Подготовка воздуха для пневмоинструмента

Компрессоры, т. е. устройства для сжатия воздуха, в последнее время становятся все более популярным оборудованием не только на промышленных предприятиях, но и в арсенале домашних мастеров и небольших организаций. Объясняется это просто: сжатый воздух можно использовать в самых различных областях, устанавливая на пневмомагистраль разнообразный инструмент и оборудование. Про разновидности и особенности различных типов компрессоров и инструмента мы уже подробно писали (воспользуйтесь поиском по сайту — Прим. ред.). Теперь на очереди «промежуточное звено» — для подготовки воздуха на пути от всасывания из атмосферы до выхода из инструмента. Проще говоря, оборудование, которое потребуется для очистки и приведения параметров воздуха к оптимальным для той или иной работы.

Эта задача не так проста, как может показаться на первый взгляд, но и особых сложностей в ней нет. Все технические решения для подготовки воздуха давно и успешно реализованы, и при выборе просто нужно определиться с необходимым и достаточным для работы оборудованием.

ОТ АТМОСФЕРЫ ДО ИНСТРУМЕНТА

Говоря о подготовке воздуха, нелишне напомнить о том пути, который он проходит, прежде чем совершить полезную работу. Итак, атмосферный воздух сжимается в компрессоре, а затем по пневмомагистрали попадает к самому инструменту.

На каждом из этих этапов допускаются свои параметры воздуха и степени загрязнения, поэтому и оборудование для подготовки на каждом этапе различно. Мало того, в процессе перемещения воздуха происходит его дополнительное загрязнение посторонними включениями от продуктов износа оборудования.

Оговоримся сразу, в рамках этой статьи мы не будем подробно рассматривать особенности систем очистки воздуха на крупных предприятиях. Для них предназначено высокопроизводительное, сложное и дорогое оборудование, и чем чище требуется воздух, тем сложнее эти системы. Ограничимся теми устройствами, которые обычны при бытовых работах, в мастерских вроде шиномонтажа, авторемонта и окраски или, к примеру, в небольшом мебельном производстве — словом, там, где расход воздуха относительно невелик и требования к его качеству не слишком строги.

Первый и основной элемент любой пневмосистемы — компрессор. Для большинства видов подобных работ используются поршневые компрессоры, приводимые в движение электродвигателями. Воздух через впускной клапан попадает в цилиндр, сжимается и через выпускной клапан направляется в магистраль. Постоянно работать поршневой компрессор не может, время от времени ему требуется остановка для охлаждения. Для «хранения» воздуха и сглаживания пульсаций давления нужен ресивер — металлический баллон большого объема. Чаще всего двигатель, компрессор и ресивер составляют единый блок.

⇒ ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Пневматические инструменты: советы по выбору

Если требуется большой объем воздуха и предполагается его постоянный расход, подойдут винтовые компрессоры, в которых сжатие осуществляется с помощью винтов (примерно как в мясорубке, но для воздуха требуется два винта, вращающихся совместно). Эти модели могут работать без перерывов гораздо дольше, ресурс их выше, но и цена значительно возрастает.

И поршневые, и винтовые компрессоры могут быть безмасляными или масляными. При прочих равных условиях масляные надежнее, но при их эксплуатации воздух загрязняется частицами масла. Это требует дополнительной очистки, а иногда вообще неприемлемо. Прочие разновидности оборудования для сжатия воздуха в обычных условиях практически не применяются, разве что для любителей аэрографии на дому выпускаются мембранные модели, довольно тихие, с небольшой производительностью, к тому же конструктивно не загрязняющие воздух продуктами своего износа и маслом.

Пневмомагистраль. Если для бытовых условий, когда единовременно подключается один-два инструмента, достаточно бывает обычного гибкого шланга, то в условиях даже небольшого производства редко можно обойтись без стационарно закрепленного металлического или пластикового трубопровода, к которому с помощью разветвителей подключается порой различное оборудование.

Сам пневмоинструмент можно разделить на две большие группы.

