Pneumatikus rendszer elvi felépítése, elemei
A sűrített levegő útja az előállításától a fogyasztóig
Az előzőekben már definiáltuk, hogy számunkra a pneumatika a sűrített levegővel történő vezérlést és erőátvitelt jelenti. Ebből adódóan a sűrített levegőt előállító berendezés, valamint a kiépített léghálózat közvetett módon kötődik a pneumatikához, a pneumatikus vezérlésekhez.
A vezérlések és végrehajtó elemek ismerete mellett szükséges ismernünk, hogy milyen a komplex pneumatikus rendszer elvi felépítése.
Az alábbi ábra a környezeti levegő útját ábrázolja a kompresszortól a végrehajtó elemekig.
 |
A pneumatikus rendszer szerkezetére jellemző, hogy a különböző elemek a feladattól függően a térben bármilyen korlátozás nélkül elhelyezhetők. Ez tulajdonképpenazt jelenti, hogy a rendszerünkben, "bárhová" elhelyezhetünk - például - egy nyomásszabályzó szelepet, vagy egy vezérlő szelepet a működtetett munkahengerrel.
Sűrített levegő előállítása és továbbítása
Mivel az alábbi elemek közvetett módon kapcsolódnak a sűrített levegővel történő vezérlésekhez, ezért ettől részletesebben most nem kerülnek ismertetésre ebben a fejezetben.
Légszűrő
A kompresszor szívóágába van beépítve, amely megakadályozza, hogy a levegőben lévő szilárd szennyeződés bekerüljön a rendszerbe. Szűréssel eltávolítható a levegő nemkívánatos komponenseinek jelentős része.
Kompresszor
A kompresszor feladata, hogy megfelelő mennyiségű és nyomású sűrített levegőt biztosítson a pneumatikus rendszer számára. A meghajtómotorban keletkező mechanikai munka a kompresszoron keresztül adódik át a sűrített levegőnek. Ma az iparban leggyakrabban alkalmazott kompresszor típus a csavarkompresszor, de használatosak még a hagyományos dugattyús kompresszorok is.
Hűtve szárító, valamint rendszerszűrők
A kompresszorok által beszívott környezeti levegő nedvességtartalmának jelentős része a sűrítés utáni visszahűléskor víz formájában kiválik a sűrített levegőből. A víz bármely halmazállapotú jelenléte nem kívánatos a pneumatikus rendszerekben. A hűtve szárító berendezés a levegő gyors lehűtésével kondenzálja, illetve eltávolítja a vizet. Alkalmazzák még az adszorpciós szárítót, amelyben egy speciális anyag segítségével megkötik a levegő nedvességtartalmát.
Az olajkenésű kompresszorok által szállított sűrített levegő - eltérő mennyiségben - olajjal szennyezett. Mindemellett a környezetből beszívott szennyeződések, valamint a rendszerben esetlegesen még jelenlévő szennyeződések egy része is a sűrített levegővel távozik a - sűrített levegőt előállító - berendezésből. A rendszerszűrők a kompresszor által megtermelt sűrített levegő utókezelésére használatosak, előkészítve a levegőt a különböző felhasználási területek számára.
A levegő-előkészítés módjáról, valamint az egyes elemek működéséről, egy következő fejezetben részletesen lesz még szó.
Légtartály
A légtartály a sűrített levegő átmeneti tárolására alkalmas, ezáltal az időszakosan megnövekedő levegő-szükségletet tudja biztosítani a pneumatikus berendezésekszámára. A légtartályban kerül elhelyezésre még egy kondenzátum-leeresztő szelep, amely manuálisan vagy automatikusan leereszti a tartályban esetlegesen felgyülemlett kondenzvizet.
Léghálózat
A rendszerben áramló sűrített levegőt szállítja a kompresszortól a felhasználás helyére. Az energiaszállító csővezeték méretezésekor, lényeges a léghálózat helyes kialakítása is, amely nagyban befolyásolja a rendszer üzembiztonságát.
Egy „apróbetűs fejezet” mindenkinek
Azt a tényt egyáltalán nem lehet megkerülni, hogy egy pneumatikus rendszer üzembiztonsága nagyban függ a sűrített levegő minőségétől, ezért ebben a fejezetben az ISO 8573-1:2011 szabvány is említésre kerül, amely a sűrített levegőnek a részecskékre, vízre és az olajra vonatkozó tisztasági kategóriáit írja elő.
A pneumatikus vezérlésű rendszerek számára elengedhetetlen a kiváló minőségű sűrített levegő. A kiváló minőség azonban alkalmazási területektől függően más-más követelményeket jelent.
