Aukštos kokybės suspaustas oras sumažina priežiūros poreikį, padidina pneumatinės sistemos, valdymo sistemos ir instrumentų veikimo patikimumą bei sumažina oro varomų mašinų nusidėvėjimą.
Suspausto oro kokybė
Jei suspausto oro sistema nuo pat pradžių yra pritaikyta sauso oro tiekimui, instaliacija tampa pigesnė ir paprastesnė, nes vamzdynui nereikia įrengti vandens atskirtuvų ar vadinamųjų „gulbių kaklų“. Kai oras yra sausas, nereikia išleisti oro į atmosferą, kad pašalintumėte kondensatą.
Kondensato šalinimas iš vamzdyno sistemos taip pat nereikalingas, o tai reiškia mažesnes instaliacijos ir priežiūros išlaidas. Geriausias ekonominis sprendimas yra įrengti centrinį suspausto oro džiovintuvą. Oro valymo decentralizavimas, naudojant kelis mažesnius įrenginius skirtingose sistemos vietose, yra brangesnis ir apsunkina sistemos priežiūrą.
Paprastai skaičiuojama, kad sumažintos instaliacijos ir priežiūros išlaidos sistemoje su sausu suspaustu oru kompensuoja džiovinimo įrangos kainą. Tai labai ekonomiškai naudinga net ir papildant esamas instaliacijas džiovinimo įranga.
Betepaliniai kompresoriai nereikalauja alyvos atskyrėjų ar kondensato valymo įrangos. Be to, nereikia filtrų, todėl išvengiama jų keitimo išlaidų. Taip pat nereikia kompensuoti slėgio kritimo filtruose, todėl galima sumažinti kompresoriaus darbinį slėgį, dar labiau pagerinant instaliacijos ekonomiką.
Suspausto oro valymas
Vartotojui itin svarbu, kad suspaustas oras būtų tinkamos kokybės. Jei oras, turintis priemaišų, tiesiogiai susiliečia su galutiniu produktu, broko išlaidos gali greitai tapti nepriimtinos, o pigiausias sprendimas – brangiausiu. Todėl svarbu pasirinkti suspausto oro kokybę pagal įmonės kokybės politiką ir net įvertinti būsimus poreikius.
Suspaustame ore gali būti nepageidaujamų medžiagų, pavyzdžiui, vandens (lašelių arba garų pavidalu), alyvos (lašelių arba aerozolių pavidalu) bei dulkių. Priklausomai nuo suspausto oro naudojimo srities, šios medžiagos gali pabloginti gamybos rezultatus ir padidinti išlaidas. Oro valymo tikslas – pasiekti vartotojo nustatytą suspausto oro kokybę.
Kai suspausto oro vaidmuo procese yra aiškiai apibrėžtas, paprasta rasti sistemą, kuri konkrečioje situacijoje būtų pelningiausia ir efektyviausia. Tarp svarbiausių klausimų yra tai, ar suspaustas oras tiesiogiai liesis su produktu, ar, pavyzdžiui, darbinėje aplinkoje gali būti toleruojama alyvos migla. Teisingai įrangai parinkti reikalingas sistemingas požiūris.
Vandens garai suspaustame ore
Atmosferos oras visada turi drėgmės vandens garų pavidalu. Dalį šių garų įtraukia suspaustas oras, ir tai gali sukelti problemų, pavyzdžiui:
didelės priežiūros sąnaudos, sutrumpėjusi įrankių eksploatacijos trukmė ir blogesnis jų veikimas, padidėjęs broko lygis dažymo ar plastiko liejimo procesuose, padidėję nuotėkiai, sutrikimai valdymo sistemoje ir instrumentuose, trumpesnė vamzdyno eksploatavimo trukmė dėl korozijos, brangesnė instaliacija.
Vandens šalinimui gali būti naudojami priedai, tokie kaip: aušintuvai, kondensato separatoriai, šaldymo džiovintuvai, adsorbciniai džiovintuvai.
