Выход из строя пневматических систем по причине плохой подготовки воздуха составляет до 80 % от общего числа отказов.

Исходя из вышесказанного, следует, что одним из основных параметров, определяющих надежность работы практически любой пневмосистемы, является качество используемого в ней воздуха.

Загрязнения сжатого воздуха и их воздействие на пневматические устройства и системы

Компонентами загрязнений сжатого воздуха являются вода и компрессорное масло в жидком и парообразном состоянии, твердые и газообразные загрязнения. Наибольшую часть загрязнений систем обычно составляют вода и компрессорное масло.

К примеру, воздух при 25⁰С, всасываемый компрессором, может содержать до 180 миллионов частиц пыли на 1 м³, приблизительно 23 г воды в форме пара и содержит от 0,01 до 0,03 мг/м³ масла

в виде несгоревших углеводородов. При сжатии, например, до 10 бар, концентрация загрязняющих примесей возрастает в 11 раз, т. е. в 1 м³ сжатого воздуха будет содержаться

порядка 2 миллиардов частиц пыли, 253 гр. воды в форме пара и 0,11–0,33 мг масла – это, не учитывая того масла, которое попало с систему после компрессора.

Весь этот «коктейль» попадая в систему, не снабженную должными устройствами отчистки воздуха, способен вывести из строя практически любое пневматическое устройство.

Для того чтобы правильно выбрать устройства отчистки, необходимо более детально разобраться с каждым загрязнителем в отдельности.

Вода

Источником содержащейся в сжатом воздухе воды является водяной пар, всасываемый компрессором в систему вместе с воздухом. Иногда вода поступает в линию нагнетания

из-за негерметичности промежуточных и концевых холодильников, а также из-за отсутствия заградительных козырьков на заборных устройствах всасывающей линии в дождливую погоду.

Влагосодержание воздуха зависит от температуры и относительной влажности паровоздушной смеси.

Для атмосферного воздуха эти параметры определяются климатическими условиями и временем года.

Сжатие поступившего в компрессор воздуха сопровождается повышением температуры на 100–130⁰С

(это происходит согласно закона Шарля).

В процессе сжатия содержание влаги в удельном объеме воздуха увеличивается пропорционально росту давления, но при этом вследствие повышения температуры его относительная влажность в значительной степени снижается. Так, при давлении в системе 0,7 МПа и относительной влажности всасываемого воздуха 80 % сжатый воздух на выходе из компрессора имеет относительную влажность 6–10 % т. к. температура сжатого воздуха значительно повысилась.

При движении по трубопроводам и другим элементам системы воздух охлаждается вследствие теплообмена с окружающей средой, происходит перенасыщение воздуха водяными парами и их конденсация.

Способность сжатого воздуха удерживать пары воды уменьшается с понижением температуры и с повышением давления. При этом его относительная влажность возрастает, а после достижения состояния насыщения (относительная влажность 100 %) происходит конденсация избыточного количества паров и появление воды в жидком состоянии (конденсата).

Температура, при которой это происходит, называется точкой росы t_p.

При более высокой температуре (и том же давлении) конденсация водяных паров не происходит.

Поэтому точка росы сжатого воздуха часто указывается как мера содержания в нем водяных паров.

На рисунке 14 приведена зависимость влагосодержания насыщенного воздуха (относительная влажность 100 %) от давления и температуры. Эту зависимость можно использовать для воздуха,

насыщенного парами воды, от температуры и абсолютного давления для определения количества конденсата, выпадающего в системах при охлаждении сжатого воздуха.

Рис. 14. Зависимость влагосодержания воздуха от температуры

Масло

Источниками загрязнения сжатого воздуха маслом могут являться смазка компрессоров и пневматических устройств, масляные фильтры на линии всасывания компрессоров,

пары и распыленное масло в окружающем воздухе. В сжатом воздухе масло обычно находится в парообразном и жидком состояниях. Предельная концентрация паров масла в воздухе,

как и паров воды, уменьшается с понижением температуры и повышением давления.

Вынос в линию нагнетания смазки компрессоров обычно является основной причиной загрязнения сжатого воздуха маслом. Количество масла, поступающего в линию нагнетания, можно определить, исходя из норм расхода смазки в поршневых компрессорах различных типов по ГОСТ 18985–79.

В ротационных и винтовых маслозаполненных компрессорах вынос масла в линию нагнетания в 1,5–2 раза выше, чем в поршневых, и в среднем может быть принят:

– для компрессоров малой производительности 200–300 мг/м³;

– средней и большой производительности 50–100 мг/м³.

В центробежных и мембранных компрессорах вынос масла в линию нагнетания практически отсутствует.

Высокая температура в поршневом пространстве компрессоров и на начальном участке линии нагнетания (от 160 до 220 °С) приводит к парообразованию и, частично, термическому разложению масла.

В результате этих процессов до 5–6 % масла окисляется и в виде нагара и лакообразной пленки осаждается на внутренних полостях компрессоров и трубопроводов, а легкие фракции в виде паров и мелкодисперсной фазы уносятся воздухом в систему.

Твердые загрязнения

Концентрация, дисперсный состав и природа твердых загрязнений сжатого воздуха зависит от загрязненности воздушного бассейна в зоне всасывания компрессора, состояния, режимов эксплуатации и обслуживания трубопроводов и пневматических устройств.

Основное количество твердых загрязнений вносится при передаче сжатого воздуха по трубопроводам и соединениям.

Эти загрязнения на 95–98 % состоят из ржавчины и окалины.

При нарушении технологии изготовления и монтажа в трубопроводы попадают частицы уплотняющих материалов и промышленная пыль.

Усредненная концентрация ржавчины и окалины в межцеховых трубопроводах может составлять до 25 мг/м³ воздуха, в цеховых – до 12,5 мг/м³.

При хорошем состоянии трубопроводов концентрация ржавчины и окалины обычно не превышает 2–4 мг/м³, однако разовые концентрации загрязнений в момент начала

подачи воздуха, при сотрясениях и гидравлических ударах в трубопроводах могут быть значительно большими.

Металлические частицы появляются в системах в результате износа поршневых колец компрессоров и подвижных деталей устройств, а стружка, притирочные составы и абразивы – при неправильной подготовке внутренних полостей пневматических устройств.

Плотность твердых загрязнений воздуха составляет от 0,1 до 8 г/см³.

Газообразные загрязнения

Основную часть газообразных загрязнений, попадающих в системы вместе с атмосферным воздухом, составляют:

– дымовые газы от сжигания топлива;

– газы, образующиеся при химических процессах;

– пары кислот и щелочей; растворители и др.

Наиболее часто в сжатом воздухе содержится сернистый газ SO₃, который при соединении с конденсатом образует серную кислоту и сернистый ангидрид, разрушающий наряду с другими растворами кислот, щелочей и озоном поверхности устройств и уплотнений.

Воздействие загрязнений

Анализ данных эксплуатации свидетельствуют о том, что загрязнения сжатого воздуха значительно снижают надежность и долговечность пневматических систем, приводят к нарушению технологических процессов.

Воздействие загрязнений на пневматические системы и устройства можно разделить на: