Curs Sisteme de Actionare Pneumatice

Curs ACTIONRI PNEUMATICE scanat de Ungureanu Marin 1

SISTEME DE ACIONARE PNEUMATICE 4.1. Introducere

Sistemele de acionare pneumatice sunt preferate ntr-un numr mare de aplicaii industriale, din cele mai diverse sectoare, datorit unor caliti incontestabile cum sunt: robusteea, simplitatea constructiv, productivitatea, fiabilitatea ridicat i nu n ultimul rnd preul de cost mai sczut. n general, asemenea sisteme sunt folosite atunci cnd: trebuie controlate fore i momente de valori medii; viteza de deplasare a sarcinii nu trebuie s respecte cu strictee o anumit lege; poziionarea sarcinii nu trebuie fcut cu precizie ridicat; condiiile de funcionare sunt severe (exist pericol de explozie, incendiu, umiditate etc);

trebuie respectate cu strictee o serie de norme igienico - sanitare (n industria alimentar, farmaceutic, tehnic dentar). Figura 4.1 pune n eviden locul sistemelor de acionare

pneumatice n raport cu celelalte tipuri de sisteme de acionare prin prisma forei controlate i a preului de cost. Trebuie subliniat faptul c n timp ce n unele domenii sistemele pneumatice de acionare intr n competiie cu celelalte sisteme (electrice, hidraulice, mecanice), n anumite aplicaii ele se utilizeaz aproape n exclusivitate, fiind de nenlocuit.

LEGENDA:

SP - sisteme pneumatice

SE - sisteme electrice

SH - sisteme hidraulice

SM - sisteme mecanice

Fig.4.1

4.2. Structura unui sistem pneumatic de acionare n figura 4.2 este prezentat, spre exemplificare, un sistem de acionare pneumatic. Acest

sistem, un sistem simplu, are n componena sa urmtoarele echipamente: motorul pneumatic MP, care transform energia pneumatic de intrare n lucru mecanic

util;

elementele de reglare i control ERC, care ndeplinesc urmtoarele funcii: - dirijeaz fluidul sub presiune, controlnd astfel sensul de micare al sarcinii antrenate de ctre motor i oprirea acesteia (distribuitorul pneumatic DP); - regleaz debitul la valoarea cerut de motor i prin aceasta viteza de micare a sarcinii (droselele de cale D1 i DC2); - regleaz presiunea n sistem, n coresponden cu sarcina antrenat;

generatorul de energie GE, care genereaz energia pneumatic necesar sistemului; n practic pot fi ntlnite dou situaii: - cnd se dispune de o reea de aer comprimat, caz n care energia necesar este preluat de la aceast reea prin simpla cuplare a sistemului la unul din posturile de lucru ale reelei; - cnd nu se dispune de reea de aer comprimat, situaie n care trebuie apelat la un compresor, ca n exemplul din figura 4.2;

n practic exist o mare diversitate de sisteme de acionare pneumatice. Totui se poate vorbi de o structur comun (fig.4.3) care pe lng echipamentele deja prezentate mai poate conine:


unitatea de comand UC; la acest nivel se poate opta pentru un numr limitat de soluii, bazate pe:

dispozitive electronice

- relee electromagnetice

- elemente logice pneumatice.

Fig.4.2

Dispozitivele electronice sunt cele care au cea mai larg utilizare. n aceast categorie sunt incluse att circuitele electronice, ct i unitile programabile. Foarte rspndite astzi sunt PLC - urile ("control logic programabil"), dar se constat o tendin de utilizare tot mai mult a calculatoarelor personale pentru control. Releele electromagnetice reprezint un mijloc tradiional pentru construcia circuitului cablat de control, chiar dac funcia lor actual se limiteaz la sisteme de acionare relativ simple i la operaii de siguran, care de preferin nu se ncredineaz programelor software.

Elementele logice pneumatice se folosesc n sistemele de mici dimensiuni, cnd se

dorete obinerea unor sisteme pur pneumatice din motive de ambian (pericol de explozie, de incendiu, umiditate etc.) sau din motive de pre de cost.

elementele de interfa I au rolul de a transforma semnalele de putere joas, de natur electric sau pneumatic, furnizate de unitatea central, n semnale de putere nalt, de regul de alt natur; exemplul cel mai sugestiv l constituie electrovalva care transform semnalele electrice primite de la unitatea de comand UC n semnale pneumatice;

senzorii i limitatoarele de curs sunt de cele mai multe ori electromecanice, dar pot fi i pneumatice; alegerea lor este legat de tipul unitii de comand;

elementele de intrare pot fi electrice sau pneumatice, natura lor fiind dependent tot de tipul unitii de comand.

O prim clasificare a sistemelor pneumatice de acionare se poate face dup modul de operare a sistemului n:


- sisteme proporionale sau analogice - sisteme digitale.

Fig.4.3

Sistemele proporionale au specific faptul c mrimea de ieire este determinat de nivelul semnalului de intrare (impropriu se spune c aceast dependen este proporional). De exemplu, n cazul unui sistem care controleaz fora, pentru o anumit valoare a mrimii de intrare, presiunea din sistem are un anumit nivel, cruia i corespunde o anumit for. Orice variaie a presiunii determin modificarea forei.

Un asemenea sistem este sensibil la perturbaii externe. Aceste perturbaii fac ca semnalul de comand s varieze accidental n jurul unei valori medii, riscul constnd n interpretarea perturbaiei ca o modificare a semnalului de comand, ceea ce va determina modificarea mrimii de ieire din sistem. Mai sigure din acest punct de vedere sunt sistemele digitale. ntr-un asemenea sistem conteaz numai nivelele discrete ale semnalelor. De cele mai multe ori se lucreaz cu dou nivele ale semnalului, prezena sau absena semnalului, semnale "on - off', sau semnale "totul sau nimic". Din punct de vedere al logicii algebrice existena semnalului este echivalent cu "i", iar absena semnalului cu "0", Pentru o mai bun nelegere se consider un distribuitor pneumatic clasic, comandat pneumatic (fig.4.4). Se va urmri variaia semnalului de ieire(presiunii PA) n funcie de mrimea de intrare - presiunea de comand pc.

Fig.4.4

Atunci cnd presiunea de comand pc este nul, presiunea la orificiul de consumator A al distribuitorului, msurat cu manometrul MA, este de asemenea nul (punctul O din fig.4.4); distribuitorul materializeaz cmpul (0). Crescnd presiunea pc manometrul MA indic o presiune nul pn cnd presiunea de comand reuete s nving fora rezistent datorat arcului i frecrile interne; acest lucru se ntmpl cnd presiunea de comand atinge valoarea pc1 (punctul B de pe grafic). n acest moment distribuitorul comut, materializeaz poziia (1), iar la orificiul de ieire A se msoar presiunea pa (punctul D de pe grafic). Creterea ulterioar a presiunii de comand nu modific presiunea de ieire. Reducnd acum presiunea de comand, presiunea de la ieire rmne la valoarea pa pn ce presiunea de comand devine pa (punctul E de pe grafic); se observ c datorit frecrilor (fenomenului de histerezis) se depete punctul


D. n punctul E se realizeaz comutarea i presiunea de ieire devine zero (se trece n punctul F). Reducerea n continuare a presiunii de comand face s se parcurg traseul de la F la O fr a se modifica presiunea PA. Diagrama din figura 4.4 b pune n eviden dou presiuni diferite de comutare pc1 i pC2, datorit existenei fenomenului de histerezis.

n concluzie, oricare ar fi presiunea de comand Pc > Pcl la orificiul de ieire al distribuitorului exist presiune, deci semnalul de ieire este "1", n timp ce oricare ar fi presiunea de comand Pc < Pc2 la orificiul de ieire presiunea este zero, deci semnalul de ieire este "0". ntre valorile pc1 i pC2 semnalul de ieire depinde de modul n care este parcurs ciclul. n ceea ce privete presiunea de comand se consider pc = 1 dac Pc > Pc1 i pc = 0 dac Pc < Pc2. n intervalul [Pc2, Pc1] presiunea de comand nu este definit.

Echipamentele pneumatice dintr-un sistem pneumatic de acionare pot funciona la presiuni de lucru diferite. Cele ce sunt conectate direct cu motorul (distribuitoarele, supapele de

sens, droselele, supapele de presiune) uzual lucreaz la presiuni de 8 ... 10 [bar]. Dac echipamentul are numai rolul de a genera semnale logice, fr a interveni n fluxul principal de putere, presiunea de lucru poate fi redus. Din aceast categorie fac parte att elementele logice pneumatice, care pot s lucreze la presiuni de 3 ... 4 [bar], ct i elementele micropneumatice cu membran care lucreaz la presiuni de 1,4 ... 2,5 [bar]. n sfrit, pentru funcii speciale se poate apela la elementele logice fluidice care au presiuni de lucru de 0,1 ... 1 [bar].

Echipamentele pneumatice se pot mpri n echipamente active i echipamente pasive, dup modul de obinere a semnalului de ieire.

Sunt active acele echipamente la care semnalul de ieire provine de la o surs de presiune constant. n acest caz semnalul de comand are numai rolul de pilotare. Aceste echipamente pot avea la ieire semnale mai mari dect cele de comand. Se realizeaz astfel o regenerare a semnalului i chiar o amplificare a acestuia graie energiei furnizate de sursa de presiune constant. Echipamentele pasive au specific faptul c semnalele de ieire se obin direct dintr-un semnal de intrare. Aceste echipamente nu necesit o legtur suplimentar cu sursa de energie, dar semnalul de ieire nu numai c nu este amplificat, dar are un nivel energetic mai sczut, datorit pierderilor de presiune i debit care apar n urma curgerii prin echipament.

4.3. Generatoare de energie pneumatic 4.3.1. Introducere

Aerul comprimat folosit ca agent purttor de energie i informaie n sistemele pneumatice de acionare poate fi produs local, cu ajutorul unui compresor, sau centralizat, ntr-o staie de compresoare.

Ultima variant este cea mai utilizat. De altfel, producerea aerului comprimat este unul dintre serviciile de baz (alturi de alimentarea cu energie electric, ap, gaze naturale) de care dispune un stabiliment modern.

Fig.4.5

n staia de compresoare aerul este aspirat din atmosfer i comprimat cu ajutorul unor compresoare, i dup ce este tratat i nmagazinat ntr-un rezervor tampon, este distribuit consumatorilor prin intermediul unei reele de distribuie (fig.4.5). Generarea energiei


pneumatice se face dup un ciclu deschis. Un asemenea ciclu presupune aspirarea din atmosfer, comprimarea, tratarea, distribuia la utilizatori i refularea n atmosfer. Fiind un ciclu deschis, aerul care alimenteaz sistemul de acionare se remprospteaz continuu, fiind supus de fiecare dat unui proces complex de filtrare. Avantajul acestui tip de sistem (cu circuit deschis) const n simplitatea sa (nu mai este necesar un circuit de ntoarcere a mediului de lucru la staia de compresoare).

Fiabilitatea, durata de via i nu n ultimul rnd performanele unui sistem pneumatic de acionare depind n cea mai mare msur de calitatea agentului de lucru folosit.