«Дующему» нужен воздух для распыления твердых веществ, жидкостей, лаков и красок, очистки и удаления пыли, охлаждения, шиномонтажа. Обычно бытовой компрессор покупают именно для этих целей, ведь электрических аналогов подобного оборудования либо не имеется вообще, либо они гораздо сложнее и дороже. Но этим возможности по применению сжатого воздуха не ограничиваются. И в оборудовании второй группы воздух используется как привод механизмов, проще говоря, вместо электродвигателей, соленоидов и гидроцилиндров. За счет предварительного накопления сжатого воздуха можно получить куда большую мощность при периодическом применении. Например, в условиях той же шиномонтажной мастерской для разбортовки колеса и закрепления его на поворотном столе используются мощные пневмоцилиндры, которые должны работать считаные секунды. В качестве источника энергии применяют заранее накопленный сжатый воздух, который пополняется в те моменты, когда большой его расход не требуется.

Если же инструмент имеет пневмопривод как альтернативу электрическому мотору, например в шлифовальном оборудовании, на первый план выходит удобство работы: пневмодвигатель легче, гораздо проще по конструкции, защищен от наружной пыли и не боится перегрева, так как охлаждается самим сжатым воздухом.

Практически любой ручной или стационарный инструмент имеет пневматические аналоги, при этом мощность и ресурс «пневматики» значительно выше, вес — меньше, а значит, и работать им удобнее.

В конечном счете именно от используемого инструмента зависит необходимая степень очистки и подготовки воздуха. Если при обычном сдувании пыли с верстака с помощью продувочного пистолета чистотой выходящего воздуха можно пренебречь, то при окраске автомобиля даже небольшая пылинка или капля, попавшая на поверхность, может испортить всю работу.

ВОЗДУХ — ЭТО НЕ ТОЛЬКО СМЕСЬ ГАЗОВ

Теперь посмотрим, какими вообще параметрами характеризуется сжатый воздух и что необходимо для его подготовки к работе.

Стандартные физические параметры атмосферного воздуха — давление, температура, влажность и запыленность. Повлиять на них мы не можем, а вот обеспечить немного более благоприятные условия для работы пневмосистемы и оборудования — вполне. Достаточно просто установить компрессор в сухом, чистом, прохладном или хорошо проветриваемом помещении, и ресурс системы увеличится.

Весь пневматический инструмент рассчитан на работу при определенном давлении. Для большинства моделей с пневмодвигателями стандартное давление — 6,3 атм, для окрасочного и подобного оборудования— меньше. Компрессоры рассчитаны на создание в ресивере постоянного давления не ниже 8 атм, а иногда и выше, так что запас «пневмоэнергии» у них есть. Некоторые потери будут при движении сжатого воздуха от ресивера к инструменту, в системах подготовки (эта величина указывается в паспорте на оборудование) и трубопроводах, там обычно они невелики и при необходимости довольно легко рассчитываются. Давление регулируется с помощью редукторов.

Самыми неприятными факторами для работы любого пневмоинструмента считаются пыль и вода, обязательно содержащаяся в воздухе в виде пара. Температура сжатого воздуха, строго говоря, для обычного его применения не так уж важна, но тут есть несколько нюансов. Дело даже не в том, что чем выше температура, тем больше износ и скорость коррозии оборудования — в конце концов, эти величины пренебрежимо малы. Если рассматривать температуру, влажность и давление совместно, выясняется, что при неизменном давлении и влажности существует температура, при которой влага начнет выпадать в виде конденсата. Эта величина называется точкой росы, ее принято считать при атмосферном давлении. Чем выше влажность и температура входящего воздуха, тем выше и точка росы. При повышении давления (для чего, собственно, и требуется компрессор) влага также начинает выпадать в виде конденсата, Заодно в процессе сжимания воздуха возрастает и его температура, как от самого сжатия, так и от нагревшихся при работе элементов компрессорного блока. Частичное охлаждение происходит на пути из компрессора в ресивер (для этого иногда даже применяют оребрение на трубопроводе) и в самом ресивере, где и выпадает большая часть конденсата. Если воздух не успеет достаточно охладиться, конденсат выпадет «где-то» в пневмосистеме.

