Устройство и принцип работы осушителей сжатого воздуха для компрессора: критерии выбора и лучшие модели

Осушитель для компрессора

Первым и очень важным этапом при работе с пневматическим оборудованием является подготовка сжатого воздуха. Известно, что воздух, который вырабатывает компрессор, имеет относительную влажность от 30 до 90 процентов. Попадание такого количества влаги в пневмоинструмент и другое оборудование может привести к коррозии отдельных деталей установки и поломке работающей системы в целом. Поэтому осушка сжатого воздуха является необходимой мерой при подаче его на оборудование.

Типы

По принципу работы осушители сжатого воздуха делятся на два основных вида: рефрижераторные и адсорбционные

Рефрижераторные

Самым известным и доступным является осушитель сжатого воздуха рефрижераторного типа. Принцип его работы заключается в охлаждении воздуха и выпадении лишней влаги в виде капель, которые скапливаются в конденсатоотводчиках и выводятся из системы. Охлаждение происходит с помощью оборудования похожего на обычный холодильник или кондиционер, поэтому их еще называют холодильными осушителями. Таким способом можно понизить влажность воздуха до показателя точки росы не ниже +3°С.

Не смотря на внешнюю простоту рефрижераторный осушитель для компрессора являются сложным высокотехнологичным оборудованием. Все процессы в современных моделях происходят автоматически. В больших установках, и когда требуется высокая точность регулирования, для управления используются микропроцессорные контроллеры.

Сам процесс работы осушителя для компрессора прост:

• В теплообменнике тепло, приносимое сжатым воздухом, поглощается движущимся в противоположном направлении, уже охлаждённым воздухом. Дополнительная энергия для этого не затрачивается. На этой стадии, около 60% содержащейся в сжатом воздухе влаги, конденсируется.
• Сжатый воздух проходит через рефрижераторный теплообменник и охлаждается, достигая температуры конденсации. Циркуляцию хладагента обеспечивает компрессор. Оставшаяся влага в сжатом воздухе охлаждается, достигая давления конденсации, и автоматически удаляется.

Главный недостаток такого осушения сжатого воздуха — это ограниченная возможность снижения температуры точки росы.

Адсорбционные

Адсорбционные осушители для компрессора наполнены специальным веществом, которое впитывает в себя влагу из проходящего через него воздуха. Такой принцип осушки сжатого воздуха дает возможность гарантировать более низкую точку росы (до -70 градусов), что позволяет использовать пневмооборудование при низкой температуре окружающей среды, а также в фармакологии, электронной и пищевой промышленности.

Осушители сжатого воздуха адсорбционного типа состоят из двух колонн, через которые проходит воздух. Одна находится в режиме осушки, в то время как другая продувается в режиме регенерации, используя для этого часть сжатого воздуха.

Производители

Одним из лидеров по производству осушителей сжатого воздуха является итальянская фирма FRIULAIR. Ее продукция отличается высоким качеством, простотой эксплуатации и надежностью. При этом цена осушителя воздуха для компрессоров остается на доступном уровне.

Рефрижераторные осушители сжатого воздуха данного производителя имеют пропускную способность от 350 до 150 000 л/мин, которые отличаются низким значением перепада давления (0.01 бар) и постоянным значением точки росы (+3 градуса) при любых условиях работы. Использование установок данного производителя позволяет существенно снизить расход потребляемой электроэнергии, а их компоненты не оказывают вредного влияния на окружающую среду.

Адсорбционные модели FRIULAIR позволяют получить точку росы сжатого воздуха -20, -40 и -70 градусов. В качестве адсорбента используется молекулярное сито, замена которого производится через 3-5 лет. Данная продукция имеет в комплекте фильтр тонкой очистки и пылевой фильтр. Оба фильтра удобно расположены и не занимают много места. Поглотители шума легко снимаются и могут быть заменены в случае необходимости. Данные модели не требуют больших затрат на техническое обслуживание, достаточно компактны и долговечны. Они оснащены электронным контроллером, отслеживающим работу установки и выводящим все данные на монитор. С помощью него можно управлять экономией электроэнергии, выбирать точку росы и способ работы устройства.

Покупая соответсвующий фильтр и осушитель сжатого воздуха вы не только увеличиваете срок их эксплуатации, но и делаете всю пневматическую систему более эффективной и оптимальной. Поэтому к данному оборудованию необходимо отнести со всей серьезностью.