Avnd n vedere faptul c aerul intr n contact cu elementele mobile (sertare, plunjere, pistoane, supape etc.) sau fixe (corpuri, plci, capace etc.) ale echipamentelor, confecionate din cele mai diverse materiale (oel, aluminiu, bronz, alam, cauciuc, material plastic etc.) i c nu de puine ori traverseaz seciuni de curgere, uneori de dimensiuni foarte mici, calibrate, acestuia i se impun urmtoarele cerine:

s fie ct mai curat posibil; un aer contaminat cu particule mai mari sau egale cu jocurile funcionale existente ntre elementele constructive mobile i cele fixe (de exemplu sertar - buc la un distribuitor, piston - cma la un cilindru) poate duce la blocarea (griparea) elementelor mobile, dar i la uzura lor prin abraziune i la mbcsirea filtrelor din sistem; "fineea de filtrare" (cea mai mare dimensiune de particul strin exprimat n m care se accept n masa de fluid) este un parametru ce caracterizeaz din acest punct de vedere aerul; firmele productoare de echipamente pneumatice de automatizare garanteaz performanele acestora numai dac aerul folosit are o anumit finee de filtrare; cu ct fineea de filtrare este mai mic cu att cheltuielile de exploatare ale sistemului sunt mai mari;

s asigure lubrifierea sistemului de acionare; deoarece aerul nu are proprieti de lubrifiere, n acest scop se folosesc echipamente speciale numite ungtoare, care pulverizeaz n masa de aer particule fine de ulei; trebuie avut n vedere faptul c o ungere abundent (n exces) poate conduce la "nclirea" elementelor constructive ale echipamentelor, iar o ungere insuficient poate conduce la scoaterea prematur din funcionare a sistemului respectiv;

s conin ct mai puin ap; n aer exist ap sub form de vapori, iar prin condensarea acestora se obine ap care va coroda piesele din oel; la temperaturi mai sczute poate s apar fenomenul de ngheare a apei, care poate mpiedica funcionarea sistemului la parametri normali;

s aib o temperatur apropiat de temperatura mediului ambiant pentru a evita modificrile de stare care la rndul lor ar duce la modificri ale parametrilor funcionali ai sistemului;

s intre n sistem avnd presiunea i debitul corespunztoare bunei funcionri a sistemului; o presiune mai mare dect cea recomandat de productor poate duce la avarii, iar o presiune mai mic nu asigur fora sau momentul cerute de aplicaia respectiv; n ceea ce privete debitul, abaterile acestuia influeneaz viteza de deplasare a sarcinii antrenate de sistem.

Cerinele impuse aerului sunt diferite de la o aplicaie la alta. O mprire pe grade de calitate conform ISO 8573-1 (tabelul 4.1) este bine venit, fiind deosebit de util utilizatorilor unor sisteme de acionare pneumatice. Corelarea gradelor de calitate cu aplicaia (tabelul 4.2) trebuie fcut n cunotin de cauz.


Tabelul 4.1 Impuriti solide Coninutul de ap Coninutul

Gradul de ulei rezidual

Mrimea Concentraia particulelor particulelor Punct de rou [mg/m3] lumi [mg/m

3l RCI

1 0,1 0,1 -70 0,01

2 1 1 -40 0,1

3 5 5 -20 1

4 15 8 3 5

5 40 10 7 25

6 - - 10 - 7 - - - +

Tabelul 4.2 Aplicaia Gradul de Gradul Gradul de ulei

particule

solide

de ap

Aparate de msur 2 1 4

Sisteme de acionare 3 2 6 Vopsire 2 1 5

Industria alimentar 3 3 3 Fabrici 4 3 6

Scule pneumatice 3 3 6

Sisteme de control 4 2 5

4.3.2. Structura unei staii de compresoare n figura 4.6 este prezentat schema de principiu a unei staii de compresoare. Aa cum s-

a artat deja, la acest nivel se genereaz aerul comprimat i apoi se prepar n vederea furnizrii lui prin reeaua de distribuie diverilor consumatori. n structura luat n discuie se identific urmtoarele echipamente:

- F1,Fn filtre ce au rolul de a reine impuritile din aer, asigurnd astfel buna funcionare a compresoarelor i condiiile refulrii unui aer curat;

- C1, Cn compresoare care au rolul de a genera energia pneumatic; acestea sunt puse n micare de motoarele de antrenare M1,Mn;

- R1, Rn robinete care permit conectarea sau deconectarea compresoarelor n sistem;

- Su supap de sens unic care mpiedic curgerea aerului dinspre sistem ctre compresoare atunci cnd acestea din urm sunt oprite (n specia] n situaii de avarie);

- Sc schimbtor de cldur cu ap care realizeaz rcirea aerului refulat de compresoare (n timpul comprimrii temperatura aerului crete, la ieirea din compresor fiind n jur de 80 C); aici vaporii de ap se condenseaz i se transform n picturi;

- SCf separator centrifugal, de tip ciclon n care se face o reinere grosolan a apei i a eventualelor impuriti existente n masa de aer;

- Rz rezervor tampon n care se acumuleaz energia pneumatic furnizat de compresoare; datorit acestui rezervor problema neuniformi taii debitului (problem foarte deranjant n cazul pompelor) nu mai prezint importan;


Fig.4.6

- SSig supap de siguran ce are rolul de a limita valoarea maxim a presiunii din rezervor;

- U ungtor; - FamU, i FavU filtre montate n amonte i n aval de ungtorul U;

- Sp supap de reglare a presiunii, echipament ce regleaz presiunea la ieirea din staia de compresoare.

4.3.3. Compresoare

Aa cum s-a artat, compresorul transform energia furnizat de ctre motorul de antrenare (electric sau termic) n energie pneumatic.

Compresoarele se pot clasifica n dou mari familii: compresoare volumice i compresoare dinamice (turbocompresoare).

Compresoarele volumice realizeaz creterea presiunii agentului de lucru prin reducerea volumului unei cantiti de aer nchise n interiorul unui spaiu delimitat (spaiu numit n continuare camer activ). Aspiraia aerului n compresor i refularea se fac cu intermitene.

Compresoarele dinamice realizeaz creterea presiunii agentului de lucru prin transmiterea unei energii cinetice ridicate unui curent de aer i apoi prin transformarea acestei energii n presiune static. Aspiraia aerului n compresor i refularea se fac continuu.

Cele mai utilizate sunt compresoarele volumice, al cror principiu de funcionare este identic cu cel al pompelor volumice (paragraful 3.2.1). Aceste compresoare se construiesc

pentru o gam larg de debite i presiuni, putnd deservi n condiii optime orice sistem pneumatic de acionare. Din punct de vedere constructiv compresoarele se clasific n:

- compresoare cu piston

- compresoare cu membran - compresoare rotative.

Compresoare cu piston

Acest tip de compresor este prezentat principial n figura 4.7. Pistonul p culiseaz n interiorul cilindrului c, micarea acestuia fiind obinut prin intermediul unui mecanism format din manivela m i biela b. La partea superioar a cilindrului exist dou supape, una de aspiraie A i una de refulare R; aceste dou supape controleaz admisia i respectiv evacuarea n i din


camera activ a compresorului, camer delimitat de suprafaa superioar a pistonului, suprafaa interioar a cilindrului i capacul superior, n care sunt amplasate cele dou supape. Manivela este pus n micare de rotaie de motorul de antrenare (nefigurat), mecanismul biel - manivel transformnd aceast micare ntr-o micare rectilinie alternativ a pistonului p.

Fig. 4.7 Fazele succesive ale unui ciclu de lucru al compresorului sunt prezentate n figura 4.8.

Curbele din componena acestei figuri au n ordonat presiunea absolut P din camera activ a compresorului i n abscis volumul V al acestei camere, volum ce se modific continuu n timpul funcionrii. Cnd pistonul se gsete n poziia 1 camera activ este umplut cu aer la presiunea atmosferic Po punctul 1 corespunde poziiei celei mai de jos a pistonului, cnd volumul camerei active este maxim (fig.4.8 a).

Fig.4.8


Fig.4.9

Prin deplasarea pistonului din punctul 1 n punctul 2 (fig.4.8 b), deoarece cele dou supape de admisie A i de refulare R sunt nchise, aerul din volumul V este comprimat pn la presiunea Pr. n punctul 2 supapa de evacuare R se deschide (fig.4.8 c) i aerul comprimat este expulzat ctre consumatori la presiunea Pr. Deplasarea are loc pn n punctul 3, punctul cel mai de sus, cruia i corespunde valoarea minim a volumului V0. Din acest moment pistonul inverseaz micarea, iar supapa de refulare R se nchide. Aerul reinut n camera activ n urma coborrii pistonului se destinde. n punctul 4 (fig.4.8 d) supapa de aspiraie A se deschide i n continuare aerul ptrunde n cilindru (fig.4.8 e) pn cnd pistonul revine n punctul 1. Din acest moment ciclul se reia.

Ciclul real (fig.4.9) ns este diferit de cel teoretic din cauza pierderilor de debit prin etanarea pistonului i a pierderilor de presiune pe cele dou supape. De exemplu, considernd supapa de refulare, pentru a furniza consumatorilor aer la presiunea Pr este necesar ca

comprimarea aerului s se fac la o presiune mai mare pentru a compensa pierderile de presiune pe aceast supap. n ceea ce privete supapa de admisie, curgerea prin ea este posibil numai dac presiunea n camera activ este mai mic dect presiunea atmosferic Po.

La acest tip de compresor etanarea camerei active se face cu segmeni metalici sau din teflon grafitat amplasai pe piston.

Compresoarele cu segmeni metalici necesit o ungere abundent, mai pronunat n perioada de rodaj i n stadiul de uzur avansat. Ungerea se asigur prin introducerea mecanismului biel - manivel ntr-o baie de ulei, prevzut la partea inferioar a carcasei compresorului.

O mare cantitate din uleiul de ungere ajunge n camera activ a compresorului i de aici odat cu aerul refulat n ntregul sistem deservit de compresor. Aa cum s-a artat, prezena uleiului n exces este de nedorit, motiv pentru care se impune folosirea unor mijloace speciale

pentru reinerea unei pri nsemnate din acest ulei. Odat cu creterea presiunii de refulare Pr are loc i o cretere a temperaturii, ceea ce favorizeaz formarea vaporilor de ulei, existnd pericolul ca la un moment dat aceti vapori s se autoaprind. Pentru presiuni mai mari de 10 [bar], pentru a da posibilitatea unei rciri intermediare a aerului, compresoarele se construiesc cu mai multe trepte de compresie (fig.4.10). La aceast construcie, pe traseul de legtur dintre cele dou trepte se amplaseaz un schimbtor de cldur.

La ieirea din compresor aerul poate avea temperaturi de pn la 200 C. Alimentarea sistemelor de acionare cu aer la aceast temperatur poate avea efecte negative cum sunt: deformarea sau topirea elementelor constructive ale echipamentelor sistemului i a conductelor confecionate din plastic, degradarea elementelor de etanare nemetalice, griparea unor elemente mobile n urma modificrii jocurilor funcionale datorit dilatrilor. Iat de ce este necesar ca la consumator aerul s ajung la o temperatur apropiat de temperatura mediului ambiant.


