Τι είναι τα Πνευµατικά Συστήµατα; Τα Πνευµατικά Συστήµατα χρησιµοποιούν συµπιεσµένο αέρα για την εκτέλεση µιας εργασίας, που µπορεί να είναι επαναλαµβανόµενη, επικίνδυνη για τους χειριστές ή βαριά, να πραγµατοποιείται σε µη φιλικό περιβάλλον ή να απαιτείακρίβειαήταχύτητα. Η πίεση που χρησιµοποιείται συνήθως στα σύγχρονα εργοστάσια είναι 6 bar (87 psi). Μόλις συµπιεστεί ο αέρας, πρέπειναδιοχετευθείσεκύκλωµαµεταψύκτη, αεριοφυλακίου και ξηραντή αέρα για να αποκτήσει τις κατάλληλες ιδιότητες. Τα Πνευµατικά Συστήµατα χρησιµοποιούνται ευρέως στις περισσότερες βιοµηχανίες ως µέσο "αυτοµατισµού χαµηλού κόστους", 1 2 3 4 Στις βιοµηχανικές µονάδες, ο ατµοσφαιρικός αέρας συµπιέζεται από µια ειδική αντλία που ονοµάζεται αεροσυµπιεστής και κινείται συνήθως από έναν ηλεκτροκινητήρα. Ο αεροσυµπιεστής ωθεί τον αέρα µέσα σε µια ανθεκτική δεξαµενή αποθήκευσης που ονοµάζεται αεριοφυλάκιο. Στην περίπτωση αυτή ο κινητήρας καταναλώνει ηλεκτρική ενέργεια. Αυτή η ενέργεια κινεί τον αεροσυµπιεστή και το µεγαλύτερο ποσοστό της αποθηκεύεται στο αεριοφυλάκιο µε τη µορφή συµπιεσµένου αέρα (ενεργειακός µετασχηµατισµός). Στην πραγµατικότητα, έχουµε µια δεξαµενή γεµάτη ενέργεια που µπορεί να παράγει ωφέλιµο έργο. 5 6 1
7 8 1. Κύρια µηχανή 2. Αεροσυµπιεστής ΤΥΠΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑ ΠΕΠΕΙΣΜΕΝΟΥ ΑΕΡΑ ΕΚΚΙΝΗΣΕΩΣ ΚΥΡΙΑΣ ΜΗΧΑΝΗΣ 3. Αεριοφυλάκιο (25/30 bar) 4. Εισαγωγή αέρα εκκινήσεως 5. στραγγαλισµού πιέσεως µε φίλτρο από 25-30 bar σε 7-8 bar 6. Είσοδος αέρα ελέγχου στο ΣΑΕ και ασφαλείας 7. Είσοδος αέρα εκκινήσεως στο ΣΑΕ και ασφαλείας 8. στραγγαλισµού από 25-30 bar σε 7-8 bar 9 PI: Μετρητής πίεσης 10 Τα πνευµατικά συστήµατα περιλαµβάνουν: Τύποι αεροσυµπιεστών: Αεροσυµπιεστές Βαλβίδες που ελέγχουν τη διεύθυνση της ροής του αέρα Piston compressors Piston diaphragm compressors Βαλβίδες ελέγχου πίεσης και παροχής Μηχανισµούς κίνησης Συνδετήρες Επαρκή εξοπλισµό για τη ρύθµιση των ιδιοτήτων και την αποθήκευση του συµπιεσµένου αέρα που διασφαλίζει την ποιότητα, τηνκαθαρότητακαθώςκαιτηλίπανσήτουκαι, εποµένως, την ανεµπόδιστη λειτουργία των πνευµατικών µηχανισµών κίνησης και βαλβίδων. 11 Screw compressors 12 2