Отрицательные факторы присутствия влаги в пневмосистеме.

• водный конденсат, смешиваясь с маслом, создает эмульсию, забивая полости пневматических систем, вызывая поломки;
• конденсат вызывает коррозию линий подачи воздуха,оксидные обломки и пыль загрязняют пневматические устройства и приводят к их поломкам;
• при отрицательной температуре конденсат может замерзать в трубопроводах и вызвать разрывы или значительно уменьшить проходимость;
• при покраске капли жидкости приводят к неоднородности слоя краски;
• при пневмотранспортировке порошкообразных материалов (в том числе в пескоструйных установках) избыточная влажность вызывает слипание и блокировку транспортируемого продукта;
• чаще всего конденсат недопустим в фармацевтической, пищевой и электронной промышленности;

При планировании системы осушения для вашего производства можно воспользоваться следующими стандартами: Международный стандарт DIN ISO 8573-1: устанавливает 6 классов чистоты воздуха и соответствующее каждому классу предельно допустимое содержание различных видов примесей, в том числе и содержание влаги.

Существует аналогичный российский ГОСТ 17433-80. При выборе необходимого оборудования следует руководствоваться заданными для оборудования предельно допустимыми значениями содержания примесей и влажности.

Примечания:

1. Содержание посторонних примесей указано для воздуха, приведенного к условиям: температура 293,15 К (20 °С) и давление 1013,25 гПа (760 мм рт.ст.).

2. Размер твердой частицы принимается по наибольшему измеренному значению.

Преимущества и недостатки адсорбционных осушителей

Основными преимуществами адсорбционных устройств является их низкая эненергозатратность, возможность эффективной работы в условиях довольно низких температур, без опасности замерзания влаги в приборе. Кроме того, это устройство способно осушить воздуха без его нагрева.

Недостатком устройств этого типа можно считать необходимость периодической замены адсорбирующего материала, в связи с уменьшением его КПД и загрязнением. Также к недостаткам можно отнести и довольно высокую стоимость устройств, и немалые затраты на их обслуживание. Если у вас нет возможности покупки данного устройства, вы всегда можете изготовить адсорбционный осушитель воздуха своими руками.

Чем осушать сжатый воздух?

Для производства сжатого воздуха, воздушный поток поступает в компрессор, где происходит его сжатие. Но любой воздух содержит влагу в той или иной концентрации. После сжатия компрессором, он поступает по системе трубопровода для дальнейшего распределения. Именно в трубах и происходит конденсация влаги. Если воздушная система не оборудована влагопоглотителем, то за рабочую смену, при влажности воздуха 75% и температуре 20С⁰, происходит конденсация влаги, около 160 л. Конденсат приводит к печальным последствиям: коррозии и преждевременному выходу из строя магистралей и оборудования.

Сжатый воздух применяется для многих процессов производства. Одним из них является покраска продукции, для которой наличие в трубопроводе конденсата просто недопустимо, и приводит к браку выпускаемой продукции.

Для удаления влаги из системы воздухопроводов применяются высокоэффективные адсорбционные осушители сжатого воздуха, которые бывают нескольких типов:

1. Осушители без нагрева
2. Устройства осушения воздуха с его нагревом
3. Установки с внешним нагревом воздуха и принудительной вентиляцией

Существуют влагопоглотители, в которых используется тепло сжатого воздуха. В качестве нагревательного элемента, в осушителях такого типа используется тепло от компрессора, которое необходимо отводить.

Но, как и у бытовых устройств для удаления влаги, каждый тип осушителей сжатого воздуха имеет свои достоинства и недостатки. Для ознакомления мы предоставим краткую информацию по каждому типу такого оборудования.

