Przygotowanie sprężonego powietrza

Woda, sprężone powietrze oraz różne gazy techniczne mają w przemyśle wiele zastosowań. W artykule dokonujemy przeglądu zagadnień związanych z ich użytkowaniem, w tym przygotowaniem, transportem, dystrybucją i możliwościami oszczędzania.

Posłuchaj
00:00
Spis treści

PRZEGLĄD TECHNIK UZDATNIANIA WODY

Między filtracją mechaniczną a dezynfekcją woda poddawana uzdatnianiu przechodzi szereg innych zabiegów. Przykładami są: odżelazianie oraz odmanganianie. Polegają one na napowietrzaniu wody, co powoduje jej nasycenie tlenem. W wyniku utlenienia zanieczyszczeń powstają związki, które są słabo rozpuszczalne w wodzie i można je odfiltrować.

W uzdatnianiu wody korzysta się również z technik membranowych. Do tej grupy zaliczana jest metoda osmozy odwróconej wykorzystująca półprzepuszczalne membrany o średnicy porów 0,0001÷0,001 μm. Polega ona na podaniu wody pod wysokim ciśnieniem na membranę, która oddziela roztwory o różnych stężeniach.

W efekcie cząsteczki czystej wody przez tę barierę przechodzą, a zanieczyszczenia się na niej zatrzymują. Technika osmozy odwróconej pozwala na uzyskanie wody demineralizowanej i na tle innych wyróżnia się dużą skutecznością w usuwaniu wszelkiego typu zanieczyszczeń (rzędu nawet 99%).

Jak pisaliśmy wcześniej, w niektórych zastosowaniach wymagane jest zmiękczenie wody. Ten etap uzdatniania powinien być poprzedzony filtracją mechaniczną. Woda powinna być też odżelaziona i odmanganiona. Zmiękczanie odbywa się na drodze wymiany jonowej, czyli fizykochemicznego procesu, w którym jony roztworu elektrolitu ulegają wymianie na jony takiego samego znaku, stanowiące część składową nierozpuszczalnych substancji filtrów - jonitów. W praktyce jony wapnia i magnezu są usuwane z wody przez wymianę na jony sodu z filtrów z żywic jonowymiennych.

Jakość wody jest też poprawiana przy użyciu różnego typu substancji chemicznych, które się do niej dodaje. Przykładami są środki: zmieniające odczyn pH, inhibitory korozji, wiążące tlen oraz hamujące rozwój glonów, grzybów i bakterii.

DYSTRYBUCJA WODY

Instalacje uzdatniania i dystrybucji należy zorganizować w taki sposób, by zapewnić nieprzerwane zasilanie zakładu wodą o odpowiedniej jakości. Przed wyborem technologii uzdatniania, urządzeń takich jak pompy i rur, którymi woda będzie rozprowadzana, powinno się wiedzieć: jaka jest jakość wody na wejściu, jaka jest oczekiwana w miejscu odbioru, w jakich ilościach i jakich przedziałach czasu będzie zużywana. To ostatnie decyduje o wydajności pomp. Na ich wybór wpływa również zadanie, które będą realizować.

Gdy na przykład wymagane jest utrzymania ciśnienia na danym poziomie bez względu na warunki panujące w instalacji, należy rozważyć zakup zestawu składającego się z kilku pomp pracujących w układzie równoległym, regulującego ciśnienie bez względu na aktualne natężenie przepływu wody i ciśnienie wlotowe.

Liczbę potrzebnych pomp trzeba określić na podstawie profilu spodziewanego obciążenia. Aplikacja warunkuje także sposób sterowania. Na przykład gdy pompa uzupełnia albo opróżnia zbiornik, w zależności od wymaganej precyzji kontroli poziomu jego zapełnienia może być wymagana dokładna regulacja pracy pompy lub dopuszczalna jest regulacja zgrubna.