Kompresorius, dirbantis su 7 bar (a) slėgiu, suspaudžia orą iki 7/8 jo tūrio, taip pat sumažindamas oro gebėjimą išlaikyti vandens garus 7/8 dalimi. Išsiskiriančio vandens kiekis yra reikšmingas. Pavyzdžiui, 100 kW kompresorius, įsiurbiantis orą, kurio temperatūra yra 20°C, o santykinė drėgmė – 60 %, per 8 valandų darbo pamainą išskiria apie 85 litrus vandens.
Vandens kiekis, kuris bus atskirtas, priklauso nuo suspausto oro naudojimo srities. Tai lemia tinkamiausią aušintuvų ir džiovintuvų kombinaciją.
Alyva suspaustame ore
Alyvos kiekis suspaustame ore priklauso nuo kelių veiksnių, tokių kaip: mašinos tipas, konstrukcija, amžius ir būklė.
Pagal šį aspektą yra dvi pagrindinės kompresorių konstrukcijos rūšys:
- Kompresoriai, kurių suspaudimo kameroje naudojamas tepalas
- Kompresoriai, kurie veikia be tepalo
Tepaliniuose kompresoriuose alyva dalyvauja suspaudimo procese ir patenka į (visiškai arba iš dalies) suspaustą orą. Moderniuose tepaliniuose stūmokliniuose ir sraigtiniuose kompresoriuose alyvos kiekis ore yra labai mažas.
Pavyzdžiui, tepalu įpurškiamuose sraigtiniuose kompresoriuose alyvos kiekis ore yra mažesnis nei 3 mg/m³ prie 20°C.
Alyvos kiekį galima dar labiau sumažinti naudojant daugiaetapius filtrus. Jei pasirenkamas šis sprendimas, būtina atsižvelgti į: kokybės ribojimus, galimas rizikas, energijos sąnaudas.
Lentelė paimta iš ISO 8573-1 (2010) standarto
Kompresorius, dirbantis su 7 bar(a) manometriniu slėgiu, suspaudžia orą iki 1/8 jo pradinio tūrio
Mikroorganizmai suspaustame ore
Daugiau nei 80 % dalelių, kurios užteršia suspaustą orą, yra mažesnės nei 2 μm dydžio ir gali lengvai praeiti per kompresoriaus įleidimo filtrą. Iš ten šios dalelės pasklinda visame vamzdyno tinkle ir susimaišo su vandens bei alyvos likučiais ir vamzdynų nuosėdomis. Tai gali sudaryti palankias sąlygas mikroorganizmų augimui. Filtras, įrengtas tiesiai po kompresoriumi, gali sumažinti šią riziką. Tačiau norint užtikrinti švaraus suspausto oro kokybę, būtina visiškai kontroliuoti bakterijų augimą po filtro.
Situacija dar labiau komplikuojasi, nes dujos ir aerozoliai, praeinantys kelis filtrus, gali susikaupti į lašelius (per koncentraciją arba elektrinį krūvį). Mikroorganizmai taip pat gali prasiskverbti per filtro sieneles ir atsirasti tiek įleidimo, tiek išleidimo pusėje tose pačiose koncentracijose.
Mikroorganizmai yra itin maži ir apima bakterijas, virusus bei bakteriofagus. Paprastai bakterijos gali būti nuo 0,2 μm iki 4 μm dydžio, o virusai – nuo 0,3 μm iki 0,04 μm. Teršalai, mažesni nei 1 μm, įskaitant mikroorganizmus, lengvai prasiskverbia per kompresoriaus įleidimo filtrą. Nepaisant jų dydžio, mikroorganizmai kelia rimtą problemą daugelyje pramonės šakų, nes kaip „gyvi“ organizmai jie gali laisvai daugintis tinkamomis sąlygomis. Tyrimai parodė, kad mikroorganizmai klesti suspausto oro sistemose, kuriose yra nedžiovintas oras su 100 % santykine drėgme.
