Как обеспечить эффективную работу вихревых трубок при повышенном содержании воды в сжатом воздухе
Инженер по продукту компании Spray Expert сотрудничал с дистрибьюторами, на проектах которых тестировались вихревые трубки для охлаждения климатических камер до температуры ‑10...-20°.
На одном из проектов возникла проблема. По словам заказчика в начале дня вихревая трубка работала прекрасно, однако к вечеру вихревая трубка "переставала работать". По мнению заказчика, проблема была в самой вихревой трубке.
Принцип работы вихревой трубки
Сжатый воздух подаётся на вихревую трубку в точке "А". Внутри вихревой трубки сжатый воздух закручивается, благодаря "генератору".
Закрученный поток сжатого воздуха направляется в сторону "горячего конца" вихревой трубки, а затем - в обратную сторону, образуя поток "B" и противоположный по направлению поток "C".
Внешняя сторона закрученного воздушного потока нагревается и выходит в виде потока "D" со стороны "горячего конца" вихревой трубки.
Внутренняя часть закрученного воздушного потока внутри вихревой трубки охлаждается и выходит в виде потока "E" со стороны "холодного конца" вихревой трубки.
Расход сжатого воздуха варьируется в зависимости от установленного "генератора", а процентное соотношение объёмов фракций холодного и горячего воздуха регулируется винтом на "горячем конце" вихревой трубки.
Чем больше объём холодного воздуха, тем меньше разница температур и тем она "теплее". Чем меньше объём холодной фракции, тем больше разница температур и тем она "холоднее".
ПРОБЛЕМА
Инженер по продукту несколько раз выезжал к заказчику и в итоге выяснил, что влажность используемого сжатого воздуха менялась в течение дня: утром точка росы была ниже ‑20°C, а к вечеру она поднималась выше.
Работоспособность вихревой трубки была нарушена по следующим причинам:
1. При охлаждении первой порции недостаточно сухого сжатого воздуха происходила конденсация влаги и ее отложение на внутренней поверхности корпуса вихревой трубки.
2. При продолжении работы вихревой трубки сконденсировавшаяся вода замерзала в генераторе вихревой трубки и блокировала поток холодного воздуха.
3. В условиях блокирования потока холодного воздуха, поток теплого воздуха растапливал лед, генератор вихревой трубки освобождался, а затем цикл замерзания и оттаивания повторялся.
В данном проекте на работу вихревой трубки оказали влияние очевидные проблемы с замерзанием влаги.
Таблица температур
Значения точки росы в градусах Цельсия в разных условиях приведены в таблице.
| Относительная влажность, % | Температура шарика сухого термометра, ºС | ||||||||||
| 0 | 2,5 | 5 | 7,5 | 10 | 12,5 | 15 | 17,5 | 20 | 22,5 | 25 | |
| 20 | -20 | -18 | -16 | -14 | -12 | -9,8 | -7,7 | -5,6 | -3,6 | -1,5 | -0,5 |
| 25 | -18 | -15 | -13 | -11 | -9,1 | -6,9 | -4,8 | -2,7 | -0,6 | 1,5 | 3,6 |
| 30 | -15 | -13 | -11 | -8,9 | -6,7 | -4,5 | -2,4 | -0,2 | 1,9 | 4,1 | 6,2 |
| 35 | -14 | -11 | -9,1 | -6,9 | -4,7 | -2,5 | -0,3 | 1,9 | 4,1 | 6,3 | 8,5 |
| 40 | -12 | -9,7 | -7.4 | -5,2 | -2,9 | -0,7 | 1,5 | 3,8 | 6,0 | 8,2 | 10,5 |
| 45 | -10 | -8,2 | -5,9 | -3,6 | -1,3 | 0,9 | 3,2 | 5,5 | 7,7 | 10,0 | 12,3 |
| 50 | -9,1 | -6,8 | -4,5 | -2,2 | 0,1 | 2,4 | 4,7 | 7,0 | 9,3 | 11,6 | 13,9 |
| 55 | -7,8 | -5,6 | -3,3 | -0,9 | 1,4 | 3,7 | 6,1 | 8,4 | 10,7 | 13,0 | 15,3 |
| 60 | -6,8 | -4,4 | -2,1 | 0,3 | 2,6 | 5,0 | 7,3 | 9,7 | 12,0 | 14,4 | 16,7 |
| 65 | -5,8 | -3,4 | -1,0 | 1,4 | 3,7 | 6,1 | 8,5 | 10,9 | 13,2 | 15,6 | 18,0 |
| 70 | -4,8 | -2,4 | 0,0 | 2,4 | 4,8 | 7,2 | 9,6 | 12,0 | 14,4 | 16,8 | 19,1 |
| 75 | -3,9 | -1,5 | 1,0 | 3,4 | 5,8 | 8,2 | 10,6 | 13,0 | 15,4 | 17,8 | 20,3 |
| 80 | -3,0 | -0,6 | 1,9 | 4,3 | 6,7 | 9,2 | 11,6 | 14,0 | 16,4 | 18,9 | 21,3 |
| 85 | -2,2 | 0,2 | 2,7 | 5,1 | 7,6 | 10,1 | 12,5 | 15,0 | 17,4 | 19,9 | 22,3 |
| 90 | -1,4 | 1,0 | 3,5 | 6,0 | 8,4 | 10,9 | 13,4 | 15,8 | 18,3 | 20,8 | 23,2 |
| 95 | -0,7 | 1,8 | 4,3 | 6,8 | 9,2 | 11,7 | 14,2 | 16,7 | 19,2 | 21,7 | 24,1 |
| 100 | 0,0 | 2,5 | 5,0 | 7,5 | 10,0 | 12,5 | 15,0 | 17,5 | 20,0 | 22,5 | 25,0 |
РЕШЕНИЕ
Для повышения надежности процесса заказчику было предложено осушать сжатый воздух в установке рефрижераторного типа. Удалять влагу до уровня, при котором точка росы на входе в вихревую трубку оказывалась достаточно низкой.
