Pripremna grupa: pročistač, regulator tlaka, zauljivač

Zadaća i redoslijed elemenata

Središnja priprema zraka u kompresorskoj stanici (naknadni hladnjak, spremnik, sušač, glavni pročistač) daje zrak prihvatljive kakvoće za cijelu mrežu. Na putu do potrošača zrak ipak ponovno skuplja onečišćenja: hrđu i kamenac iz čeličnih cijevi, kondenzat nastao hlađenjem u neizoliranim vodovima, čestice brtvila s navoja. Osim toga, tlak u mreži nije stalan: oscilira sa sklopnom razlikom kompresora i pada s potrošnjom. Zato se neposredno ispred svakog stroja ili naprave ugrađuje pripremna grupa (priprema zraka, jedinica za održavanje) koja ima tri zadaće: pročistiti zrak, održavati stalan radni tlak i, ako je potrebno, zauljiti ga.

Redoslijed elemenata u smjeru strujanja uvijek je isti: pročistač → regulator tlaka s manometrom → zauljivač. Pročistač je prvi jer štiti ventilsko sjedište i membranu regulatora od čestica i vode; regulator koji radi s prljavim zrakom brzo propušta i tlak na izlazu „puže" prema gore. Zauljivač je zadnji jer bi ga pročistač iza njega djelomično odstranio, a osim toga dozira ulje proporcionalno protoku, što je pouzdanije pri stalnom tlaku iza regulatora. Za potrošače koji ne smiju dobiti ulje (senzori, mjerni uređaji, ispuhivanje) odvojak se uzima između regulatora i zauljivača.

Suvremene modularne pripremne grupe slažu se od elemenata spojenih prirubnicama ili spojnicama, pa se prema potrebi dodaju: ulazni zaporni ventil s odzračivanjem (ručni ili električni, zaključava se lokotom pri održavanju), ventil za postupno punjenje (sprječava nagli udar cilindara pri uključivanju), razdjelni blok s dodatnim izlazom, tlačna sklopka ili senzor tlaka koji dojavljuje upravljanju pad tlaka ispod dopuštene vrijednosti te fini pročistač za strože zahtjeve.

Pročistač stlačenog zraka

Pročistač radi u dva stupnja. Zrak najprije prolazi kroz usmjerivač s kosim lopaticama koji ga dovodi u vrtložno strujanje. Centrifugalna sila izbacuje krupnije kapljice vode i ulja te teže čestice na stijenku posude, odakle se slijevaju na dno. Mirna zona na dnu posude, odvojena pregradom, sprječava da vrtlog ponovno podigne izdvojenu tekućinu. Zatim zrak prolazi kroz filtarski uložak od sinteriranog metala ili polietilena, koji zadržava čestice veće od nazivne finoće, npr. 40 µm ili 5 µm, i izlazi kroz središnji kanal prema regulatoru.

Ispust kondenzata može biti ručni (vijak ili ventil na dnu posude), poluautomatski (otvara se kad tlak padne, npr. pri isključenju zraka) ili automatski s plovkom, koji se otvara kad razina kondenzata podigne plovak. Ručni ispust traži disciplinu: kondenzat ne smije prijeći oznaku najviše razine, jer ga vrtlog tada povlači u izlaz. U pogonima s mnogo vlage automatski ispust je gotovo nužan.

Posude manjih pročistača izrađuju se od polikarbonata jer je proziran, pa se razina kondenzata vidi. Polikarbonat je osjetljiv na otapala, neka sintetska ulja i sredstva za čišćenje te na UV zračenje; zato posude imaju metalnu zaštitnu košaru, a za agresivne okoline i veće tlakove koriste se metalne posude s pokazivačem razine.

Koalescentni pročistač radi drukčije od običnog: sitne kapljice aerosola u vlaknastom ulošku spajaju se (koalesciraju) u veće kapi koje se slijevaju na dno. Ispred njega uvijek mora biti grubi pročistač, inače se fini uložak brzo začepi. Za naprave poput SL-3 u grijanom prostoru, uz rashladni sušač u stanici, pročistač od 40 µm je dostatan.