Σύγκριση αεροσυµπιεστών: Piston compressors Screw compressors 13 Γιατην επίτευξη πολύ υψηλών πιέσεων και για τα ίδια κυβικά ανά ώρα µπορεί να συνδεθούν πολύ piston compressors σε σειρά δηµιουργώντας έτσι πολυβάθµιους Καθηγητής ΑΕΝ συµπιεστές. Μακεδονίας 14 ιαδικασίαπροετοιµασίας πεπιεσµένου αέρα Ταχυσύνδεσµοι 15 16 Φίλτρο Τρόποι αποµάκρυνσης νερού Χειροκίνητηαποµάκρυνση σωµατιδίων και υγρασίας Εισαγωγή αέρα Στροβιλισµός και λόγω φυγόκεντρης δύναµης τα σταγονίδια είναι βαρύτερα και πέφτουν Ηαποµάκρυνση γίνεται είτε αυτόµατα από το φλοτέρ το οποίο ανεβαίνει και το πλεονάζον νερό βγαίνει από τη µικρή εγκοπή Έξοδος αέρα µέσα από το φίλτρο το οποίο φιλτράρει τα στερεά σωµατίδια 17 Η αποµάκρυνση γίνεται είτε χειροκίνητα από την βαλβίδα αντεπιστροφής 18 3
ΤΥΠΟΙ ΦΙΛΤΡΩΝ Ρυθµιστής πίεσης Χειροκίνητη ρύθµιση πίεσης Ηκάθετη βαλβίδα και το διάφραγµα κινούνται διαρκώς πάνω κάτω ανοίγοντας και κλείνοντας Εάν παρουσιαστεί υπερβολική πίεση στην έξοδο το διάφραγµα θα µετακινηθεί ακόµα περισσότερο επιτρέποντας τον πλεονάζοντα αέρα να διαφύγει από την οπή που βρίσκεται στο κέντρο του διαφράγµατος και από εκεί στην ατµόσφαιρα. 19 20 Ρυθµιστής πίεσης Oil fog lubricator Λίπανσητου αέρα λόγω του µεγάλου µήκους των σωληνώσεων Είσοδος λαδιού Οαέρας εισέρχεται από αριστερά και λόγω της στένωσης αυξάνει η ταχύτητα του µε αποτέλεσµα τη δηµιουργία κενού στο χώρο που βρίσκεται το λάδι. Αυτό έχει ως αποτέλεσµα το κενό να ρουφάει το λάδι προς τα πάνω και λόγω του µικρού σωλήνα να αυξάνει η ταχύτητα ανόδου και µε αυτό τον τρόπο να φτάνει στο ρεζερβουάρ του λαδιού. 21 Το λάδι λιπαίνει τον αέρα και το πλεονάζον λάδι επιστρέφει προς τα Καθηγητής ΑΕΝ πίσω Μακεδονίας 22 Ολοκληρωµένη µονάδα παροχής αέρα Ολοκληρωµένη µονάδα παροχής αέρα 23 24 4
Εκτόνωσης Πίεσης 25 26 27 28 29 30 Κύλινδροι ιαιρούνται σε δύο οµάδες που είναι γνωστές ως: Κύλινδροι Απλής Ενέργειας Κύλινδροι ιπλής Ενέργειας 5
Εφαρµογή κυλίνδρων 31 32 ΣΥΜΒΟΛΑ ΚΥΛΙΝ ΡΩΝ 33 34 Κύλινδροι µαγνητικής ανίχνευσης 35 Οι κύλινδροι αυτοί έχουν κατασκευαστεί προκειµένου να αποφεύγεται η ανάγκη για οριακούς διακόπτες οι οποίοι λειτουργούν κατά την φυσική επαφή. Το έµβολο του κυλίνδρου περιλαµβάνει έναν µαγνήτη/ες ο οποίος στη συνέχεια θα θέτει σε λειτουργία έναν διακόπτη µε γλωττίδα που είναι τοποθετηµένος στο εξωτερικό του χιτωνίου του κυλίνδρου και ενεργοποιείται όταν ο µαγνήτης του εµβόλου περάσει από αυτόν. Οι διακόπτες µε γλωττίδα είναι επίσης γνωστοί και ως διακόπτες εγγύτητας ή αισθητήρες. Η αρχή αυτή ισχύει µόνον όταν το χιτώνιο του κυλίνδρου είναι κατασκευασµένο από µη µαγνητικό υλικό, όπως ο ορείχαλκος, ο ανοξείδωτος χάλυβας ή το αλουµίνιο. 36 6