Fig.4.10

Pentru aceasta se impune o rcire a aerului, o prim etap fiind realizat chiar la nivelul compresorului. In acest scop compresorul este prevzut cu un circuit de rcire cu ap care mbrac cilindrul (ca la motoarele termice). O alt posibilitate const n suflarea de aer asupra cilindrului, acesta din urm fiind prevzut cu aripioare, care au rolul de a mri suprafaa de schimb de cldur cu mediul nconjurtor.

De cele mai multe ori rcirea aerului fcut la nivelul compresorului nu este suficient, motiv pentru care staiile de compresoare sunt prevzute cu agregate de rcire (fig.4.6, schimbtorul de cldur Sc).

La variantele de compresoare cu o singur treapt de compresie mecanismul biel - manivel este neechilibrat, motiv pentru care n timpul funcionrii, datorit forelor mari de inerie, apar solicitri importante. Pentru diminuarea acestor solicitri s-au realizat compresoare cu mai muli cilindri, dispui n linie, V, W sau I.

Compresoare cu membran Din punct de vedere constructiv - funcional aceste compresoare (fig.4.11) sunt

asemntoare celor cu piston. Diferena const n aceea c locul pistonului este luat de o membran. Avantajele unei asemenea construcii sunt: realizeaz o etanare perfect a camerei active, nu necesit ungere, sunt compacte. Ca dezavantaje se pot aminti: debitele furnizate sunt mici, au o durabilitate mai redus. La aceste construcii presiunea de refulare nu depete 8 ... 10 [bar].

Fig. 4.11

Compresoare rotative

Din punct de vedere constructiv exist mai multe variante de compresoare rotative, i anume: cu palete, cu urub, cu roi dinate, cu rotor profilat etc. De altfel, aceste construcii sunt similare cu cele ale motoarelor pneumatice rotative. Compresoarele rotative prezint o serie de avantaje cum ar fi: sunt simple constructiv, pot furniza debite ntr-un domeniu larg, au o

funcionare silenioas, nu necesit ungere abundent.


Dei simple constructiv compresoarele rotative ridic probleme deosebite la execuie i montaj. La aceste compresoare etanarea camerelor active este o etanare "vie", metal pe metal. Din acest motiv, presiunea de refulare nu poate depi 8 [bar], ceea ce limiteaz domeniul de utilizare a lor. Spre exemplificare, n figura 4.12 este prezentat un compresor cu palete, ce are

n componena sa urmtoarele elemente constructive: statorul 1, rotorul 2, paletele 3 i arborele de antrenare 4. Compresorul are un numr de camere active egal cu numrul de palete; o camer activ este delimitat de dou palete consecutive, suprafaa exterioar a rotorului i suprafaa interioar a statorului. Variaia volumului V al unei camere active este o consecin a excentricitii e care exist ntre axa rotorului i axa alezajului prelucrat n stator. n timpul funcionrii paletele culiseaz n canalele radiale prelucrate n rotor ntre dou poziii extreme. n permanen paletele menin contactul cu suprafaa interioar a statorului datorit forelor centrifuge. Pentru a avea un contact ferm, uneori n spatele fiecreia dintre palete se monteaz un arc elicoidal sau se aduce presiune de la refulare prin nite canale special prelucrate n acest scop.

Construcia luat n discuie poate fi folosit i ca motor, situaie n care orificiul de admisie A se conecteaz la sursa de presiune.

Pentru c la aceste construcii camerele active sunt puse n legtur cu orificiul de refulare n mod continuu, randamentul volumic al acestor compresoare este mai bun

dect n cazul compresoarelor cu piston.

Figura 4.13 [4.7] pune n eviden gama de debite i presiuni acoperit de fiecare tip de compresor. Informaiile din aceast figur pot fi folosite pentru alegerea tipului de compresor care poate deservi o anumit aplicaie atunci cnd se cunosc debitul i presiunea necesare. Fig.4.12

Reglarea debitului unui compresor

Nu puine sunt aplicaiile la care din diverse motive energia pneumatic nu poate fi preluat de la o reea de aer comprimat. n asemenea situaii trebuie folosit un compresor care s deserveasc aplicaia respectiv. Debitul furnizat de compresor trebuie s fie adecvat cerinelor utilizatorului i trebuie s varieze n acord cu condiiile concrete de funcionare.

Deoarece toate construciile de compresoare au cilindree fix, modificarea debitului furnizat de un compresor nu se poate face pe aceast cale.


Fig.4.13

De cele mai multe ori motorul de antrenare al unui compresor este unul electric;

totui, n condiii de antier, acolo unde nu exist posibilitatea conectrii la reeaua electric, se folosesc motoare cu combustie intern.

Transmisia ntre motor i compresor poate fi fcut prin curea, prin intermediul unui reductor cu roi dinate sau, n anumite situaii, direct printr-un cuplaj elastic.

n concluzie, turaia de antrenare a arborelui compresorului este fix, i deci nici pe aceast cale nu este posibil reglarea debitului.

Pentru reglarea debitului se folosesc dispozitive electrice de reglare i control. Un asemenea dispozitiv trebuie s fie capabil s comande furnizarea de debit sau s ntrerup acest proces atunci cnd consumul o cere. Reglarea se bazeaz pe utilizarea a dou presostate, reglate unul pe nivelul de presiune minim, iar cellalt pe nivelul de presiune maxim. Compresorul furnizeaz debit sistemului de acionare prin intermediul unui rezervor (integrat n construcia compresorului) n care se acumuleaz debitul de aer care reprezint diferena ntre cel furnizat de compresor i cel cerut de consumator. Dac presiunea n rezervor atinge nivelul maxim reglat, presostatul corespunztor d un semnal electric care determin dezactivarea compresorului. Din acest moment aerul necesar consumatorului este furnizat de ctre rezervor, motiv pentru care presiunea n rezervor scade. Atunci cnd presiunea atinge valoarea minim reglat cu presostatul corespunztor acesta d un semnal electric care determin reactivarea compresorului.

Activarea i dezactivarea compresorului se poate realiza n dou moduri, i anume: - prin oprirea motorului de antrenare; n acest caz trebuie ca rezervorul s fie dimensionat

corespunztor astfel nct motorul de antrenare s rmn n repaus un anumit timp prestabilit;


totodat, motorul trebuie protejat la pornire, cunoscut fiind faptul c momentul rezistent este mai mare n perioadele de iniializare i oprire a micrii;

- prin comandarea supapei de aspiraie; n acest caz motorul de antrenare funcioneaz continuu, iar cnd se dorete dezactivarea compresorului supapa de aspiraie este meninut n permanen deschis; n acest fel aerul aspirat este restituit mediului ambiant, iar consumul energetic este minim.

A doua posibilitate este folosit cu precdere n cazul compresoarelor de dimensiuni mari i medii, pentru a evita solicitrile dinamice nsemnate ale motorului de antrenare, solicitri ce apar la demararea i oprirea motorului.

4.3.4. Usctoare de aer Aerul este un amestec gazos ale crui componente principale sunt azotul i oxigenul. Mai exact, ponderea medie a fiecrei componente a amestecului este:

azot 75,31 % oxigen 22,95 % bioxid de carbon 0,04 % gaze nobile 1,43 % alte substane 0,27 %.

Compoziia aerului variaz n funcie de loc i de condiiile ambiante, ntotdeauna n aer se afl o anumit cantitate de vapori de ap, ce depinde de temperatur, presiune i de condiiile atmosferice. Se spune c aerul dintr-un volum dat este saturat atunci cnd cantitatea de vapori de ap coninut de acest aer este maxim; un aport suplimentar de vapori nu mai este asimilat de masa de aer i n consecin aceti vapori se vor condensa.

Cantitatea maxim de vapori de ap ce poate fi coninut n aer variaz n funcie de temperatur i presiune, aa cum se arat n tabelul 4.3. Tabelul 4.3

Presiunea relativ [bar]

Temperatura

[0C]

0 5 10

70 192,48 32,08 17,50

60 126,57 21,09 11,51

50 80,69 13,45 7,34

40 49,71 8,28 4,52

30 29,51 4,92 2,68

20 16,82 2,80 1,53

10 9,18 1,53 0,83

0 4,78 0,80 0,43

-10 2,12 0,35 0,19

-20 0,86 0,14 0,08

-30 0.32 0.05 0.03

Valorile din tabel arat cantitatea de ap sub form de vapori, exprimat n grame - fie aceasta mvs, coninut n aerul saturat dintr-un volum Vo = 1 m

3 pentru diferite temperaturi i

presiuni.

Pentru a exprima cantitatea de vapori de ap coninut de aerul dintr-un volum V se definete umiditatea aerului ca fiind:

[%], (4.1)

unde mv reprezint masa vaporilor de ap coninui de aerul nesaturat, de umiditate ua din volumul V; este de la sine neles c n ambele situaii (cnd n volumul V exist aer saturat i


respectiv aer cu o umiditate ua) avem aceeai presiune i aceeai temperatur i c umiditatea aerului saturat este de 100 %. Compresorul aspir direct din atmosfer, aerul avnd de cele mai multe ori presiunea absolut de 1 bar, temperatura de 20 C iar umiditatea de 65 %. n aceste condiii masa de vapori de ap coninut ntr-un metru cub de aer este conform relaiei (4.1): mv =0,65 16,82 = 10,93 g unde mai nti s-a stabilit pentru condiiile precizate mvs =16,82 g din tabelul 4.3.

Analiznd valorile din tabelul 4.3 se observ c micorarea temperaturii i creterea presiunii favorizeaz condensarea vaporilor de ap coninui n masa de aer. n timpul procesului de comprimare (la nivelul compresorului) temperatura aerului crete raportat la temperatura mediului din care se aspir aerul. ntruct ns creterea temperaturii n raport cu creterea presiunii la nivelul compresorului este mult mai semnificativ, nu exist pericolul ca aerul s se satureze (n aceste condiii de presiune i temperatur aerul are nevoie de o cantitate mare de vapori ca s ajung la saturaie) i deci n compresor nu exist pericolul apariiei fenomenului de condens.

n schimb, fenomenul de destindere a aerului este nsoit de scderea semnificativ a temperaturii sale; n aceast situaie aerul are nevoie pentru a se satura de o mas mai mic de vapori de ap i o bun parte din masa de vapori de ap coninut de aerul din compresor trebuie s se condenseze. Acest fenomen poate s apar n rezervorul compresorului, n schimbtorul de cldur al staiei de compresoare, n conductele reelei de aer sau n echipamentele sistemelor de acionare conectate la reea.

n concluzie, dac nu se iau msuri speciale, compresorul poate s furnizeze un aer saturat i n multe aplicaii acesta poate fi folosit ca atare. La nivelul multora dintre echipamentele sistemului de acionare deservit de compresor are loc o destindere a aerului, nsoit, aa cum s-a artat, de o scdere a temperaturii care provoac condens. Acest lucru se poate ntmpla n supape, cilindri i n special la nivelul motoarelor rotative.

n sistemele de acionare pneumatice prezena apei este de nedorit deoarece: - apa determin corodarea pieselor metalice; - la temperaturi sczute apa poate nghea, formnd dopuri de ghea n conducte sau n

aparate i prin aceasta mpiedicnd buna funcionare a sistemului; - mpreun cu uleiul de ungere apa formeaz un amestec vscos care ader pe suprafeele

elementelor mobile ale echipamentelor, ngreunnd micarea acestora. n plus exist o serie de aplicaii la care nu este admis prezena aerului umed, ca de

exemplu n industria alimentar, chimic, sau acolo unde se lucreaz cu o atmosfer controlat. Este de la sine neles faptul c o staie de compresoare trebuie dotat cu un sistem de uscare a aerului comprimat, dup dorin, sistem care trebuie dimensionat n funcie de aplicaiile deservite de staia respectiv. Nivelul de uscare atins este indicat n mod obinuit definind "punctul de rou", care este temperatura la care se produce condensarea pentru o concentraie determinat de vapori de ap. n general, se menine acest punct de rou la o temperatur cu 5 C sub temperatura minim atins n instalaie.

