Luchtvoorbereiding in pneumatische systemen

Gecomprimeerde lucht in pneumatische systemen bevat vaak vocht en verontreinigingen en kan op een ongeschikte druk zijn voor direct gebruik, wat mogelijk schade aan apparatuur stroomafwaarts kan veroorzaken. Om de lucht te conditioneren, passeert deze door filters, regelaars en smeertoestellen, die het reinigen en de druk aanpassen. Dit artikel onderzoekt de componenten van luchtvoorbereiding, hun functies en selectiecriteria.

Inhoudsopgave

• Voorbereiding van gecomprimeerde lucht in een pneumatisch systeem
• Deeltjes in gecomprimeerde lucht en hun gevolgen
• Principes voor het kiezen en verbinden van luchtvoorbereidingsunits
• Luchtvoorbereidingsunits in een pneumatisch systeem
  • FRL
  • Pneumatische demper
  • Nakoelers
  • Luchtdrogers
  • Afvoeren
• Hoe de juiste luchtvoorbereidingsunit te kiezen

Voorbereiding van gecomprimeerde lucht in een pneumatisch systeem

Gecomprimeerde lucht is lucht die op een druk boven het atmosferische niveau wordt gehouden. Het is een essentiële energiebron in pneumatische systemen voor verschillende industriële toepassingen. De voorbereiding van gecomprimeerde lucht begint met omgevingslucht (Figuur 2 gelabeld A), die in een compressor (Figuur 2 gelabeld B) wordt getrokken die het comprimeert en naar een reservoir (Figuur 2 gelabeld C) voor opslag stuurt. Om ervoor te zorgen dat de lucht schoon en droog is, passeert het door een koeldroger (Figuur 2 gelabeld D) die vocht verwijdert. Vervolgens passeert het door luchtvoorbereidingscomponenten (Figuur 2 gelabeld E) om onzuiverheden te verwijderen en voldoende druk te handhaven (later besproken). Ten slotte wordt de voorbereide lucht via leidingen aan de machine (Figuur 2 gelabeld F) geleverd.

De gecomprimeerde lucht reist door verschillende apparaten, leidingen en fittingen die verontreinigingen kunnen introduceren. Extra luchtvoorbereiding op het punt van gebruik is essentieel, vooral over lange afstanden of in omgevingen die gevoelig zijn voor vocht- en deeltjesophoping.

Deeltjes in gecomprimeerde lucht en hun gevolgen

Een kubieke meter lucht uit de omgeving bevat veel componenten die problemen kunnen veroorzaken in pneumatische systemen. Deze omvatten:

• Vuilpartikels: Er kunnen wel 180 miljoen deeltjes zijn variërend van 0,01 micrometer tot 100 micrometer in grootte.
• Water: De hoeveelheid water varieert met de temperatuur, maar bij 50 𐩑C kan er ongeveer 80 gram water zijn.
• Olie: Er kan tot 0,03 milligram olie zijn.
• Chemische verontreinigingen: Chemische verontreinigingen omvatten schadelijke stoffen zoals lood, cadmium, ijzer, kwik en anderen.

Tabel 1 bespreekt de gevolgen van deze deeltjes in gecomprimeerde lucht. Het reinigen van gecomprimeerde lucht is cruciaal om schade te voorkomen en ervoor te zorgen dat de componenten soepel werken. Ook kunnen verschillende industrieën en gespecialiseerde toepassingen hun normen hebben voor hoe schoon de gecomprimeerde lucht moet zijn.