Na wybór pompy mają także wpływ wymagania systemu uzdatniania wody, gdyż niektóre techniki wymagają zapewnienia odpowiednio wysokiego ciśnienia w instalacji. Projektując system dystrybucji wody, należy ponadto unikać rozwiązań, które mogą negatywnie wpływać na pracę pomp. Na przykład gdy wlot zbiornika jest umieszczony tuż przy jego wylocie, powstają turbulencje, które utrudnią pompie zassanie potrzebnej ilości wody.

Sprężarki tłokowe i śrubowe

FK 200-1,5/24
Sprężarka tłokowa z napędem bezpośrednim; pojemność zbiornika: 24 l, cyl/st: 1/1, wydajność: 200 l/min, ciśnienie: 8 barów, moc: 1,5 kW
WOF 675/270
Sprężarka tłokowa żeliwna, bezolejowa; pojemność zbiornika: 270 l, cyl/st: 2/1, ssanie: 675 l/min, wydmuch: 405 l/min, ciśnienie: 10 barów, moc: 4 kW
SKTG 5,5 S
Sprężarka śrubowa zabudowana na zbiorniku poziomym 200 l; ciśnienie: 7,5 / 10 / 13 barów, wydajność: 0,77 / 0,65 / 0,53 m3/min, moc: 5,5 kW, przyłącze: 1/2", głośność: 69 dB
Sprężarki śrubowe
Moce od 2 do 15 kW, ciśnienie: 8-13 barów, wydajność: 0,2-1,9 m3/min, 200-19000 l/min, zbiornik poziomy: 200-750 l, pionowy: 100-2000 l lub wolno stojący; jednostopniowe; stałoobrotowe, zmiennoobrotowe z falownikiem, napęd pasowy, bezpośredni, przekładniowy
Główne z nich to: powszechność występowania, a dzięki temu łatwa dostępność i odnawialność, łatwość magazynowania i przesyłu na duże odległości, niezanieczyszczanie środowiska i brak zagrożenia dla ludzi w razie przeniknięcia do otoczenia, brak konieczności zorganizowania instalacji odprowadzającej zużyty czynnik, możliwość uzyskania dużych prędkości oraz przyspieszeń napędów, płynna regulacja prędkości i siły napędów przez zmianę natężenia przepływu i ciśnienia powietrza, tłumienie drgań, niewrażliwość napędów na przeciążenie, niezawodność urządzeń pneumatycznych w trudnych warunkach (niewrażliwość na zaburzenia elektromagnetyczne, szeroki zakres temperatur pracy) oraz prostota obsługi.

Z drugiej strony wadą jest energochłonny, a przez to drogi proces produkcji sprężonego powietrza - typowo tylko kilkanaście procent energii zasilającej urządzenie je wytwarzające jest zamieniane na energię tego medium. Dlatego w razie rozszczelnienia lub nieefektywnie zaprojektowanej instalacji jego produkcji i przesyłu trzeba się liczyć z dużymi stratami.

Poza tym medium to wymaga wstępnego przygotowania, o którym piszemy dalej. Już jednak w tym miejscu warto zasygnalizować, że konieczność uzdatniania i nadania odpowiednich parametrów jest kolejnym czynnikiem, który zwiększa koszty korzystania z tego pozornie darmowego medium.

