Принцип работы рефрижераторных осушителей.



КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

Анализ различных видов осушителей для компрессорных установок

 

Рабочим телом в пневматических системах управления является сжатый воздух[1, стр8], представляющий собой механическую смесь азота, кислорода (по объему при­мерно 78 и 21% соответственно) и других газов, содержащихся в небольшом коли­честве (аргон, углекислый газ и т. д.), а также водяного пара.

Воздух, содержащий водяные пары, характеризуется абсолютной и относи­тельной влажностью. Абсолютная влажность определяется количеством водяного пара в единице объема воздуха. Отношение абсолютной влажности к максималь­ному количеству пара, которое могло бы содержаться в единице объема воздуха при тех же температуре и давлении, называют относительной влажностью.

Для удаления влаги из рабочего газа применяют осушители.

Адсорбционные осушители. Принцип работы (рис 2.1) — продувка воздуха через гигроскопичное вещество (адсорбент).

 

Рисунок 2.1 – Принцип работы адсорбционного осушителя

 

Приточный канал поставляет воздух во вращающийся ротор.                                        Содержащийся в роторе адсорбент высушивает приточный поток. При этом само вещество намокает. Канал обработанного потока улавливает подсушенный воздух и передает его дальше – по месту назначения. Регенерационное ответвление «заворачивает» часть обработанного потока и направляет его на нагревательный контур, повышающий температуру среды до 140 градусов Цельсия. Разогретый регенерационный поток проходит сквозь барабан ротора, высушивая адсорбент.  Напитанный влагой регенерационный поток уходит в атмосферу по специальному воздуховоду.

 

Обеспечиваемая точка росы -40°С или -70°С в зависимости от применяемого активного вещества. Применяется для предотвращения обмерзания уличных трубопроводов при низких температурах окружающей среды, а так же в случаях, когда имеются специальные требования к влажности воздуха (химическа промышленность, пищевое производство и т.д.)

К приемуществам относятся: невысокая энергетическая затратность, способность эффективно работать при достаточно низкой температуре воздуха, поскольку влага не замерзает в приборе, способность осушать воздух, не нагревая его.

К недостаткам такого типа осушителей воздуха можно отнести: необходимо периодически заменять адсорбирующий материал, поскольку со временем его КПД уменьшается, и устройство загрязняется, Слишком высокая стоимость осушителя воздуха, большие затраты на его обслуживание.

Рефрижераторные осушители. Принцип работы(рис 2.2) — охлаждение сжатого воздуха холодильной установкой до температуры около +3°С, удаление конденсата из воздуха с последующим нагревом. Обеспечиваемая точка росы +3°С. Применяется для предотвращения выпадения капельной влаги в пневмооборудовании, и трубопроводах при температуре окружающей среды не ниже +5°С.

 

Рисунок 2.2 – Принцип работы рефрижераторного осушителя

Основными преимуществами рефрижераторных осушителей считают: экономичное энергопотребление, низкую шумность, простоту эксплуатации, долговечность, высокую производительность.

Следует отметить, что ряд осушителей рассматриваемого типа имеет расширенный функционал, и помимо основной функции может очищать воздух от: механических включений, пыли, компрессорного масла, бактерий и вирусов.

К недостаткам таких установок относят: плохую точность точки росы, необходимость проведения ремонтов из-за частной периодичности включения механизмов осушителя, высокую стоимость, большие габариты.

Выбор осушителя сжатого воздуха должен учитывать потребности, пожелания и возможности. Выбирая агрегат, нужно обратить внимание на:

Адсорбционные осушители. Это оборудование, которое способно обеспечить более чистый воздух в сравнении с рефрижераторным. В эксплуатации простое, понятное и надежное. Эффективность его работы не зависит от параметров воздуха. Установки работают при минусовой температуре.

Рефрижераторные устройства применяются, если необходима подача воздушной массы на постоянной основе, без перерывов. Имеют более доступную стоимость и удобны обслуживании. Зачастую используются в автомастерских, химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Агрегат можно использовать, как промышленный осушитель воздуха.

Так как нам необходима подача воздушной массы без перерывов и низкий уровень шума, то для наших целей наиболее подходящим является рефрижераторный осушитель.

 

Принцип работы рефрижераторных осушителей.

Рассмотрим принцип работы рефрижераторных осушителей, представленный на рисунке 2.4.