Pentru eliminarea apei din aerul comprimat se folosesc n principal trei metode de uscare

diferite:

metoda de uscare prin rcire; metoda de uscare prin adsorbie; metoda de uscare prin absorbie. Metoda de uscare prin rcire este prezentat principial n figura 4.14. Aceast metod se

bazeaz pe faptul c la scderea temperaturii, vapori de ap din masa de aer se condenseaz,


picturile de ap formate depunndu-se n colector, acesta din urm fiind amplasat la nivelul cel mai de jos al instalaiei.

Aerul refulat de compresor intr n instalaie la o temperatur relativ ridicat i traverseaz schimbtorul de cldur SC1, unde are loc prima etap a rcirii (o parte din cldura aerului este cedat schimbtorului SC2). n continuare aerul traverseaz schimbtorul SC2, unde n contact cu serpentina circuitului de rcire cu ap aerul sufer o rcire semnificativ. Cea mai mare parte a vaporilor de ap se condenseaz, iar picturile formate prin efect gravimetric se depun la partea cea mai de jos a instalaiei, adic n colector, de unde sunt purjate periodic ctre exterior. n drumul su, aerul trece din nou prin schimbtorul SC;, unde recupereaz o parte din cldura cedat iniial, ajungnd la o temperatur apropiat de cea a mediului ambiant.

Fig.4.14

Metoda descris este economic, sigur i nu ridic probleme n ceea ce privete ntreinerea i exploatarea instalaiei de rcire. Aceste argumente fac ca aceast metod s fie cea mai des folosit.

Metoda de uscare prin adsorbie Schema de principiu a acestei metode este prezentat n figura 4.15. n calea aerului se interpune un gel constituit din cristale ale unor substane cu proprieti adsorbante (cel mai adesea dioxid de sulf, clorit de litiu sau calciu etc); n contact cu acest gel apa din aer ader la suprafaa cristalelor.

Fig.4.15


Instalaia conine dou adsorbere A1 i A2 atunci cnd unul dintre ele lucreaz cellalt se regenereaz. n figur lucreaz adsorberul Ai, n timp ce adsorberul A2 se regenereaz. Regenerarea const n suflarea de aer cald prin gelul saturat cu ap. Pentru aceasta robinetele Ri i R2 sunt deschise, robinetele R3 i R4 sunt nchise, iar distribuitoarele D] i D2 realizeaz conexiunile figurate. Aceast metod, deosebit de eficient, este mai puin folosit datorit faptului c substana adsorbant este costisitoare i nu n ultimul rnd datorit consumului mare de energie. Se utilizeaz pentru aplicaiile unde se cere uscarea la un punct de rou foarte sczut.

Metoda de uscare prin absorbie Metoda, prezentat principial n figura 4.16, se bazeaz pe proprietatea apei de a

reaciona atunci cnd vine n contact cu anumite substane chimice, formnd cu acestea un compus greu, care se separ apoi prin efect gravitaional. Avantajele utilizrii acestei metode sunt: consum redus de energie n timpul funcionrii i ntreinere uoar. Totui, metoda este mai puin folosit datorit preului ridicat al substanei absorbante, care periodic trebuie completat i al eficienei sczute.

Fig.4.16

4.3.5. Filtrarea n staiile de compresoare

Filtrele folosite ntr-o staie de producere a aerului comprimat (fig.4.6) sunt amplasate att pe circuitul de

aspiraie al compresoarelor, ct i dup compresoare, nainte de intrarea n reeaua de distribuie. Filtrele montate pe circuitul de aspiraie al compresoarelor au rolul de a reine particulele coninute n aerul aspirat din mediul nconjurtor i sunt n general de tip mecanic, cu o slab rezisten la trecerea aerului. Se pot folosi filtre "uscate" sau filtre cu baie de ulei.

n primul caz reinerea particulelor strine din masa de aer se realizeaz prin centrifugarea aerului ntr-o anticamer a filtrului i apoi cu ajutorul unui element filtrant confecionat din fetru, fibr sau carton. Pentru a reduce rezistena la curgere a aerului care traverseaz filtrul, acesta trebuie s aib a suprafa de filtrare ct mai mare. Fig.4.17


Este motivul pentru care se opteaz pentru construcii plisate (fig.4.17 a) sau obinute prin stivuirea unor rondele (fig.4.17 b). Filtrele cu baie de ulei prezint n partea de jos a construciei o zon cu ulei, a crei suprafa vine n contact cu aerul, care n acest fel se umezete. Aerul umed trece apoi printr-un element filtrant (umed datorit uleiului existent n masa de aer), care realizeaz o filtrare foarte eficient, n aval de compresoare impuritile sunt reprezentate de particulele solide nereinute de filtrele de pe circuitele de aspiraie ale compresoarelor, de particulele generate la nivelul compresoarelor, sau care se desprind din

pereii conductelor de legtur, de vapori de ulei provenii de la compresoare i de apa condensat. Aa cum s-a artat n paragraful anterior, aerul furnizat de compresoare conine ap sub form de vapori. Este motivul pentru care filtrele sunt n general amplasate dup rezervor i rcitor, n punctele n care aerul se gsete la temperaturi mai joase i apa este parial condensat. Aceste filtre opereaz n general dup unul din urmtoarele principii: separarea prin centrifugare; n figura 4.18 este prezentat schematizat un separator centrifugal; n acest caz aerul ptrunde n echipament printr-un canal tangenial, dup care est obligat s parcurg o traiectorie elicoidal; evacuarea se realizeaz printr-o conduct central; datorit traiectoriei imprimate fluidului, particulele solide i lichide sunt mpinse de fora centrifug ctre peretele filtrului, de unde alunec spre baza acestuia. fixarea pe fibre; n figura 4.19 este prezentat un filtru cu fibre confecionate din fetru, metal sau vat de sticl, la care particulele solide din aer sunt eliminate n urma ciocnirii lor cu fibrele; dimensiunile fibrelor au obinuit valori de 5 ... 8 m; schema de principiu este aceeai cu cea a unui filtru cu cartu poros (paragraful 4.4.2) n care aerul sosete n exteriorul cartuului, strbate apoi elementul filtrant, dup care iese din echipament; astfel de filtre se satureaz n timp, motiv pentru care se impune nlocuirea lor periodic; fenomenul de coalescen; un filtru de acest tip (fig.4.20) conine un cartu confecionat din metal sinterizat, ceramic sau microfibre; aerul parcurge filtrul n sens invers fa de cazul precedent, adic din interiorul cartuului ctre exteriorul acestuia; particulele lichide sunt constrnse s parcurg drumuri lungi i ntortocheate i sunt reinute pe parcurs; cnd aceste micropicturi intr n contact de-a lungul traseelor din cartu, ele se reunesc formnd picturi mari, care sunt mpinse de aer ctre exteriorul cartuului; odat aceste picturi ajunse pe suprafaa exterioar a cartuului se scurg de-a lungul acestei suprafee, acumulndu-se la baza filtrului; un asemenea filtru trebuie cuplat cu un filtru cu cartu obinuit, deoarece el nu reine impuritile solide din masa de aer, ci numai apa; de altfel, rolul lui este de a provoca formarea picturilor mai mari de ap, care se pot elimina cu mai mult uurin.


Fig.4.18 Fig. 4.19 Fig. 4.20

4.3.6. Reele de distribuie a aerului comprimat Aerul comprimat generat n staia de compresoare trebuie transportat la diverii

consumatori printr-o reea de distribuie (fig.4.5 i fig.4.21). Reeaua de distribuie cuprinde totalitatea conductelor, furtunurilor, fitingurilor,

robinetelor, oalelor de condens i a celorlalte elemente care asigur transportul aerului comprimat de la staia de compresoare la consumatori.

Reeaua de distribuie trebuie proiectat i dimensionat conform exigenelor i cerinelor impuse de beneficiarul ei. Totodat, aceasta trebuie s satisfac o serie de cerine generale, cum sunt:

pierderile de presiune de-a lungul reelei s fie minime; s nu existe pierderi de aer comprimat; s asigure eliminarea apei condensate, atunci cnd nu se dispune de o instalaie de uscare; s fie rezistent la coroziune; s permit accesul uor pentru verificri i reparaii; s permit extinderea.

n afar de aceste cerine este necesar ca componentele reelei i reeaua n ntregul ei s prezinte o rezisten structural adecvat sarcinilor existente, cu respectarea normativelor n vigoare.

Reeaua de aer se poate realiza n circuit deschis (fig.4.21 a) sau n circuit nchis (fig.4.21 b).

Fig.4.21

Ultima variant este adesea preferat deoarece asigur o distribuie uniform a aerului, chiar i n situaia n care n reea, n diferite puncte ale acesteia, exist mai muli consumatori importani. Acest lucru este posibil datorit faptului c la alimentarea unui consumator particip


mai multe linii deodat. De remarcat faptul c n cazul din figura 4.21 b calea aleas de aer pentru a alimenta un anumit consumator se poate modifica n funcie de locul n care se identific consumatorii majori. De-a lungul liniilor reelei exist robinete care permit izolarea anumitor poriuni din reea att din motive de siguran, ct i pentru ntreinere, care va fi astfel posibil fr a nchide ntreaga reea. n apropierea consumatorilor importani reeaua este prevzut cu rezervoare intermediare, aa cum se arat n figura 4.22, unde este prezentat schema unei reele de aer comprimat.

Fig. 4.22

Conductele reelei de aer comprimat, de culori diferite de cele ale altor instalaii (de ap, gaze), sunt dispuse la marginea localului pe pmnt, n lungul pereilor sau pe tavan.

Problema separrii condensului, n cazul absenei unei instalaii de uscare, impune nclinarea conductelor de alimentare cu o pant de 1 - 2 % n sensul curgerii, astfel nct s se asigure n acest fel scurgerea condensului, care va fi colectat n oale de condens amplasate n

anumite puncte ale reelei, n figura 4.23 este prezentat soluia frecvent folosit pentru a favoriza eliminarea condensului n cazul reelelor de lungime mare; aici, prin amplasarea n acest mod a oalelor de condens O, pe lng faptul c se elimin condensul se menine cota de amplasare pe vertical a conductei.