Tabel 1: De deeltjes in gecomprimeerde lucht en hun gevolgen

Deeltjes	Directe gevolgen	Lange termijn gevolgen
Vaste deeltjes: Vaste deeltjes zoals stof, roestvlokken of metaalspaanders gecreëerd tijdens productie of andere processen.	Opbouw en slijtage van onderdelen die tegen elkaar wrijven, bijvoorbeeld tussen de wand van de cilinder en de afdichting op de zuiger.	Verhoogde kosten voor onderhoud en reparaties Problemen met de werking van de apparatuur Kortere levensduur van de apparatuur Hogere energierekeningen vanwege lekken
Water: Atmosferische lucht bevat altijd enige vochtigheid.	Rosten van componenten wat roestdeeltjes creëert die kunnen leiden tot mechanische schade of smalle doorgangen kunnen verstoppen waar vloeistoffen doorheen gaan.
Olie: Zelfs in compressoren die geen olie gebruiken, kunnen kleine olie druppeltjes uit de aangezogen lucht sporen van olieverontreiniging achterlaten.	Klontering van deeltjes leidend tot geblokkeerde doorsneden. Bovendien kan olie elastomeren, zoals die in de afdichtingen, doen opzwellen.

Luchtvoorbereidingsunits in een pneumatisch systeem

Luchtvoorbereidingsunits verwijzen typisch naar de verschillende componenten die langs het systeem zijn geïnstalleerd om de kwaliteit van de gecomprimeerde lucht te bereiden en te onderhouden voordat het het gebruikspunt bereikt. De belangrijkste units worden hieronder besproken.

FRL

Een FRL-unit is een modulair systeem voor de conditionering van gecomprimeerde lucht bestaande uit een filter, regelaar en smeertoestel, ontworpen om verontreinigingen te verwijderen, de druk aan te passen en smeermiddel toe te voegen aan gecomprimeerde lucht in pneumatische systemen. Hoewel deze componenten vaak in één systeem zijn geïntegreerd, kunnen ze ook als afzonderlijke units worden gevonden, zoals alleen een regelaar of een gecombineerde filterregelaar. Moderne pneumatische systemen, uitgerust met zelfsmerende componenten, hebben vaak geen smeertoestellen nodig.

Filter

Een filter elimineert verontreinigingen zoals stof, waterdamp en olie die aanwezig zijn in de gecomprimeerde lucht. In sommige systemen zijn meerdere filters nodig vanwege verschillende behoeften:

• Het systeem moet verontreinigingen uit de leidingen of condensatie die optreedt tijdens het transport verwijderen voordat de lucht elk stuk apparatuur bereikt.
• Verschillende controle- of regelapparaten hebben lucht van verschillende reinheidsniveaus nodig.
• Bepaalde toepassingen, zoals voedselverpakking, vereisen meer dan standaardfiltratie. Hier zijn actieve koolstoffilters noodzakelijk; de lucht moet door fijne filters gaan voordat ze deze bereiken.

Pneumatische systemen gebruiken doorgaans filterelementen die deeltjes tussen 5 tot 50 micrometer (µm) in grootte kunnen vangen. Om luchtkwaliteit te bereiken die voldoet aan de ISO 8573-1:2010 [7:4:4] norm, moeten de volgende criteria worden voldaan:

• Deeltjesconcentratie: 5-10 milligram per kubieke meter (mg/m³)
• Filterfijnheid: 20-50 µm

Voor hogere normen moet het ontwerp voldoen aan de ISO 8573-1:2010 [6:4:4] specificatie:

• Deeltjesconcentratie: Niet meer dan 5 mg/m³
• Filterfijnheid: 5 µm

Filterelementen moeten regelmatig worden vervangen omdat ze na verloop van tijd verstopt raken met verontreinigingen, wat leidt tot verminderde luchtstroom. Een daling van de luchtdruk kan worden geïdentificeerd door het verschil in druk voor en na het filter te meten. Naarmate een filterelement vuiler wordt, neemt de drukval over het filter toe (doorgaans gelijk aan of iets minder dan 0,5 bar), wat het niveau van verstopping in het filterelement aangeeft.

