Проектирование и монтаж пневмолинии

После расчетов, выполненных в прошлый раз, мы наконец-то приблизились к апофеозу нашего «воздушного» рассказа. Источник сжатого воздуха куплен, осталось дело за малым — переправить воздух из пункта А в пункт Б. То есть от компрессора к пневмоинструменту.

Казалось бы, зачем усложнять? Подсоединяй шланги, включай компрессор — и работай. Многие так и делают. И гробят технику… Как же организовать пневмосеть «по уму»?

Если вы располагаете лишними средствами, можете воспользоваться услугами опытных специалистов, организовавших за свою жизнь не одну пневмолинию. Тем же, кто вынужден рассчитывать на собственные силы, должны пригодиться рекомендации из сегодняшней статьи.

Система снабжения сжатым воздухом: слагаемые качества

Основные задачи системы сжатого воздуха таковы:

• выработка сжатого воздуха в необходимом количестве при высоком давлении;
• обеспечение стабильности поддержания давления и расхода при возможности их измерения и регулирования;
• исключение содержания в воздухе вредных посторонних включений, таких, как пыль, влага и пары масла;
• доставка сжатого воздуха от компрессора к пневмоинструменту.

Термин «система» здесь использован не случайно, поскольку это совокупность ряда технических устройств.

Ключевым элементом этой системы является компрессор. В прошлый раз мы выяснили, что его производительность и общий объем ресиверов должны позволять бесперебойно работать всему установленному в мастерской пневмоинструменту: чтобы при включении, скажем, шлифовальной машинки, краскопульт не начинал «плеваться» краской из-за нехватки воздуха.

Одним из немаловажных моментов, которые необходимо продумать сразу после покупки компрессора, является место его установки.

Место для установки компрессора

Если лишнего места нет и компрессору отводится «единственный свободный угол», то деваться некуда — туда его и ставим. Но если у вас есть желание и возможность установить компрессор правильно — установите его в отдельном помещении.

Это помещение должно быть сухим и отапливаемым (большинство компрессоров выпускаются для эксплуатации в диапазоне температур от +5 до +40°C). По очевидным причинам нельзя допускать воздействия на компрессор атмосферных осадков. Помещение должно хорошо проветриваться, всасываемый воздух не должен содержать паров токсичных веществ, взрывоопасных газов и растворителей. По этой причине компрессор нельзя устанавливать непосредственно в зоне подготовки и покраски автомобиля.

Крайне важно обеспечить низкий уровень запыленности в помещении. Постарайтесь по возможности свести к минимуму количество различных «пылесборных» поверхностей – вся эта пыль в конечном итоге пойдет в компрессор и далеко не вся она будет задержана фильтром.

Пример классической пылящей поверхности — бетонный пол. Такой пол следует хотя бы покрасить.

Если обеспечить низкую запыленность в компрессорной невозможно, придется чаще обращать внимание на состояние воздушного фильтра. Засоренный фильтр не только снижает выходную производительность компрессора, но и приводит к поломкам клапанов.

Место для установки компрессора должно быть горизонтальным и ровным. Для удобства технического обслуживания компрессор желательно установить на некотором расстоянии от стен (0,8 – 1 м).

Компрессор — сердце пневмосистемы. В то же время, без воздушной магистрали (ее можно сравнить с артериями), он так и останется лишь частью общего «организма».

Пневмомагистраль

С чего начать?

Первый совет тем, кто решил наладить хорошую пневмолинию — забудьте о всякого рода кустарщине типа водопроводных кранов в магистралях и самодельных фильтров-влагоотделителей. Только качественное дополнительное оборудование, запорная и регулирующая арматура смогут обеспечить долговечность работы инструмента и компрессора и высокое качество работ (особенно малярных). А мелочная экономия в этом деле неминуемо приведет к дополнительным расходам. Проверено жизнью.

По этим же причинам крайне нежелательна разводка из гибких шлангов (ввиду их низкой механической прочности и, как результат, — утечек воздуха). Обычного гибкого шланга может быть достаточно только для бытовых условий, когда пневмоинструмент подключается редко, да и то, чтобы продуть или накачать.

А в условиях даже небольшого производства не обойтись без стационарно закрепленной магистрали, собранной из специально предназначенных для сжатого воздуха труб. А уже к трубопроводу, с помощью гибкого шланга (минимально возможной длины) можно подключать различный пневмоинструмент.