Как правило, относительная влажность воздуха, поставляемого компрессором, варьируется в пределах 30-90%. И последствия ее возможного попадания в оборудование могут быть самыми разными: от коррозии некоторых составляющих установки до полного сбоя в работе всей системы. Таким образом, удаление влаги, содержащейся в сжатом воздухе, является одним из важнейших способов обеспечения сохранности пневматического оборудования. На данный момент одним из самых распространенных и простых способов снижения уровня влажности сжатого воздуха считается использование рефрижераторных осушителей, принцип работы которых ничем не отличается от обычного кондиционера или холодильника. В качестве хладагента в них применяется фреоновый газ, именно из-за этого они также называются фреоновыми или же холодильными. Влага, находящаяся в сжатом воздухе, сначала конденсируется, а затем удаляется. Количество конденсируемой влаги заметно увеличивается от возрастания разницы между температурой сжатого воздуха на выходе и на входе. Чем ниже температура охлаждения – тем меньше влаги остается в сжатом воздухе.

 

Рисунок 2.3 - рефрижераторные осушители SMC (IDFA - E серия)

 

 В рефрижераторных осушителях показатель точки росы, как правило, равен +3°С – это та конкретная температура охлаждения воздуха, при которой водяной пар, находящийся в нем, достигает состояния насыщения и конденсируется в росу при постоянной величине давления воздуха. Точка росы все больше приближается к фактической температуре воздуха в зависимости от того, насколько сильно воздух насыщен водными парами.

 

 

 

Рисунок 2.4 - принцип действия рефрижераторного осушителя

 

Основные принципы работы устройства : cоставляющими рефрижераторного осушителя являются два контура. В одном из этих контуров циркулирует охлаждаемый воздух, в другом – хладагент. Влага из горячего и влажного воздуха удаляется в процессе охлаждения его в двух теплообменниках: в первую очередь, в теплообменнике типа «воздух-воздух», после этого – в другом теплообменнике типа «воздух-хладагент», который, по сути, представляет собой испаритель Здесь, температура воздуха снижается приблизительно до 2°C, заставляя водяной пар конденсироваться в жидкость. В первом теплообменнике типа «воздух-воздух» тепло частично передается от входящего влажного воздуха к сухому выходящему. Это способствует тому, что становится возможным сэкономить 40-50% энергии, требующейся для осушки воздуха. Непосредственно в самом испарителе осуществляется процесс кипения хладагента, который черпает энергию преобразования из воздуха, снижая его температуру до точки росы. Влага из охлажденного таким способом воздуха выпадает как конденсат, образуя капельки воды. Чтобы убрать их, воздух прогоняется через центробежный отделитель конденсата – сепаратор, в котором ему приходится двигаться по спирали. Таким образом, полученные капли воды отбрасываются центробежной силой на стенки сепаратора, по которым они стекают на дно и уже после этого автоматически убираются из системы при помощи электроклапана сброса конденсата. Холодный осушенный воздух, затем, поступает назад в теплообменник воздух-воздух, где подогревается от поступающего на встречу горячего сжатого воздуха, и выходит из осушителя.

В контуре хладагента с воздушным охлаждением (рис 2.5), фрионы прогоняются по кругу холодильным компрессором. Для охлаждения хладагент, предварительно сжатый и нагретый в компрессоре, поступает в конденсатор. В общем понимании, этот конденсатор является теплообменником, в котором горячий теплоноситель проходит через специальную систему из медных трубок, окруженных ребристой алюминиевой структурой и передающих тепло. Процесс теплообмена упрощается также из-за того, что оба используемых материала – алюминий и медь – имеют особенно высокую теплопроводность. А еще на конденсаторе для осуществления большего охлаждения алюминиевых ребер устанавливается особый осевой вентилятор. Охлажденный хладагент после конденсатора оказывается в капиллярной трубке, имеющей довольно небольшое сечение. По закону Бернулли, сужение канала, по которому проходит жидкое или газообразное вещество, должно привести к увеличению скорости течения и, как следствие, к тому, что понижается давление движущейся среды на этом участке контура, а вместе с этим понижается и ее температура. Поэтому температуру в данной капиллярной трубке следует постоянно держать под контролем, иначе при падении ее значения до отрицательного на испарителе может начать образовываться лед. Здесь предусмотрен специальный датчик, который самостоятельно осуществляет контроль температуры. Обычно он настроен на заданное минимально допустимое значение. В случае, если температура в испарителе достигла этого самого значения, датчик автоматически открывает электроклапан, переправляющий (байпассирующий) горячий хладагент по особому, так называемому, байпассному контуру, который проходит над холодильным компрессором в обход конденсатора. Таким образом, в случае возникновения угрозы возможного обледенения испарителя, в него будет направлено определенное количество горячего хладагента, который повышает температуру и тем самым предотвращает его перекрытие льдом. В тех рефрижераторных осушителях, которые больше всего распространены в наше время, температура точки росы обычно равна +3°С, а количество влаги в осушенном воздухе составляет не более 5 г/м3.