Zespoły przygotowania powietrza

P3XAA
P3X (SV+F/R+L) z przyłączami 1/2", 3/4" BSPP (NPT 1/2"), stopień filtracji: 5/40 μm, ciśnienie maksymalne 16 barów z zakresem P2 od 0 do 16 barów, temperatury pracy: od -10°C do +60°C, zrzut kondensatu: manualny, półautomatyczny lub automatyczny
FUM 601-4 KM
Z wbudowanym manometrem, ciśnienie maksymalne: 12 barów, temperatury pracy: od -10°C do +50°C, przyłącze manometru: G1/4, filtracja: 5 μm, materiał korpusu: Grivory (PA 66), materiał membrany: NBR, materiał zbiornika: polikarbonat, regulacja: 0,1-4 barów, przepływ: 800 l/min, zrzut kondensatu: półautomatyczny
Typoszereg MS
Ciśnienie 0,3-12 barów, przepływ: 550-14000 l/min, stopień filtracji 0,01-40 μm, spust kondensatu: ręczny, półautomatyczny, automatyczny, pojemnik z tworzywa z osłoną z tworzywa, pojemnik metalowy, kierunek przepływu: z lewa do prawa, z prawa do lewa, smarownica proporcjonalna, przyłącza: G1/8, G1/4, G3/8, G1/2, G3/4, G1, również dostępne z gwintem NPT
W układach pneumatycznych wyróżnia się kilka bloków funkcyjnych, których zadaniem jest: wytwarzanie sprężonego powietrza przez zwiększanie ciśnienia powietrza atmosferycznego, przetłoczenie tego medium, jego przygotowanie i rozprowadzenie. Za pierwsze odpowiada napędzana silnikiem elektrycznym sprężarka.

Można wyróżnić kilka typów tych maszyn. Generalnie dzieli się je na dwie grupy, sprężarki: wyporowe, inaczej objętościowe oraz wirnikowe (przepływowe). W pierwszych sprężanie ma charakter pulsacyjny i odbywa się na zasadzie zmniejszania objętości czynnika roboczego. Maszyny przepływowe natomiast ściskają powietrze w sposób ciągły za pomocą szybko obracającego się wirnika, który wytwarza podciśnienie od strony wlotu.

W zależności od kierunku wypływu powietrza opuszczającego wirnik sprężarki przepływowe dzielą się na odśrodkowe (promieniowe) i osiowe (turbosprężarki). Te pierwsze są w przemyśle popularniejsze.

W kategorii sprężarek objętościowych można z kolei wyróżnić maszyny: tłokowe, rotacyjne i membranowe. W pierwszych elementem sprężającym jest tłok wykonujący ruchy postępowo-zwrotne, który zasysa powietrze, ściska je i przetłacza. Sprężarki tłokowe dostępne są w wersji jedno- i wielostopniowej w zależności od liczby stopni sprężania i w wykonaniu jednostronnym, dwustronnym i różnicowym. Maszyny tego typu są bardzo popularne w przemyśle.

W sprężarkach rotacyjnych element roboczy wykonuje ruch obrotowy. Ze względu na typ tego podzespołu wyróżnia się maszyny: śrubowe, łopatkowe, z tłokiem obrotowym. Tworzą one przestrzenie robocze o zmiennej objętości, co powoduje zasysanie, sprężanie i wytłaczanie powietrza.

Ich zaletą jest niski koszt zakupu i eksploatacji, a ograniczeniem niskie ciśnienie tłoczenia. W sprężarkach membranowych powietrze ściska membrana poruszana tłokiem niemającym bezpośredniego kontaktu z medium. Dlatego korzysta się z nich, gdy wymagany jest wysoki stopień czystości sprężonego powietrza.

PRZYGOTOWANIE SPRĘŻONEGO POWIETRZA

Przed doprowadzeniem sprężonego powietrza do odbiornika konieczne jest jego przygotowanie. Wynika to stąd, że by zapewnić jak najdłuższą bezawaryjną pracę urządzeń pneumatycznych i nie zaszkodzić procesowi lub produktowi, z którym powietrze ma kontakt (dotyczy to szczególnie takich branż, jak spożywcza, farmaceutyczna, półprzewodnikowa), powinno spełniać określone standardy jakościowe. Tymczasem to wytwarzane przez sprężarki zawiera wiele zanieczyszczeń.

Są to m.in.: cząstki stałe, na przykład pyły oraz drobnoustroje, gazy, oleje i woda. Źródła ich pochodzenia mogą być rozmaite, ale przede wszystkim przedostają się do sprężonego medium razem z powietrzem zassanym przez sprężarkę i z wnętrza tej maszyny. Tam nagromadzają się w trakcie jej pracy na skutek zużywania się podzespołów, ich uszkodzenia, tarcia części ruchomych, przenikania smarów.

