Úvod do pneumatiky ./1(Y:J1A- Ediční středisko ČVUT, Praha 6, Zikova 4. FESTO Didactic Postgraduálni studium. ČESKÉ VYSOKÉ UČENí TECHNICKÉ V PRAZE

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENí TECHNCKÉ V PRAZE./1(Y:J1A- -1(AC/.. 'LíC Fakulta strojní Úvod do pneumatiky Učebnice FESTO Didactic Postgraduálni studium FE S T o Dídactíc Ediční středisko ČVUT, Praha 6, Zikova 4

2 GESKÉ VYSOKÉ UGENí TECHNCKÉ V PRAZE Fakulta strojní, Uvod do pneumatiky Učebnice FESTO Didactic Postgraduální studium HS TO Oidactíc 1989 Ediční středisko ČVUT, Praha 6, Zikova 4

3 - 1 - Předmluva Tato učebnice vznikla jako souhrn učební látky základního semináře Festo "Úvod do pneumatik)l". Během mnohaletého pořádání seminářů l5e učební látka rozrostla až do předkládaného rozsahu; obsah, osnow a výklad jsou stejné jako v seminář i. Pro jednoduchost a srozumitelnost nejširšímu okruhu zájemců je v tomto novém rozšířeném vydání omezen teoretický aparát na nezbytné minimum. Učebnici lze v zásadě studovat i samostatně, bez účasti na semináři. při výkladu funkčních principů pneumatických pracovních (silových) a řídících 'Prvků byl zvýšený důraz kladen na obecné vzájemné souvislosti. Poměrně značná pozornost je věnována výrobě a úpravě tlakového vzduchu, nebo! zanedbání této problematiky bývá často zdrojem obtíží a chyb v činnosti pneumatických zařízení. Výklad odpovídá současnému stavu rozvoje pneumatiky; bylo však nutné se omezit pouze na to nejpodstatnější. Učebnice umožňuje získat širokou základnu znalostí z pneumatiky pro další "speciální" nadstavbu. Předmluw k 2., 3. a 4. vydání Ohlas na rozšířené 1. vydání ukázal zájem o podrobný popis a ilustrace, oddělené od čistě technického provedení. Do 1. vydání se vloudily také chyby. Děkujeme proto touto cestou všem za připomínky, upozornění a náměty ke zlepšení, které pomohly dále zkvalitnit text. Současně prosíme znovu o 'další připomínky a náměty ke Zlepšení. Autoři

4 - 2 - Předmluva k 5. vydání Velký zájem o učebnici vedl k jejímu 5. vydání, které bylo nově koncipováno a částečně přepracováno. Pro všechny fyzikální veličiny jsou ve výpočtech důsledně používány jednotky podle mezinárodní soustavy S, což odpovídá i novelizovaným SO normám. Dále byl respektován další vývoj pneumatiky, který vedl k novým principům a k dalším speciálním aplikacím. Rovněž byly rozšířeny úlohy a příklady z praxe a zejména byly využity zkušenosti z výuky, na jejichž základě byly provedeny částečné změny, příp. přesuny příkladů, které se nacházely i v předchozích vydáních. Děkujeme všem za četné připomínky a budeme wěčni za další připomínky ne bo ná mě ty ke zlepšení. Autoři Po zn. překladatelů: Jednotky fyzikálních veličin podle mezinárodní měrové soustavy S odpovídají pochopitelně i platným CSN. při používání grafických značek pro prvky pneumatických mechanismů a řídících systémů jsou rozdíly mezi normami SO a CSN nepodstatné a vzhledem ke stáří platné CSN (z r. 1976) jsme se drželi značení originálního textu dle SO, na případné podstatnější rozdíly upozorňujeme. V použité terminologii jsme vycházeli z CSN

5 - 3 - OBSAH str. 1. Úvod vývoj pneumatiky jako oboru Vlastnosti stlačeného vzduchu Hospodárnost pneumatických zařízení Fyzikální i'áklady Stlačitelnost vzduchu Změna objemu při změně teploty Stavová rovnice pro plyny Výroba stlačeného vzduchu výrobní zařízení Druhy kompresorů pístové kompresory Turbokompresory Kritéria pro volbu kompre.soru Dodávané množství vzduchu Tlak Pohon kompresorů Regulace kompr esorů Chlazení Umístění Vzdušník Rozvod stlačeného vzduchu Dimensování potrubí Provedení a umístění potrubní rozvodné sítě Materiál potrubí rozvodné sítě Hlavní potrubí Rozvodné potrubí k pneumatickým zařízením Po trubní spoje Spojování trubek Potrubní spojky Spojování hadic Úprava tlakového vzduchu Znečištění vzduchu 47

6 Vzduchový čistič (filtr) s redukčním ventilem Redukční ventily Redukční ventil s odfukem do atmosféry Redukční ventil bez odfuku do atmosféry Rozprašovač oleje Cinnost rozprašovače oleje Jednotka pro úpravu vzduchu Údržba jednotky Prutokové parametry jednotky Pneumatické motory Přímočaré pneumotory Jednočinné přímočaré pneumotory Dvojčinné přímočaré pneumotory Zvláštní provedení dvojčinn~ch přímočarých pneumotoru Značky pro zvláštní provedení pneumotoru 73! 5.2. Způsoby upevnění Provedení (konstrukce) přímočarých pístových pneumotoru Výpočet přímočarých pístových pneumotoru Síla vyvozená na píst Zdvih pístu Rychlost pohybu pístu Spotřeba vzduchu Rotační pneumotory Funkční jednotky pístové pneumotory se zabudovaným řídícím rozvaděčem Pneumaticko hydraulické jednotky Pneumaticko hydraulické převodníky Pneumatické multiplikátory Pneumaticko hydraulické posuvové jednotky Pneumaticko hydraulická posuvová jednotka s rotačním náhonem Pneumaticko hydraulická jednotka s odstraňováním třísek po Obrábění Krokové (taktovací) podávací zařízení O točný upínací stul 96

7 Kleštinová upínka Dopravní stůl se vzduchovým polštářem Rozváděče a ventily Obecně Rozváděče Znázornění rozváděčů Ovládání rozváděčů Konstrukce rozváděčů Ventilové rozváděče Soupátkové rozváděče Průtočné parametry rozváděčů Ventilová hrad La Jednosměrný ventil Ventil logické funkce "nebo" Skrtící ventil s jednosměrným ventilem Odlehčovací ventil Ventil logické funkce "a" Tlakové ventily Rédukční ventily Omezovací ventily Ventily řízené tlakem Prvky pro řízení průtoku Uzavírací ventily Kombinace rozváděčů Programový automat Bezdotyková čidla Vzduchové hradlo Reflexní tryska Dorazová tryska Zesilovač tlaku Převod pneumatického signálu na elektrický Pneumaticko-elektrický převodník Pneumaticko-elektrický převodník - ochrana Symbolika pro kreslení pneumatických sche mat 167. Základní zapojení 179 ll.l. Ovládání jednočinného pneumotoru 179

8 Ovládání dvojčinného pneumotoru Ovládání s ventilem logické funkce ''nebo'' Ovládání rychlosti pohybu pístu jednočinného pneumotoru Ovládání rychlosti pohybu pístu dvojčinného pneumotoru Zvýšení rychlosti pohybu pístu jednočinných a dvojčinných pneumotorů Ovládání pomocí ventilu logické funkce "0" Nepřímé ovládání jednočinného pneumotoru Příklady z praxe Úloha.: Upínání obrobku Úloha: Rozdělování beden Úloha: Ovládání dávkovače Úloha: Odebírání vzorků z licí pánve Úloha: Nýtování desek Úloha: Rozdělování kuliček ze zásobníku Úloha: Přípravek pro lepení plastů Úloha: Ražení stupnice pravítka Úloha: Kontrola polohy víčka na dopravníku Úloha: Odebírání dřevěných desek 195 Seznam literatury 197