• Не использующее нагрев оборудование, имеет преимущества: достижение крайне низкой «точки росы», взрыво – и пожаробезопасность. Недостатки: высокая стоимость и достаточно затратное обслуживание, включающее периодическую замену впитывающего вещества. Использование таких агрегатов повышает стоимость произведенного сжатого воздуха на четверть.
• Нагревающие, сжатый воздух, устройства, имеют преимущества: уменьшенные потери при регенерации адсорбента, высокая эффективность влагопоглощения. Недостатки оборудования: дополнительные энергозатраты на нагревающий элемент.
• Установки с внешним нагревом и принудительной вентиляцией имеют преимущества: отсутствие потерь при осушении, достижение низких значений «точки росы». Недостатки устройств: для установки требуется довольно большая площадь, а также высокая начальная стоимость оборудования.
• Установки, использующие тепло сжатого воздуха также имеют массу достоинств и недостатков. Преимуществами приборов можно считать: малые затраты электроэнергии и минимально требующаяся площадь на установку оборудования. Недостатки: влагопоглотители могут использоваться исключительно с безмасляными компрессорами, а также с устройствами сжатия воздуха, которые выдают постоянно-высокую температуру.

Использование для бытовых и производственных нужд адсорбционных осушителей дает возможность эффективно удалять влагу из воздушного потока, при любых температурных условиях.

Назначение и принцип действия

Избыток влаги в трубах, в парообразном и жидком агрегатном состоянии, может привести к серьезным проблемам, вплоть до остановки производства. К наиболее вероятным последствиям наличия влаги в пневмосети можно отнести:

• Промерзание открытых участков воздухопроводов.
• Коррозию воздушных магистралей.
• Поломку пневмоинструмента, вентилей и другой запорной арматуры и пр.

Для удаления паров воды, применяются специальные устройства под названием осушители сжатого воздуха. Эти аппараты эффективно удаляют водяной пар из воздуха предотвращая попадание влаги в различные тех.процессы. Принцип действия осушителя зависит от его типа.

Принцип работы

Принцип работы осушителя воздуха на конденсационной основе основан на физическом процессе конденсации, когда влага переходит в жидкое состояние за счёт соприкосновения воздуха с прохладной поверхностью. Конденсационный осушитель работает следующим образом:

• С помощью вентилятора в корпус устройства загоняется воздух.
• В корпусе воздух проходит через два последовательных и соединённых теплообменника.
• При проходе через первый теплообменник с низкой температурой поверхности из воздуха конденсируется влага. Она собирается на поверхности теплообменника и стекает в бак для сбора конденсата.
• При наполнении ёмкости, излишки выводятся из прибора с помощью дренажной трубки.
• Конденсация происходит за счёт передачи температуры от воздуха к фреону, хладагент активно испаряется.
• Испарившийся фреон из первого теплообменника попадает в компрессор.
• Из компрессора фреон подаётся в конденсатор (второй теплообменник).
• Охлаждённый воздух при прохождении через второй теплообменник, конденсирует фреон. Воздух получает тепло и нагревается.

Принцип работы конденсационного осушителя воздуха на примере модели «DH TIM 20 E1B»

Главный недостаток конденсационного устройства – повышение температуры на выходе. Температурное изменение может равняться около 5 градусов. Если для объектов с большой площадью такой нагрев некритичен, то для маленьких помещений может создать серьёзные неудобства.

Адсорбционный осушитель осуществляет процесс удаления влаги за счёт физического процесса адсорбции, то есть концентрация растворённой влаги и её поглощение адсорбентом. В приборе, работающем по такому принципу осушения, происходят следующие процессы:

• Вентилятор втягивает воздух в устройство, через специальное решетчатое отверстие.
• Влажный воздух проходит через лопасти ротора, которые наполнены силикагелем. Адсорбент впитывает влагу из воздуха.
• Осушенный воздух проходит дальше и выводится из устройства. После прохождения ротора, часть воздуха выводится по специальному каналу назад к ротору. Он проходит через нагреватель и возвращается в лопасти ротора. Проходя через вращающийся элемент с увлажнённым силикагелем, воздух провоцирует процесс десорбции (процесс обратного вывода влаги из адсорбента). Освобождённая влага в жидком состоянии попадает в теплообменник и выводится в ёмкость для конденсата.

Такие осушители требуют серьёзного ухода на постоянной основе. Кроме того, они отличаются достаточно высокой стоимостью.

Принцип работы

Особенность функционирования установки состоит в следующем. Спрессованный воздух попадает в одну из колонн, которую содержит адсорбционный осушитель, и адсорбент (он заполняет башню) впитывает в себя всю излишнюю влагу. Осушенный же воздух идет дальше по пневматическим линиям к потребителю.