A különösen jó minőségű, 100%-ig olajmentes, az ISO 8573-1 szabványnak megfelelő, 0. osztályba sorolt sűrített levegőt napjainkban már nem csak a gyógyszeripar, azorvoslás, az élelmiszergyártás és az elektrotechnika használja. Minden olyan területen igény van rá, ahol kimagasló minőségű termékeket állítanak elő. Az ISO 8573-1 szabvány szerinti 0. osztály meghatározza az egyes sűrített levegő termékek kategóriáit. Ez jelenti többek között a folyadék, gőz és aeroszol formájában megjelenő olajszennyeződésekre vonatkozó legszigorúbb osztályozást.
A szabvány szerint a sűrített levegő akkor felel meg az 1. minőségi osztálynak, amennyiben a visszamaradó olajtartalom kisebb, mint 0,01 mg/m3, és legfeljebb 0,1 µm átmérőjű és 0,1 mg/m3 sűrűségű szilárd részecskéket tartalmaz. A nedvességtartalomnak a < -70°C-os harmatpontnak kell megfelelnie.
A sűrített levegő tisztasági osztályba sorolása - ISO 8573-1 szabvány
A sűrített levegőben a szilárd részecskék, a víz, valamint az olaj a három fő szennyező, amelyeket a sűrített levegő tisztasági kategóriái szerint osztályokba sorolják. A szennyezők koncentrációit úgy csoportosítják, hogy minden egyes tartomány saját tisztasági osztály szerinti indexet kap.
Az ISO 8573-1:2010 szabvány szerinti szennyezőanyagok osztályozása
| ISO 8573-1: 2010 | Szilárd részecske | Nedvesség | Olaj | ||||
| Maximális részecskeszám, részecske / m3 | Részecske koncentráció | Vízgőz harmatpont | Folyadék koncentráció | Teljes olajtartalom (folyadék, aeroszol, gőz) | |||
| Osztály | részecskeátmérő | ||||||
| 0,1...0,5 μm | 0,1...0,5 μm | 1...5 μm | mg/m3 | °C | g/m3 | mg/m3 | |
| 0 | Az 1-es osztalynál szigorúbb előírások (a Felhasználó által meghatározandó). | ||||||
| 1 | ≤ 20 000 | ≤ 400 | ≤ 10 | — | ≤ -70 | — | 0,01 |
| 2 | ≤ 400 000 | ≤ 6 000 | ≤ 100 | — | ≤ -40 | — | 0,1 |
| 3 | — | ≤ 90 000 | ≤ 1 000 | — | ≤ -20 | — | 1 |
| 4 | — | — | ≤ 10 000 | — | ≤ +3 | — | 5 |
| 5 | — | — | ≤ 100 000 | — | ≤ +7 | — | — |
| 6 | — | — | — | ≤ 5 | ≤ +10 | — | — |
| 7 | — | — | — | 5-10 | — | ≤ 0,5 | — |
| 8 | — | — | — | — | — | 0,5 - 5 | — |
| 9 | — | — | — | — | — | 5 - 10 | — |
| X | — | — | — | > 10 | — | > 10 | > 10 |
Adott mérési pontban, a sűrített levegő tisztasági osztályának a jelölési elve a következő adatokat tartalmazza: ISO 8573-1:2010 [A:B:C]
- A - részecskeosztályok | 0 ... 8, X
- B - nedvességtartalom | 0 ... 9, X
- C - olajtartalom | 0 ... 4, X
Például: ISO 8573-1:2010 [4:3:3]
Ha a szennyezési szint az X osztályba esik, akkor a szennyező legnagyobb koncentrációját kerek zárójelben kell megadni. Az alábbi példában a folyékony víztartalom koncentrációja, Cw 15 g/m3.
Például: ISO 8573-1:2010 [4:X(15):3]
Megfelelő levegő-előkészítés nélkül nem megy...
A levegő tisztántartása érdekében tett minden előrelépés ellenére a magas károsanyag- terhelés tényét nem lehet figyelmen kívül hagyni. A környezeti levegő szennyezettségében jelentős szerepet játszanak az ásványi olaj alapú aeroszolok, valamint a többi gáz halmazállapotú szénhidrogének.
Még az olyan rendkívül tiszta gyártási folyamatokat igénylő termékek, mint élelmiszerek vagy gyógyszerek előállítása esetén is gyakran kimutatható a környezeti levegő magasabb szénhidrogéntartalma, amely a gyártás, csomagolás során bekerülhet a termékbe.