Κύλινδροι µαγνητικής ανίχνευσης Μαγνητικό υλικό 37 38 Κύλινδροι πολλαπλών θέσεων 39 40 Γενικά στοιχεία Βασικές εξισώσεις 41 42 7
Pressure 1 bar = 0,1 MPa = 100 kpa = 10 N/cm 2 = 14,5 psi Length 1 m = 1000 mm = 100 cm = 39.37 in = 3.281 ft Force 1 N flow rate = 0,001 kn =0,22 lbf 1 litres/min velocity 1 m/s Γενικά στοιχεία = 1 in 3 /s Mass 1 kg = 16,67 cm 3 /s = 1000 mm/s = 0,001 to = 2,20lb Volume 1 m 3 = 10 6 cm 3 Surface/Area 1 m 2 Time 60 s = 10 9 mm 3 = 1 min = 1000000 mm 2 = 10000 cm 2 = 1550.003 in 2 = 0.017 h Τεχνικά χαρακτηριστικά κυλίνδρων ύναµη πίεσης κυλίνδρου Η δύναµη του εµβόλου εξαρτάται από: 1. Τη διάµετρο του εµβόλου, 2. Την πίεση του αέρα, 3. Και από την αντίσταση τριβής. Η αντίσταση τριβής αντιστοιχεί στη ροπή αποχώρησης του εµβόλου. Ηδύναµη του εµβόλου είναι F = (P 1 P 2 ) * A = Ρ * Α Όπου Ρ η διαφορική πίεση. Η δύναµη αυτή αντισταθµίζεται από τη δύναµη του ελατηρίου (f ελ ) και την εξωτερική αντίσταση (L). = 60 m/min = 1000 litres = 39,37 Καθηγητής in/s ΑΕΝ Μακεδονίας = 61023.744 in 3 43 44 Τεχνικά χαρακτηριστικά κυλίνδρων ύναµη πίεσης κυλίνδρου Κύλινδρος απλής ενεργείας Η επιφάνεια του εµβόλου είναι: Ηεπιφάνεια του εµβόλου είναι Α = π D 2 / 4. Η δύναµη του εµβόλου είναι: Όπου Ρ η διαφορική πίεση. F = P P ) A= P A ( 1 2 Επειδή όµως P 1 =0 και P 2 =P B : F = PB A H πίεση είναι εκφρασµένη σε bar και επειδή 1Ν = 0,1 bar cm 2 Η Q in είναι: Η εισερχόµενη ροή είναι: 3 3 2 m 2 1000 mm 1000 mm cm Q in = A v = mm = mm = = 1 s s s s Q in = 0. 06 lpm Καιεπειδή : 45 3 3 cm ρ. cm Γουργούλης ηµήτριος 1 lpm = 16.67 0.06 lpm = 1 s Καθηγητής s ΑΕΝ Μακεδονίας 46 Κύλινδροςδιπλής διπλής ενεργείας -εκτόνωση Κύλινδροςδιπλής διπλής ενεργείας συµπίεση Οι επιφάνειες των εµβόλων είναι: Οι επιφάνειες των εµβόλων είναι: Ρ 3 είναι η back pressure που δηµιουργείται από την Q out Ρ 1 είναι η back pressure που δηµιουργείται από την Q out 47 48 8
Υπολογισµός διατοµής κυλίνδρου µε τη βοήθεια διαγράµµατος Εάν γνωρίζουµε τη συνολική δύναµη που θα πρέπει να σηκώσει ο κύλινδρος και τη πίεση λειτουργίας µπορούµε να υπολογίσουµε τη διατοµή του κυλίνδρου. Οι διαφορετικές καµπύλες αναφέρονται η µεν: Α Για στερεωµένους κυλίνδρους. Β Για κυλίνδρους ισχύος χωρίς χτυπήµατα. C Για κυλίνδρους ισχύος που υπόκεινται χτυπήµατα. 