9 ~ Úvod 1.1 VÝVOj pnewnatiky jako oboru člověk Stlačený vzduch je prokazatelně jednou z nejstarších forem energie, kterou znal a využíval ke zvýšení své fyzické výkonnosti. Vzduch jako médium si člověk uvědomoval již před tisíci lety a pokoušel se ho i využít k práci. Jedna z prvních dochovaných zaručených zpráv o využití stlačeného vzduchu jako pracovního prostředku je o Řeku Ktesibiovi, který před více než 2000 lety postavil pneumatický prak (katapult). Jedna z prvních knih o použití stlačeného vzduchu jako nositeli energie pochází z 1. století našeho letopočtu. Obsahuje popi- sy zařízení, poháněných ohřátým vzduchem. Také výraz "pneuma" pochází od starých Řeků; znamenal dech, vítr, resp. ve filosofii také duši. Z tohoto slova pak byl odvozen termín "pneumatika" pro obor, zabývající se projevy a pohybem vzdušniny, resp. procesy, které ve vzdušnině probíhají. Základní vědomosti z pneumatiky sice patří k nejstarším znalostem lidstw, trvalo však celá staletí, prakticky až do minulého století, než byly systematicky prozkoumány její základy. A teprve přibližně od 50. let tohoto století lze hovořit o průmyslové aplikaci pneumatiky ve výrobě, i když jsou známy jednotlivé starší aplikace - např. v hornictví, stavebnictví a železniční dopravě (vzduchové brzdy). K celosvětovému průmyslovému uplatnění pneumatiky však dochází teprve v posledních desetiletích, mimo jiné jako důsledek zavádění automatizace a racionalizace technologických procesu. Př es počáteční nedůvěru, způsobenou většinou neznalostí nebo nedostatečn ým vzděláním, se aplikační oblast pneumatiky s tále rozšiřuje.. V souča s nosti moderní průmys lové provozy si prakticky nelze představit bez využívání s tlačeného vzduchu a pneumatická zařízení se úspěšně využívají v nejrůznějších průmyslových odvětvích. 1.2 Vlastnosti stlačeného vzduchu Rychlý rozvoj a praktické uplatn ě ní pneumatiky v poměrně krátkém časovém období vyplynul mimo jiné ze skutečnosti, že mnohé problémy automatizace lze řešit nejjednodušeji a nejhospodárněji právě s využitím pneumatiky. Jaké vlastnosti jsou základem přitažlivosti praktického využívání stlačeného vzduchu? Dostupnost: Doprava: Vzduch je k dispozici v neomezeném množství prakticky všude. Stlačený vzduch lze potrubím dopravovat snadno i na větší vzdálenosti, není nutné žádné zpětné vedení.

10 Akumulace: Kompresor vyrábějící stlačený vzduch nemusí pracovat nepřetržitě, nebol: stlačený vzduch lze akumulovat v tlakové nádobě Navíc ho lze v tlakových nádobách (lahvích) přepravovat. Teplota: Stlačený vzduch není citlivý ke změnám teploty, což je zárukou bezpečné činnosti pneumatických zařízení i při extrémních teplotních podmínkách. Bezpečnost proti výbuchu: Použiti stlačeného vzduchu nepřináší nebezpečí výbuchu a požáru. Proto nejsou ani nutná nákladná ochranná opatření proti výbuchu. Čistota: Stlačený vzduch neobsahuje žádné škodliviny a proto nedochází ke zneč i štování okolí při jeho unikání do okolí při činnosti pneumatických prvků a zařízení nebo z netěsných rozvodů vzduchu ap. To je výhodné pro použití např. v potravinářském, dřevozpracujícím, textilním a kožedělném průmyslu. Jednoduchost: Pracovní výkonové prvky jsou konstrukčně jednoduché a proto vycházejí i levné. Rychlost: kiditelnost: Stlačený vzduch je velmi rychlé pracovní médium, umožňující dosahovat vysokých pracovních rychlostí. (Rychlost pohybu pístu pneumatických motorů je 1 až 2 ml s). Rychlosti a síly pneumatických prvků jsou řiditelné ve velkém rozsahu. Přetižitelnost: Přetížení pneumatických zařízení (zejména pracovních prvků) vede k zastavení jejich činnosti bez poškození. Jsou tedy bezpečné proti přetížení. Pro přesnější vymezení aplikační oblasti pneumatiky je nutné se seznámit i s negativními vlastnostmi. Úprava: Úpravě stlačeného vzduchu je nutné věnovat zvýšenou pozornost. Zejména musí být odstraněny nečistoty a vlhkost, ktere by jinak způsobovaly zvýšené opotřebení pneumatických prvků. Stlačitelnost: Stlačený vzduch neumožňuje dosáhnout konstantní rychlost Dosažitelná pohybu pístu pneumatických motorů. síla: Mez hospodárně dosažitelné síly pneumotorů při provozně používa ném tlaku 700 kpa je v závislosti na celkovém zdvihu a rych losu pístu v rozmezí až N.

11 , - - Hlučnost: při činnosti pneumatických zařízení při odfuku vzduchu do okolí vzniká nepříjemný hluk. Tento problém je v současnosti částečně vyřešen používáním nově vyvinutých materiálů tlumících zvuk. Náklady: Tlakový vzduch je relativně drahý nosič energie. Vysoké náklady vynaložené na energii jsou však zase kompenzovány nízkou cenou a velkou výkonností prvků (např. vysokým počtem pracovních taktů). 1.3 Hospodárnost pneumatických zařízení Jedním z důsledků mechanizace, automatizace a robotizace je nahrazení fyzické síly člověka využíváním různých druhů energie; jednou z nich je energie stlačeného vzduchu. Příklady: Manipulace s různými břemeny, materiálem, polotovary, ovládání pák, dopravy dílů ap. Stlačený vzduch je sice dražší nosič energie, na druhé straně však poskytuje řadu výhod. Velké náklady vyžaduje výroba a akumulace stlačeného vzduchu, jeho rozvod ke strojům a zařízením. To často svádí k názoru, že použití pneumatických zařízení je spojeno s vynaložením vysokých nákladů. Do úvah o hospodárnosti je však nezbytné zahrnout nejen výdaje na energii, ale je nezbytné kalkulovat veškeré vynaložené náklady. při podrobnější analýze se totiž ukazuje, že náklady na energii ve srovnání s pořizovacími náklady, se mzda mi, s náklady na Údržbu, opravy ap. jsou relativně tak nízké, že nakonec nehrají podstatnou roli. Jak je energie stlačeného vzduchu drahá naznačí tento příklad: Pro závod s přibližně 600 zaměstnanci byla pořízena kompresorová stanice s dvěma kompresory, tlakovou nádobou (vzdušníkem), chladicí věží, vodními čerpadly, ventilátorem, rozvodem chladicí vody, elektrickým obvodem a potrubním rozvodem chladicí vody, elektrickým obvodem a potrubním rozvodem tlakového vzduchu. Celkové pořizovací náklady těchto zařízení dosahují částky přibližně ,- DM. Pro výpočty budeme uvažovat dobu 1 roku. Výpočet investičních nákladu: Odpisy (amortizace) Náklady na zastavěnou plochu Stálé náklady za rok ,- DM ,- DM ,- DM

