Název školy Integrovaná střední škola technická, Vysoké Mýto, Mládežnická 380 Číslo a název projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0374 Inovace vzdělávacích metod EU - OP VK Číslo a název klíčové aktivity III/2 inovace a zkvalitnění výuky pomocí ICT Autor Ing. Milan Solil Číslo materiálu VY_32_INOVACE_ATM_4S_SL_11_04 Název Pneumatické obvody Druh učebního materiálu Prezentace PowerPoint Předmět Automatizace Ročník Čtvrtý Tematický celek Úprava a rozvod stlačeného vzduchu Anotace Úprava vzduchu a prvky umožňující dopravu na místo spotřeby. Metodický pokyn Seznámit žáky s charakteristickými vlastnostmi stlačeného vzduchu, způsoby jeho úpravy a dopravy před využitím v pneumatických obvodech. 90 minut Klíčová slova Chlazení, sušení stlačeného vzduchu. Okružní a uzavřený rozvod. Očekávaný výstup Žák charakterizuje vlastnosti stlačeného vzduchu, způsoby používaných úprav vzduchu a druhy dopravy na místo spotřeby. Datum vytvoření 1. 10. 2013
04. Úprava a rozvod stlačeného vzduchu - Při kompresi (stlačení) v kompresoru se vzduch zahřeje a po ochlazení se ze stlačeného vzduchu vylučuje kondenzát. - Pro odstranění se zařazuje za kompresor chladič, ve kterém se většina odloučí . - Chlazení za kompresorem zvyšuje jeho účinnost. - K chlazení se používají výměníky tepla na principu vzduch - vzduch, nebo vzduch – voda. Odstranění vlhkosti ze stlačeného vzduchu Chladič Stlačením se vzduch zahřeje a po ochlazení stlačeného vzduchu v potrubí by se u něj vyloučilo značné množství kondenzátu. Aby se tomu zabránilo, zařazuje se za kompresor chladič, ve kterém se odloučí až 70% vlhkosti obsažené ve stlačeném vzduchu, která se z chladiče jako kondenzát automaticky vypouští. Umístěním chladiče co nejblíže ke kompresoru se zvýší jeho účinnost. Stlačený vzduch na výstupu z chladiče je stále nasycen určitým množstvím vodních par. Chladiče jsou výměníky tepla se vzduchovým (vzduch - vzduch), nebo vodním (vzduch - voda) chlazením. Jsou vybaveny přetlakovým pojistným ventilem, manometrem a teploměry pro měření teplot vzduchu a vody.
Chlazení stlačeného vzduchu Chlazení vzduchem Ohřátému stlačenému vzduchu odebírá teplo přes výměník proudící vzduch, který odvádí teplo do okolí. Za chladičem nemá teplota stlačeného vzduchu přesáhnout 15°C nad teplotu okolí. Chlazení vodou Chladič tvoří soustava trubek pro ochlazení stlačeného vzduchu, z kterých odvádí teplo chladící voda. Výstupní teplota vzduchu nemá být vyšší než teplota chladící vody o 10°C. Chlazení vzduchem (vzduch - vzduch) Horký stlačený vzduch prochází trubkami se žebry na vnějším povrchu. Kolmo na osu trubek a rovnoběžně se žebry proudí chladící vzduch, dodávaný ventilátorem. Teplota stlačeného vzduchu na výstupu z chladiče má být přibližně o 15 °C vyšší než je teplota prostředí. Chlazení vodou (vzduch - voda) Chladič tvoří uzavřená skříň, kterou prochází trubky, do kterých je přiveden stlačený vzduch z kompresoru. Do skříně chladiče je přivedena voda, která ochlazuje povrch trubek, jejichž plocha je zvětšena žebry. Teplo, které předá stlačený vzduch materiálu trubek je odváděno proudící vodou. Teplota stlačeného vzduchu na výstupu z chladiče má být přibližně o 10 °C vyšší než je teplota chladící vody.