49 50 Βαλβίδες Ελέγχου Κατεύθυνσης Βαλβίδες ελέγχου κατεύθυνσης - Σχεδιασµός, κατασκευή και µέθοδος λειτουργίας των: Οι βαλβίδες ελέγχου κατεύθυνσης ελέγχουν την εκκίνηση, τη διακοπή και τηνκατεύθυνσητηςροήςτουαέρα. 2/2 δρόµου, 3/2 δρόµου, 4/2 ρόµου, 5/2 ρόµου, 4/3 ρόµου, 5/3 ρόµου, 5/4 ρόµου ιακρίνονται από τον αριθµό των θυρών και τον αριθµό των θέσεων στις οποίες µπορούν να τεθούν. Για παράδειγµα, ο ορισµός βαλβίδα τύπου 3/2 χρησιµοποιείται για να περιγράψει µία βαλβίδα ελέγχου κατεύθυνσης, ηοποίαέχει 3 θύρεςκαι 2 θέσεις. - Μέσα λειτουργίας: Μπουτόν, Πεντάλ, Οδηγός, ιαφορικός οδηγός, Μοχλός Κυλίνδρου, Βοηθητικός Κύλινδρος Επιστροφής, Σωληνοειδές, Ελατήριο Κάθε θέση στην οποία µπορεί να τεθεί µια βαλβίδα φαίνεται στο σύµβολό της µέσω ενός τετραγώνου. Μέσα στα τετράγωνα όποτε µια γραµµή αγγίζει την περίµετρο του τετραγώνου έχουµε θύρα. Οι θύρες αυτέςδενείναιπάντασυνδέσιµες (φραγµένες). 51 52 Τετράγωνα βαλβίδων Στο σύµβολο και εξωτερικά των τετραγώνων θα φαίνεται ο µηχανισµός/οιλειτουργίας. Αυτοίµπορείναείναιχειροκίνητοι (µπουτόν), µηχανικοί (κυλινδρικός µοχλός και κυλινδρικός µοχλός αργής επιστροφής), πνευµατικοί (οδηγός) και ηλεκτρικοί (ηλεκτροµαγνητική) ή βέβαια και συνδυασµοί των παραπάνω µηχανισµών λειτουργίας. Οισυνηθέστερεςαπόπλευράςχρήσηςβαλβίδεςείναιοιτύπου 3/2 ωστόσοδιατίθενταιακόµακαιοιεξής: 2/2, 4/2, 4/3, 5/2, 5/3, 5/4, 6/3, κ.ο.κ. 53 54 9
Παραδείγµατα βαλβίδων Open air exit Restricted air exit 55 57 58 Έλεγχος βαλβίδων Έλεγχος βαλβίδων 56 Γράµµατα βαλβίδων Νεκρή θέση - θέση λειτουργίας 59 60 10
ΤΥΠΟΙ ΒΑΛΒΙ ΩΝ 61 62 Κατηγορίες βαλβίδων Poppet και Spool valve 63 64 Κάθετη Poppet βαλβίδα τύπου 3/2 Ν/ΟΕνεργοποιούµενη µε Εµβολο και Επαναφορά Ελατηρίου Μηχανικάοδηγούµενες βαλβίδες 65 66 11
Κάθετη poppet βαλβίδα 3/2 Ν/C Εξαγωγή χωρίς σωλήνα Κάθετη spool βαλβίδα τύπου 3/2 Ενεργοποιούµενη µε µηχανικό σήµα και Επαναφορά Ελατηρίου Κάθετη poppet βαλβίδα 3/2 Ν/C Εξαγωγή σε σωλήνα 67 68 Κάθετη poppet βαλβίδα 3/2 spool τύπου 3/2 Ν/C µε ολίσθηση δια χειρός Κάθετη spool βαλβίδα 3/2 Ν/C 69 70 poppet τύπου 4/2 Ν/C µηχανικά ενεργοποιούµενηε και Επαναφορά Ελατηρίου spool τύπου 5/2 Ν/CΕνεργοποιούµενη µε Εµβολο και Επαναφορά Ελατηρίου Σε ηρεµία Σε λειτουργία 71 72 12