Zanieczyszczeń, w zależności od warunków otoczenia, w jakich sprężarka pracuje oraz klasy jej wykonania, może być naprawdę dużo. Przykładowo ilości cząstek stałych, jakie w ciągu godziny maszyna o wydajności kilku m³/min zasysa, mogą być liczone w gramach, zaś wody w ciągu doby w dziesiątkach litrów.

Poza oczyszczeniem sprężone powietrze na wylocie sprężarki wymaga też dodatkowych zabiegów. Są to: regulacja ciśnienia do wartości potrzebnej w odbiorniku i nasycenie środkiem smarnym, o ile jest to konieczne w przypadku danego odbiornika. W związku z tym między sprężarką a odbiornikiem można standardowo znaleźć kilka podzespołów.

Są to: filtry usuwające cząstki stałe i wstępnie drobiny oleju i wodę, dokładniejsze odolejacze i osuszacze, reduktory ciśnienia, smarownice. Elementy te są używane niezależnie lub jako zespoły. Moduły składają się przeważnie z dwóch lub trzech części, na przykład filtra, regulatora ciśnienia oraz smarownicy.

Ponieważ nie każde zastosowanie wymaga użycia sprężonego powietrza o najwyższej jakości, w normie ISO 8573-1 zestandaryzowano klasy jego czystości, którym przypisano maksymalny dopuszczalny poziom zanieczyszczeń cząstkami stałymi, olejem oraz wodą. W oparciu o tę klasyfikację oraz dane producentów można skompletować stację przygotowania sprężonego powietrza odpowiednio do rzeczywistych potrzeb.

Spis treści
Powiązane treści
Przyszłość rynku maszyn do cięcia wodą
Umiarkowane wzrosty na rynku maszyn do cięcia wodą
Zintegrowany monitoring układów parowych jako źródło oszczędności
Czujniki ultradźwiękowe w Przemyśle 4.0
Przyszłość rynku maszyn do cięcia wodą
Prąd, gaz i woda + transmisja danych. Czyli wszystko o sieciach komunikacyjnych w instalacjach dostawców mediów użytkowych
Gdzie woda czysta... czyli w elektrowni
Czujniki temperatur cieczy i gazów
Rynek sprężarek powietrza - blisko 30 mld dolarów za 5 lat
Systemy zaopatrywania w sprężone powietrze do oddychania. Pięć praktycznych przykładów z branży przemysłowej
Zobacz więcej w kategorii: Temat miesiąca
Przemysł 4.0
Sztuczna inteligencja i cyfrowy przemysł
Artykuły
Wod-kan, uzdatnianie wody i oczyszczanie ścieków
Roboty
Produkcja spożywcza, farmaceutyczna i medyczna - nowe technologie i wysoka czystość
Komunikacja
Szkolenia w przemyśle
Silniki i napędy
Kompendium serwonapędów i Motion Control
Artykuły
Oil&gas i sektor chemiczny - automatyka i pomiary w branżach procesowych
Zobacz więcej z tagiem: Obudowy, złącza, komponenty
Prezentacje firmowe
Jak wybierać złącza fotowoltaiczne i jak prowadzić okablowanie?
Konferencja
Konferencja SEAP - Smart Engineering and Production: cyfryzacja w projektowaniu i prefabrykacji szaf sterowniczych
Targi krajowe
BIKE EXPO 2025 - edycja VII

Poradnik doboru rozwiązań drukujących - drukarki mobilne, stacjonarne i przemysłowe

Jak dobrać drukarkę do zastosowań w logistyce, przemyśle czy handlu? Na co zwrócić uwagę, jeżeli chodzi o cechy i funkcje urządzenia? Jak zapewnić wysoką niezawodność pracy oraz trwałość systemu drukującego? A co z oprogramowaniem? W artykule odpowiadamy na powyższe pytania, przedstawiając przykłady nowoczesnych urządzeń drukujących, które z powodzeniem sprawdzają się w wymienionych zastosowaniach.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów