Использование в поршневом компрессоре одной рабочей камеры, как и в поршневых насосах, приводит к существенной пульсации подачи газа (рис. 5.4,а). Поэтому в промышленных компрессорах используют несколько рабочих камер (цилиндров), которые располагаются в ряд или радиально. Такие компрессоры называются многоцилиндровыми. Схемы многоцилиндровых компрессоров представлены на рис. 11.4.

Рис. 11.4. Расположение цилиндров во многоцилиндровых поршневых компрессорах: а) рядное; б) радиальное

Объемные компрессоры, в которых вытеснители совершают вращательное или вращательно-поступательное движение, называются ротор-

ными.

299

В промышленных компрессорных установках наибольшее распространение получили пластинчатые роторные компрессоры, конструктивная схема которых представлена на рис. 11.5.

Внешний двигатель вращает ротор 1, ось которого смещена относительно оси полости в статоре (корпусе) 2. Рабочие камеры компрессора образуются поверхностью ротора, стенками корпуса и пластинами 3, которые свободно перемещаются в пазах ротора и центробежной силой прижимаются к корпусу компрессора. За счет эксцентриситета при вращении ротора происходит изменение объема рабочих камер, и за один оборот ротора прослеживается три цикла работы компрессора, отмеченные на схеме. Между стенками корпуса 2 циркулирует охлаждающая жидкость, обеспечивающая

боден от паров масла. Однако они имеют нежесткую характеристику, и каждая из ступеней может обеспечивать на выходе невысокое давление. Объемные компрессоры, в частности поршневые, имеют жесткую характеристику и могут создавать высокое давление газа, однако у них бóльшая металлоемкость и высокая неравномерность подачи. Роторные компрессоры также обладают преимуществами объемных компрессоров. Кроме того, по сравнению с поршневыми они имеют меньшую металлоемкость, большую равномерность подачи и большее быстродействие. Поскольку смазка трущихся поверхностей в объемных компрессорах происходит непосредственно в рабочих камерах, то сжатый газ содержит большое количество паров масла.

300