Regelaar

Een drukregelaar beheert de druk van gecomprimeerde lucht in een pneumatisch systeem, zodat apparatuur stroomafwaarts lucht ontvangt op de juiste druk. Het netwerk biedt doorgaans een druk variërend van 6 tot 10 bar (87 tot 145 psi), die kan fluctueren op basis van hoeveel lucht wordt gebruikt. Om gecomprimeerde lucht effectief te gebruiken, moet elke apparatuur zijn noodzakelijke druk hebben ingesteld met behulp van een aparte drukregelaar.

Smeertoestel

Een smeertoestel voegt nauwkeurige hoeveelheden olie toe aan de stroom van gecomprimeerde lucht. Fabrikanten van mechanische componenten streven ernaar producten te creëren die geen extra smering nodig hebben. Dit wordt bereikt door het gebruik van geschikte materialen, het selecteren van de juiste afdichtingssystemen, het minimaliseren van wrijving of het voorzien van het product met voldoende permanente smering op het moment van aankoop. Speciale vetten worden hiervoor gemaakt, bedoeld om onbepaalde tijd in de kleppen of cilinders te blijven. Om te voorkomen dat het smeermiddel wordt weggespoeld, is het belangrijk om droge lucht te gebruiken, aangezien vocht het smeermiddel kan schaden. Dit uitspoelingseffect treedt ook op bij smeertoestellen, dus het is cruciaal om ervoor te zorgen dat smeertoestellen nooit zonder smeermiddel komen te zitten.

Pneumatische demper

Een pneumatische demper (muffler) is een apparaat dat is bevestigd aan de uitlaatpoort van een pneumatisch systeemcomponent, zoals een klep of cilinder, om het geluid te verminderen dat wordt gecreëerd door ontsnappende gecomprimeerde lucht. Het werkt door de lucht toe te staan uit te zetten en te vertragen voordat deze in de atmosfeer wordt vrijgegeven, wat het geluidsniveau vermindert. Sommige dempers kunnen ook verontreinigingen uit de uitlaatlucht vangen of filteren.

Nakoelers

Nakoelers koelen de lucht af nadat deze is gecomprimeerd en voordat deze de luchtdroger binnengaat, wat helpt om vocht te verwijderen.

Luchtdrogers

Nakoelers kunnen ongeveer 85% van het vocht uit de lucht van een compressor halen. Om nog meer vocht te verwijderen, worden luchtdrogers gebruikt na de nakoelers, vooral wanneer het belangrijk is om te voorkomen dat de lucht te vochtig wordt terwijl deze door het pneumatische systeem beweegt. Dit is cruciaal in toepassingen die zeer droge lucht vereisen, zoals in processen die gevoelig zijn voor vocht, om corrosie te voorkomen of om de juiste werking van pneumatische apparatuur te garanderen.

Afvoeren

Afvoeren verwijderen eventueel opgehoopt condensaat uit verschillende punten in het pneumatische systeem, vooral uit de luchtontvanger en filters.

Hoe de juiste luchtvoorbereidingsunit te kiezen

Een goede luchtvoorbereiding voor een apparaat dat gecomprimeerde lucht gebruikt, omvat drie hoofdfactoren:

• Zuiverheid van gecomprimeerde lucht
• Toereikend debiet
• Optimale werkdruk

Geschikte zuiverheid van gecomprimeerde lucht

Schone lucht helpt het pneumatische systeem langer mee te gaan en efficiënt te werken, en voldoet aan de regels voor bepaalde industrieën, zoals voedselproductie. De ISO 8573-1:2010 norm stelt de zuiverheid van gecomprimeerde lucht vast.

• De zuiverheidsklasse wordt bepaald door drie factoren - vaste deeltjes, water en olie.
• Voor elke categorie van deze verontreinigingen specificeert de norm de maximale hoeveelheid verontreiniging die is toegestaan in de gecomprimeerde lucht.