12 Během roku bylo zaznamenáno provozních hodin kompresoru, z toho bylo hodin v normálním provozu, 772 hodin v chodu naprázdno (kompre sory byly denně průměrně v provozu 12 hodin) Výpočet pnlběžných provozních nákladů za role Náklady na elektrickou energii při kompresorů (2 231 h) Náklady na elektrickou energii při naprázdno (772 h) Spotřeba oleje (170 l) Chladicí voda (303 m 3 ) Údržba Opravy plném vytížení chodu kompresorů ,- DM 090,- DM 270, - DM 170,- DM 6 750,- DM 1 000,- DM Celkem 22680,- DM Celkové roční náklady: Stá lé náklady za rok PrŮběžné roční provozní náklady ,- DM ,- DM Celkem 58680,- DM Výkon kompresorů: Za hodinu nasají kompresory m 3 vzduchu. při hodinách provozu tedy nasají za " dobu jednoho roku 2231 h x m 3 / h = m 3 vzduchu. Cena 1 m 3 vzduchu: ,- DM : m 3 = 0,025 DM/ m 3 Tedy při 12U hodinovém denním provozu a při 75 %ním vytížení kompresorů vychází cena m 3 nasátého vzduchu přibližnč 0,025 DM. V případě kompresorové stanice s nepřetržitým provozem (nepřetržitý provoz závodu, dlouhodobé zkoušky, odstraňování netěsností) s vytížením kompre sorů na 75 % při zaznamenaných pracovních hodinách by byla doba plného vytížení h a doba chodu naprázdno h.

13 ' Výpočet celkových ročních nlíld.adů pro tento případ: Stálé náklady za rok Náklady na elektrickou energii při plném vytížení kompresorů (4 500 h) Náklady na elektrickou energii při chodu kompresorů naprázdno (l 500 h) Spotřeba oleje (340 l) Spotřeba chladicí vody (600 m 3 ) Údržba Opravy Celkem ,- DM 26800,- DM 2 180,- DM 540, - DM 340,- DM 6 750,- DM 2 000,- DM ,- DM Výkon kompresoru: Za h nasají kompresory 040 m 3 vzduchu. při hodinách plného pracovního vytížení kompresory nasají za dobu jednoho roku celkem 4500 h x 040 m 3 / h = m 3 vzduchu. Cena 1 m 3 vzduchu: 746/0,- DM : m 3 = 0,016 DM/ m 3 Při nepřetržitém provozu a vytížení kompresorů na 75 % klesla cena m nasateho vzduchu na cca 0,016 DM. Průměrné náklady na stlačení 1 m 3 vzduchu na tlak 600 kpa vycházejí 0,01 až 0,03 DM.

14 Jakou práci lze vykonat s 3 m vzduchu? Příklad: pístový pneumatický motor s průměrem válce 35 mm zdvíhá balíky o tíze 200 N (20 kp), další pneumotor se stejnými rozměry (průměr válce 35 mm) je přesouvá na dopravník. Obr. 1 Příklad použití při tlaku vzduchu 600 kpa vzniká na pístnici síla 520 N (52 kp). Zdvih pístu 1. pneumotoru = 400 mm Zdvih pístu 2. pneumotoru = 200 m Oba pneumotory dohromady spotřebují pro jeden dvojzdvih (nahoru - dolů, resp. dopředu - dozadu) 8 vzduchu. S 1 m 3 vzduchu lze tedy zdvihnout a přesunout na dopravník celkem 125 balíků. Příklad ilustruje, jak využ itírr. energie stlačeného vzduchu lze nahradit drahou "lidskou" energii. Stlačený vzduch přebírá především těžkou tělesnou neba monotonní lidskou práci.

15 Náklady na provoz pneumatických zařízení však mohou značně vzrůst v důsledku případných netěsností v rozvodné síti stlačeného vzduchu. Již malé netěsnosti mají za následek podstatné zvýšení nákladů. Diagram na obr. 2 umožňuje určit ztrátové množství vzduchu v závislosti na průřezu výtokového otvoru a na tlaku. 2 t m'/min ztrátový objemový 1,5 průtok 1 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 T T.J l#f 5,! Y 1 /1 1 1 : : / 1/ '/ i 600 kpa A 400 kpa 1 i /r : /./ 11/ i 1/ A / [7' 1 7! kpa ~ / i Vi jl' ~ V 1 1/, 1/ l.---'í 1/ Y V! /. V' 17--: : j,;' [...-1"..., : 1b mm'4 průřez výtokového otvoru.., 3 3, mm 7 průměr výtokového otvoru.. o Obr. 2 Diagram pro určení ztrátového množství vzduchu výtokem otvorem netěsnosti

16 příklad a): Otvorem o průměru 3,5 mm vytéká při tlaku 600 kpa množství 0,5 m 3 / min. (obr. 2). Za hodinu je celkový ztrátový výtok 30 m 3 vzduchu. Příklad b): Uvolněním těsnění ucpávky vznikla na obvodu vřetena ventilu o průměru 20 mm prstencová štěrbina 0,06 mm. Ztráty výtokem touto štěrbinou odpovídají ztrátám výtokem kruhovým otvorem o průměru 2 mm. Potom při přetlaku 600 kpa je ztrátový průtok asi 0,2 m 3 /min., tj. 12 m 3!h. přitom vzduch uniká i v době, kdy zarlzení není v provozu, takže celková denní ztráta v případě nepřetržitého provozu je 288 m 3 Při výrobní ceně 0,02 DM/ m 3 nás přijde jen tato jedna netěsnost denně na 5,76 DM. Příklad ilustruje, jak pečlivé odstraňování netěsností zvyšuje hospodárnost. 1.4 Fyzikální základy Povrch Země je obklopen vrstvou vzduchu, který je s měsí plynů se složením dusík přibližně kyslík přibližně 78 % objemu 21 % obje mu. Zbývající 1 % je tvořen oxidem uhličitým, argonem, vodíkem, heliem, kryptonem a xenonem. K chápání zákonitostí chování vzduchu je nutné připomenout podstatné a určující fyzikální veličiny a jejich jednotky v užívaných měrových soustavách. V současné době se prakticky celosvětově používá vyjádření všech fyzikálních veličin v mezinárodní měrové soustavě S. Dříve se však hodně používalo tzv. technické měrové soustavy a proto je dále uvedeno srovnání obou těchto měrových soustav.

17 Základní jednotky: Veličina Označení Jednotky a jejich značení Soustava S Technická soustava délka hmotnost čas teplota intenzita el. proudu svítivost molární množství m t T n metr m metr m 2 kp s kilogram kg m sekunda s sekunda s Kelvin K stupeň Celsia c ampér A amper A Kandela mol mol cd Odvozené jednotky: Veličina Označení Jednotky a jejich značení Soustava S Technická sousta \Xl síla F newton N kilopond kp plocha A metr čtvereční m 2 metr čtvereční m 2 objem V metr krychlový m 3 metr krychlový m 3 průtok objemový (m 3 s) (m 3 s) tlak Pascal Pa Pa = Nlm 2 atmosféra at 1 bar = las Pa = = 10 2 kpa = 0, MPa Vazba mezi mezinárodní a technikou soustavou Newtonův zákon : tíhové zrychlení Síla = hmotnost x zrychlení F = m. a, kde za a dosadíme 2 g = 9,81 mls