Regulator tlaka

Regulator tlaka održava na izlazu stalan tlak p₂, neovisno o promjenama ulaznog tlaka p₁ i o protoku, pod uvjetom da je ulazni tlak viši od namještenog. Glavni dijelovi su membrana, opruga za namještanje s vijkom ili ručicom, ventilska pladanjica sa sjedištem i povratnom oprugom te kanal povratne veze koji izlazni tlak dovodi ispod membrane.

Načelo rada je ravnoteža sila na membrani. Odozgo djeluje sila opruge F_op koju namještamo vijkom; odozdo djeluje izlazni tlak na površinu membrane, p₂ · A_m. Dok je p₂ · A_m manji od sile opruge, membrana se spušta i preko štapića drži ventilsku pladanjicu otvorenom, pa zrak struji s ulaza na izlaz i tlak p₂ raste. Kad izlazni tlak dosegne vrijednost pri kojoj su sile u ravnoteži, membrana se podigne, a povratna opruga pritisne pladanjicu na sjedište. Pri potrošnji tlak p₂ malo padne i ventil se otvori točno toliko koliko je potrebno za propuštanje traženog protoka. Regulator je dakle mehanički zatvoreni regulacijski krug s membranom kao mjernim članom i usporednikom istodobno.

p₂ · A_m ≈ F_op   →   p₂ ≈ F_op / A_m

Regulator s rasterećenjem (sa sekundarnim odzračivanjem) ima u sredini membrane otvor koji je u normalnom radu zatvoren vrhom štapića pladanjice. Kad izlazni tlak poraste iznad namještenog, npr. kad se namještena vrijednost smanji ili kad cilindar pri naglom zaustavljanju potisne zrak natrag, membrana se podigne više nego što pladanjica može slijediti, otvor se oslobodi i višak zraka izlazi kroz odzračni otvor u poklopcu. Bez rasterećenja bi izlazni tlak nakon smanjenja namještene vrijednosti ostao visok sve dok ga potrošači ne potroše. Regulator bez rasterećenja koristi se samo kad ispuštanje zraka u okolinu nije dopušteno.

Svaki regulator ima dvije karakteristike iz lista podataka. Protočna karakteristika pokazuje koliko izlazni tlak padne s povećanjem protoka; tlačna karakteristika pokazuje koliko se izlazni tlak promijeni pri promjeni ulaznog tlaka. Za SL-3, kad je regulator namješten na 6 bar, a tlak u mreži oscilira između 6,5 i 8 bar, dobar regulator drži izlaz unutar nekoliko stotinki bara. Ulazni tlak mora uvijek biti barem 0,5 do 1 bar viši od namještenog, inače regulator potpuno otvori i više ne regulira.

Zauljivač: kada i zašto

Zauljivač dodaje stlačenom zraku fino raspršeno ulje koje podmazuje klizne površine u razvodnicima, cilindrima i motorima. Radi na Venturijevom načelu: u kućištu je suženje ili zaklopka koja pri protoku stvara razliku tlakova između posude s uljem i struje zraka. Razlika tlakova tjera ulje kroz uzlaznu cjevčicu u kapajnu komoru, gdje se kroz prozirni poklopac vidi svaka kap. Kapi padaju u struju zraka i raspršuju se. Iglični vijak određuje količinu, a doziranje je približno proporcionalno protoku: što više zraka struji, to više ulja odlazi. Kod zauljivača s mikromaglom samo najsitnije kapljice odlaze u vod, a krupnije se vraćaju u posudu, pa ulje dopire i do udaljenijih potrošača.

Zauljivač se primjenjuje u sljedećim slučajevima: za starije komponente građene za rad sa zauljenim zrakom; za pneumatske motore i alate s velikom brzinom vrtnje; za vrlo velike brzine klipa i velike učestalosti prekapčanja, kada tvornička mast ne bi potrajala; te za izvršne elemente u vlažnim i prašnjavim okolinama po preporuci proizvođača. Ulje se odabire prema uputama; za pneumatiku se obično preporučuje mineralno hidrauličko ulje niske viskoznosti, npr. razreda ISO VG 32, nikad motorno ulje.