Рисунок 2.5 - Направление потоков (воздушное охлаждение)

 

 

Рисунок 2.6 - диаграмма потоков (водяное охлаждение)

 

1 -Alu-Dry модуль, 1a - Теплообменник воздух-воздух, 1b - Теплообменник хладагент-воздух, 1c - Сепаратор конденсата, 2 - Реле давления хладагента LPS, 3 - Термо-защитное реле TS, 4 - Реле давления хладагента HPS, 5 - Реле давления хладагента PV (Воздушное охл.), 6 – Компрессор, 7 - Обводной клапан горячего газа,  8 - Конденсор (Воздушное охлаждение), , 9 - Вентилятор (Воздушное охлаждение), 10 - Фильтр-осушитель, 11 -  Капиллярная трубка, 12 - T1 Датчик температуры – Точки Росы (DewPoint),  13 - Ручной запорный вентиль конденсата (ACT 80-160 и ACT 55-160 3х фазные), 14 - Фильтр-сетка конденсата, 15 - Соленоидный клапан конденсата (ACT 55-160 и ACT 55-160 3х фазные), 16 - Катушка соленоидного клапана конденсата,        17 - Контроллер осушителя (ACT 80-160 и ACT 55-160 3х фазные), 18 - Конденсор (Водяное охлаждение), 19 - Регулятор протока воды конденсора (Водяное охл.),        20 - Ресивер хладагента (Водяное охлаждение), 21 - Электронный уровневый конденсатоотводчик, 25 - Нагреватель картера компр. (ACT 55-160 3х фазные)

  

Также существует вид контура хладагента с водяным охдаждением, в котором вода понижает температура хладагента. Необходимо, чтобы температура воды на входе не превышала номинальных значений. Кроме того, необходимо гарантировать требуемое количество воды и отсутствие в ней загрязняющих примесей.

Фильтр-осушитель Пары влаги и шлаки, могут присутствовать в фреоновом контуре. При длительной эксплуатации могут образовываться смолистые вещества и кислоты. Это может затруднять смазывание компрессора и засорить клапаны или капиллярные трубки. Фильтр-осушитель размещяется перед капиллярной трубкой, задерживает все технические загрязнения и пары влаги, исключая их циркуляцию и вступление в химические реакции.

Капиллярная трубка. Отрезок медной трубки определенного внутреннего сечения, которая расположена между испарителем и фильтром-осушителем, и создает дозировку подачи жидкого хладагента в испаритель. Дозирование жидкости способствует падению давления до определённого уровня, которое пропорционально температуре, поступающей в испаритель: чем меньше давление на выходе из капиллярной трубки – тем меньше температура кипения хладагента. Длина и диаметр трубки точно подобраны на оптимальные параметры осушителя, и не требуют дополнительного обслуживания.

Теплообменный модуль Alu-Dry (рис 2.7). В едином корпусе объединены теплообменники воздух-воздух, воздух-хладагент и отделитель конденсата центробежного типа. Встречные потоки в теплообменнике воздух-воздух обеспечивают максимальную эффективность теплообмена. Большое сечение проточных каналов внутри теплообменника обеспечивают низкую скорость прохождения воздуха, позволяя тем самым снизить потери и перепад давления. Встречные потоки воздух-хладагент, плюс большие площади поверхности теплообмена обеспечивают полное испарение хладагента (предотвращая попадания жидкости в компрессор) и создают превосходные эксплуатационные показатели. Отделитель конденсата расположен внизу модуля после испарителя.

 

 

Рисунок 2.7 - Теплообменный модуль Alu-Dry В

 

При подключении компрессора к осушителю необходимо сделать байпасную линию, по которой в случае необходимости сжатый воздух будет подаваться в обход осушителя. Схема подключения показана на рисунке 2.8

 

Рисунок 2.8 – схема подключения компрессора и осушителя

1 – компрессорная установка, 2 – фильтр QF, 3 – рефрижераторный осушитель,

4 - байпасная линия, 5 – кран шаровый.