На практике при работе без системы очистки, например с продувочным пистолетом, можно наблюдать частицы сконденсировавшейся влаги в виде «тумана», вылетающего из сопла: сжатый воздух при расширении охлаждается, и пар превращается в конденсат. Если водяной пар обычно не опасен для работы, то конденсат уже, безусловно, вреден, и его приходится удалять с помощью влагоуловителей или осушителей. Но перед попаданием в эти системы нагретый воздух желательно охладить. Обычно достаточно естественного охлаждения, осушители в небольших пневмосистемах встречаются редко. Также возможно использование промежуточных охладителей на пути воздуха от компрессорного блока до ресивера и от ресивера до осушителя.

Далее, в воздухе всегда присутствуют мелкие пылевые частицы органического и неорганического происхождения. После сжатия, перед попаданием в инструмент, их размер и количество нужно уменьшить до приемлемых значений. Предварительная грубая очистка осуществляется еще перед попаданием воздуха в компрессор. Для этого используют воздушные фильтры, часто, особенно на небольших моделях, поролоновые или бумажные. Высокой очистки от твердых включений входящего воздуха не требуется, достаточно задерживать крупные частицы, способные вызвать быстрый износ компрессорного блока или повредить его.

К тому же, чем плотнее фильтр, тем больше сопротивление входящего воздуха, а значит, возрастает и нагрузка на аппарат. Останавливаться на этих фильтрах мы не будем, почти всегда они входят в комплект самого компрессора. Их обслуживание сводится к периодической очистке, продувке и, возможно, редким заменам на новые.

⇒ ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Компрессоры: виды, устройство, подготовка воздуха, выбор, техническое обслуживание, ремонт, отзывы

Затем в процессе нахождения в системе воздух «обогащается» продуктами износа цилиндропоршневой группы. Свой вклад в загрязнение вносят также продукты коррозии ресивера (почти всегда он изготавливается из стали) и трубопроводов.

В общем, чтобы избавиться от этих частиц, необходимы соответствующие фильтрующие элементы сразу после ресивера, а в ответственных случаях — еще и в максимальной близости от инструмента, сразу после пневмопровода.

И последнее, от чего требуется очистить выходящий воздух — компрессорное масло (разумеется, для масляных моделей). Его источником выступает сам компрессорный блок. Внутри блока масло полезно, оно обеспечивает теплоотвод, уменьшает трение и потери при сжатии, однако его мельчайшие частицы неизбежно попадают в пневмосистему вместе с потоком воздуха. Эти частицы можно задержать во влагомаслоуловителях вместе с водяным конденсатом.

Если же воздух приводит в движение пневмодвигатель, крайне желательно обеспечить смазку трущихся деталей. Хотя инструмент подобного рода допускается смазывать и вручную каждые несколько часов, куда проще насытить входящий воздух масляным аэрозолем с помощью лубрикаторов. Это благоприятно скажется на ресурсе самого инструмента.

Добиться полного отсутствия посторонних частиц в выходящем воздухе невозможно. Этого не удается сделать даже при производстве микроэлектроники, где требуется особая его чистота. Реально только уменьшить их количество до приемлемого для работы уровня, т. е. задержать относительно крупные частицы, которые могут отрицательно повлиять на ресурс или результат работы.

Определяют допускаемый класс чистоты сжатого воздуха по международному стандарту DIN ISO 8573-1 и российскому ГОСТ 17433-80. Приводить их целиком здесь не имеет смысла, достаточно сказать, что эти стандарты регламентируют остаточное содержание в воздухе влаги, масла и твердых частиц, их максимальный размер, а также температуру точки росы сжатого воздуха. Необходимый класс очистки можно найти в документации на инструмент и оборудование для воздухоподготовки, причем на одном и том же инструменте классы могут быть различными по разным параметрам: «по пыли» — один, «по влаге» — другой, «по маслу» — третий. Однако, поскольку оборудование для подготовки воздуха допускает сборку из отдельных модулей или блоков, подобрать необходимые элементы особого труда не составляет. Важнее, чтобы в каждом конкретном случае рекомендуемые для инструмента параметры очистки соответствовали возможностям оборудования для воздухоподготовки. Увлекаться повышением уровня очистки незачем, это увеличит стоимость всего комплекта, а на качестве работы и ресурсе практически не скажется.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ВОЗДУХА

Все это оборудование делится на магистральное, т. е. устанавливаемое после ресивера и обеспечивающее общие параметры воздуха для всей пневмосети, и местное, гарантирующее нужные параметры на каждом конкретном рабочем месте.