U suvremenim sustavima zauljivač se često izostavlja. Razlozi su tehnički, zdravstveni i ekonomski. Današnji cilindri i razvodnici tvornički su podmazani trajnom mašću i predviđeni za rad sa suhim, nezauljenim zrakom tijekom cijelog vijeka. Ulje ispuha odlazi u prostoriju kao uljna magla koju radnici udišu i koja se taloži na strojevima i proizvodima. U prehrambenoj, farmaceutskoj i elektroničkoj industriji ulje u zraku nije dopušteno. Konačno, zauljivač traži redovito dolijevanje i namještanje, a ulje je dodatni trošak.

Orijentacijski primjer doziranja: uzmimo da proizvođač preporučuje jednu kap na 1000 Nl zraka i da kap ima oko 0,03 ml. Naprava SL-3 potroši 17,6 Nl/min, dakle oko 8 450 Nl u smjeni od osam sati; to je oko osam kapi ili 0,25 ml ulja po smjeni. Iz primjera se vidi da je ispravno namještena kap u kapajnoj komori rijetka pojava: česte kapi znače prezauljen zrak.

Simboli pripremne grupe

U pneumatskim shemama pripremna grupa se crta na dva načina. Potpuni simbol prikazuje svaki element posebno: pročistač kao romb s iscrtkanom okomitom crtom (filtarski uložak) i ispustom kondenzata na dnu, regulator kao kvadrat s ventilom, oprugom za namještanje i iscrtkanim vodom povratne veze te zauljivač kao romb sa strelicom prema dolje. Uz regulator se crta manometar. Pojednostavljeni simbol je jedan okvir s crtežom pročistača i strelicom regulatora; koristi se u shemama upravljanja gdje je važno samo da zrak dolazi pripremljen, a ne građa pripreme.

Namještanje i održavanje

Regulator se namješta pri zatvorenom izlazu ili pri malom protoku, i to uvijek odozdo prema gore: ručica se najprije otpusti ispod željenog tlaka, zatim polako okreće u smjeru povećanja dok manometar ne pokaže željenu vrijednost, npr. 6 bar za SL-3. Namještanje odozgo prema dolje daje netočan rezultat zbog trenja i histereze membrane. Nakon namještanja ručica se zaključa (pritiskom prema dolje ili protumaticom), a gdje neovlaštena promjena može ugroziti rad ili sigurnost, stavlja se lokot ili se ugrađuje regulator s ključem. Namješteni tlak upisuje se u tehničku dokumentaciju stroja.

Zasićeni filtarski uložak ne vidi se izvana, ali se osjeti na stroju: pri većem protoku tlak iza pripremne grupe padne, cilindri se usporavaju, a sila na kraju hoda je manja od predviđene. Zato vrijedi znati koliki je pad tlaka čiste pripremne grupe pri radnom protoku, što računa sljedeći prikaz.

Računski prikaz: pad tlaka na pripremnoj grupi

Proizvođači protočna svojstva pripremnih grupa i ventila iskazuju prema ISO 6358 s dva broja: zvučnom provodnošću C u l/(s·bar), koja određuje najveći mogući protok, i kritičnim omjerom tlakova b. U podkritičnom području vrijedi

Q = 60 · C · p_1aps · √(1 − ((p₂/p₁ − b)/(1 − b))²)   [Nl/min]

iz čega se za zadani protok izračuna izlazni tlak p₂ i pad tlaka Δp = p₁ − p₂. Prikaz računa i najveći protok koji grupa uopće može propustiti te nazivni protok pri ulaznom tlaku 6 bar i padu 1 bar, koji se najčešće navodi u katalozima. Na kraju provjerava može li regulator iza pročistača održati namješteni tlak.

Uzmimo grupu s C = 5 l/(s·bar) i b = 0,3 i ulazni tlak 6,5 bar, što je najniža vrijednost tlaka u mreži SL-3. Kad se cilindar B (Ø50 mm, hod 100 mm) izvlači za pola sekunde, trenutačni protok iznosi oko 160 Nl/min, a pad tlaka samo oko 0,013 bar. Nazivni protok grupe iznosi približno 1 270 Nl/min, pa je grupa za SL-3 bogato dimenzionirana. Pri 1 000 Nl/min pad bi narastao na 0,55 bar i tlak ispred regulatora pao bi na oko 5,95 bar, što je ispod namještenih 6 bar: regulator bi se potpuno otvorio i cilindri bi dobivali niži tlak od predviđenog. Isto se događa s ispravnom grupom kad se uložak pročistača začepi, jer se tada provodnost C smanjuje.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.