Publiczna Szkoła Policealna

dla Dorosłych nr1

w Zespole Szkół Ponadgimnazjalnych nr 1 „ELEKTRYK”

MODUŁ: 03.02

Podstawowe układy sterowania i regulacji

Jednostka modułowa : 03,02

Montowanie i sprawdzanie układów automatyki

TEMAT:

BHP podczas eksplatacji instalacji i urządzeń ciśnieniowych

MAŁGORZATA PRUSKA

KLASA : 1PZb (technik bhp)

inż. Ryszard Gorynia

24.10.2009

Właściwości fizyczne wody od dawna stanowią zainteresowanie szerokiej grupy osób poszukujących możliwości wykorzystania jej jako czynnika roboczego. Niepalność, całkowita obojętność dla środowiska naturalnego oraz powszechna dostępność czyni układy nią zasilane nowatorskimi. Ze względu na duży współczynnik przewodności cieplnej wody (4–5 razy większy od oleju mineralnego) tego typu układy wykazywać będą mniejsze zapotrzebowanie mocy chłodzących niż analogiczne układy pracujące na oleju. Dodatkowo woda magazynuje o wiele mniej rozpuszczonego powietrza, co sprawia, że w połączeniu z jej niską ściśliwością (moduł

ściśliwości wody jest dwukrotnie większy od modułu oleju mineralnego) eksploatowany układ hydrauliczny staje się sztywniejszy. Niewielka lepkość wody to zarówno jej zaleta, jak i poważna wada, gdy stosujemy ją w układach napędu i sterowania. Mała lepkość wody powoduje występowanieniewielkich strat ciśnienia w liniach zasilających.

To z kolei prowadzi do uzyskania bardziej wydajnego (o większej sprawności ogólnej) układu hydraulicznego wymagającego mniejszego zapotrzebowania mocy wejściowej (mniejsze moce silników napędzających pompy). Ważną zaletą małej lepkości wody jest jej niewielka zależność od zmian temperatury w porównaniu do zmian, jakie wykazuje lepkość typowych olejów mineralnych. Sprawia to, że układy hydrauliczne zasilane wodą pracują bardziej stabilnie w założonym zakresie temperatury eksploatacji niż podobne układy olejowe. Niska lepkość wody to również

niedogodności w jej stosowaniu, które spowodowane są głównie dużymi przeciekami wewnętrznymi, co sprawia, że konstrukcje elementów muszą być wykonywane z bardzo

ciasnymi tolerancjami, osiąganymi na obrabiarkach o zwiększonej precyzji. Ciasne tolerancje części ruchomych elementów mogą prowadzić do występowania tarcia kulombowskiego i ich szybszego zużycia. Dużym wyzwaniem dla rozwoju elementów hydrauliki wodnej była konieczność ograniczenia zjawiska kawitacji mogącej powstawać już przy stosunkowo niedużych ciśnieniach na skutek dość dużej prężności par wody (przeszło siedmiokrotnie większej niż par oleju). Odpowiednie ukształtowanie wewnętrznej konstrukcji elementów pozwoliło na ograniczenie tego niekorzystnego zjawiska. Inną cechą wody, mającą duży wpływ na konstrukcję elementów, są jej właściwości korozyjne połączone z brakiem smarowania. Powoduje to konieczność stosowania specjalnych materiałów konstrukcyjnych, takich jak: stale nierdzewne, specjalne brązy, anodyzowane aluminium, specjalne polimery oraz materiały ceramiczne.

Innym bardzo poważnym problemem, z którym musimy się zmierzyć podczas eksploatacji układów zasilanych wodą jest rozwój flory bakteryjnej. Naświetlanie wody lampami ultrafioletowymi, jej pasteryzacja oraz

odpowiednie dodatki bakteriobójcze, czy wreszcie zapewnienie odpowiedniego poziomu filtracji pozwalają wyeliminować tę niedogodność. Przedstawione powyżej właściwości wody sprawiają, że standardowe elementy hydrauliki olejowej nie mogą być zastosowane w układach wodnych.

Woda stosowana w układach hydraulicznych powinna spełniać następujące parametry:

twardość w zakresie: 5 – 10° dH

pH kwaśne o zakresie: 6 – 7

zakres temperatur pracy: 5 – 50 °C

poziom filtracji: 1 – 10 mm.

Dla każdego pneumatycznego narzędzia podaje się indywidualnie maksymalne ciśnienie robocze. Minimalne – maksymalne wartości ciśnienia roboczego dla konkretnych narzędzi można znaleźć w tabeli z parametrami technicznymi, w instrukcji obsługi określonego narzędzia. Nadmierne ciśnienie jest absorbowane przez narzędzie, i powoduje przedwczesne jego zużycie, co skraca żywotność narzędzia.

Natężenie przepływu powietrza

Poza ciśnieniem, każde narzędzie wymaga do pracy pewnej ilości powietrza (tj. pewnego natężenia przepływu powietrza). Ten przepływ czy też ilość powietrza, mierzy się w stopach sześciennych na minutę (CFM) lub w litrach na minutę (L/min). Ilość powietrza potrzebna do pracy narzędzia zależy od wielkości narzędzia i prędkości, z jaką chcesz je używać. Ilość powietrza potrzebną (w L/min) do obsługi określonego modelu narzędzia, w przeliczeniu na jedno uderzenie / cykl można znaleźć w tabeli z parametrami technicznymi narzędzia na początku instrukcji obsługi, która to instrukcja jest na wyposażeniu każdego narzędzia

Przedmiotem mojej pracy są Nawilżacze rozpylające MC

Zasada działania

Nawilżacze rozpylające MC należą do wydajnego systemu specjalnie zaprojektowanego dla dużych pomieszczeń, gdzie jest wymagana wysoka wilgotność przy małym zużyciu energii. Woda i sprężone powietrze są doprowadzane przez dwie oddzielne instalacje do dysz rozpylających.

Dysze rozpylające, dzięki specjalnej konstrukcji, wytwarzają mgłę wodną bardzo małych kropelek (5-8 mikronów) przy wykorzystaniu energii z otoczenia: jeden litr rozpylanej wody pobiera 590 Kcal energii z otoczenia. W ten sposób nawilżacz pozwala na osiągnięcie podwójnego efektu: nawilżania i chłodzenia (proces adiabatyczny) co jest bardzo korzystne w szerokim zakresie zastosowania. Dysze rozpylające są wyposażone w mechaniczny system samoczyszczenia, który zapewnia idealne i regularne ich czyszczenie, a także pozwala uniknąć odkładania się na nich osadów wapiennych. Każda dysza jest wyposażona w mały tłoczek, który czyści jej otwór wylotowy, gdy nawilżanie jest wyłączone.

System nawilżania MC zapewnia najlepsze rozpylanie wody, oraz dzięki specjalnej konstrukcji dysz – całkowite odcięcie dopływu wody co usuwa stary problem z jej kapaniem podczas wyłączenia urządzenia.

Szafka sterująca z elektroniczną regulacją utrzymuje wilgotność otoczenia na poziomie wymaganej wartości i wyświetla jej bieżącą wartość. Nawilżacz MC składa się z następujących podstawowych elementów: szafki sterującej z regulacją elektroniczną, doprowadzeniem sprężonego powietrza i wody, dysz rozpylających, zestawu montażowego dysz rozpylających.

Szafka sterująca

Są odstępne dwie wielkości szafek sterujących dla wydajności nawilżania w zakresie 60l/h i 230l/h.

Posiadają one dwie wersje: dla wody normalnej lub zdemineralizowanej (agresywnej) w trzech wariantach, w zależności od specyfiki zastosowania:

- nawilżanie kanałowe (centrale klimatyzacyjne) z regulacją proporcjonalną, oraz ograniczeniem maksymalnej wilgotności;

- nawilżanie do otoczenia, regulacja proporcjonalna;

• nawilżanie do otoczenia, regulacja dwustawna

Szafka 60l/h

Szafka 230l/h

Rodzaj wody

Rodzaj zastosowania/regulacja

MCRDNW0001	MCRDNW0000	Normalna	nawilż. do otoczenia, regul. dwustawna
MCRPNW0001	MCRPNW0000	Normalna	nawilż. do otoczenia, regul. proporcjonalna
MCDPNW0001	MCDPNW0000	Normalna	nawilż. kanałowe, regul. proporcj.+ograniczenie max wilg.
MCRDAW10001	MCRDAW10000	Zdemineralizowana	nawilż. do otoczenia, regul. dwustawna
MCRPAW10001	MCRPAW10000	Zdemineralizowana	nawilż. do otoczenia, regul. proporcjonalna
MCDPAW10001	MCDPAW10000	Zdemineralizowana	nawilż. kanałowe, regul. proporcj.+ograniczenie max wilg

Szafka sterująca

Szafka sterująca zawiera panel elektryczny oraz wszystkie elementy instalacji hydraulicznej. Panel elektryczny zawiera regulator(y) typu CR72, oraz kartę logiczną AD4. Instalacja hydrauliczna zawiera przewody powietrzne i wodne zawierające odpowiednie reduktory ciśnienia, zawory elektromagnetyczne i manometry. Główny wyłącznik, biała dioda wskaźnikowa zasilania, oraz zielona dioda (sygnalizująca nawilżanie) są umieszczone z przodu panelu szafki; dwa przezroczyste okienka z pleksi pozwalają na wgląd do diod wskaźnikowych, oraz na kontrolę stanu całej instalacji (stopień ochrony IP55).