Fig.4.23

Pentru alimentarea unui consumator (fig.4.22) exist o derivaie "d" care se ramific din conducta principal "cp" sub o anumit geometrie, artat n figur. Se observ c, conectarea are loc ntotdeauna la partea superioar a conductei principale, evitndu-se astfel ptrunderea apei condensate n derivaia "d". De altfel, la partea cea mai de jos a derivaiei exist o oal de condens, care poate fi golit periodic prin intermediul unui robinet.

La aceast derivaie este conectat un rezervor intermediar dac, consumatorul este unul important. Conectarea consumatorului (sistemului de acionare) se face la partea superioar a


rezervorului i ntotdeauna prin intermediul unui grup de pregtire a aerului comprimat (paragraful 4.4).

Trebuie subliniat faptul c existena unei instalaii de uscare la nivelul staiei de compresoare este costisitoare. Printr-o proiectare corect a reelei de aer comprimat (conducte nclinate, oale de condens amplasate corect, ramificaii cu o geometrie bine stabilit etc.) se poate renuna la instalaia de uscare realizndu-se astfel o important economie.

De cele mai multe ori conductele reelei sunt confecionate din metal. mbinrile dintre conducte sunt realizate prin filetare, sau cu flane pentru dimensiuni mari. Suspendarea conductelor pe perei nu este realizat direct, ci prin intermediul unor elemente care au n primul rnd rolul de a evita transmiterea vibraiilor de la conducte la perei. Diametrele nominale ale conductelor sunt standardizate i in seama de recomandrile ISO 65 (tabelul 4.4).

Tabelul 4.4 Mrimea 1/8 1/4 3/8 1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2

Diametrul

nominal [mm]

6 8 10 15 20 25 32 40 ......

n prezent tendina este ctre folosirea de reele de distribuie construite din tuburi trefilate din aliaje uoare, i de elemente (mufe, coturi, ramificaii etc.) normalizate. O asemenea reea se poate monta cu uurin, ntr-un timp mult mai scurt dect cea clasic. n plus se pot face cu eforturi minime modificri ale reelei, iar pierderile de presiune de-a lungul reelei sunt foarte reduse.

n tabelul 4.5 sunt prezentate simbolurile principalelor echipamente ntlnite n structura

staiei de compresoare i a reelei de distribuie. Tabelul 4.5


4.4. Grupul de pregtire a aerului 4.4.1. Introducere

Aa cum s-a artat n paragraful anterior, conectarea sistemului de acionare la reeaua de aer comprimat (fig.4.22) trebuie fcut prin intermediul unui grup de echipamente, numit n continuare grup de pregtire a aerului. Acest grup este compus din: filtru, regulator de presiune, ungtor. Rolul lui este de a furniza sistemului de acionare deservit un aer comprimat curat, reglat la presiunea cerut de consumator i lubrifiat.

Un grup de pregtire a aerului comprimat este realizat prin nserierea echipamentelor precizate mai sus (n mod obligatoriu n ordinea amintit). n anumite situaii exist posibilitatea ca grupul s conin n structura sa mai mult de un echipament de acelai tip (de exemplu pot fi folosite dou filtre, urmrindu-se prin aceasta livrarea ctre consumator a unui aer mai curat). De asemenea, uneori grupul poate s conin n afara echipamentelor precizate i alte echipamente auxiliare, cum sunt: un robinet, un dispozitiv de alimentare progresiv a consumatorului la pornire, blocuri de derivaie.

Nu de puine ori filtrul i regulatorul de presiune sunt realizate ntr-o construcie modular.

Trebuie subliniat faptul c exist aplicaii care nu necesit un grup de pregtire a aerului cu o structur standard. n cazul n care nu se impun condiii severe asupra valorii presiunii aerului, prezena regulatorului de presiune nu este necesar. De asemenea, dac existena uleiului pericliteaz procesul tehnologic deservit de sistemul de acionare (de exemplu n anumite aplicaii din industria textil, farmaceutic, alimentar, tehnic dentar) ungtorul lipsete din structura grupului.

n figura 4.24 este prezentat un grup de pregtire a aerului cu o structur standard. Robinetul este n fapt un distribuitor 3/2 (cu trei orificii i dou poziii), cu poziie reinut, comandat manual sau pneumatic. n una din poziiile stabile de funcionare distribuitorul alimenteaz cu aer comprimat sistemul, n cealalt blocheaz orificiul de presiune i descarc la atmosfer sistemul deservit de grup.

Fig. 4.24

Blocurile de derivaie permit preluarea de aer comprimat dintr-un anumit punct al grupului. De exemplu, dac anumite echipamente din sistem nu funcioneaz cu aer lubrifiat, prin intercalarea unui bloc de derivaie ntre regulator i ungtor se poate capta pentru aceste echipamente aer nelubrifiat din amonte de ungtor.

4.4.2. Filtre

Aceste echipamente ndeplinesc att rolul de filtrare propriu-zis ct i pe acela de separator de ap. La nivelul acestui echipament filtrarea se face, de obicei, n dou trepte.

Aerul comprimat intr, mai nti, n treapta de filtrare prin inerie, n care sunt separate particulele grele de impuriti i picturile de ap. Pentru aceasta, odat ptruns n echipament


aerului i se imprim o micare turbionar. Ca urmare condensul i impuritile mai mari sunt proiectate pe peretele interior al paharului filtrului, de unde se scurg la baza acestuia.

A doua treapt realizeaz o filtrare mecanic. La acest nivel se face o filtrare fin cu ajutorul unui cartu filtrant, care reine particulele fine de impuriti mecanice. Unele filtre sunt prevzute i cu un element magnetic care realizeaz reinerea particulelor metalice din masa de aer. Cartuele filtrante se pot realiza din:

- sit metalic; acestea se folosesc frecvent pentru filtrri medii (finee de filtrare de 40 ... 250 m);

- esturi textile sau materiale fibroase (psl, fetru, hrtie, carton, vat de sticl); aceste cartue prezint urmtoarele avantaje: sunt ieftine, pot lua orice form i permit obinerea unei finei de filtrare foarte bune (1 ... 2 m); n schimb au o rezisten mecanic i o rigiditate foarte sczute, iar la presiuni mari exist pericolul de desprindere a fibrelor din care sunt confecionate, urmat de antrenarea acestora n sistem; curirea i recondiionarea lor este practic imposibil;

- materiale sinterizate; n acest caz cartuele se obin prin sinterizarea unor pulberi metalice de form i dimensiuni apropiate, fr adaos de liant, confecionate din bronz i mai rar din oel inoxidabil, nichel, argint sau alam; prezint urmtoarele avantaje: sunt foarte eficiente, permit obinerea unei finei de filtrare ntr-un domeniu larg (2 ...10m), pierderile de presiune pe ele sunt mici, sunt rezistente la coroziune, au durabilitate mare, pot fi curate i recondiionate uor; dezavantajul acestor cartue const n preul lor de cost mai ridicat.

n figura 4.25 este prezentat o seciune printr-un asemenea echipament. Aerul ptrunde prin orificiul de intrare i dup care trece n paharul transparent 5 prin piesa de turbionare 4 (o pies cu aripioare) care i imprim o micare elicoidal, pe parcursul creia datorit forelor centrifuge care iau natere, particulele mai mari i condensul sunt proiectate pe peretele interior al paharului 5; datorit cmpului gravitaional i poziiei lor periferice, n afara curentului principal de aer ele se scurg n camera de colectare C , desprit de restul paharului prin deflectorul 8. Cnd jetul de aer ntlnete deflectorul 8 acesta i schimb direcia de curgere cu 180; aerul traverseaz n continuare elementul filtrant 6 care reine impuritile mai fine. Impuritile i apa colectate n camera C sunt golite periodic sub presiunea aerului cu ajutorul robinetului 10. n cazul n care cantitatea de condens ce trebuie eliminat este relativ mare este posibil utilizarea unui dispozitiv automat de descrcare. Un asemenea dispozitiv este prezentat n figura 4.26; acest dispozitiv se monteaz la partea de jos a paharului n locul robinetului 10 (fig.4.25).

Cnd lichidul din condens ajunge la o limit prestabilit, plutitorul 1 se ridic sub aciunea apei i provoac deschiderea supapei Si. n acest moment aerul sub presiune ajunge prin tubul 4 n camera C 1 a membranei m i dezvolt pe suprafaa acesteia o for de presiune care are drept efect deplasarea membranei i odat cu ea deschiderea supapei de purjare S2. Sub efectul aerului comprimat impuritile i apa sunt expulzate n atmosfer.


Fig.4.26

Fig.4.25

4.4.3 Regulatoare de presiune

Aceste echipamente, reprezentate principial n figura 4.27, realizeaz urmtoarele dou funcii:

- regleaz presiunea de la ieirea echipamentului pe la valoarea dorit n intervalul [0 ,P i -hmin], unde hmin reprezint pierderea de presiune pe traseul intrare - ieire atunci cnd seciunea de curgere prin echipament este egal cu seciunea sa nominal;

- menine presiunea reglat constant, n anumite limite, atunci cnd n timpul funcionrii variaz presiunea de intrare, P i i/sau se modific consumul de debit mc din aval de echipament. Datorit acestor funcii ndeplinite de echipament, el este ntlnit fie sub denumirea de reductor de presiune, fie sub denumirea de stabilizator sau regulator de presiune.

n fapt echipamentul este o supap normal deschis, de reducie (paragraful 4.6.3). Presiunea de ieire este reglat prin intermediul membranei m; pe suprafaa de jos a

membranei acioneaz presiunea de ieire pe, n timp ce pe cealalt suprafa acioneaz arcul a a crui for de pretensionare este reglabil prin intermediul urubului s.

Atunci cnd fora de pretensionare este zero, membrana m se afl n poziia de referin, iar supapa plan Sp este poziionat pe scaunul su 5; aceasta nseamn c presiunea de ieire este zero.

Pentru o anumit for de pretensionare, fie aceasta Fa0, centrul rigid al membranei i odat cu el i tija t i supapa Sp se vor deplasa fa de poziia de referin cu sgeata fo. n acest fel ntre supapa plan Sp i scaunul su S se va genera o seciune de curgere creia i va corespunde o anumit pierdere de presiune h0; presiunea de ieire va fi atunci pe0 = pi0 h0 Deci, prin intermediul forei de pretensionare (reglabil cu ajutorul urubului s) , se poate obine la ieirea echipamentului presiunea dorit. n momentul efecturii reglajului, presiunea de intrare i consumul de debit din aval de echipament au fost considerate constante la valorile pi0, i respectiv mc0 .


Fig.4.27

Dac dup un timp presiunea de intrare scade/crete la valoarea pi1, ntr-o prim etap presiunea de ieire tinde s scad/creasc. Acest lucru determin deplasarea membranei i odat cu ea i a supapei n jos/sus, ntr-o nou poziie de echilibru, i n consecin scderea/creterea pierderii de presiune pe seciunea intern a echipamentului. In acest fel presiunea de ieire rmne constant, la valoarea reglat pe0.