Нередко такой аппарат работает по таймеру, и по истечении некоторого периода (в среднем он составляет 4 часа) башня, сквозь которую проникал сжатый воздух, переключается на функцию устранения влаги из адсорбента. Когда первая колонна вступает в регенерацию, вторая перекрывается и начинает пропускать воздух через себя. Потом цикл повторяется.

Рекомендации по эксплуатации и ТО осушителя воздуха

Осушитель в течение всего времени работы не требует специального технического обслуживания, однако с периодичностью не менее одного раза в год необходимо производить замену осушительного патрона. С течением времени адсорбент теряет свои свойства и осушитель начинает работать менее эффективно. Отследить ухудшение работы осушителя трудно, поэтому следует просто менять патрон раз в год или даже чаще (в зависимости от условий эксплуатации).

Замена патрона осуществляется просто: необходимо вывернуть патрон (хватает усилия рук) и удалить старую прокладку, протереть место его установки, установить новую прокладку (желательно смазать ее небольшим количеством масла) и прикрутить новый патрон. При этом работы следует проводить при выключенной подаче воздуха в осушитель (можно дождаться полного заполнения ресиверов и отключения компрессора, или просто отсоединить магистраль со стороны компрессора).

При выходе из строя клапанов осушителя или интегрированного регулятора давления весь агрегат заменяется в сборе. Однако возможно заменить отдельно глушитель, который довольно часто выходит из строя.

При регулярной замене патрона и своевременном ремонте осушитель будет надежно защищать пневматическую систему автомобиля от воды и вызываемых ею негативных последствий.

Область применения

Такие устройства применяются практически во всех технологических процессах, где необходима воздушная смесь с отсутствием или минимальным содержанием влаги. Чаще всего эти аппараты применяются:

• В химической, фармацевтической, нефтеперерабатывающей отрасли промышленности.
• В производстве телекоммуникационной кабельной продукции.
• Для приведения в действие пневмоинструмента.
• В воздушных системах управления.
• В покрасочных камерах.
• В тормозной системе большегрузных автомобилей и поездов.

В связи с высокой стоимостью осушителей, многие руководители небольших предприятий отказываются от использования такого оборудования, чем увеличивают риск выхода из строя всей пневматической системы. В условиях небольшого производства, для питания пневмоинструмента, вместо полноценного осушителя можно использовать влагоотделители (циклоны), установленные перед каждым потребителем.

Конденсация

Моноблочный осушитель Calorex для небольших бассейнов

Принцип действия основан на конденсации водяного пара, содержащегося в воздухе, на поверхностях испарителя с низкой температурой. По сути осушитель воздуха (далее ОВ) представляет собой кондиционер, в котором не реализована функция отвода тепла из помещения.

Пары воды конденсируются на поверхности испарителя и удаляются. Любой ОВ конденсационного типа работает с перегревом воздуха в помещении, так как прокачиваемый воздух последовательно проходит испаритель и конденсатор. При этом с воздуха изымается скрытая и явная теплота (то есть, воздух соответственно охлаждается и осушается), далее воздух перегревается как раз на ту самую скрытую теплоту. Также вносят свою лепту в нагрев воздуха вырабатываемое компрессором и вентиляторами тепло, в результате чего возможно повышение температуры воздуха на подаче с осушителя на 4—6°C, что, в свою очередь, некритично для помещений с большим объёмом, но может быть существенным для маленьких помещений.

Канальный осушитель Calorex Delta для больших бассейнов

Наиболее частые применения конденсационных осушителей воздуха:

• при строительных или отделочных работах (небольшие передвижные ОВ для более быстрой осушки стен, при этом достигается хорошая экономия, за счет уменьшенного простоя);
• для складов (в том числе фармацевтических), архивов, музеев, библиотек, галерей, прачечных (где строгие условия касательно влажности воздуха);
• ванных комнатах, бассейнов, саун (где есть существенные влагоиспарения с зеркал воды, где при повышении влажности создаются идеальные условия для образования грибка);
• подвальные помещения, чердаки (где низкая температура и избыточная влажность, создаются идеальные условия для грибка);
• бассейны для выращивания рыб (так же, как для обычных бассейнов, есть существенные влагоиспарения с зеркала воды бассейна, необходимо также поддерживать влажность на уровне 55—65 %, так как в противном случае будет нанесен ущерб конструкциям здания и будет образовываться грибок);
• электростанции и насосные станции (влагоудаления за счет влагоиспарений);
• керамическая, текстильная, сельскохозяйственная и деревобрабатывающая промышленность (для сушки продукции).