Поскольку проблема заключалась в сжатом воздухе, подробнее рассмотрим ее, а также принцип работы рефрижераторного осушителя воздуха.
Процесс осушения довольно простой:
1. При сжатии воздуха до давления 7 бар изб., объём воздуха уменьшается в семь раз по сравнению с первоначальным объемом. Это означает, что молекулы воздуха и прочие находившиеся в воздухе вещества (включая водяной пар) после сжатия занимают гораздо меньше места и, таким образом, более сконцентрированы.
Когда воздух, поступающий в компрессор при цикле сжатия, имеет высокий уровень относительной влажности или большое количество молекул воды в объеме, то в сжатом состоянии воздух становится еще более насыщенным водяным паром.
2. В системе сжатия воздух нагревается в зависимости от степени сжатия, но затем воздух охлаждается по мере прохождения через мокрый ресивер, через первичное фильтрационное оборудование и дальше через распределительные трубопроводы.
При охлаждении воздуха такое большое количество влаги уже не может находиться в нем в виде пара. В объеме воздуха начинается конденсация влаги в виде жидкости, и ее отложение на внутренних поверхностях системы сжатого воздуха, примерно так же, как влага конденсируется на поставленном на стол холодном стакане.
При выработке сжатого воздуха предусмотрены фильтры и дренажные устройства, которые удаляют избыточную влагу из системы. Однако в случае использования вихревых трубок для последующего охлаждения потока сжатого воздуха до еще более низкой температуры, заказчик должен осознавать опасность вторичной конденсации.
Падение температуры ниже точки росы (температура, при которой воздух уже не удерживает водяные пары) вызывает конденсацию на холодных поверхностях вихревой трубки. Поскольку температура на выходе холодного воздуха из вихревой трубки обычно ниже температуры замерзания воды, то образуется лед, который блокирует выход холодного воздуха.
Рассмотрим принцип работы рефрижераторного осушителя воздуха
В процессе выработки сжатого воздуха, после выхода потока из компрессора и потом из мокрого ресивера, воздух можно направить в рефрижераторный осушитель воздуха.
В этом осушителе сжатый воздух подается в теплообменник воздух-хладагент. Хладагент охлаждается до 3,3°C с помощью обычного холодильного цикла с применением фреона.
Когда воздух вступает в контакт с холодной поверхностью теплообменника, то тепло передается к хладагенту и отводится, но соответственно снижается температура сжатого воздуха, и его способность удерживать влагу.
Водяной пар конденсируется, удаляется и сбрасывается в наземный дренаж или какой-либо иной коллектор вне системы компрессора. В некотором смысле это можно сравнить с отжимом воды из губки. Но в случае с воздухом удаление воды происходит за счет изменения температуры, а не за счет физической силы. После отжима в губке остается немного воды, но значительное количество воды удаляется из губки за счет "отжима".
При каждом снижении температуры на 28°C поток сжатого воздуха наполовину теряет свою способность удерживать влагу.
Дополнительные плюсы осушения
Осушение воздуха не только благоприятно для работоспособности вихревой трубки, но также предотвращает коррозию, исключает затратные эксплуатационные проблемы, упрощает техническое обслуживание и ремонт всего пневматического оборудования, которое подключено к системе сжатого воздуха.
Если у заказчиков наблюдаются проблемы с конденсацией влаги в системе сжатого воздуха, то для их же блага рекомендуется установить рефрижераторный осушитель на стороне нагнетания системы сжатия воздуха. Такие осушители являются типовым оборудованием и предлагаются дистрибьюторами воздушных компрессоров.
Заинтересовало решение? Свяжитесь с нами по телефону +7 (495) 152-73-09, напишите на почту lead@spray-expert.ru