Dac dup un anumit timp consumul de debit din aval de echipament scade/crete, ntr-o prim etap exist tendina creterii/scderii presiunii de ieire. Acest lucru determin deplasarea membranei, i odat cu ea i a supapei n sus/jos, i n consecin micorarea/creterea seciunii de curgere prin echipament, i deci adaptarea debitului de ieire la valoarea celui cerut de sistemul

deservit de echipament.

n cazul n care consumul de debit devine zero, seciunea de curgere prin echipament devine nul. Eventualele scpri de aer (datorate unor imperfeciuni ale etanrii n zona scaun - supap) pot determina creterea presiunii de ieire. n aceast situaie membrana m se deplaseaz n sus, i cum deplasarea supapei Sp i a tijei t nu mai este posibil (este mpiedicat mecanic), tija t pierde contactul cu scaunul prelucrat n talerul inferior U (fig.4.27 i 4.28 b), realizndu-se n acest fel (prin orificiile o1 i o2) punerea n legtur cu atmosfera a circuitului din aval de echipament i deci n acest fel eliminarea surplusului de aer i meninerea constant la valoarea pe0 a presiunii de ieire.

Fig.4.28


n figura 4.28 este prezentat o seciune printr-un asemenea echipament, n cazul n care debitul cerut de consumator este relativ mare, regulatorul trebuie dimensionat ca atare; aceasta

nseamn c seciunea de curgere prin regulator este de valoare mare, iar pentru reglarea presiunii de ieire este necesar un arc adecvat. Opiunea pentru un arc puternic conduce la reducerea sensibilitii regulatorului. n aceast situaie, precum i n cazul n care operaia de reglare a presiunii de ieire trebuie realizat de la distan, fora elastic de referin este nlocuit cu o for de presiune de referin obinut cu ajutorul unui regulator de presiune acionat manual, numit regulator pilot.

n figura 4.29 este prezentat o seciune printr-un regulator de presiune pilotat.

La aceast construcie, arcul 1 este folosit numai pentru a menine n contact supapa 2 cu scaunul prelucrat n corp atunci cnd echipamentul nu este alimentat.

Presiunea de pilotaj se instaleaz n camera 4 i se exercit pe ansamblul format din cele dou membrane 5. Fora de presiune creat astfel nlocuiete fora de pretensionare a arcului ntlnit la construciile nepilotate.

Fig.4.29

4.4.4. Ungtoare Aceste echipamente au rolul funcional de a pulveriza n masa de aer comprimat furnizat

sistemului de acionare o cantitate minim de ulei necesar ungerii garniturilor i elementelor mobile din echipamentele sistemului, n funcie de fineea picturilor de ulei pulverizate n masa de aer se disting dou tipuri de ungtoare: ungtoare cu pulverizare obinuit (cu cea de ulei) i ungtoare cu pulverizare fin (cu microcea de ulei).

Dei soluiile constructive ale celor dou ungtoare sunt diferite, totui funcionarea lor se bazeaz pe acelai principiu.

n cazul ungtoarelor cu pulverizare obinuit picturile de ulei sunt mari (mai mari de 5 m) n timp ce la cele cu pulverizare fin picturile au dimensiuni mai mici i sunt mai uniform distribuite n masa de aer comprimat. Schema de principiu a unui ungtor cu pulverizare obinuit este prezentat n figura 4.30 a, n timp ce n figura 4.31 este prezentat o seciune printr-un echipament de acest tip. Principiul de funcionare se bazeaz pe efectul Venturi, n care se exploateaz depresiunea creat la trecerea aerului comprimat printr-o seciune restrictiv Ra.

Fig.4.30


Datorit acestei restricii presiunea P1 (fig.4.30 a) este mai mare dect presiunea P2, lucru ce favorizeaz urcarea uleiului din rezervorul r n conducta c; acest ulei, al crui debit poate fi reglat cu ajutorul droselului Ru, ajunge n zona restrictiv unde este antrenat de aerul comprimat ce curge aici cu o vitez foarte mare.

Ungtoarele sunt prevzute n general cu vase transparente (fig.4.31, poz.5) pentru a putea observa n permanen nivelul de ulei din rezervor. De asemenea, la partea superioar a ungtorului exist o cupol (poz.8) confecionat tot dintr-un material transparent care permite vizualizarea picturilor de ulei generate.

Datorit turbulenei aerului n aval de ungtor, picturile de ulei tind s se asocieze i s se depun pe peretele interior al conductei de legtur dintre ungtor i consumatorul deservit de acesta. Din acest motiv un ungtor cu pulverizare obinuit pentru a fi eficient trebuie s fie montat n imediata vecintate a consumatorului (n orice caz la o distan mai mic de 5 ... 6 m) i ntr-un punct ct mai nalt n raport cu acesta.

Ungtoarele cu pulverizare fin au schema de principiu reprezentat n figura.4.30 b. Spre deosebire de schema unui ungtor cu pulverizare obinuit, aici exist dou circuite de aer care leag orificiul de intrare i cu cel de ieire e, i anume: - circuitul principal 1- x -2, circuit ce conine seciunea restrictiv x (un circuit identic cu cel ntlnit n cazul ungtoarelor cu pulverizare normal); pe acest traseu trece cea mai mare cantitate de aer;

- circuitul secundar 1 - z - 4 - b - 6 - 2; debitul de aer ce urmeaz acest traseu trece mai nti prin seciunea restrictiv z , unde are loc prima pulverizare a uleiului; existena acestui debit este o consecin a faptului c ntre seciunile 1 i 2 exist o diferen de presiune creat de restricia x.

Rezervorul de ulei se gsete sub circuitul principal de aer. Uleiul din acest rezervor este pus n legtur prin intermediul unei conducte cu cavitatea c , situat deasupra circuitului principal de aer; aceast cavitate comunic att cu seciunea restrictiv z ct i cu cavitatea b. Uleiul care ajunge n zona restriciei z este pulverizat de curentul de aer, a crui vitez de curgere n aceast seciune este foarte mare, dup care ajunge n rezervor, n volumul determinat de pereii rezervorului i suprafaa uleiului; la intrarea n rezervor, amestecul aer - ulei se destinde, iar picturile mai mari de ulei cad n rezervor. n masa de aer rmn n suspensie numai picturile de ulei foarte fine, care formeaz o cea de ulei, ce este antrenat prin orificiul de ieire 6 n fluxul principal de aer. Aici curentul de aer provoac o nou pulverizare, i mai ales o distribuie uniform a picturilor de ulei n suspensie n toat masa de aer.

O alt caracteristic a acestui tip de ungtor este aceea c aici debitul de ulei este reglat indirect, prin intermediul unui circuit de aer care leag cavitatea b cu cavitatea c; debitul de aer pe acest circuit este reglat prin intermediul droselului R. n acest fel se elimin pericolul care exist n cazul n care droselul ar fi montat direct pe circuitul de ulei, i anume acela de obturare a droselului, drosel ce controleaz seciuni de curgere foarte fine.

Ungtoarele cu pulverizare fin se folosesc cu precdere atunci cnd amplasarea echipamentului nu se poate face n imediat apropiere a elementelor ce trebuie unse sau cnd sistemul deservit de ungtor are o complexitate ridicat (multe coturi, strangulri etc). i n acest caz picturile de ulei se pot asocia i apoi depune pe pereii interiori ai conductelor, numai c acest lucru se produce dup o distan de 25 ... 30 m de ungtor. Acest tip de ungtor are o eficacitate redus n cazul echipamentelor la care echipajele mobile au curs mic, iar schimbarea sensului de micare se face rapid; n asemenea cazuri picturile de ulei din aer nu


au timp s se depun pe suprafeele ce trebuie unse, ele fiind evacuate din echipament odat cu aerul.

Fig.4.31

4.4.5. Dispozitive de alimentare progresiv Fig.4.32

n timpul funcionrii unui sistem de acionare pneumatic exist situaii n care la un moment dat ntregul sistem este pus n legtur cu atmosfera. Asemenea cazuri pot s apar dup o urgen, sau dup terminarea unui ciclu de

lucru. Punerea sub presiune a sistemului poate cauza micri brute i imprevizibile ale organelor mobile ale motoarelor din sistem. Acest fenomen este favorizat i de faptul c unele elementele mobile ale echipamentelor sistemului pot fi n poziii necontrolabile.

Iat de ce este de dorit ca reconectarea sistemului s se fac progresiv, la nceput cu un debit mic, care s determine creterea lent a presiunilor n camerele active ale motoarelor din sistem; n acest fel se realizeaz ntoarcerea lent a organelor active ale motoarelor din poziii intermediare n poziiile de referin. Pentru a realiza acest lucru au fost concepute dispozitive speciale numite dispozitive de alimentare progresiv. Schema de principiu a unui asemenea dispozitiv este prezentat n figura 4.32. Se observ c dispozitivul este format dintr-un distribuitor 2/2, cu poziie preferenial, comandat pneumatic, i dintr-o rezisten fix. n situaia n care sistemul din aval este oprit (pus n legtur cu atmosfera), datorit arcului distribuitorul materializeaz poziia (0) , poziie n care seciunea de curgere prin distribuitor este blocat. Pentru a conecta sistemul se deschide robinetul grupului de alimentare, robinet montat la intrarea n grup, situaie n care la intrarea n dispozitiv exist presiune; ntr-o prim etap aerul curge ctre sistemul deservit de grup prin rezistena fix a dispozitivului; datorit acestei rezistene umplerea sistemului i deci creterea presiunii n sistem se va face progresiv, pn la valoarea nominal, situaie n care distribuitorul comut n poziia (1); n acest moment sistemul este alimentat printr-o seciune egal cu seciunea nominal de curgere.

4.4.6. Structuri de grupuri de pregtire a aerului comprimat


Echipamentele descrise n paragrafele anterioare pot fi utilizate fie singular, fie grupate n

diferite structuri.

n tabelul 4.6 sunt prezentate pentru fiecare dintre aceste echipamente o vedere a sa i simbolul corespunztor.

n paragraful 4.4.1 (fig.4.24) a fost prezentat un grup de pregtire cu o structur standard (robinet, filtru, regulator de presiune, ungtor).

n continuare, n figurile 4.33 i 4.34 sunt prezentate alte dou exemple de grupuri de pregtire a aerului comprimat. Grupul din figura 4.33 poate livra sistemului deservit:

- aer nelubrifiat, la presiunea Pr,

- aer lubrifiat, la presiunea Pr,

aer uscat, la o presiune joas P2. Tabelul 4.6

Fig.4.33

Pentru aceasta, n componena grupului exist: - un prim grup de echipamente format dintr-un robinet R i modulul filtru + regulator de presiune F+RP; aici se realizeaz filtrarea aerului i reglarea presiunii Pf , - un al doilea regulator de presiune RP* care regleaz presiunea joas P2; - un ungtor U care realizeaz lubrifierea aerului pe care l furnizeaz echipamentelor din sistem care lucreaz cu aer lubrifiat.

n afara acestor echipamente, grupul trebuie s conin dou blocuri de derivaie BD1 i BD2 care permit conectarea regulatorului de joas presiune RP* i a ungtorului U.

n figura 4.33 b este redat schema cu simboluri a grupului prezentat mai sus. n figura 4.34 este prezentat un alt grup de pregtire a aerului care are n structura sa: - dou filtre F1 i F2;


- un regulator de presiune RP;

- un bloc de derivaie BD care permite alimentarea echipamentelor din sistem ce funcioneaz cu aer nelubrifiat;

- un ungtor U; - un robinet R;

- un dispozitiv de alimentare progresiv DAP.