Технических отличий между ними нет, вся разница — в производительности. Конечно, если система проста и компактна, все оборудование требует одинакового уровня подготовки, а пневмопровод отсутствует, достаточно будет и одного комплекта.

А вот, к примеру, на станции кузовного ремонта для подготовки поверхностей с помощью пневмошлифмашины потребуется воздух с одними параметрами, а для качественной окраски — гораздо более чистый, и тут уже есть смысл проводить границу между степенью его подготовки для этих работ. Проще разделить оборудование по группам и построить пневмосеть, невзирая на то, что вся такая станция вместе с компрессором может располагаться в одном-двух небольших помещениях.

Для очистки сжатого воздуха от посторонних включений и подготовки его к работе используют различные фильтры и осушители. В простых случаях — один или несколько последовательно установленных на выходе компрессора одно- или многоступенчатых фильтрующих элементов, задерживающих частицы масляно-водяного аэрозоля и механических загрязнений. Для пневмоинструмента достаточно очистить воздух от частиц размером более 20 мкм.

Но при необходимости, последовательно установив несколько фильтров, задерживающих все более мелкие частицы, можно получить воздух практически любой чистоты, вплоть до отсутствия частиц более 0,01 мкм и посторонних запахов.

В зависимости от требований к чистоте воздуха выпускаются различные комбинации фильтров и влагомаслоотделителей. По устройству различают фильтры циклонного типа, в которых воздух очищается под действием центробежной силы, и фильтры с различного рода фильтрующими элементами.

Общий недостаток этих систем — они требуют несложного, но относительно частого технического обслуживания, в основном для очистки и замены фильтров и слива конденсата. Не следует забывать и то, что самая первая емкость, в которой собирается конденсат, — сам ресивер.

Время от времени конденсат необходимо сливать и из него. Для уменьшения затрат на техническое обслуживание довольно часто используют автоматические конденсатоотводчики и датчики, показывающие степень загрязненности фильтрующих элементов.

Сам конденсат представляет собой грязную «ржавую» воду с частицами компрессорного масла. При использовании «пневматики» в условиях даже небольшого производства возникает вопрос ее экологически безопасной утилизации. Отделяют воду от «всего остального» сепараторами. Загрязненное масло утилизируется, а очищенную воду допускается сливать в обычную канализацию.

В более сложных случаях, когда требуется воздух с высокой степенью очистки от влаги, приходится прибегать к помощи осушителей. Собственно говоря, для тех условий эксплуатации, которые мы рассматриваем, т. е. бытового применения или небольшого производства, осушители могут потребоваться разве что для особо ответственных малярных работ, поэтому особо останавливаться на них мы не будем. Отметим лишь, что принцип действия рефрижераторного осушителя — охлаждение воздуха до точки росы (температура 3 0C), а осушителя адсорбционного типа — поглощение влаги с помощью адсорбента (окиси алюминия). Осушители обычно представляют собой автономные установки, не требующие технического обслуживания.

Смазывают пневматические инструменты с трущимися деталями введением в систему лубрикаторов — устройств для распыления масла в сжатом воздухе. Наиболее рациональна установка одного лубрикатора на каждый инструмент — использование общего лубрикатора для нескольких инструментов приведет к тому, что масло в достаточном количестве будет поступать только в один, что повлечет за собой преждевременную поломку других.

Магистральный редуктор с манометром служит для установки оптимального выходного давления. Довольно часто он также входит в состав компрессора. Редуктор настраивается на максимально необходимое давление (с учетом потерь в дальнейшей сети). Редукторами также могут оснащаться отдельные рабочие места и различные блоки очистки (напомним, и в блоках, и в пневмопроводах давление несколько снижается).