Sušení stlačeného vzduchu Vysušením stlačeného vzduchu se dosáhne snížením rosného bodu, tj. ochlazením vzduchu na teplotu, při které dochází ke kondenzaci vodních par. Čím nižší je teplota rosného bodu, jím méně vlhkosti, uváděné jako obsah vodních par v g/m3 vzduchu, zůstává ve stlačeném vzduchu. Sušení stlačeného vzduchu Teplota stlačeného vzduchu po výstupu z chladiče je 10 až 15 °C. Prvky pneumatického obvodu strojů (jednotky pro úpravu vzduchu, ventily, pneumatické válce, kyvné pohony) pracují v prostředí s teplotou pohybující se okolo 20 °C. To by mohlo vést k závěru, že již nemůže dojít k vyloučení kondenzátu a ve vzduchu obsažené vodní páry budou při odvzdušnění sekundárního okruhu stroje odváděny s vyfukovaným vzduchem do atmosféry. Nelze vyloučit, že teplota vzduchu po výstupu z chladiče bude vyšší než teplota pracovního prostředí rozvodu a pneumatického obvodu stroje. V takovém případě po ochlazení stlačeného vzduchu opět dojde ke kondenzaci vodních par. Vysušení stlačeného vzduchu se dosáhne snížením rosného bodu, tj. ochlazením vzduchu na teplotu, při které dochází ke kondenzaci vodních par. Čím nižší je teplota rosného bodu, tím méně vlhkosti, uváděné jako obsah vodních par v g/m3 vzduchu, zůstává ve stlačeném vzduchu.
Rozvod stlačeného vzduchu Potrubí pro rozvod stlačeného vzduchu je trvale instalované zařízení, kterým se přivádí stlačený vzduch k různým spotřebičům v provozovně. Platí empirické pravidlo: čím menší má být tlaková ztráta dlouhého potrubí, tím větší musí být jeho průměr. Většinou se volí tlaková ztráta v řádu setin MPa. Podle uspořádání rozlišujeme dva typy potrubí pro rozvod stlačeného vzduchu: - Okružní rozvod stlačeného vzduchu - Uzavřený rozvod Rozvod stlačeného vzduchu Potrubí pro rozvod stlačeného vzduchu je trvale instalované zařízení, kterým se přivádí stlačený vzduch k různým spotřebičům v provozovně. Platí empirické pravidlo: čím menší má být tlaková ztráta dlouhého potrubí, tím větší musí být jeho průměr. Většinou se volí tlaková ztráta v řádu setin MPa. Podle uspořádání rozlišujeme dva typy potrubí pro rozvod stlačeného vzduchu: Uzavřený rozvod Aby bylo možné odvést kondenzát, který se ze vzduchu vyloučí jeho ochlazením v potrubí, je nutné, aby bylo potrubí uloženo se spádem 1 až 2 %. V nejnižším bodě potrubí musí být instalován sběrač kondenzátu s automatickým odpouštěním.
Okružní rozvod stlačeného vzduchu Předností okružního rozvodu je přívod stlačeného vzduchu ke spotřebičům ze dvou stran. Protože se stlačeným vzduchem se i kondenzát rozvádí oběma směry, musí se ve všech nejnižších bodech instalovat sběrače kondenzátu s automatickým odpouštěním. Větve potrubí okružního rozvodu je možno několikrát propojit mezi sebou. Vhodně umístěné uzávěry dovolí vyřazení části rozvodného potrubí z provozu a umožní tak údržbu a opravy bez přerušení provozu strojů a zařízení, napojených na zbylý úsek potrubí rozvodu stlačeného vzduchu. Okružní rozvod stlačeného vzduchu Okružní rozvod Předností okružního rozvodu je přívod stlačeného vzduchu ke spotřebičům ze dvou stran. Protože se stlačeným vzduchem se i kondenzát rozvádí oběma směry, musí se ve všech nejnižších bodech instalovat sběrače kondenzátu s automatickým odpouštěním. Větve potrubí okružního rozvodu je možno několikrát propojit mezi sebou. Vhodně umístěné uzávěry dovolí vyřazení části rozvodného potrubí z provozu a umožní tak údržbu a opravy bez přerušení provozu strojů a zařízení, napojených na zbylý úsek potrubí rozvodu stlačeného vzduchu.
Uzavřený rozvod Aby bylo možné odvést kondenzát, který se ze vzduchu vyloučí jeho ochlazením v potrubí, je nutné, aby bylo potrubí uloženo se spádem 1 až 2 %. V nejnižším bodě potrubí musí být instalován sběrač kondenzátu s automatickým odpouštěním.
Stanovení rozměrů rozváděcího potrubí Potrubí pro rozvod stlačeného vzduchu tvoří největší položku v nákladech rozvodné sítě. Zvolíme-li malý průměr potrubí, budou pořizovací náklady nízké, ale provozní náklady dané velkou tlakovou ztrátou vysoké. Podstatnou část pořizovacích nákladů na potrubí pro rozvod stlačeného vzduchu tvoří náklady za montáž, které se nepatrně liší v závislosti na průměru použitého potrubí. Cena montáže potrubí o průměru 25 mm se téměř neliší od ceny montáže potrubí o průměru 50 mm, ale proti trubce o průměru 25 mm je dopravní kapacita trubky o průměru 50 mm čtyřnásobná. Provedení rozvodu stlačeného vzduchu (uzavřený nebo okružní rozvod) nemá vliv na výpočet délky a průměru potrubí.