Итак, трубопровод. Из каких материалов он должен быть изготовлен?

Материал трубопровода

Сталь и оцинковка

Казалось бы, что плохого в том, что в качестве материала для трубопроводов используются стандартные стальные водопроводные трубы. Выгода очевидна: «черные» трубы (как и всевозможные вентили и уголки к ним) можно найти на любом строительном рынке, расходы на их покупку и монтаж минимальны.

Однако не все так просто. Как мы знаем, главный враг пневмосетей — конденсат, вызывающий внутреннюю коррозию трубопроводов. А оксид железа, возникающий в результате коррозии — это сильнейший абразив, способный стереть в порошок что угодно, даже азотированный или насыщенный углеродом поверхностный слой металла механизмов привода пневмоинструмента.

Именно поэтому пневматическая магистраль должна быть собрана из материалов, стойких к коррозии. Применяют, как правило, оцинковку, пластик или алюминий.

Хотя, как показывает практика, к трубам из оцинковки тоже следует относиться с осторожностью. Дело в том, что оцинковка может быть нанесена только с одной, наружной стороны. А если и нет, и трубы оцинкованы полностью, со временем в них все равно будут появляться продукты коррозии. В условиях подачи сжатого воздуха стойкость гальванического цинкового покрытия не так уж и высока, пусть и выше, чем у обычной стали.

Пластик

Главное преимущество пластика (используются различные его виды) — мобильность и легкость монтажа. Пневмолинию из пластиковых труб можно собрать буквально «на коленке», любые геометрические формы трубопроводам придаются за считанные минуты. Такой трубопровод легко нарастить или передвинуть. К тому же пластиковые трубы не подвержены коррозии, их сопротивление потоку воздуха значительно ниже, чем у стали.

Вместе с тем, пластик имеет низкую прочность и теплостойкость, со временем такие трубы сильно деформируются. Отсюда — утечки воздуха.

Кроме того, велика вероятность их случайного повреждения. На практике бывали случаи неосторожного касания «болгаркой» или проведения сварочных работ вблизи трубы, со всеми вытекающими (и выдуваемыми) последствиями..

Алюминий

Лучший материал для пневмомагистралей на сегодняшний день — алюминиевая труба с полимерным покрытием. Такие трубы не подвержены коррозии, герметичны, просты в монтаже и обслуживании. Алюминиевые трубы обладают наименьшим газодинамическим сопротивлением по сравнению с любыми другими материалами трубопроводов. Их внутренняя поверхность отшлифована до уровня зеркала, поэтому ничто не препятствует движению потока воздуха.

Затраты на такие трубы с лихвой окупаются высоким качеством воздуха, долговечностью службы пневмоинструмента и фильтров, отсутствием утечек и, как следствие, экономией электроэнергии.

Все прочие элементы пневмосети, такие как муфты, сгоны, тройники, запорная и регулировочная арматура также должны быть изготовлены из не подверженных коррозии материалов.

Диаметр труб

С материалом труб определились. Следующий важный момент — выбор диаметра этих труб. Средняя пневматическая магистраль — система довольно протяженная, а мы помним, что с удалением от источника нагнетания сжатого воздуха происходит падение давления в линии. И чем меньше диаметр трубопроводов, тем большие потери давления будут происходить.

Например, при использовании десятиметрового шланга с внутренним диаметром 9 мм при давлении 6 бар, падение давления составит 1,7 бар (на входе в пистолет давление будет уже не 6, а 4,3 бар). А в случае использования шланга диаметром 6 мм падение составит целых 3,5 бар.

То же самое касается и всех остальных «узких мест» пневмостистемы. Ведь иногда даже мощный компрессор и большие ресиверы не в состоянии обеспечить воздухом краскопульт из-за того, что где-то в местах соединения труб или на входе в пистолет стоит переходник с зауженным внутренним диаметром. Воздух просто не может пройти через него в нужном объеме.

Есть универсальное правило, которым следует руководствоваться при выборе диаметра основного трубопровода:  внутренний диаметр труб должен быть не меньше внутреннего диаметра выходного штуцера компрессора или ресивера. То есть, если на компрессоре стоит кран с внутренним диаметром в 1 дюйм (25 миллиметров), то и трубопроводы должны иметь внутренний диаметр минимум 1 дюйм.