Собственно, из этих элементов и состоят все системы воздухоподготовки. Для бытовых условий и небольших объемов работ многими из них пренебрегают, ведь даже работающий на неочищенном воздухе инструмент обладает большим ресурсом, чем его электрические аналоги, а ремонт обычно сводится к замене нескольких относительно недорогих деталей. Хотя в конечном счете стоимость ремонта, скорее всего, будет выше, чем цена хотя бы простейшего блока очистки, убирающего значительную часть примесей и загрязнений. А уж при использовании профессионального оборудования экономия на подготовке воздуха обойдется себе дороже. В прямом смысле слова.

И еще один серьезный момент. Важнейшим условием надежной работы пневмосистем является рациональный выбор смазочных масел (компрессорных, лубрикаторных и др.). В системах смазки компрессоров ни в коем случае нельзя использовать моторные масла. Первая и главная причина: присадки моторного масла являются катализаторами окисления (т. е. горения) и при попадании в ресивер компрессора могут даже спровоцировать взрыв. Вторая причина: моторные масла не обладают деэмульгирующими свойствами, наоборот, диспергирующие присадки, входящие в состав моторных масел, способствуют сохранению водомасляных эмульсий достаточно длительное время.

⇒ ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Компрессоры и пневматический инструмент: классификация, советы по выбору и эксплуатации, досье производителей

Присадки, входящие в состав компрессорных масел (деэмульгаторы), способствуют отделению масла от воды, которая периодически сливается в виде конденсата из ресивера и фильтров масловлагоотделителей.

При наличии в воздушных магистралях лубрикаторов также необходимо использовать специальные масла (масла для пневмосистем). Это связано с тем, что смазочные и другие характеристики собственно компрессорных масел недостаточны для обеспечения нормальной эксплуатации пневмооборудования (это могут быть как системы управления, так и исполнительные механизмы, к примеру пневмомолот).

По смазочным характеристикам пневмомасла близки к трансмиссионным, по другим (противопенные, деэмульгирующие, антиокислительные и др.) аналогичны компрессорным. Моторные масла в данном случае применять также не рекомендуется

ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ

Практически любой ручной электроинструмент с мотором или соленоидом имеет пневматический аналог. Есть и такие области, где аналогов либо не существует в принципе, либо электрические версии занимают очень маленький объем рынка. К таким в первую очередь относятся «дующие» инструменты: распылители жидкостей, пескоструйные аппараты, продувочные пистолеты и т. д. Двигатель им не нужен, вес невелик, конструкция крайне проста, а электрические аналоги сложнее, тяжелее и дороже. С пневматикой, способной заменить электрический инструмент «с мотором», все не так однозначно. Пневмомоторы сами по себе конструктивно проще электродвигателей, но это не значит, что техника стоит дешевле.

Мощность электромотора в ручном инструменте редко превышает 1,5–2 кВт: во-первых, чем мощнее электродвигатель, тем он тяжелее, и инструмент из разряда «бытовых» переходит в «неподъемные». А во-вторых, бытовые электросети просто не рассчитаны на более высокие нагрузки.

Для «пневматики» мощность привода ограничена разве что прочностью деталей, поэтому пневмодвигатель компактнее и легче электромотора. Обычно рабочее давление для пневмодвигателей составляет 6–6,3 атм. При его снижении инструмент способен продолжить работу, хотя мощность, разумеется, уменьшится. К слову, в технических характеристиках пневмомоторов указывается выходная мощность, а у электроинструмента — потребляемая. Разница между этими значениями зависит от КПД электромотора и передачи и может составлять 30–50 %.

Любой электродвигатель «не любит» пыли и влаги, а пневмомотору в закрытом исполнении они не страшны. Да и перегрева можно не опасаться — мотор охлаждается потоком воздуха. Падение оборотов под нагрузкой, весьма опасное для электромотора, тоже не оказывает существенного влияния на долговечность «пневматики».

В итоге ресурс инструмента может быть в десятки раз выше, чем у его электрических собратьев, особенно если поступающий воздух будет должным образом подготовлен. А вот стоит такое оборудование больше: высокий ресурс подразумевает соответствующее исполнение всех деталей и более качественные материалы, что неизбежно сказывается и на цене.

Автор: Максим Грибоедов

Статья была опубликована в выпуске журнала «Инструменты» серии «Потребитель» №05’2011 (ЛЕТО 2011)