Hoe hoger het klassenummer, hoe minder zuiver de lucht hoeft te zijn. Fabrikanten van pneumatische componenten zoals kleppen en cilinders geven het niveau van luchtzuiverheid aan dat nodig is voor hun apparatuur om correct te functioneren. Verschillende toepassingen hebben verschillende niveaus van schone gecomprimeerde lucht nodig om goed te werken.

Bijvoorbeeld, als een pneumatisch systeem een vereiste voor de kwaliteit van gecomprimeerde lucht specificeert als 'Klasse 2.4.1', betekent dit:

• Voor vaste deeltjes (eerste cijfer), Klasse 2: De lucht mag niet meer dan 100.000 deeltjes/m³ van grootte ≥ 1 micron, 1.000 deeltjes/m³ van grootte ≥ 5 micron, en 10 deeltjes/m³ van grootte ≥ 10 micron bevatten.
• Voor water (tweede cijfer), Klasse 4: De lucht moet een drukdauwpunt hebben van niet hoger dan +3 °C, wat de hoeveelheid waterdamp die kan condenseren tot vloeibaar water bij een gegeven druk beperkt.
• Voor olie (derde cijfer), Klasse 1: De lucht mag niet meer dan 0,01 mg/m³ olie bevatten.

Voldoende debiet

Voldoende debieten zijn noodzakelijk om de juiste werking en snelheid van componenten te garanderen, bijvoorbeeld om ervoor te zorgen dat de zuigers van cilinders bewegen met de snelheden die ze horen te bewegen.

Het debiet wordt voornamelijk bepaald door de grootte van de openingen in de onderdelen en hoe ze zijn ontworpen. Als de onderdelen op een vergelijkbare manier zijn ontworpen, zullen grotere meer luchtstroom toelaten. Het debiet kan echter veranderen op basis van de toepassing van deze onderdelen. Filters bieden bijvoorbeeld van nature weerstand tegen luchtstroom en kunnen het debiet verminderen.

Problemen zoals stromingsbeperkingen, lekken en lange pijpleidingen kunnen aanzienlijke drukverliezen veroorzaken. Om dit te minimaliseren, wordt aanbevolen om een invoerdruk naar het luchtvoorbereidingssysteem van de machine te handhaven die 10-20% hoger is dan de bedrijfsdruk en om de toevoerleidingen indien nodig te vergroten.

Als de juiste onderdelen zijn gekozen voor de taak, maar het systeem nog steeds niet voldoende luchtstroom krijgt, controleer dan de volgende factoren:

• Zijn de aansluitpunten voor de luchttoevoer te klein?
• Zijn er problemen veroorzaakt door de lange luchtleidingen, te veel vertakkingen of strakke bochten?
• Zijn de binnenoppervlakken van de luchtleidingen ruw of vuil?
• Zijn er onopgemerkte lekken in het systeem?

De juiste bedrijfsdruk

De bedrijfsdruk moet overeenkomen met de druk die nodig is om de pneumatische onderdelen te bewegen. Juiste druk zorgt ervoor dat het systeem voldoende kracht heeft om te werken.

Elk apparaat dat gecomprimeerde lucht gebruikt, is ontworpen om het beste te werken binnen een specifiek drukbereik. Als de druk te laag is, zal het systeem niet zo goed werken als het zou moeten. Als de druk te hoog is, kan dit onderdelen zoals afdichtingen sneller laten slijten, meer energie verbruiken en veel lawaai maken. Het is dus belangrijk om mogelijke drukdalingen te overwegen bij het bepalen van de juiste druk. Deze drukdalingen kunnen optreden door:

• De apparaten die de lucht gebruiken, zoals kleppen, filters en drogers.
• Lange leidingen, vertakkingen, te strakke bochten, ruwe binnenoppervlakken en vuil in de leidingen.
• Onopgemerkte lekken.

De maximale druk van een pneumatisch element hangt af van verschillende parameters, zoals het materiaal van de behuizing en de veren die worden gebruikt voor de afstelling.