spool τύπου 5/2 Ν/C µε µοχλό και ελατήριο Πνευµατικάοδηγούµενες βαλβίδες 73 74 Κάθετη poppet βαλβίδα τύπου 3/2 Ν/C Ενεργοποιούµενη µε πνευµατικό σήµα και Επαναφορά Ελατηρίου Κάθετη spool βαλβίδα τύπου 3/2 Ν/C Ενεργοποιούµενη µε πνευµατικό σήµα 75 76 spool τύπου 3/2 Ν/C µε πνευµατικό διπλό οδηγό Κάθετη spool βαλβίδα τύπου 3/2 Ν/C Ενεργοποιούµενη µε πνευµατικό σήµα Λόγωτης παραµονής της βαλβίδας στην επιλεγµένη θέση και όταν τα σήµατα αποµακρύνονται η βαλβίδα ονοµάζεται µνήµης ρ. Γουργούλης ή σταθερή ηµήτριος 77 78 13
Κάθετη spool βαλβίδα τύπου 5/2 Ν/C Ενεργοποιούµενη µε πνευµατικό σήµα spool τύπου 5/2 Ν/C µε διπλό πνευµατικό οδηγό 79 80 spool τύπου 5/2 Ν/C µε διπλό πνευµατικό οδηγό spool τύπου 5/2 Ν/C µε διπλό πνευµατικό οδηγόκαι µηχανική συγκράτηση 81 Επειδήυπάρχει ο κίνδυνος της ολίσθησης του εµβόλου για µεγαλύτερη ασφάλεια τοποθετείται η µπίλια µε το ελατήριο για καλύτερη συγκράτηση. 82 spool τύπου 5/3 Ν/C µε διπλή πνευµατική οδήγηση Ηλεκτρικάοδηγούµενες βαλβίδες 83 84 14
Τύποι πνευµατικής οδήγησης Κάθετη poppet βαλβίδα τύπου 3/2 Ν/C ηλεκτροµαγνητικά ενεργοποιούµενη και Επαναφορά Ελατηρίου 85 86 spool τύπου 5/2 Ν/C ηλεκτροµαγνητικά ενεργοποιούµενη και Επαναφορά Ελατηρίου spool τύπου 5/2 Ν/C διπλά ηλεκτροµαγνητικά ενεργοποιούµενη 87 88 Throttle valve Ρυθµίζουντην ταχύτητα λειτουργίας των κυλίνδρων Μια είσοδο µια έξοδο 89 90 15
Screw throttle valve αντεπιστροφής Τοποθετούνταιστις πόρτες των βαλβίδων κατεύθυνσης και µπορούν να ρυθµίζουν ανεξάρτητα τη ταχύτητα λειτουργίας των κυλίνδρων ανά κατεύθυνση 91 92 αντεπιστροφής και ρυθµιστής ροής γρήγορης εκτόνωσης Ρυθµίζουντην ταχύτητα λειτουργίας των κυλίνδρων και κατά τις δύο κατευθύνσεις Γιατην πολύ γρήγορη εκτόνωση των κυλίνδρων 93 94 Pneumatic timer On Delay 3/2 valve Non return valve with restriction Compressed air reservoir Οχρόνος εξαρτάται από το µέγεθος του ρεζερβουάρ και από τη ρύθµιση στην restriction valve 95 96 16
Off Delay AND valve Καιοι δύο είσοδοι Ε1 και Ε2 πρέπει να είναι ίδιες για να έχουµε έξοδο Α 97 98 NAND ΚΑΙ NOR VALVE OR valve Αρκείµια από τις δύο είσοδοι Ε1 και Ε2 να είναι ενεργοποιηµένες για να έχουµε έξοδο Α 99 100 Τεχνολογία κενού Για την παραγωγή κενού χρησιµοποιούνται δύο τρόποι: Μηχανικές αντλίες Ejectors Η πίεση λειτουργίας συνδέεται στο Ρ. Η µείωση της περιοχής εξόδου εξαιτίας του jet προκαλεί την επιτάχυνση του πεπιεσµένου αέρα. Έτσι δηµιουργείται κενό στην έξοδο V και ο αέρας διαφεύγει από την έξοδο R. 101 102 17
103 104 105 106 107 108 18