Trubky a hadice pro rozvod vzduchu Závitové ocelové trubky Pro rozvody stlačeného vzduchu do jmenovité světlosti Js 50 se většinou používají ocelové bezešvé závitové trubky a tvarové spojky z temperované litiny se závitovými spoji. Rozvody se světlostí Js 65 a větší se svařují z ocelových bezešvých trubek a tvarovek. Díly potrubí mají na koncích navařené příruby, kterými se spojují mezi sebou, nebo s armaturami. Trubky z korozivzdorné oceli Používají se pro dlouhé, přímé úseky hlavních rozvodů stlačeného vzduchu s velkým průměrem potrubí. Trubky a hadice pro rozvod vzduchu Závitové trubky Pro rozvody stlačeného vzduchu do jmenovité světlosti Js 50 se většinou používají ocelové bezešvé závitové trubky a tvarové spojky z temperované litiny se závitovými spoji. Rozvody se světlostí Js 65 a větší se svařují z ocelových bezešvých trubek a tvarovek. Díly potrubí mají na koncích navařené příruby, kterými se spojují mezi sebou, nebo s armaturami. Přehled ocelových bezešvých závitových trubek z oceli 11 353.0 dle ČSN 42 5710.0 podává tabulka:
Měděné trubky Jsou dobře tvarovatelné, odolávají korozi a vysokým teplotám. Vyrábí se s vnitřním průměrem až 40 mm, ale trubky s vnitřním průměrem nad 28 mm jsou velmi drahé. Hadice z plastů Obvykle se používají pro vzájemné propojování pneumatických prvků a jejich připojení na přívod stlačeného vzduchu. Jejich použití v rozsahu doporučených provozních teplot má při montáži řadu výhod, protože se snadno upraví na potřebnou délku a rychle nasadí na šroubení, nebo zasunou do nástrčných spojek. Hadice z měkkého nylonu, nebo polyuretanu je možné použít tam, kde se vyžaduje velká poddajnost a malé poloměry oblouků hadic. Ve srovnání s hadicemi z nylonu, nebo z PVC pracují hadice z těchto materiálů s nižšími tlaky. Trubky z korozivzdorné oceli Používají se pro dlouhé, přímé úseky hlavních rozvodů stlačeného vzduchu s velkým průměrem potrubí. Měděné trubky Jsou dobře tvarovatelné, odolávají korozi a vysokým teplotám. Vyrábí se s vnitřním průměrem až 40 mm, ale trubky s vnitřním průměrem nad 28 mm jsou velmi drahé. Hadice z plastů Obvykle se používají pro vzájemné propojování pneumatických prvků a jejich připojení na přívod stlačeného vzduchu. Jejich použití v rozsahu doporučených provozních teplot má při montáži řadu výhod, protože se snadno upraví na potřebnou délku a rychle nasadí na šroubení, nebo zasunou do nástrčných spojek. Hadice z měkkého nylonu, nebo polyuretanu je možné použít tam, kde se vyžaduje velká poddajnost a malé poloměry oblouků hadic. Ve srovnání s hadicemi z nylonu, nebo z PVC pracují hadice z těchto materiálů s nižšími tlaky.
Spojovací prvky - šroubení Plastové hadice pneumatických obvodů se používají ve spojení s třemi základními typy spojovacích prvků - šroubení. Šroubení s těsnicím prstencem a převlečnou maticí Šroubení s opěrnou trubkou, těsnicím prstenem a převlečnou maticí zajišťují spolehlivé upevnění trubky za její vnitřní i vnější průměr. Dotažením převlečné matice se těsnicí prsten zatlačí do materiálu trubky. Opěrná trubka má menší průřez než upevňovaná trubka, a proto toto šroubení klade větší odpor průtoku stlačeného vzduchu. Tato šroubení se používají převážně u rozvodů s tlakem vyšším než 1,0 MPa. Spojovací prvky - šroubení Plastové hadice pneumatických obvodů se používají ve spojení s třemi základními typy spojovacích prvků - šroubení. Šroubení s těsnicím prstencem a převlečnou maticí Šroubení s opěrnou trubkou, těsnicím prstenem a převlečnou maticí zajišťují spolehlivé upevnění trubky za její vnitřní i vnější průměr. Dotažením převlečné matice se těsnicí prsten zatlačí do materiálu trubky. Opěrná trubka má menší průřez než upevňovaná trubka, a proto toto šroubení klade větší odpor průtoku stlačeného vzduchu. Tato šroubení se používají převážně u rozvodů s tlakem vyšším než 1,0 MPa. Obr. SMC Industrial Automation CZ s.r.o., SMC_SKRIPTA_CZ_new.IDD – LG1_ Einfuehrung.pdf [online]. 2009 [cit. 24. května 2013]. Str. 59 Dostupné z WWW: http://2009.oc.smc-cee.com/sk/pdf/LG1_Einfuehrung.pdf