18 vztahy: hmotnost Pro uvedené veličiny platí mezi oběma měrovými soustavami tyto převodn í kg = 9,81 2 kp.s m síla teplota tlak kp = 9,81 N Pro přibližné výpočty lze použít kp = 10 N rozd íl teplot: oe = K (Kelvin) nulová teplota: ooe = 273 K (Kelvin) vedle již uvedených jednotek (Pa v S soustavě a at v technické soustavě) se často používaly další jednotky. Pro úplnost uvedeme ty nejvýznamnější: 1. atmosféra, at (absolutní tlak v technické soustavě) 2. Pascal, Pa (absolutní tlak v soustavě S) Pa = N/ m 2 = O-~ bar 1 bar = los N/m 2 = 105 Pa = 1,02 at 3. fyzikální atmosféra, atm (absolutní tíak v tzv. fyzikální měrové soustavě) atm = 1,033 at = 1,013 bar = 101,3 kpa 4. mm vodního sloupce, mm v.s. ZO 000 mm v.s. = at = 0,981 bar = 98, kpa 5. mm rtutového sloupce, mm Hg (odpovídá jednotce tlaku torr) mm Hg = torr at = 736 torr, 100 kpa ( bar) = 750 torr Protože na povrchu Ze mě působí všude atmosférický tlak, nevnímáme ho a považujeme ho za vztažnou hodnotu.

19 Odchylku od tohoto atmosférického tlaku p t oznacu]eme jako a m přetlak + Pe nebo podtlak - Pe' Obr. 3 objasňuje tyto pojmy: kpa atmosférický tlak p t a m absolutní tlak Pabs +p, přetlak r l p, podtlak O~-----~------L A tmosférický tlak na povrchu Země není ve všech místech stejný, mění se s nadmořskou výškou a s počasím. Rozsah tlaku od nulového absolutního tlaku do této mírně proměnné hodnoty atmosférického tlaku Patm se nazývá podtlak (- Pe)' oblast tlaku nad hodnotou Patm se nazývá přetlak (+ Pe)' Absolutní tlak Pabs je pak součtem tlaků - Pe a + Pe' V praxi se však používají přístroje, které ukazují pauze přetlak Pe nebo podtlak - Pe' Hodnota absolutního tlaku je pak oproti ukazované hodnotě přibližně o 100 kpa vyšší (Patm = 100 kpa). Pomocí uvedených veličin lze nyní vyložit nejdůležitější fyzikální vlastnosti vzduchu. 1.4.' Stlačitelnost vzduchu Vzduch podobně jako všechny plyny nemá stálý tvar, tj. přijímá tvar svého okolí. Lze ho stlačovat (komprese), resp. má snahu se rozpínat (expanse). Tyto jevy při konstantní teplotě popisuje Boyle - Marriottův zákon: objem plynu v uzavřeném prostoru je při konstantní teplotě nepřímo úměrný absolutnímu tlaku, resp. součin absolutního tlaku a objemu určitého množství plynu je konstantní:

20 Následující příklad objasňuje tento zákon. příklad: Vzduch o objemu V = m 3 za atomosférického tlaku P = 100 kpa (tj. absolutní tlak je roven atmosférickému tlaku) je působením vnější síly F 2 stlačen při stálé teplotě na objem V = 0,5 m 3 Platí tedy 2 P' V = P2' V 2 = 100 kpa. 1m 3 = 200 kpa 3 0,5 m Jestliže je vzduch z původního objemu V stlačen působením síly F 3 na objem V = 0,05 m 3, vznikne tlak P kpa. 1m 3 = 3 0,05 m = kpa Změna objemu při změně teploty Vzduch při změně teploty při konstantním tlaku mění svůj objem. Tyto závislosti popisuje Gay - Lussacův zákon: = V '" objem při teplotě Tl V 2'" objem při teplotě T 2 tedy poměr objemů se rovná poměru teplot, vyjádřených v Kelvinech.

21 Z uvedeného vztahu tedy vyplývá T 2 V 2 =V -- Tl tedy je z měna obje mu (při konstantním tlaku) vlivem z měny teploty z T na T 2 AV = V T 2 T - V AV = V T 2 l) =V (- - T. T 2 - T T Platí tedy V 2 =V +AV V +-- T při používání těchto vztahů je nutné teplotu vyjadřovat v K (Kelvinech). Protože však teplotu běžně měříme v oe, používáme převodní vztah T [Kl = T [ oe J tj. k hodnotám teploty ve oe musíme připočítat vztahy při dosazováni teploty ve c maji tuto podobu hodnotu 273. Výše uvedené V = V

22 F3--- T, V, ---t~:5= "f.!;l---t, Příklad: Vzduch o objemu V, = 0,8 m 3 a teplotě T = 293 K (20 C) je zahřát na t eplot u T 2 = 344 J( (7 o C) při přibližně nulovém přetlaku. Jak se zvětší objem? Podle vztahu pro dosazování teploty v K platí 3 V 8 3 0,8 m 2 =, m K, 3 3 V 2 = 0,8 m + 0,14 m = 0,94 m3 (344 K K) Vzduch se rozepnulo 0,14 m 3 na objem 0,94 m 3. V pneumatice je běžné všechny údaje o množství vzduchu vyjadřovat pro tzv. normální stav. Vysvětlení: Normální stav je určen tzv. normální teplotou a normálním tlakem. Rozlišují se ještě dále tzv. technický a fyzikální normální stav. Technický normá'lní stav je definován = 293,15 K = 20 c a normální teplotou T n normálním tlakem p = ,5 Pa = 98,0665 kpa n Fyzikální normální stav je definován = 273,15 K = c a normální teplotou T n normálním tlakem p = LOl 325 Pa = 101,325 kpa n (hodnoty Pn jsou hodnoty absolutního tlaku - viz obr. '3). V praxi většinou používáme přepočet na fyzikální normální stav. Příklad: V tlakové nádobě o objemu 2 m 3 je při teplotě 298 K (25 o C) vzduch st la čen na tlak 700 kpa. Jaký je jeho objem v Nm 3 (normálních m 3 )?

23 Z. krok: Přepočet na normální tlak Z O Z 325 Pa Pa = 100 kpa Podle Boyle - Mariottom zákona platí PZ' V z =P2' V 2 V Z objem při tlaku p Z P Z = Z 00 kpa (normální tlak) V = 2 m 3 2 P2 = 700 kpa (absolutní tlak) Pz 700 kpa. 2m kpa 2. krok: Přepočet platí:.. o. na normalnz teplotu 273 K (O Ci. Podle Gay - Lussacova zakona Pro normální teplotu T 2 = 273 K použijeme namísto T 2 označení To a obdobně namísto V 2 označení V o a vztah přepíšeme s tímto označením: V o = V Z T Z a po dosazení teploty v K (Kelvin): 3 V = Z4 m - o Z4 m K (298 K K) V o = Z4 m - Z, Z 7 m = Z2,83 m V tlakové nádobě je Z2,83 Nm 3 (vztaženo na fyzikální normální stav, tj. na teplotu O o C a absolutní tlak 100 kpa). Pokud bychom chtěli dosazovat teplotu ve c, použili bychom upravene vztahy V = o V Z - V = V - o Z V T [ocl V T [oc Z (T [0C] - O[Oq). T c

24 Stavová rovnice pro plyny společně Obě zákonitosti, uvedené v předešlých tzv. stavovou rovnicí odstavcích a 1.4.2, lze vyjádřit = = konst