Fig.4.34

4.5. Motoare pneumatice

4.5.1. Introducere

Ca i motoarele hidraulice (paragraful 3.2) motoarele pneumatice au rolul funcional de a transforma energia fluidului (aici aer comprimat) ntr-o energie mecanic pe care o transmit prin organele de ieire mecanismelor acionate. Dup tipul procesului de transformare a energiei pneumatice n energie mecanic motoarele pneumatice se mpart n: - motoare pneumostatice sau volumice; la aceste motoare procesul de transformare are loc pe

baza modificrii permanente a unor volume delimitate de prile mobile i prile fixe ale camerelor active ale motorului;

- motoare pneumodinamice, cunoscute i sub denumirea de turbine pneumatice; la aceste motoare energia pneumostatic a mediului de lucru este transformat ntr-o prim etap n energie cinetic, care apoi este la rndul ei transformat n energie mecanic.

n sistemele de acionare pneumatice n marea majoritate a cazurilor motoarele folosite sunt motoare volumice. Este motivul pentru care n cele ce urmeaz vor fi prezentate numai aceste motoare.

Organul de ieire al unui motor pneumatic poate fi o tij sau un arbore. n primul caz organul de ieire are o micare rectilinie alternativ (cazul cilindrilor i camerelor cu membran), n timp ce n cel de-al doilea caz micarea acestuia este fie de rotaie alternativ (cazul motoarelor oscilante), fie de rotaie pe un unghi nelimitat (cazul motoarelor rotative).

Un alt criteriu de clasificare a motoarelor pneumatice l reprezint modul n care se realizeaz micarea organului de ieire; dup acest criteriu se disting: motoare cu micare continu i motoare cu micare incremental.

Tot n aceast familie, a motoarelor pneumatice, se pot ncadra i motoarele pneumo - hidraulice, la care micarea organului de ieire este controlat prin intermediul unui circuit hidraulic auxiliar.


4.5.2. Motoare pneumatice liniare

Aa cum s-a artat n paragraful anterior, aceste motoare transform energia pneumatic n energie mecanic pe care o transmit prin organul activ de ieire - tija motorului - mecanismelor acionate. Micarea organului de ieire are loc ntre dou poziii limit, stabilite constructiv sau funcional, ce definesc cursa motorului.

4.5.2.1. Motoare pneumatice liniare de construcie clasic Aceste motoare din punct de vedere constructiv - funcional nu difer semnificativ de

cele hidraulice (paragraful 3.2.7). Diferenele care apar, valabile de altfel pentru toate echipamentele pneumatice, se refer la urmtoarele aspecte: etanarea camerelor active se face ntotdeauna cu elemente de etanare nemetalice; datorit vscozitii reduse a mediului fluid de lucru, n cazul motoarelor pneumatice nu se poate realiza o etanare "vie" sau o etanare cu segmeni metalici, aa cum se ntmpl uneori n hidraulic; materialele folosite pot avea proprieti mecanice mai modeste, iar dimensiunile (grosimi de perei, seciuni transversale etc.) unora dintre elementele constructive sunt mai reduse datorit solicitrilor mai mici care apar ca o consecin a presiunilor de lucru, limitate la 10 ... 12 [bar]; nu de puine ori n construcia acestor motoare se ntlnesc aliaje pe baz de aluminiu.

Cele prezentate n paragraful 3.2.7 privind clasificarea, simbolizarea i parametrii tehnico - funcionali ai motoarelor hidraulice i pstreaz i aici valabilitatea.

Dup modul n care sunt separate cele dou camere funcionale motoarele pneumatice se pot clasifica n:

- cilindri (fig.4.35 a, b i c): la aceste motoare separarea se face prin intermediul unui piston 3, iar etanarea se realizeaz prin intermediul unor garnituri nemetalice 7;

- camere ca membran (fig.4.35 d): la aceste motoare rolul pistonului este preluat de o membran nemetalic 8, care realizeaz i etanarea celor dou camere.

Din punct de vedere constructiv motoarele pneumatice liniare sunt formate din dou subansambluri principale:

subansamblul carcas: format din cmaa 1 i capacele 2 i .5; subansamblul piston: format din pistonul 3 i tija 4.

n funcie de subansamblul ce se deplaseaz, motoarele pneumatice liniare se pot clasifica n:

- motoare cu carcas fix i piston mobil (fig.4.35 a, b); - motoare cu carcas mobil i piston fix (fig.4.35 c).


Fig. 4.35

Se prefer ca orificiile s se execute n subansamblul fix al motorului. Deplasarea subansamblului mobil se poate realiza:

- sub efectul aerului sub presiune n ambele sensuri de micare; n acest caz se spune c motorul este cu dubl aciune (fig.4.35 b i c); pentru deplasarea n sensul vitezei v1 (fig.4.35 b) - ctre dreapta se alimenteaz cu aer sub presiune camera C1 i se pune n legtur cu atmosfera camera C2, pentru deplasarea n sensul vitezei v2 - ctre stnga se alimenteaz cu aer sub presiune camera C2 i se pune n legtur cu atmosfera camera C1;

- sub efectul aerului sub presiune ntr-un sens, iar n cellalt sens: - sub aciunea unui arc (fig.4.35 a i d); - sub efectul greutii proprii a ansamblului mobil, situaie n care motorul trebuie s

lucreze n poziie vertical; - sub aciunea mecanismului antrenat; n acest caz se spune c motorul este cu simpl aciune. n cazul motoarelor cu dubl aciune se pot ntlni dou situaii: - cnd cele dou suprafee active S 1 i S2 sunt egale (fig.4.35 c); n acest caz se spune c

motorul este cu tij bilateral sau c acesta este nediferenial; vitezele (v1 i v2) i forele


dezvoltate (Fa i Fr) sunt egale dac alimentarea celor dou camere active se face n aceleai condiii (acelai debit i aceeai presiune);

- cnd cele dou suprafee active S1 i S2 sunt diferite (fig.4.35 b); n acest caz se spune c motorul este cu tij unilateral sau c acesta este diferenial; pentru un asemenea motor v1 < v2 i Fa > Fr atunci cnd alimentarea celor dou camere se face n aceleai condiii.

Una dintre problemele ce apar la aceste motoare este cea a opririi la capetele de curs. Aici, n urma impactului dintre ansamblul mobil i capace, apar ocuri mecanice care solicit dinamic elementele constructive ale motorului. Pentru eliminarea acestei deficiene exist urmtoarele soluii:

- dac viteza de deplasare i sarcina nu sunt foarte mari se poate amortiza impactul cu ajutorul unor inele 1, montate pe pistonul 4 , ca n figura 4.36; exist i posibilitatea utilizrii n acelai scop a unor arcuri elicoidale sau arcuri taler;

Fig.4.36 - de cele mai multe ori se opteaz pentru o frnare realizat pe cale pneumatic, prin micorarea seciunii de evacuare n apropierea capacului; n figura 4.37 este prezentat principial aceast soluie; practic, n apropierea capului de curs se ntrerupe evacuarea pe traseul obinuit i aerul din volumul V este evacuat prin seciunea controlat de droselul 2; pentru a nu diminua fora dezvoltat de presiune n faza de pornire se folosete supapa de sens 3; frnarea se poate realiza la un singur capt (fg.4.37 a) sau la ambele capete (fig.4.37 b i c) i poate fi fix (fig.4.37 a i b) sau reglabil (fig.4.37 c); - cnd energia care trebuie amortizat este prea mare, se recurge la amortizoare externe de tip hidraulic.

Fig.4.37

Legend: 1 - buc de frnare, 2 - drosel, 3 - supap de sens unic

n figura 4.38 este prezentat o materializare a schemei de principiu din figura 4.37.


Fig. 4.38

n cazul motoarelor pneumatice liniare cursa de lucru poate fi modificat, folosind n acest scop opritori mecanici. n asemenea situaii frnarea trebuie s fie extern. Oprirea ansamblului mobil n poziiile limit se poate realiza cu destul precizie, n schimb oprirea n poziii intermediare, prin nchiderea camerelor active, este mult mai imprecis datorit compresibilitii mediului de lucru. Totodat, ceilali parametri ai micrii (viteza i acceleraia) sunt dificil de controlat, fiind influenai de o serie de factori variabili n timpul funcionrii, cum sunt: presiunea i debitul de alimentare, forele rezistente, masa inerial redus etc.

Pentru prinderea motorului n structura mecanica pe care multe posibiliti, aa cum se arat n figura 4.39.

Legenda:

1 - talpa

2 - flan capac piston 3 - flan capac tija 4 - ochi capac piston

5 - ochi de mijloc

6 - ochi capac tija

Fig.4.39

n continuare sunt prezentate cteva soluii constructive de asemenea motoare, dup cum urmeaz:

- n figura 4.40 a un motor pneumatic liniar cu simpl aciune, fabricat de firma Martonair; n acest caz, avansul ansamblului mobil (format din tija 2 i pistonul format din piesele 5 i 10) se realizeaz sub efectul presiunii, iar revenirea, sub aciunea arcului 8; pentru alimentarea acestui motor se folosete un distribuitor 3/2, ceea ce constituie de fapt avantajul principal al acestui tip de motor; ca dezavantaje se pot aminti: cursa limitat, consecin a existenei arcului i pierderea unei pri din fora util pentru deformarea arcului;

- n figura 4.40 b un motor pneumatic liniar cu tij bilateral, fr frnare la capetele de curs, fabricat de firma Martonair;


Fig.4.40

- n figura 4.41 un motor pneumatic liniar diferenial (cu tij unilateral), fr frnare la capetele de curs, fabricat de firma Festo;

- n figura 4.42 un motor pneumatic liniar diferenial (cu tij unilateral), cu frnare la capetele de curs, fabricat de firma Festo.

Fig.4.42

Alegerea cilindrilor, recomandri privind utilizarea acestora. n multe aplicaii industriale se poate opta pentru un cilindru tipizat, care se alege din

cataloagele firmelor productoare, astfel nct principalele caracteristici tehnico - funcionale s corespund scopului urmrit. De altfel, exist multe firme productoare de echipamente pneumatice de automatizare (FESTO, SMC, MARTONAIR, BOSCH etc), care pun la

dispoziia utilizatorilor cataloage complete cu echipamentele fabricate, unde sunt precizate pentru construciile promovate dimensiunile constructive principale, parametrii tehnico - funcionali, recomandri privind utilizarea produselor respective etc. Pentru alegerea cilindrului trebuie mai nti precizate:


- fora ce trebuie dezvoltat de motor; - viteza de deplasarea; - cursa; - modul de montare a motorului n structura mecanic i restriciile privind gabaritul i

greutatea motorului.