 

Выбор осушителя

Выбор и расчет рефрижераторного осушителя осуществляется на основании его технических характеристик и с учетом корректирующих коэффициентов. Технические характеристики осушителя, указанные в каталогах, соответствуют номинальным условиям. Например, если в характеристиках указано, что номинальная производительность осушителя составляет 1200 л/мин, то это означает следующее. Осушитель обеспечит заявленную температуру точки росы +3оС при прохождении через него 1200 л/мин воздуха, имеющего давление на входе в осушитель 7 бар, температуру на входе в осушитель +35оС, а температура окружающей среды при этом составляет +25оС.

Таким образом, для выбора осушителя необходимо учитывать три основных параметра: давление сжатого воздуха на входе в осушитель;
температуру сжатого воздуха на входе в осушитель;
температуру окружающей среды.

Давление сжатого воздуха на входе в осушитель 10 бар;
темпратуру сжатого воздуха на входе в осушитель +35оС;
температуру окружающей среды +20оС;

Выбор осушителя с учетом условий эксплуатации осуществляется на основании формулы (1) [10]:


Qmin = Qтреб /(k1 x k2 x k3 x k4)                               (1)

 

где: Qтреб – требуемая производительность  

k1 - поправочный коэффициент в зависимости от рабочего давления (таблица 2.1 [10])

k2 - поправочный коэффициент в зависимости от температуры окружающей среды (таблица 2.2 [10])

k3 - поправочный коэффициент в зависимости от температуры воздуха на входе в осушитель (таблица 2.3[10])

k4 - поправочный коэффициент в зависимости от точки росы(таблица 2.4[10])

Таблица 2.1

Бар 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
k1 0.54 0.67 0.77 0.85 0.93 1 1.06 1.1 1.15 1.18 1.21 1.23 1.25 1.27 1.28

 

Таблица 2.2

Температура окружающей среды, оС 20 25 30 35 40
k2 1.05 1 0.95 0.88 0.78

 

Таблица 2.3

Температура воздуха на входе, оС 30 35 40 45
k3 1.2 1 0.82 0.67

 

Таблица 2.4

Температура точки росы, оС 3 4 5 6 7 8 9 10
k4 1 1.02 1.05 1.07 1.1 1.12 1.15 1.18

 

Qmin =1000/(1.15×1.05×1×1)=833 л/мин

 

Необходим осушитель с минимальной номинальной производительностью 833 л/мин.

Рассмотрим рефрижераторный осушитель АСТ 8 (рис 2.9) который имеет номинальную производительность (производительность при номинальных условиях) 850 л/мин.

Действительная производительность осушителя в зависимости от рабочих условий определяется по формуле (2) [10]:


Qдейст = Qном х k1 x k2 x k3 x k4                                   (2)

 

Qдейст=850×1.15×1.05×1×1=977.5 л/мин


  Произведя расчет, получим, что при заданных условиях действительная производительность осушителя АСТ 8  составляет 1026 л/мин. Полученное значение 1026 л/мин говорит о том количестве воздуха, обработав которое осушитель обеспечит требуемую температуру точки росы +3оС. Это на 20% больше номинальной производительности 850 л/мин. Так же следует отметить что при производительности компрессора 1000 л/мин, потеря производительности на осушителе будет отсуствовать.

 

Рисунок 2.9 - рефрижераторный осушитель сжатого воздуха ACT 8

 

1 - Задняя панель, 2 - Модуль осушения Alu-Dry, 3 - Изоляционный материал, 4 - Скоба суппорта, 5 - Правая боковая панель, 6 - Главный выключатель,     7 - Контроллер осушителя, 8 - Стикер диаграммы потоков, 9 - Передняя панель, 10 - Фильтр-осушитель, 11 - Реле давления хладагента PV, 12 - Обводной клапан горячего газа, 13 - Электрический провод с вилкой, 14 - Левая боковая панель, 15 - Датчик температуры T1, 16 - Капиллярная трубка, 17 - Опорная плита, 18 - Запорный вентиль слива конденсата 19 - Фильтр-сетка конденсата, 20 - Компрессор хладагента, 21 - Вентилятор (воздушное охлаждение), 22 - Двигатель вентилятора, 23 - Крыльчатка вентилятора, 24 - Решётка вентилятора, 25 - Электроклапан удаления конденсата, 26 - Катушка электроклапана конденсата, 27 - Электронный конденсатоотводчик.


Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 1974; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!