25 výroba stlačeného vzduchu 2.1 výrobní zařízení K výrobě stlačeného vzduchu se používají kompresory, které stlačují vzduch na požadovaný pracovní tlak. Většinou se používá centrální výroba stlačeného vzduchu, který se pak rozvádí k jednotlivým pneumatickým zařízením a prvkům. Proto uživatelé jednotlivých zařízení většinou nemusí provádět výpočet a návrh zařízení pro výrobu - stlačeného vzduchu. K jednotlivým zařízením se z kompresorové stanice rozvádí stlačený vzduch potrubím. Mobilní zdroje stlačeného vzduchu se používají většinou jen ve stavebnictví nebo u strojů, které častěji mění svá stanoviště. Při návrhu výroby stlačeného vzduchu je třeba uvažovat i budoucí zvyšování spotřeby v důsledku pořizování nových pneumatických zařízení. Je vždy výhodnější výrobu vzduchu předimenzovat, než později zjistit, že je nedostatečná. Dodatečné rozšiřování kompresorových stanic je vždy spojeno s velkými náklady. lxlležitým požadavkem při výrobě vzduchu je zabezp ečení jeho čistoty. tistý vzduch je podmínkou pro dlouhou životnost výrobního zařízení. Velmi důležitá je rovněž správná volba typu kompresoru. 2.2 Druhy kompresoru Na základě požadavků na množství vzduchu a jeho pracovní tlak se volí různé druhy kompresorů. Podle principu č inno sti se kompresory dělí na dva základní typy: První typ kompresorů pracuje na objemovém principu, stlačení se dosahuje nasátím vzduchu do prostoru, který je pok uzavřen a zmenšován. Na tomto principu pracují např. pístové kompresory. Druhý typ kompresoru je založen na rychlostním principu, kdy nasátý vzduch je urychlován a jeho kiiletická energie je v difuzoru transformována na tlakovou energii. Kompresory, které pracují na tomto principu, se nazývají turbokompresory.

26 Druhy kompresorů Objemové s přímočarým pohybe m Objemové rotační Turbokompresory pístové Membránové Radiální Axiální Šroubové jednohřídelové Šroubové dvouhřídelové Rootsovy dvouhřídelové 2.2.l pístové kompresory Pístové kompresory s přímočarým pohybem pístu pístové kompresory s přímočarým pohybem pístů jsou v současné do bé nejpoužívanějším typem kompresorů. Jsou vhodné k získání nízkých, středn íct i vysokých tlaků, tj. od 100 kpa až do několika tisíc kpa. při stlačení vzduch na vyšší tlaky je však nutné vícestupňové provedení. Nasátý vzduch se v prvnírr ( Obr. 6 pístový kompresor s přímočarým pohybem pístu Obr. 7 Dvoustupňový pístový kompre sor s mezichlazením

27 stupni stlačí, následuje jeho ochlazení a pak stlačení v dalším stupni. Zdvihový objem druhého stupně je vždy menší než prvního stupně. Teplo vznikající při stlačování vzduchu musl být vždy odváděno. Chlazení se provádí vzduchem nebo vodou. Doporučuje se použit: do 400 kpa jednostupňové do 500 kpa dvoustupňové nad 500 kpa tří nebo vícestupňové Lze ještě použít, i když to nebývá již vždy hospodárné: do kpa do kpa do kpa jednostupňové dvoustupňové třístupňové Rozsahy tlaků a dodávaného množství pístových kompresorů jsou na obr. 14. MembnÍnové kompresory kadí se do Skupiny pístových kompresorů. píst je však od sání i výtlaku oddělen membránou, takže vzduch nepřichází do styku s kluzn ě uloženými pohyblivými díly a není proto znečiší;ován olejem. Membránové kompresory se proto používají zejména v potravinářském, farmaceutickém a chemickém průmyslu. Obr. 8 Membránový kompresor Obr. 9 Křídlový (lamelový) kompresor

28 Rotační objemové kompresory Princip činnosti: při rotačním pohybu jednoho nebo dvou rotorů - píst," dochází ke zmenšování pracovních prostorů se vzduchem a tím k jeho stlačová n i. Křídlový (lamelový) kompresor Ve válcovém tělese s otvory pro sání a výtlak se otáčí excentricky uložený rotor. V podélných zářezech rotoru jsou uloženy posuvné lamely, ktere se opírají a kloužou po vnitřním povrchu tělesa statoru a tím vytvářejí řa d komor. při otáčení excentricky uloženého rotoru se komory se vzduchem zmenšují (u křídlových motorů naopak zvětšuji) a tím dochází ke stlačován vzduchu. Lamely jsou při otáčení rotoru přitlačovány ke statoru odst řed i VOl. silou. Přednostmi tohoto typu kompresoru jsou malé vnější rozměry, klidný chod a rovnoměrná, prakticky bezrázová dodávka stlačeného vzduchu. Rozsahy tlaků a dodávaného množství jsou na obr. 14. Obr. 10 $roubový kompresor Obr. 11 Rootsův kompresor $roubový kompresor $roubový kompresor je typ moderního dvourotorového kompresoru. Vzduc je nasáván a vytlačován dvěma šroubovými vřeteny s konkávním a konvexním do sebe zapadajícím profilem šroubových ploch, které stlačují axiálním smě rem vytlačovaný vzduch. Rozsahy tlaků a průtoků na výtlaku jsou na obr. 14

29 Rootsův kompresor Vzduch je dodáván z jedné strany na druhou dvěma stejnými rotory s průřezem piškotového tvaru. Patří do skupiny kompresorů s tzv. vnější kompresí, nebol: ke stlačení nasátého vzduchu nedochází uvnitř samotného kompresoru, nýbrž až vytlačováním vzduchu do uzavřeného prostoru, tj. výtlakem proti odporu výstupní větve Turbokompresory Pracují na rychlostním principu a jsou vhodné zejména pro velká dodá.vaná množství vzduchu. Vyrábějí se v axiálním a radiálním provedení. Princip činnosti: nasavanemu vzduchu se jedním nebo více oběžnými koly udělí vysoká rychlost (a částečně i stlačení) a tato kinetická energie se v následujícím pevném difuzoru mění na tlakovou. U axiálních turbokompresorů se zryc;hlení vzduchu dosahuje pomocí lopatek při axiálním směru proudění. U radiálních turbokompresorů proudí nasávaný vzduch do oběžného kola přibližně axiálně a v oběžném kole se změn směr průtoku na radiální. při vysoké obvodové rychlosti dochází i k částečnému stlačení působením odstředivé síly. Po výstupu z oběžného kola dochází ke zpomalení vzduchu v difuzoru s výsledným zvýšením tlaku. To se opakuje podle pačtu zvolených oběžných kol (stupňů). Rozsahy tlaků a dodávaného množství jsou na obr. 14., Obr. 12 Axiální turbokompresor Obr. 13 Radiální turbokompresor

30 " 'kPa pístové kompresor y V / v po a 1 / pne 'esor , / J V roub< ve kor<p - Y ální t bokol - sory 0.4 0,3 0.2 ro a- jemo 'e o [O' y 0, CXXl ( m'/h - Obr. 14 Ro z sahy tlaků a nasá vaného množst ví vzduchu pro rů zn é t ypy kom pr sor o u

31 Kritéria pro volbu kompresoru Dodávané množství vzduchu Dodávané množství je průtok vzduchu dodávaný kompresorem při požadovaném tlaku. Rozlišují se dva údaje l. teoretický průtok 2. efektivní průtok Teoretický průtok je u pístových kompresorů dán součinem zdvihového objemu a otáček. Efektivní (skutečný) průtok je v důsledku tzv. objemové účinnosti menší než teoretický a závisí na typu kompresoru a tlaku vzduchu. Pro praxi je důležitá hodnota efektivního dodávaného průtoku, protože udává množství vzduchu, které je skutečně k ' dispozici ke spotřebě, tj. k činnost i pneumatických zařízení. Podle DN (i CSN) mají výrobci povinnost uvádět vždy efektivní hodnoty. Přesto někteří výrobci dosud udávají hodnoty teoretické. Průtok se udává v jednotkách m 3 / min nebo m 3 /h. \,...--., \ \ \ / \ / '-_/ Obr. 15 Princip činnosti pístového kompresoru Tak Je třeba rozlišovat: případně Provomí tlak - tlak vzduchu na výstupu z kompresoru, resp. ve vzdušníku, v potrubí ke spotřebičům.