Dysze rozpylające

Dysze rozpylające są wykonane ze stali nierdzewnej AISI 316, dostępne w 5 różnych modelach dla innych przepływów wody lecz o tym samym rozmiarze i wadze. Oznaczenie na każdej dyszy wskazuje na jej model i wydajność.

Model	Kod	Wydajność
A	MCAA200000	2,7l/h

Każda dysza posiada wejście dla podłączenia powietrza (oznaczone: „Air”), oraz drugie wejście dla przyłącza wodnego.

Konstrukcja dysz zapewnia doskonałe rozpylanie wody do powietrza, oraz całkowite odcięcie jej dopływu podczas wyłączenia nawilżania, co w ten sposób usuwa stary problem jej kapania.

Oprócz tego automatyczne i regularne samoszyszczenie dysz pomaga pozbyć się osadów wapiennych.

Zestaw montażowy zespołu rozpylającego

Zestaw ten zawiera elementy ułatwiające użytkownikowi podłączenie dysz rozpylających do systemu hydraulicznego i pneumatycznego. Zestaw ten może być użyty zarówno do normalnej lub agresywnej wody.

MCK1 to zestaw montażowy przystosowany dla nawilżania do otoczenia oraz do kanału

Zestaw MCK1 składa się z:

1.dyszy rozpylającej

2.kolanka 90° ¼”FF

3.rozpórki H43 ¼” MF

4.złączki wkrętnej ¼”

5.zaworu 2-drogowego ¼” MF

6.zaworu 2-drogowego ¼” PVSF

7.złączki rurowej 180° ¼” M

8.przewodu φ 6/8mmB TFN

9.kolanka 90° FF ¼” φ 6/8mm

10.złączki rurowej nakrętnej ¼” FF

. Określenie wydajności systemu MC

Podczas określania wydajności nawilżacza należy wziąć pod uwagę różne czynniki: przepływ powietrza, prędkość przepływu, obecność chłodnic powietrza, wymiary pomieszczenia w którym będzie montowany nawilżacz. Zalecamy szczególnie, abyś wszystkie niezbędne dane obliczył bardzo uważnie według poniższych wskazówek.

Parametry powietrza i wody.

Aby prawidłowo określić parametry nawilżanego pomieszczenia należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:

- objętość pomieszczenia (m³)

- bieżące warunki panujące w pomieszczeniu: temperatura (°C) i wilgotność względna %

- wymagane warunki w pomieszczeniu: temperatura (°C) i wilgotność względna %

- charakterystyka materiałów znajdujących się w pomieszczeniu (ilość, współczynnik higroskopijności, liczba przebywających ludzi )

- czas niezbędny dla osiągnięcia przez nawilżacz stanu ustalonego

- dopływ powietrza z zewnątrz (wpływające powietrze z zewnątrz na wskutek nieszczelności, przypadkowe otwieranie okien i drzwi )

- ilość powietrza z zewnątrz (m³ /h )

- obliczeniowe parametry powietrza zewnętrznego: temperatura (°C) i wilgotności (wilgotność względna)

- występowanie kondensacji na chłodnicy powietrza.

Na koniec należy wykorzystać wykres psychrometryczny dla określenia ilości wilgoci Δx w pomieszczeniu tak, aby móc poprawnie oszacować parametry całego systemu nawilżania

Sprawdzenie zdolności do absorcji wody przez powietrze z otoczenia

Po określeniu niezbędnej wydajności nawilżania nawilżacza MC ( l / h, tj. gramy wody / kg suchego powietrza), sprawdź czy powietrze w pomieszczeniu jest zdolne zaabsorbować rozpylaną wodę.

Do tego celu wykorzystaj wykres psychometryczny według poniższych wskazówek:

- zlokalizuj punkt A1 odpowiadający warunkom powietrza do nawilżania;

- zlokalizuj punkt B1 odpowiadający wilgotności absolutnej (g wody /kg suchego powietrza );

- dodaj wartość wilgoci ( Δx ), którą chcesz wprowadzić, do punktu B1 tak, aby osiągnąć punkt C, który odpowiada końcowej wartości wilgotności absolutnej;

- określ punkt wynikowy D1 z przecięcia linii poziomej wykreślonej z punktu C1, oraz z linii izentalpy zawierającej punkt A1. Jeśli punkt D1 znajdzie się w obszarze poza krzywą nasycenia, oznacza to, że jest to za duża wilgotność. W tym przypadku konieczne jest ogrzanie powietrza w pomieszczeniu lub zredukowanie ilości rozpylonej wody. Pamiętaj, że odparowanie wody powoduje obniżenie temperatury w pomieszczeniu ( ΔT, proces adiabatyczny).