Почему повышенная влажность воздуха — это плохо

Наряду с температурой, влажность воздуха является одним из самых значимых факторов, влияющих на самочувствие человека

К сожалению, в нашей стране об этом как-то не принято задумываться, хотя в других странах регулированию содержания в воздухе водяного пара уделяется большое внимание. Для начала определимся, какой уровень влажности воздуха считается оптимальным

Согласно исследованиям, наиболее хорошо человек ощущает себя в диапазоне влажности между 40% и 60%. Именно, когда влажность воздуха находится в пределах 40-60%, наш организм наиболее эффективно борется с инфекциями, переносимыми воздушно-капельным путем, например, с гриппом. В этом диапазоне активизируются защитные свойства дыхательной системы человека, улучшается умственная деятельность, сердце работает с минимальными перегрузками и т.д.

Но не только наш организм страдает от недостатка или избытка влажности воздуха, слишком большое содержание водяного пара отрицательно влияет и на обстановку в доме — могут прийти в негодность облицовка и даже сами строительные конструкции, если они не рассчитаны на такие условия.

А если речь идет о производственных или складских помещениях, то повышенное влагосодержание еще более опасно, поэтому на некоторых предприятиях без снижения влажности воздуха вообще никак не обойтись.

Принцип работы оcушителя воздуха конденсационного типа

Вот лишь некоторые из проблем, которые могут возникнуть в переувлажненных помещениях:

• появление и распространение плесени и других грибковых организмов;
• разбухание и приход в негодность деревянных конструкций, например, пола;
• коррозия металлических конструкций;
• проникновение влаги в компьютерную технику, другие приборы и механизмы, возникновение рисков короткого замыкания;
• возникновение риска травматизма из-за образования потеков и луж на напольном покрытии;
• снижение теплоизоляционных свойств строительных и отделочных материалов;
• возникновение риска появления брака в технологических процессах на производстве;
• промерзание открытых участков воздуховодов;
• ухудшение потребительских качеств и порчи товаров на переувлажненных складах.

Этот список можно продолжать и продолжать.

Относительная влажность.

Отношение фактической влажности воздуха к максимально возможной влажности сжатого воздуха при заданной температуре может быть описана как “относительная влажность” (DIN ISO 7183).

Пример расчета:

Температура атмосферного воздуха: 20°C

Макс. возможность переноса пара при 20°C: 17.31 г/м3

Взвешенная относительная влажность (используя гидрометр): 60 %

Фактическое кол-во водяного пара = (17.31*60%) / 100% = 10.38 г/м3

Практический смысл приведенных расчетов: Эта степень влажности (атмосферного) воздуха будет иметь следующий результаты: когда температура опускается до +12°C, пары не конденсируются т.к. макс. возможность переноса водяного пара несколько превышает расчетное значение 10.38 г/м3 — следовательно, в этом случае точка росы находится около 12°C.

Где применяются осушители воздуха

Мест, где можно встретить осушители, довольно много. Бытовые осушители воздуха часто покупают те, кто живет в условиях влажного климата с частыми осадками, а также те, кто вынужден жить в полуподвальных помещениях или наоборот, под самой крышей.

Чаще всего осушители воздуха устанавливают в частных домах, но нужно подчеркнуть, что в последнее время наблюдается повышенный спрос на осушители воздуха для квартиры. Видимо это связано с появлением на рынке менее дорогих и более экономичных и удобных в применении моделей. Существующий модельный ряд дает возможность купить осушитель воздуха людям практически с любым уровнем дохода.

Все же бытовые осушители воздуха есть пока далеко не во всех домах. А вот осушители воздуха промышленные практически незаменимы:

• в производственных помещениях, где влажность воздуха является критичной;
• в складских помещениях, зернохранилищах, архивах;
• в музеях, галереях, выставочных залах, библиотеках;
• в больницах и клиниках;
• в бассейнах и банях, в спортивных залах и аквапарках;
• в подвальных и полуподвальных рабочих помещениях;
• на строительных площадках — для обеспечения качества отделочных и иных строительных работ.