32 Pracovní tlak - požadovaný a nutný tlak pro správnou funkci jednotlivých pneumatických zařízení. Ve většině přípodů se volí pracovní tlak 600 kpa. Al1ežité: Udržování konstantního tlaku je nutným předpokladem pro spolehlivou a přesnou činnost. V závislosti na tlaku jsou - rychlost - síly - časové průběhy pneumatických pracovních prvků. CD Obr Pohon kompresorů K pohonu kompr esorů se podle provozních podmínek používá elektro motor nebo spo lovací motor. V průmyslových provozech převažuje pohon elektro motorem, u mobilních kompresorů se většinou používá pohon spa lovacím mot rem (benzínovým, dieselovým). Obr. 17

33 Regulace lrompresoro V důsledku nerovnoměrné spotřeby tlakového vzduchu je nutné výkon kompresoru přizpůsobovat této proměnné spotřebě, aby nedocházelo k nepřípustnému kolísání výtlačného tlaku. K tomu slouží regulace, která udržuje provazní tlak v povolených (zpravidla nastavitelných) mezích mezi maximální a minimální hodnotou. Rozlišují se tyto druhy regulace: Regulace chodem naprázdno a) regulace odpouštěním do atmosféry b) regulace uzavřením sání c) regulace odtlačením sacích ventilů Regulace chodem naprázdno Regulace výkonu a) regulace otáček b) regulace škrcením sání nebo škrcením obtoku z výtlaku do sání Dvoupolohom regulace zastavování a spouštění a) Regulace odpouštěním do atmosféry Tato nejjednodušší regulace je realizomna zabudováním pojistného ventilu ve výtlačném,jotrubí. Dojde-li k překročení nastavené hodnoty max. tlaku ve vzdušníku, v síti ap., pojistný ventil otevře odfuk do atmosféry, kam je vzduch vypouštěn tak dlouho, až poklesne tlak pod nastavenou :nez. :Jednosměrný ventil mezi výstupem kompresoru a vzdušníkem zamezuje jeho vyprázdnění. Tento způsob regulace je vhodný jen pro malá- zařízení. b) Regulace uzavřením sání Tento způsob regulace je realizován uzavíráním sacího nástavce kompresoru, v důsledku čehož kompresor nemůže nasávat vzduch a v sání vzniká pod-

34 tlak. Tento způsob se používá především u rotačních (např. křídlových) kompresorů, někdy též u přímočarých pístových. Obr. 18 Regulace odpouštěním do atmosféry Obr. 19 Regulace uzavřením sání c) Regulace odtlačením sacího ventilu Používá se u větších pístových kompresorů. pístek regulátoru odtlačí sací ventil a drží ho otevřený, takže kompresor nemůže vzduch stlačovat. Jde o velmi jednoduchý způsob regulace. sání výtlak Obr. 20 Regulace odtlačením sacího ventilu

35 Regulace výkonu aj Regulace otáček Používá se při pohonu spa lovacím motorem, který je řízen regulátorem otáček. Nastavení požadované hodnoty otáček je ruční nebo automatické v závislosti na provozním tlaku. V případě pohonu elektromotorem se používá stupňovitá regulace jeho otáček přepínáním počtu pólů. Tento způsob se používá méně často. bj Regulace škrcením v sání Realizuje se škrcením průtočného průřezu sacího nástavce, čímž lze nastavit výkon kompresoru v širokém rozmezí. Používá se zejména u rotačních kompresorů a u turbokompresorů. Dwupolohová regulace zasújvováním a spouštěním Při tomto způsoqu regulace má kompresor dva provozní stavy - stav plného zatížení a klidový stav. při dosažení tlaku Pmax je vypnut motor, který pohání kompresor. při poklesu tlaku na hodnotu Pmin je motor opět spuštěn a kompresor je v plné činnosti. Rozdíl tlaků Pmax - Pmin je na regulátoru nastavitelný. Pro snížení frekvence spínání je nezbytné použít větší vzdušník, z něhož se kryje spot řeba stlačeného vzduchu v době, kdy je kompresor v klidovém stavu ~+-~--~~ N ~-r-r *--ll ~ L ~ ~~---L3 380 V 50Hz Obr. 21 Dvoupolohová regulace zastavováním a spouštěním

36 Chlazení při stlačování vzduchu v kompresoru se vyvíjí teplo, které musí být odváděno. Podle množství vznikajícího tepla je nutilé volit vhodný způsob chlazení. K odvádění tepla u malých kompresorů postačují chladicí žebra na vnějším povrchu válce. větší kompresory se vzduchovým chlazením se vybavují navíc ventilátorem, který nuceným prouděním zvyšuje odvod tepla. Obr. 22 Vzduchové a vodní chlazení kompresoru U kompresorových stanic s výkonem nad 30 kw vzduchové chlazení už nestačí a kompresory se vybavují vodním chlazením a to bul s nuceným nebo bez nuceného oběhu chladicí vody. tas to vznikají obavy ze zvýšení nákladů při pořízení většího chladicího systému s chladicí věží. Je však třeba si uvědomit, že dobré chlazení prodlužuje životnost ko.71presoru a umožňuje dodávat kvalitnější, chladnějš í vzduch. Takový prozíravý přístup nás může navíc ušetřit případného doda tečného pořizování vzduchového chlazení umístění kompresorové stanice Kompresorová stanice má být umístěna v uzavřeném prostoru, zvukově izolovaném vůči okolí. Vnitřní prostor má být dobře větraný, nasávaný vzduch má být pokud možno co nejchladnější, suchý a bez prachu Vzduktík Vzdušník (tlaková nádoba) vestavěný do výtlačného potrubí slouží ke snížení kolísání tlaku, které je VYVOláváno proměnnou spotřebou stlačeného vzduchu. Současně je vzduch částečně ochlazován odvodem tepla velkou plochou

37 - 37- pláště vzdušn(ku. Z tohoto důvodu pak dochází ve vzdušníku vysrážené vlhkosti s olejem. k vylučování pojistný tlakový ventil ~ teploměr tlakoměr ~ r-l..jl_.l..j'_...q,~~d:..~_ uzavírací ventil :-----/--- průlez 'r, ,...,~. _ vypouštěcí ventil Obr. 23 Vzdušník Velikost vzdušníku závisí na množství vzduchu dodávaného kompresorem spotřebě vzduchu rozvodné síti (přídavný objem:) zvoleném způsobu regulace kompresoru přípustném tlakovém spádu v síti Určení objemu vzdušníku při dvoupolohové regulaci kompresoru Objem vzdušníku lze určit z diagramu na obr. 24. Příklad: dodávaný průtok počet sepnutí za hodinu tlakový spád objem vzdušníku Výs ledek (odečteno z obr. 24): ~ == 20 m 3 / min. Z = 20 t; P = 100 kpa