Распространенной ошибкой в связи с этим является неправильное понимание разницы между внешним и внутренним диаметром труб. Чаще всего такие ошибки допускаются при монтаже пластиковых труб: покупается труба того же внешнего диаметра, что и кран на компрессоре.

Пластиковая труба, как и все трубы, маркируется исходя из своего внешнего диаметра, но здесь есть подвох: толщина стенки. Например, у трубы ПВХ она составляет 4 мм (а у армированной — еще больше). Следовательно, суммарная толщина стенок составит: 4 + 4 = 8 мм. А значит, ПВХ труба с маркировкой 25 мм будет иметь диаметр проходного сечения всего 17 мм.

Правильнее подбирать диаметр труб следующим образом: на компрессоре стоит штуцер с внутренним диаметром в 1 дюйм (25 миллиметров), значит трубы также должны иметь проходной диаметр не меньше дюйма. Теперь берем суммарную толщину стенок трубы (в нашем случае с ПВХ трубой она составляет 8 мм) и прибавляем 25 миллиметров. Таким образом, нам необходима труба с наружным диаметром не менее 33 мм.

Если вы уже эксплуатируете пневмолинию из пластика, интереса ради можете пройти к оборудованию и посмотреть, как у вас подобрана труба. В большинстве случаев внешний диаметр трубы окажется равным диаметру крана компрессора.

А вот используя алюминиевую трубу вы избавляете себя от таких ошибок, пользуетесь основным правилом и сразу получаете то, что вам нужно.

Точный расчет диаметра трубопровода

Точный расчет диаметра основного трубопровода — достаточно непростая задача, которая сводится к вычислению скоростей и расходов воздуха на различных участках трубопровода, а также величин падения давления. В силу того, что воздух обладает высокой сжимаемостью, этот расчет намного сложнее, чем, например, расчет гидравлических систем. Как правило, он выполняется только в наиболее ответственных случаях, а на практике для расчета пневмосистемы чаще используются специальные номограммы или таблицы.

Есть еще один, относительно простой способ расчета диаметра основного трубопровода. В основе этого расчета лежит метод эквивалентной длины трубы, показывающий, сколько метров необходимо дополнительно добавить к длине прямолинейного участка трубопровода при установке каждого «местного сопротивления» (фитинга, крана и т.д.).

Расчет проводится так: по длине трубопровода и производительности компрессора из специальной таблицы выбирается первоначальный диаметр трубы. Далее подсчитывается количество всех фитингов и при помощи таблицы перевода высчитывается длина запаса, которую необходимо прибавить к длине основного трубопровода для компенсации потерь. На последнем этапе повторно, с использованием уже новой длины проверяем, подходит ли изначально выбранный диаметр. Если нет – увеличиваем.

При этом важно помнить, что:

• за основу расчета параметров кольцевого трубопровода берется половина его номинальной длины;
• за основу расчета параметров тупикового трубопровода берется его полная номинальная длина.

Пример расчета

Давайте попробуем рассчитать диаметр трубопровода для пневмосети с такими параметрами:

• производительность компрессора: 800 л/м;
• 1/2 длины кольцевого трубопровода: 100 м.

Из таблицы, приведенной ниже видим, что искомый диаметр равен 1 дюйму (25 мм).

Допустим, для монтажа этой пневмосети нам потребуется следующая арматура:

• 4 шаровых крана;
• 12 уголков 90°;
• 8 тройников.

Пользуясь следующей таблицей, соотносим диаметр с соответствующими значениями эквивалентных длин трубы (различные производители труб могут давать свои значения эквивалентных длин).

Получаем:

	Эквивалентная длина трубы	Номинальная длина
4 шаровых крана Ø 25	6 м	24 м
12 уголков 90° Ø 25	0,5 м	6 м
8 тройников Ø 25	0,2 м	1,6 м
Итого (длина запаса)		31,6 м

Таким образом, длина основного трубопровода с учетом всех фитингов и запорной арматуры составляет:

100 + 31,6 = 131,6 м

Повторная проверка по первой таблице показывает, что использование основной трубы с диаметром 25 мм допустимо. В противном случае диаметр трубопровода следовало бы увеличить.

Такая вот нехитрая арифметика.