Alyva ir kitos priemaišos veikia kaip maistinės medžiagos ir skatina mikroorganizmų dauginimąsi. Efektyviausias sprendimas – oro džiovinimas iki <40 % santykinės drėgmės (tai galima pasiekti naudojant bet kokio tipo džiovintuvą) ir sterilaus filtro montavimas sistemoje. Sterilus filtras turi būti sumontuotas filtro korpuse, kuris leidžia atlikti sterilizaciją vietoje garais arba kurį galima lengvai atidaryti. Sterilizaciją būtina atlikti dažnai, siekiant išlaikyti gerą oro kokybę.
Suspausto oro filtrai
Modernūs pluošto filtrai yra labai efektyvūs šalinant alyvą. Tačiau sunku tiksliai kontroliuoti alyvos kiekį, likusį ore po filtravimo, nes temperatūra ir kiti veiksniai daro didelę įtaką atskyrimo procesui.
Filtro efektyvumui įtaką daro alyvos koncentracija suspaustame ore ir laisvo vandens kiekis. Suspausto oro filtro specifikacijose nurodyti duomenys paprastai taikomi tam tikrai oro temperatūrai, dažniausiai 21 °C. Ši temperatūra atitinka apytikslę oro temperatūrą po oru aušinamo kompresoriaus, dirbančio aplinkos temperatūroje 10 °C. Tačiau klimato ir sezono pokyčiai gali sukelti temperatūros svyravimus, kurie paveikia filtro atskyrimo pajėgumą.
Oro džiovinimas iki kuo mažesnės drėgmės leidžia pasiekti geriausius rezultatus. Laisvas vanduo ore mažina alyvos, aktyvintos anglies ir sterilių filtrų efektyvumą, todėl filtro specifikacijos tokiomis sąlygomis negalioja. Pluošto filtrai gali pašalinti tik alyvos lašelius ar aerozolius, o alyvos garus galima pašalinti tik naudojant aktyvintos anglies filtrą.
Tinkamai sumontuotas pluošto filtras su tinkamu priešfiltru gali sumažinti alyvos kiekį ore iki maždaug 0,01 mg/m³. Aktyvintos anglies filtras gali sumažinti alyvos kiekį iki 0,003 mg/m³.
Aktyvinta anglis yra specialiai pagaminta, kad turėtų didelį vidinį paviršiaus plotą, galintį sugerti 10–20 % savo svorio alyvos. Aktyvintos anglies milteliais dengtas filtras turi ribotą tarnavimo laiką, nes jame yra nedaug anglies, todėl jis tinkamas naudoti tik iki 20 °C temperatūroje. Tūriniai aktyvintos anglies filtrai, turintys didelį kiekį aktyvintos anglies, yra tinkamesni daugeliui pritaikymų, net esant aukštesnei temperatūrai, ir tarnauja ilgiau.
Filtro tarnavimo laikui įtaką daro oro temperatūra: kylant temperatūrai, alyvos garų kiekis eksponentiškai didėja. Aktyvintos anglies filtrai turi būti tinkamai suprojektuoti, kad sumažintų slėgio kritimą, ir jie turėtų būti naudojami kartu su kitais filtrais, kurie pašalina daleles ar lašelius. Norint pasiekti geriausią efektą, filtrus reikia montuoti kuo arčiau naudojimo vietos, reguliariai tikrinti ir dažnai keisti.
Naudojant bealyvį kompresorių, alyvos filtras nereikalingas, o tai leidžia kompresoriui dirbti esant mažesniam išleidimo slėgiui, taip sumažinant energijos suvartojimą. Daugelis tyrimų rodo, kad bealyviai kompresoriai yra geriausias sprendimas tiek ekonominiu požiūriu, tiek oro kokybės atžvilgiu.
Aušintuvas
Kompresoriaus suspaustas oras yra karštas, jo temperatūra po suspaudimo dažnai siekia 70–200 °C. Aušintuvas naudojamas šiai temperatūrai sumažinti, taip pat sumažinant vandens kiekį ore. Ši įranga dažnai yra standartinė kompresoriaus instaliacijos dalis.