A kompresszorállomások gyakran már a környezeti levegővel jelentős mennyiségű káros anyagot szívnak a rendszerbe. A megfelelő előkészítés nélkül teljesen lehetetlen a meghatározott minőségű sűrített levegő előállítása, amennyiben nem ismert, hogy a kompresszor által beszívott környezeti levegő milyen szennyeződéseket tartalmaz. Mindez teljesen független a sűrítés módjától.
Azok az üzemeltetők, akik azokra a kijelentésekre hagyatkoznak, amelyek szerint az előkészítés nélküli sűrített levegő minden további nélkül alkalmazható a nagy precizitású vezérlésekben, valószínűleg problémákkal fognak szembesülni a berendezések üzembiztonsága és/vagy a termékminőség terén.
Ennek oka a beszívott levegő bizonytalan minősége és az a tény, hogy az olajmentes elven működő kompresszorok esetében csak a sűrítőtér az az egység, ami olajmentesen üzemel. A kompresszorban a mozgó alkatrészek - mint pl. a csapágyak és a tengelyek -is kenést igényelnek, ahol a kenési pontokat csak tömítések választják el a sűrítőtértől.
Következésképpen...
Egy pneumatikus működtetésű berendezés megfelelő üzemeltetése érdekében,
- ismerjük, hogy a sűrített levegőt előállító berendezésünk milyen minőségű levegőt szív be a környezetből,
- győződjünk meg arról, hogy a kompresszort követően olyan egységek (szűrők, hűtveszárító berendezés) vannak beépítve, amelyek biztosítják a működtetett berendezések számára a megfelelő tisztaságú sűrített levegőt,
- legyünk tisztában azzal, hogy a rendszerben lévő folyékony szennyezők - különösen víz esetén - a levegőhálózaton belül elősegíthetik a korróziót, ezáltal további szennyezőket létrehozva,
- amennyiben olyan pneumatikus elemet működtetünk, amely nagyobb igénybevételnek van kitéve, gondoskodjunk a megfelelő ködolajzásról, helyi vagy rendszer szinten.
A pneumatikus rendszer legfontosabb elemei
A sűrített levegő előállítását, a megfelelő előkészítését és a felhasználás helyére történő szállítását tekintsük "adottnak", hiszen ettől a ponttól kezdődően tekinthetjük a rendszerünket - a jelenlegi megközelítésünk szerint - pneumatikus rendszernek.
A pneumatikus rendszer elvi felépítését az alábbi ábra mutatja be - egy "alapkapcsolás" elemein keresztül.
 |
Az egyes elemeket szimbólumokkal jelöljük, amelyeket vonalakkal kötünk össze, jelölve ezzel a sűrített levegő útját. A kapcsolási rajzok összeállításánál jellemzően a levegőelőkészítő egységek a rajzon lent, míg a végrehajtó elemek fent kerülnek elhelyezésre, elősegítve ezzel a rendszer áttekinthetőséget.
A pneumatikus elemeket - a fenti ábra szemléltetése alapján - csoportosíthatjuk:
- Levegőelőkészítő egységek
- szűrők
- nyomásszabályzók
- olajozók
- bekapcsoló szelepek
- lágyindító egységek
- ...
- Vezérlő szelepek
- útszelepek
- különféle vezérlőszelepek
- logikai szelepek
- ...
- Áramlásszabályzó szelepek
- fojtó szelepek
- visszacsapó szelepek
- fojtó-visszacsapó szelepek
- különböző funkció-csavarzatok
- ...
- Végrehajtó elemek, munkahengerek
- dugattyúrudas munkahengerek
- dugattyúrúd nélküli munkahengerek
- forgatóhengerek
- ...
- Pneumatika csövek, csatlakozók
- a sűrített levegő továbbítására, valamint az egyes elemek összekötésére alkalmas elemek
A HAFNER Pneumatika a termékeit is ez alapján az alábbi főcsoportokba csoportosítja, amelyek további alcsoportokba vannak besorolva.
- Szelep
- Munkahenger
- Csatlakozó
- Levegő-előkészítő
- Membrán szelep
- Áramlásszabályzó szelep
- Megfogó
- Pneumatika cső
- Extrém környezetre fejlesztett termékek
- Vákuum technika
Ezekbe a csoportokba tartozó egyes elemek felépítését, működését a későbbiekben részletesen áttekintjük.
A következő fejezetben a vezérlőszelepek csoportosításáról, kialakításáról lesz szó...