Шланги и разъемы

Зачастую именно шланги (и их соединения), в силу неправильного выбора и обслуживания становятся «самым слабым звеном» пневмосистемы и основным местом утечек. Поэтому обычные резиновые шланги для воды или газосварки здесь не подходят. Нужны специальные шланги для сжатого воздуха: гибкие и прочные, выполненные из материала, устойчивого к агрессивным средам. Подойдут популярные нынче спиральные шланги или армированные полиуретановые.

Хотя спиральные шланги, все же, — продукт на любителя. Их дешевые модели не отличаются стойкостью к низким температурам, не переносят больших растяжений и «закусывания». Кроме того, спиральные шланги — своеобразные «пожиратели» энергии. Часто виновником недостатка воздуха при работе пневмоинструмента бывает именно спиральный шланг недостаточного диаметра. В таком случае следует использовать спиральный шланг большего диаметра, либо подобрать гладкий шланг.

Сказанное проиллюстрировано ниже.

Чтобы свести потери давления к минимуму, все шланги и разъемы должны быть достаточного внутреннего диаметра (не менее 9 мм), а при длине шлангов свыше 7 метров — не менее 10 мм. Чтобы свести потери давления к минимуму старайтесь не использовать шланги длиной более 10 метров. Оптимально — 3-5 метров.

Что касается соединений, то для удобства работы следует использовать быстросъемные штуцеры и переходники, в изобилии выпускаемые производителями компрессорного оборудования.

Правила монтажа: уклоны, замкнутый контур, «гусиная шея»

Сводя все элементы пневмосети воедино, старайтесь придерживаться следующих рекомендаций.

1. Магистрали необходимо придать небольшой уклон — 1–2 %. Это нужно для того, чтобы конденсат, скапливающийся в основной линии, не попадал к потребителям, а стекал в нижнюю точку пневмолинии, оборудованную клапаном слива.

2. С той же целью отводам от основной линии к потребителям следует придать кольцеобразную форму в виде арок (так называемая «гусиная шея»). То есть отвод должен не просто опускаться вниз, а сначала подниматься наверх, а потом — вниз. Благодаря этому конденсат, опять же, будет проходить по уклону вниз, не попадая на посты потребления.

3. Наиболее низкие точки магистрали и все тупиковые окончания трубопроводов (нижние части вертикальных участков) должны быть оборудованы конденсатоотводчиками. Желательно объединить их общей дренажной линией, подключенной к сепаратору конденсата (такие устройства продаются).

4. Пневмомагистраль по возможности должна образовывать общий замкнутый контур, чтобы давление во всех ее точках было одинаковым. В противном случае давление в самой дальней точке магистрали будет минимальным. И чем длиннее магистраль — тем меньше давление в ее дальней точке.

5. Ответвления к потребителям желательно распределять согласно их рабочему давлению: чем выше давление — тем ближе к компрессору. Каждый пост потребления следует оборудовать редуктором с манометром (в продаже имеются редукторы, совмещенные с фильтром-влагоотделителем и лубрикатором), а также запорным вентилем.

6. Запорные краны должны быть и на отдельных участках магистрали — чтобы иметь возможность отсекать от сети любой участок для местного ремонта, не отключая всех потребителей.

7. Разводка пневмосети выполняется, как правило, по стенам или по потолку. Здесь главное сохранить удобство контроля, обслуживания и слива конденсата. Перед установкой нелишне разметить места на стене, где будет проходить магистраль.

8. Для уплотнения резьбовых соединений нельзя применять привычную для сантехников паклю. Вместо этого используйте специальные герметики, содержащие тефлон, либо тефлоновую ленту. При сборке следите, чтобы частицы уплотнительного материала не попадали внутрь трубопроводов.

9. Старайтесь избавлять магистраль от помех для потока воздуха. Не следует врезать в нее различные сантехнические элементы (например, водопроводные краны) — их гидравлическое сопротивление огромно.

10. Маршруты трубопроводов должны быть простыми, насколько это возможно, иметь минимальное количество изгибов, пересечений, врезок или соединений.

Напоследок видео — для закрепления знаний.

Итак, все требования к пневмосети соблюдены: правильно выбран материал и диаметр трубопроводов, подобраны шланги и быстроразъемные соединения. Вроде бы ничего не забыли… А вот и забыли: очистить воздух от пыли, масла и влаги. Только так мы сможем продлить срок службы пневмоинструмента и избежать при покраске таких дефектов как пузыри, масляные кратеры и сорность. Об оборудовании для подготовки воздуха — в следующий раз.