38 Obr. 24 Diagram pro určení objemu vzdušníku

39 Rozvod tlakdvého vzduchu S rozvojem automatizace technologických procesů stoupá spotřeba tlakového vzduchu. K jednotlivým strojům a zařízením, které ke své činnosti potřebují určité množství tlakového vzduchu, je nutné stlačený vzduch Od kompresoru přivést rozvodnou sítí. Průměr potrubí rozvodné sítě je nutné volit tak, aby tlaková ztráta mezi vzdušníkem a spotřebiči nepřesáhla cca 10 kpa. Větší tlakové ztráty značně snižují užitečný výkon a tedy i hospodárnost. Proto je vhodné již při návrhu předvídat případné budoucí zvýšení spotřeby vzduchu a dimenzo\!ťlt rozvodné potrubí s určitou velkorysostí, protože dodatečné zvětšování potrubní rozvodné sítě je vždy velmi nákladné. 3.1 Dimensovúní potrubí Průměr potrubí by neměl být volen podle toho, jaké trubky jsou právě náhodou k dispozici ani na základě zvyklostí, nýbrž by měl být určen z průtoku vzduchu délky potrubí přípustné provozního tlaku počtu tlakové ztráty míst se škrcením V praxi většinou vycházíme ze zkušeností, které např. vyjadřuje nomogram na obr. 25, z něhož lze průměr potrubí stanovit snadno a rychle. Výpočet pnlměru potrubí Spotřeba tlakového vzduchu v podniku je 4 m 3 /min (240 m7h). Odhadujeme zvýšení spotřeby vzduchu během 3 roků o 300 %, tj. o 12 m 3 /min (720 m 3 jh ). Proto potrubí navrhujeme pro spotřebu vzduchu 16 m 3 /min (960 m 3 jh). Délka rozvodu je 280 m, bude v něm celkem šest T - odboček, pět normálních oblouků a jeden průtočný ventil. Přípustná tlaková ztráta t> p = 10 kpa, provozní tlak 800' kpa. Máme určit průměr potrubí rozvodné sítě. Rešení: Ze zadaných hodnot lze určit předběžně průměr potrubí pomocí nomog ramu na obr. 25: spojíme bod na svislé přímce A, který odpovídá délce rozvodné sítě 280 m, s bodem na přímce B, odpovídající průtoku 960 m 3 / h, a přímku prodloužíme tak, abychom dostali průsečík s přímkou c. Dále spojíme bod na přímce E, která odpovídá provoznímu tlaku 800 kpa, s bodem na přímce G, Odpovídající přípustné tlakové ztrátě 10 kpa, a určíme průsečík s přímkou

40 F. Z ískané průsečíky na pnmce C a F určují další přímku, jejíž průsečík se svislou přímkou D určuje hledaný vnitřní průměr potrubí - v našem případě cca 90 mm. vnitřní průměr průtok m1/ h potrubí mm osa 2 tlaková 10' kpa délka potrubí m osa 1 : ztráta 10' , , , ~ 0, , , ,05 0, , , , ,7 20 1,5 A B C D E F G 1 Obr. 25 Nomogram pro určování průměru potrubí

41 Další postup: prvky rozvodné sítě, které způsobují tlakové ztráty (různé druhy ventilů, T - kusy, kolena, šoupátka), nahradíme ekvivalentními délkami potrubí, čímž rozumíme délku přímého potrubí (s již zvoleným průměrem), které má stejný odpor jako nahrazované prvky. Ekvivalentní délky lze rychle odečíst z nomogramu na obr. 26. B i '-r:: l::~ ~ "'" '" "-,,- ""',,", 'Ol Ol 'O 4~ 5h)j,, 1 = průtočný ventil 2 = kolenový ventil 3 = T-kus 4 = škrticí ventil 5 = koleno předběžný průměr mm Obr. 26 Nomogram pro určení ekvivalentních délek potrubí

42 Pro náš příklad z obr. 26 odečtem e 6 ks T - kus (90 mm) 1 ventil (90 mm) 5 kolen (90 mm) Celková ekvivalentní délka = 6 10,5 m = 63 m = 32 m = 5 1 m = 5 m 100 m Délka potrubí Ekvivalentní délka Celkovtl délka potrubí 280 m 100 m 380 m Pro takto určenou celkovou délku potrubí a pro ostatní výchozí zadané hod noty určíme opět z nomogramu na obr. 25 konečný průměr potrubí (vobr. 2 nazna č eno čárkovaně). V tomto případě vychcizí prům,~r potrubí 95 mm. 3.2 Provedení a umístění potrumí rozwdné sítě Vedle správného dimensování potrubí je dále důležité provedení a umíst ě rozvodné sítě. Potrubí pro rozvod tlakového vzduchu je nutné pravidelně kontr lovat a provádět jeho údržbu, proto není vhodné ho zazdívat nebo ukládat d úzkých šachet či kan<ílů, kde by pak bylo obtížné provádět zejména kontrol jeho těsnosti. Přitom již malé netěsnosti způsobují pozorovatelné tlakové ztrát zdroj Obr. 27 Jednoduchý rozvod s odbočkami při kladení potrubí je třeba dodržovat sklon přibližně 1 až 2 % ve proudění. Aby nedošlo ke strhávání kondensátu proudícím vzduchem, instal se odbo čky z rozvodné sítě ke spotřebičům vždy v horní části trubek hlav čás ti rozvodu. Tím se zamezí případnému st rhávání kondensátu z hlavního ro

43 vodu ke spotřebičům. Pro zachycení a odvedení kondenzátu se do spodní části potrubí hlavního rozvodu umistují zvláštní odbočky. zdroj Obr. 28 Uzavřená smyčka hlavního rozvodu Hlavní vedení se nejčastěji provádí jako uzavřená smyčka, z níž vedou k jednotlivým spotřebičům odbočky. Toto provedení umožňuje rovnoměrně zásobovat všechna pracovní místa i při velké spotřebě vzduchu, nebol: stlačený vzduch může proudit ke všem odbočkám z obou stran. zdroj Obr. 29 Rozvodná sít U rozvodné sítě podle obr. 29 se jedná rovněž o rozvod s uzavřenou smyčkou, avšak díky řadě příčných podélných větví je zásobování všech pracovních míst ještě dokonalejší. Navíc lze v případě nutnosti určitou část této rozvodné sítě pomoci uzavíracích ventilů odstavit - např. pro provedení údržby nebo opravy (kontrola a odstranění netěsností).

44 Materiál potrubí rozvodné sítě HlOW\í potrubí při volbě materiálu se vychází z těchto možností: měd mosaz nerez ocel ocelová trubka černá ocelová trubka pozinkovaná umělé hmoty Pokládání trubek má být snadné, trubky mají být odolné proti korozi a levné. Pro dlouhodobé využívání se trubky spojují svařováním nebo letováním. Výhodou svařovaných spojů je těsnost a vycházejí levněji. Nevýhodou je vznik okují, které je nutné z potrubí odstranit. Navíc je svarový šev zdrojem část e ček rzi a proto je pak nezbytné používat jednotku pro úpravu vzduchu s čist i čem. U rozvodů z ocelových pozinkovaných trubek jsou problémem časté netěs nosti ve spojovacích šroubeních. Ani odolnost proti rezavění u nich nebývá podstatně lepší než u tzv. černých trubek, zejména v místech, kr1e je ochranná vrstva narušena (např. u závitů). Proto i při použití těchto trubek je nezbytné používat jednotky pro úpravu vzduchu. Pouze ve vyjímečných se hlavní rozvodné potrubí provádí z měděných nebo mosazných trubek. případech přívodní potrubí k rnewnatickým zařízením Gumové hadice se používají zejména v případech, kde je vyžadována určitá pohyblivost přívodního potrubí a nelze s ohledem na vyšší mechanické namáhání volit hadice z um ělé hmoty. Gumové hadice jsou dražší a obtížněji se s nimi manipuluje než s hadicemi z umělých hmot. V současn é době se nejčastěji používají hadice z umělých hmot - z polyetylenu nebo z polyamidu. Jejich výhodami jsou rychlost a jednoduchost připojování a nízká cena.