Predimensionarea cilindrului i apoi alegerea din catalog poate s urmeze, cu mici adaptri, algoritmul prezentat n paragraful 3.2.7.

n cele ce urmeaz se prezint a alt modalitate de alegere a cilindrilor pneumatici. Metoda presupune ca pornind de la valoarea forei ce trebuie dezvoltate de motor, s se determine mai nti diametrul pistonului. Trebuie inut seama de faptul c o parte din fora de presiune este pierdut pentru a nvinge forele de frecare existente. La cilindrul cu simpl aciune este necesar s se in seama i de fora consumat prin comprimarea arcului. n cazul unui astfel de cilindru, notnd cu p1 presiunea din camera activ, cu S 1 seciunea pistonului, cu Ff fora de frecare i cu Fa fora datorat arcului (for proporional cu deplasarea ansamblului mobil) se poate scrie expresia forei utile:

F=p1S1-Ff Fa n cazul unui cilindru cu dubl aciune dac se noteaz cu p1 presiunea din camera de

descrcare i cu S2 seciunea pe care acioneaz aceast presiune se poate scrie expresia forei utile:

F=p1S1-p2S2 Ff Se face precizarea c n expresiile (4.2) i (4.3) presiunile p1 i p2 sunt presiuni relative;

totodat, aceste expresii sunt valabile numai n regim de micare stabilizat. n fazele de accelerare i frnare a micrii trebuie inut seama i de forele ineriale.

Referitor la valorile orientative ale presiunilor din camerele active ale motorului, n

calculele de predimensionare, se poate considera:

- p1 0.8 p , unde p reprezint presiunea de alimentare; nu se lucreaz cu aceast presiune deoarece trebuie inut seama de pierderile de sarcin existente pe circuitul de alimentare a motorului;

- p2 =0,2...0,4 [bar] . Forele de frecare sunt dependente de tipul de garnitur folosit pentru etanarea

pistonului i a tijei i de condiiile de utilizare. Condiiile de ungere i de gresare pot s reduc considerabil valorile forelor de frecare.

La iniializarea micrii trebuie nvinse i forele de aderen (paragraful 2.4.2) care sunt mai mari chiar dect forele de frecare; aceste fore cresc semnificativ dac pistonul rmne oprit ntr-o anumit poziie un timp mai ndelungat. Pentru a ine cont de forele de frecare (termenul Ff) se reduce procentual fora teoretic maxim de presiune p 1 S 1 cu 10 ... 20 %.

n tabelul 4.7 sunt indicate n [N] forele utile dezvoltate de un cilindru cu dubl aciune att pentru faza de avans ct i pentru cea de revenire. Pentru determinarea valorilor din tabel s-a considerat c forele de frecare reprezint 10 % din valoarea forei de presiune. Determinrile s-au fcut pe baza relaiilor:

- pentru cursa de avans: Fa = [ N ] ;

- pentru cursa de revenire:

Fr = [ N ] , unde d reprezint diametrul alezajului cilindrului

(egal cu diametrul pistonului),

iar d, diametrul tijei. Dimensiunile alezajelor corespund celor unificate de norma UNI ISO

3320.


Tabelul 4.7 d d, Micarea Presiunea p1 [bar]

[mm] [mm] 2 4 6 8 10 1 2 14

8 4 avans 9.0 18.0 26.9 35.9 45 53.8 62.7

retragere 6.7 13.4 20.2 26.9 34 40.3 47

10 4 avans 14 28 42 56 70 84 98

retragere 11.8 23.5 35.8 47 59 70.6 180.3

12 6 avans 20.2 40.3 60.5 80.6 100.8 121 141.1

retragere 15.1 30.2 45.4 60.5 75.6 90.7 105.8

16 6 avans 35.8 71.7 107.5 143.4 179.2 215 250.9

retragere 30.8 61.6 92.4 123.2 154 184.8 215.6

20 8 avans 56.5 113 170 226 283 339 396

retragere 47 94.1 141.1 188.2 235.2 282.2 329.3

25 12 avans 88.4 177 265 353 442 530 619

retragere 67.3 134.7 202 269.4 336.7 404 471.4

32 12 avans 145 290 434 579 724 869 1010

retragere 123.2 246.4 369.6 492.8 616 739.2 862.4

40 16 avans 226 452 679 905 1130 1360 1580

retragere 188.2 376.3 564.5 752.6 940.8 1129 1317

50 20 avans 353 707 1060 1410 1770 2120 2470

retragere 294 588 882 1176 1470 1764 2058

63 20 avans 561 1120 1680 2240 2810 3370 3930

retragere 499 999 1499 1998 2498 2998 3498

80 25 avans 905 1810 2710 3620 4520 5430 6330

retragere 809 1617 2426 3234 4043 4851 5660

100 32 avans 1410 2830 4240 5650 7070 8480 9900

retragere 1257 2513 3770 5027 6283 7540 8796

125 32 avans 2210 4420 6630 8840 11000 13300 15500

retragere 2044 4088 6132 8177 10221 12265 14309

Pentru o predimesionare rapid a unui cilindru pneumatic se pot folosi o serie de grafice, puse la dispoziie de firmele productoare. Spre exemplificare, firma Festo pune la dispoziia potenialilor beneficiari familiile de curbe din figurile 4.43, 4.44 i 4.45, care reprezint:

F = f ( d ) pentru diferite valori ale presiunii de alimentare - figura 4.43;

aceste curbe au fost trasate pornind de la expresia forei utile dezvoltate de motor pe cursa de avans;

Fk= f ( c ) pentru diferite valori ale diametrului tijei dt, unde c reprezint cursa, iar Fk fora de flambaj - figura 4.44; aceste curbe au fost trasate pornind de la expresia forei de flambaj:

(4.4)

unde E reprezint modulul de elasticitate, J momentul de inerie, l lungimea de flambaj, s un factor de siguran; lungimea de flambaj s-a considerat pentru cazul cel mai defavorabil - cilindru dublu articulat, situaie n care l= 2 c, iar factorul de siguran s s-a considerat egal cu 5;


Fig.4.43

Fig.4.44

- q= f ( d ) pentru diferite valori ale presiunii de alimentare, unde q reprezint volumul de aer consumat la deplasarea pistonului cu l [cm] - figura 4.45; aceste curbe au fost trasate

pornind de la expresia:

(4.5)

unde qa reprezint volumul de aer consumat pentru avansul pistonului cu l[cm] , P presiunea absolut la intrarea n cilindru, exprimat n [bar] , iar P0 = 1,013 [bar] .


Fig.4.45

Pentru a determina consumul de aer atunci cnd pistonul se retrage cu l [cm] se

folosete relaia:

(4.6)

n aceste condiii volumul de aer consumat pentru ca pistonul s realizeze un ciclu complet este: q=(q a + q a c)[ l]

unde c reprezint cursa de lucru, exprimat n centimetri. Se poate exprima acum debitul de aer consumat de un motor liniar:

Q = q n [l/min] (4.7)

unde n reprezint numrul de cicluri efectuate de piston ntr-un minut. n continuare, pentru a evidenia modul de utilizare a nomogramelor de mai sus, se

predimensioneaz un cilindru pneumatic pentru care se cunosc: - valoarea forei utile: F = 600 [N] ; - cursa de lucru: c = 600 [mm];

- valoarea maxim a presiunii de lucru: p = 6 [bar]. Rezolvarea acestei probleme presupune parcurgerea urmtoarelor etape:

a. pe nomograma din figura 4.43 se identific punctul de funcionare "A" la intersecia verticalei corespunztoare forei de 600 [N] cu dreapta oblic corespunztoare presiunii de 6 [bar]; ducnd o linie orizontal prin punctul A se determin diametrul alezajului cilindrului d&35 [mm]; cum aceast valoare nu face parte din irul de valori unificate prin norma UNI ISO 3320 se alege pentru diametrul alezajului valoarea imediat superioar de 40 [mm]; cu un cilindru avnd acest diametru fora precizat prin tem se obine cu o presiune p = 5 [bar] (valoare determinat tot cu ajutorul nomogramei din fig.4.43);

b. pe nomograma din figura 4.44 se determin punctul de funcionare "B" la intersecia verticalei corespunztoare forei de 600 [N] cu dreapta orizontal corespunztoare cursei de 600 [mm]; acest punct corespunde unui diametru al tijei d, - 14,3 [mm]; cum aceast valoare nu face parte din irul de valori stabilite de norma amintit, se alege valoarea imediat superioar, deci dt = 16 [mm];

c. cu ajutorul nomogramei din figura 4.45 se stabilete consumul de aer; se localizeaz mai nti punctul de funcionare "C" la intersecia orizontalei corespunztoare diametrului alezajului d = 40 [mm] cu dreapta oblic corespunztoare presiunii de lucru p = 5 [bar]; pe verticala cobort din acest punct se citete volumul de aer consumat la avansul pistonului cu 1 [cm], i anume qa =0,065 [IJ; pentru a stabili consumul de aer la retragerea pistonului cu 1 [cm] se determin cu ajutorul nomogramei volumul de aer care corespunde volumului ocupat


de tij; pentru dt = 16[mm] i p = 5 [bar] rezult q = 0,01 [ l] , iar volumul de aer consumat la retragerea pistonului cu 1 [cm] va fi:

q, = qa - q = 0,065 - 0,01 = 0,055 [l].

Pentru determinarea acestui volum se poate proceda i altfel: - se determin mai nti un diametru echivalent, cu relaia:

de = =37 [mm];

- pentru aceast valoare i la o presiune de 5 [bar] din nomograma se citete direct: qr = 0,055 [ l] .

Cele dou valori, pentru qa i qr se pot determina exact cu ajutorul relaiilor (4.5) i (4.6); pe aceast cale se gsete:

qa =0,063 [ l]

qr = 0,053 [ l] ;

ntre aceste valori i cele citite din nomograma exist o diferen datorat n primul rnd erorilor de citire fcute.

Pentru un ciclu complet de lucru consumul de aer va fi:

q=( 0,063 + 0,053) -60 =6,96 [ l ] .

Trebuie remarcat faptul c necesarul consumului de aer al cilindrului este o dat important, deoarece pe baza lui se dimensioneaz conductele de legtur.

n sistemele pneumatice de automatizare, n mod uzual presiunea relativ de lucru este de 5...6 [bar] .

n ceea ce privete cursa de lucru la cilindrii cu simpl aciune nu depete 100...200 [mm] , n timp ce la cilindrii cu dubl aciune n mod obinuit cursa este de 12 [m] ; cilindrii de construcie special pot avea curse de pn la 5...6 [m] .

Viteza de deplasare a pistonului i deci i a sarcinii antrenate poate varia n intervalul 0,2 ... 2 [m/s] . n cazuri speciale se poate atinge 3...5 [m/s] .

4.5.2.2. Motoare pneumatice liniare de construcie special Pentru a satisface o gam ct mai larg de aplicaii, n afara construciilor deja prezentate

(construcii clasice) au fost concepute i realizate o serie de motoare cu o construcie special, numite n cele ce urmeaz motoare speciale. Un asemenea motor rspunde unor cerine speci

Curs Sisteme de Actionare Pneumatice

Documents

Transcript of Curs Sisteme de Actionare Pneumatice