Aušintuvas visada turi būti montuojamas tiesiai po kompresoriumi. Šilumokaitis atvėsina karštą orą ir greitai nukreipia daugumą kondensato vandens, kuris kitu atveju patektų į sistemą. Aušintuvas gali būti aušinamas vandeniu arba oru ir paprastai turi vandens separatorių su automatiniu drenažu.
Vandens separatorius
Daugumoje kompresorių instaliacijų yra įrengtas aušintuvas ir vandens separatorius, siekiant atskirti kuo daugiau kondensato vandens iš suspausto oro. Tinkamai parinkus ir suprojektavus vandens separatorius, galima pasiekti 80–90 % efektyvumą. Likęs vanduo keliauja su suspaustu oru kaip rūkas į oro imtuvą.
Alyvos ir vandens atskyrimas
Alyva, esanti lašelių pavidalu, iš dalies atskiriama aušintuvuose, kondensato separatoriuose arba kondensato išleidimo čiaupuose ir kartu su kondensato vandeniu teka per sistemą. Ši alyvos ir vandens emulsija, vertinama aplinkosaugos požiūriu, laikoma pavojingomis atliekomis ir negali būti išleidžiama į kanalizacijos sistemą ar gamtą.
Nuolat įvedami nauji ir griežtesni teisės aktai dėl aplinkai pavojingų atliekų tvarkymo. Kondensato drenažas ir jo surinkimas yra sudėtingas ir brangus procesas.
Efektyvus ir ekonomiškas šios problemos sprendimas yra įrengti alyvos ir vandens separatorius, pavyzdžiui, su diafragminiu filtru, kuris leidžia išgauti švarų drenažo vandenį, o alyvą surinkti į specialų indą.
Įrenginio schema, galinti tiekti suspaustą orą skirtingose oro kokybės klasėse pagal ISO 8573-1
Suspausto oro suvartojimas
Analizuojant suspausto oro naudojimą, galima rasti sprendimų, kurie padeda užtikrinti tolygesnį suspausto oro sistemos panaudojimą. Tai leidžia optimizuoti oro gamybą, taip sumažinant eksploatavimo sąnaudas.
Suspausto oro nuostoliai dažniausiai patiriami dėl nesandarumų suspausto oro sistemoje, susidėvėjusios įrangos, netinkamų procesų ar neteisingo suspausto oro naudojimo. Tai geriausiai sprendžiama didinant bendrą darbuotojų informuotumą apie efektyvų suspausto oro naudojimą.
Net ir nedideli nuotėkiai gali lemti dideles išlaidas ir prastovas.
Suspausto oro sistemos padalijimas į atskiras sekcijas, kurias galima atjungti naudojant vožtuvus, yra vienas iš būdų sumažinti oro suvartojimą naktimis ir savaitgaliais.
Daugumoje instaliacijų egzistuoja tam tikri nuotėkiai, kurie sudaro tiesioginį nuostolį, todėl turi būti minimizuojami. Dažnai nuotėkiai sudaro 10–15 % pagaminto suspausto oro, o kartais net daugiau. Kadangi nuotėkiai yra proporcingi darbiniam slėgiui, vienas iš būdų sumažinti nuostolius yra – remontuoti nesandarią įrangą ir sumažinti darbinį slėgį, pavyzdžiui, naktimis.
Pavyzdžiui, slėgio sumažinimas vos 0,3 bar gali sumažinti nuotėkį 4 %. Jei instaliacijos, kurios pajėgumas yra 100 m³/min, nuotėkis sudaro 12 % ir slėgis sumažinamas 0,3 bar, tai reiškia maždaug 3 kWh/val sutaupymą. Šis sutaupymas prilygsta vidutinio elektriniu šildymu šildomo namo elektros suvartojimui.
Be to, didėjant darbiniam slėgiui, padidėja ir mašinų bei įrangos oro suvartojimas. Todėl slėgio optimizavimas ne tik mažina nuotėkius, bet ir efektyvina oro vartojimą.