45 Potrubní spoje SpojOllÚní trubek Pro spojování ocelových a měděných trubek se používají trubkom šroubení. Různé způsoby těsnění ukazují obr. 30 až 33: Obr. 30 Sroubení s těsnicím prstencem - umožňuje opakovanou montáž a demontáž Obr. 31 Sroubení s upínacím prstence m - umo žňuje hadic z umělé hmoty připojení Obr. 32 Spojování měděných trubek s vydutým nákružkem Obr. 33 Spojení lemem

46 Potrulní spojky Obr. 34 Rychlospojka Obr. 35 Spojkový nástavec Spojování hadic Obr. 36 Sroubení s převlečnou maticí Obr. 37 Vývodka Obr. 38 Sroubení pro rychlá spojování hadic z umělých hmot es - šroube ní

47 Úpravo tlakového vzduchu 4. 1 Znečištění vzduchu V praxi se v mnoha případech klade velký důraz na kvalitu tlakového vzduchu. Znečištění vzduchu mechanickými nečistotami, částečkami rzi, zbytky oleje a vlhkostí často vede k poruchám pneumatických zařízení, příp. ke zničení jejich prvků. První hrubé odstraňování kondensátu se provádí v odlučovači, umístěné m za chladičem vzduchu. Na pracovním místě se pak provádí jemné odlučování, filtrace a další úpravy tlakového vzduchu. Zvláštní pozornost je nutné věnovat do rozvodné sítě vlhkosti. Voda (vlhkost) se dostává tlakového vzduchu se vzduchem nasávaným do kompresoru. Stupeň vlhkosti závisí na relativní vlhkosti ovzduší, která je určována teplotou ovzduší a povětrnostní situací. Absolutní vlhkost je množství vodních par, které obsahuje m 3 vzduchu. Relativní vlhost Největší možné množství vodních par (vody) v 1 m 3 vzduchu při dané teplotě je množství vodních par v mální možné množství při 3 m Relativní vlhkost může být proto max. ZOO %. vzduchu, vztažené na maxidané teplotě, vyjádřené v %. (teplota rosného bodu) je tzv. mezní stav, tj. stav sytosti, kterému odpovídá relativní vlhkost ZOO na teplotě (tzv. křivka rosného bodu). %. Na obr. 39 je závislost množství nasycených par Relativní vlhkost = ---'a"'b"'s"'o"-lu=tn-"í_v~., l"'hk=o"-st"---- ZOO 16 množství nasycených vodních par Příklad: při teplotě rosného bodu 293 K (20 ocl je obsah nasycených vodních par v 1 m 3 vzduchu 17,3 g, při teplotě rosného bodu 313 K (40 ocl 50 g. llešení problému mečištění vzduchu: Filtrace vzduchu nasávaného do kompresoru. Pvužití takového typu kompresoru, u něhož nepřicház í olej do styku se stlačovaným vzduchem. při výskytu větší vlhkosti vysoušení vzduchu.

48 / ~ g/m / / l/ ~ ~ '- Cl ->->0. "'.s:: 0,-, S' o-> 0<: E'8.s::;> r7 1/ í7 / 2 1/ 0,5 0,4 0,3 0,2 7 J 0, o teplota.. Obr. 39 Závislost mezního stavu na teplotě

49 K vysoušení vzduchu se používá - absorbční vysoušení - adsorbční vysoušení - vysoušení ochlazením AbsorbČní vysoušení Jedná se o čistě chemický postup, při němž se stlačený vzduch vede prostředím se sušicím prostředkem. Voda nebo vodní pára se při styku se sušicím prostředkem na něj chemicky váže. Proto musí být sušicí prostředek v absorbéru vždy po určité době vyměněn, což se provádí ručně nebo automaticky. Sušicí prostředek je tedy po určitém čase "spotřebován" a musí být nahrazen novým (2 x až 4 x za rok). S absorpčním vysušováním bývá spojeno také vylučování olejových par a částeček. Protože větší množství oleje ve vzduchu má negativní vliv na účinnost sušení, je vhodné před vysoušením olej zachycovat jemným filtrem. Výhody absorbčního - jednoduchá instalace vysoušení: - malé mechanické opotřebení, protože absorbér nemá žádné pohyblivé části - nevyžaduje přívod energie Obr. 40 Absorbční vysoušení Obr. 41 Adsorbční vysoušení

50 AdsorbČní vysoušení Základem tohoto postupu je fyzikální jev adsorbce (zachycování látek na povrchu pevných těles). Sušicím prostředkem je zrnitý materiál, většinou dioxid křemičitý, pro nějž se používá název "gel". Tento gel adsorbuje vodu či vodní páru: vlhký tlakový vzduch prochází vrstvou gelu, který na sebe váže vlhkost z tlakového vzduchu. Akumulační schopnost gelové náplně adsorbéru je omezená. Proto je-li sušicí prostředek nasycen, je třeba ho regenerovat. Regenerace se provádí nejčastěji tak, že nasyceným sušicím prostředkem se nechá proudit teplý vzduch, který mu vlhkost opět odejme. Na tepelnou energii potřebnou k regeneraci je nutná elektrická energie nebo horký tlakový vzduch. Casto se používá dvoukomorové uspořádání, kdy jedna komora se využívá k vysoušení a druhá je profukována horkým vzduchem (regenerační princip). Vysoušení ochlazo\lúním Podstatou tohoto postupu je snížení teploty tlakového vzduchu pod teplotu rosného bodu, což je teplota, pod níž je nutné plyn ochladit, aby v něm obsažené vodní páry zkondensovaly. Tlakový vzduch přiváděný do sušičky se zpravidla nejdřív vede vzduchovým tepelným výměníkem, v němž se předchladí. Vyloučený kondensát se shromažauje v odlučovači, který 'je třebo pravidelně vypouštět. před chlazený vzduch pok proudí chladicím agregátem (výparníkem) a je ochlazován až na teplotu kolem 274,7 K (1,7 C). Zde se vzduchu podruhé odnímá vlhkost v podobě vodního kondensátu (kondensuje i olej). Vysušený vzduch se doporučuje ještě vést přes jemné filtr y, kde se zachycují poslední zbytky nečistot (zejména mechanické).

51 odvod vzduchu vysušený vzduch chladič výměník ======tl přívod vzduchu vzduch/vzduch chladicí prostředek chladicí agregát Obr. 42 Vysoušení ochlazováním Příklad: Určíme odstraněné množství vlhkosti pro tento případ: nasávané množství V' = 400 m 3 /h tlak p = 800 kpa teplota relativní vlhkost absolutní vlhkost T = 323 K (50 C) 60 %? re lati vní vlhkos t = abs='-"o-'-lu'-'-tocn"'í_v'-'l;:..:hc.: ko=-s::.;t' % množství sytých vodních par V příkladu máme určit vlhkost, pro kterou tedy platí absolutní vlhkost = relativní vlhkost. množství sytých vodních par Ze závislosti na obr. 39 odečteme vodních par 80 g/ m 3, takže 100% 3 absolutní vlhkost = 60 % 80 glm = 48 g/ m 3 i100 % pro teplotu 323 K (50 C) množství sytých