Nástrčné spojky Nástrčné spojky upínají hadici poměrně velkou silou. Zvláštní profil těsnění zaručuje těsnost spoje při přetlaku i vakuu. Tyto spojky je možné použít pro vakuum až -99 kPa a pro přetlak do 1 MPa. Průchozí kanál spojky má shodný průměr s vnitřním průměrem použité hadice, proto mají tyto spojky poměrně malý odpor při průtoku stlačeného vzduchu. Nástrčné spojky se zpětným ventilem Zpětný ventil se otevírá zasunutím hadice do spojky. Po vyjmutí hadice se zpětný ventil uzavře, takže brání úniku stlačeného vzduchu ze spojky. a. není-li do spojky zasunutá hadice, vestavěný zpětný ventil je tlakem pružiny a tlakem vzduchu uzavřen, vzduch nemůže proudit ze spojky. b. Zasunutím hadice do spojky se otevře zpětný ventil, stlačený vzduch může proudit ze spojky do hadice. a b 60 3. Kompresory a rozvod stlačeného vzduchu Training uzavře, takže brání úniku stlačeného vzduchu ze spojky Obr. SMC Industrial Automation CZ s.r.o., SMC_SKRIPTA_CZ_new.IDD – LG1_ Einfuehrung.pdf [online]. 2009 [cit. 24. května 2013]. Str. 59 Dostupné z WWW: http://2009.oc.smc-cee.com/sk/pdf/LG1_Einfuehrung.pdf
Nástrčné spojky se zpětným ventilem Zpětný ventil se otevírá zasunutím hadice do spojky. Po vyjmutí hadice se zpětný ventil uzavře, takže brání úniku stlačeného vzduchu ze spojky. a. není-li do spojky zasunutá hadice, vestavěný zpětný ventil je tlakem pružiny a tlakem vzduchu uzavřen, vzduch nemůže proudit ze spojky. b. Zasunutím hadice do spojky se otevře zpětný ventil, stlačený vzduch může proudit ze spojky do hadice. Obr. SMC Industrial Automation CZ s.r.o., SMC_SKRIPTA_CZ_new.IDD – LG1_ Einfuehrung.pdf [online]. 2009 [cit. 24. května 2013]. Str. 60 Dostupné z WWW: http://2009.oc.smc-cee.com/sk/pdf/LG1_Einfuehrung.pdf
Ventil pro odpouštění kondenzátu Ventil pro odpouštění kondenzátu se instaluje ve všech nejnižších místech rozvodu vzduchu. Kondenzát stéká z větví rozváděcího potrubí do jímky. Po dosažení určité hladiny kondenzátu plovák otevře vypouštěcí ventil. Tlak vzduchu v potrubí vytlačí kondenzát z jímky. Po vyprázdnění jímky plovák klesne, uzavře ventil přívodu vzduchu do ovládacího ventilu a vypouštěcí ventil se uzavře. Ventil pro odpouštění kondenzátu Ventil pro odpouštění kondenzátu se instaluje ve všech nejnižších místech rozvodu vzduchu. Kondenzát stéká z větví rozváděcího potrubí do jímky. Po dosažení určité hladiny kondenzátu plovák otevře vypouštěcí ventil. Tlak vzduchu v potrubí vytlačí kondenzát z jímky. Po vyprázdnění jímky plovák klesne, uzavře ventil přívodu vzduchu do ovládacího ventilu a vypouštěcí ventil se uzavře. Obr. SMC Industrial Automation CZ s.r.o., SMC_SKRIPTA_CZ_new.IDD – LG1_ Einfuehrung.pdf [online]. 2009 [cit. 24. května 2013]. Str. 61 Dostupné z WWW: http://2009.oc.smc-cee.com/sk/pdf/LG1_Einfuehrung.pdf
Použitá literatura: SMC Industrial Automation CZ s.r.o., Vlastnosti stlačeného vzduchu [online]. 2009 [cit. 5. září 2013]. Dostupné z WWW: http://2009.oc.smc-cee.com/sk/pdf/LG2_Masseinheit.pdf Škorpík, Jiří. Škrceni plynů a par [online]. 2006 [cit. 5. září 2013]. Dostupné z WWW: http://www.transformacni-technologie.cz/skrceni-plynu-a-par.html JURNÍČEK, J. Návrh a realizace laboratorní úlohy řízení elektro-pneumatického manipulátoru FESTO. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2013. 65 s. Vedoucí diplomové práce Ing. Stanislav Věchet, Ph.D..