Существуют и специальные осушители сжатого воздуха. Как известно, сжатый воздух широко используется в различных технологических процессах. Например, с помощью пневмопривода открываются двери общественного транспорта. Но воздух, который поступает в компрессор, всегда содержит значительное количество водяного пара.

В процессе сжатия воздушной смеси происходит концентрация этого пара, что приводит к ее конденсации в трубах пневмосети. Со всеми вытекающими отсюда неприятными последствиями. Поэтому перед подачей воздуха в компрессор его необходимо избавить от излишка влаги, за это и отвечают осушители сжатого воздуха или осушители воздуха для компрессоров. Чаще всего для осушения сжатого воздуха применяют рефрижераторный осушитель воздуха.

Отдельно нужно сказать про осушитель воздуха для бассейна. Данный вид оборудования незаменим в любых помещениях, где есть открытое зеркало воды и где влажность воздуха должна тщательно контролироваться с целью достижения оптимального комфорта.

Цель осушки сжатого воздуха заключается в том, чтобы:

• исключить образование конденсата в системах транспортировки воздухи и особенно в узлах оборудования;
• минимизировать появления коррозии;
• минимизировать воздействия агрессивной водо-масляной эмульсии;
• воспрепятствовать росту микроорганизмов (пищевая и фармацевтическая промышленность);
• соответствие получаемого сжатого воздуха заданному технологическим процессом классу чистоты (ГОСТ 17433-80, ISO 8573-1).

Общее устройство и принцип работы осушителя воздуха

Конструктивно осушитель состоит из двух блоков:

• Литой корпус клапанов и регулятора давления;
• Патрон осушителя воздуха.

В корпусе расположены все основные компоненты осушителя, обеспечивающие его работу и управление пневматической системой: регулятор давления, группа клапанов (обратный, предохранительный и другие), подогреватель корпуса и прочее. Также в корпусе выполнены воздушные каналы, а на его поверхности располагаются все необходимые патрубки и штуцеры. В нижней части корпуса находится глушитель («грибок»).

Сверху на корпусе посредством резьбы крепится осушительный патрон — именно он играет ключевую роль в удалении влаги из воздуха. Патрон содержит в себе цилиндрическую воздухопроницаемую емкость с гранулированным адсорбентом, которая в нижней части опирается на воздушные фильтры (обычно из волокнистых материалов), а сверху прижата пружиной. В дне патрона имеется одно центральное отверстие с резьбой (для установки на корпус) и ряд периферийных отверстий меньшего размера — в целом, устройство осушительного патрона очень напоминает конструкцию масляного фильтра.

Работает осушитель следующим образом. Сжатый воздух от компрессора поступает в корпус осушителя и через канал направляется в патрон (на ряд периферийных отверстий). Здесь воздух проходит через адсорбент, на котором осаждается основная масса содержащейся в нем влаги. Одновременно фильтрами задерживаются механические примеси. После осушения воздух выходит через центральное отверстие патрона, каналами осушителя направляется на регулятор давления и предохранительные клапаны, и далее по нескольким магистралям поступает в систему (обычно на два автономных контура и в регенерационный ресивер).

С течением времени концентрация жидкости в адсорбенте повышается, и он теряет способность впитывать новую влагу. Поэтому периодически проводится регенерация осушителя — эта операция заключается в обратной продувке осушителя воздухом из регенерационного ресивера. Воздух, проходя через адсорбер, осушает его, и вместе с влагой выходит из осушителя через специальный клапан. Так как выпуск воздуха сопровождается интенсивным шумом, на осушитель устанавливается глушитель.

В холодное время года при температурах ниже +5…+7°C в осушителе автоматически включается нагревательный элемент. Это необходимо для поддержания положительной температуры адсорбента независимо от температуры окружающей среды. При отрицательных температурах вода в адсорбенте может замерзнуть, что не только снижает эффективность осушителя, но и может привести к его деформации и разрыву.

Для подключения и управления нагревателем и клапанами на корпусе осушителя имеется специальный разъем. На автомобилях КАМАЗ, МАЗ и автобусах ПАЗ и ЛиАЗ устанавливаются осушители на 24 В.

Монтируется осушитель на правом лонжероне рамы, здесь же располагается часть ресиверов. Осушитель связан с компрессором и ресиверами посредством металлических и резиновых трубок.