Nawilżanie do kanału:

W zakresie nawilżania w centrali klimatyzacyjnej, gdzie duże ilości zewnętrznego i chłodnego powietrza wpływają na proces nawilżania, konieczne jest ogrzanie powietrza, tak aby zapewnić możliwość całkowitej absorpcji rozpylanej wody. Najbardziej krytyczne warunki wystąpią wówczas, gdy powietrze nawilżane w kanale jest w całości pobierane z zewnątrz ( w czasie zimy ).

Wykorzystaj wykres psychrometryczny dla określenia wielkości ogrzania powietrza w kanale:

- zlokalizuj punkt A odpowiadający parametrom powietrza nawilżanego ( np. 0°C i 80% wilgotność względna)

- zlokalizuj punkt C odpowiadający temperaturze i wilgotności, którą chcesz osiągnąć poprzez proces nawilżania ( np. 20°C, i 50% wilgotność względna )

- następnie wyznacz wartość ogrzania powietrza: z punktu A wykreśl linię poziomą aż do przecięcia się z izentalpą wykreślona z punktu C; w ten sposób zostanie wyznaczony punkt B.

Punkt B wskazuje temperaturę ogrzania powietrza przed rozpyleniem do niego wody ( T= 30,5 °C ).

Odcinek izentalpy od punktu B do C określa proces adiabatyczny nawilżania konieczny dla osiągnięcia wymaganej temperatury i wilgotności

.Wskazówki montażowe

Dysze nie mogą rozpylać wody bezpośrednio na fizyczne przeszkody, na których może wystąpić

kondensacja mgły i kapanie skroplin. Dysze mogą być skierowane do góry, do dołu lub na boki tak, aby widoczny stożek rozpylanej mgły nie miał kontaktu z żadną przeszkodą. Poniższa tabela podaje długości i maksymalne średnice stożka rozpylanej mgły wodnej w odniesieniu do wilgotności otoczenia:

Dysze nie mogą mieć kontaktu z rozpylaną mgłą wodą z innych dysz.

Zalecamy zamontowanie dysz na jak największej wysokości. Jednakże należy uważać podczas ich montażu, tak aby mgła wodna nie była rozpylana na sufit.

. Nie powinno być żadnych zagięć na przewodach: powietrznych i wodnych.

. Zamontuj zawór kulowy na końcu każdego przewodu ( jest to bardzo korzystne dla oczyszczenia ich podczas rozruchu nawilżacza).

. Zamontuj szafkę sterującą jak najbliżej górnych przewodów.

Jeśli przewody u góry muszą być bardzo długie ( >50m ) zaleca się umieszczenie szafki w połowie ich długości, tak aby wyrównać ciśnienie w przewodach.

. Wszystkie dysze rozpylające powinny być rozmieszczone w równych odległościach od siebie, tak aby zapewnić wyrównane rozpylanie w całej przestrzeni.

Ważne jest, aby rozważyć umieszczenie szafki w zależności od liczby i rozmieszczenia dysz.

Zestaw montażowy zespołu rozpylającego

- Wszystkie dysze rozpylające muszą zostać zainstalowane na tej samej wysokości, aby uniknąć wystąpienia różnic w wartościach ciśnienia wody/powietrza spowodowanych różnym charakterem rozpylania

- Zestaw montażowy pozwala na pionowe wystawienie dysz tak, aby ustawić je w jak najlepszej pozycji dla najbardziej optymalnego rozpylania

- Zamontuj zawory kulowe na końcach dwóch obiegów (hydraulicznego i pneumatycznego) aby umożliwić oczyszczenie przewodów podczas rozruchu nawilżacza

- Na przewodzie hydraulicznym nie powinno być żadnych zagięć, które utrudniałyby przepływ wody

- Nie zamieniaj ze sobą wejść dla podłączenia przewodów hydraulicznych/ pneumatycznych do dysz rozpylających; Przyłącze pneumatyczne na dyszach jest zawsze oznaczone : „AIR

Poniższy rysunek pokazuje jak zmontować ten zestaw

Ustawienie głównych parametrów

Aby osiągnąć optymalne działanie systemu nawilżania konieczne jest odpowiednie ustawienie pewnych parametrów i ich wartości odnoszących się do funkcjonowania dysz rozpylających, przewodów: powietrze / woda i sterowników elektronicznych.

Dysze rozpylające

Śruba znajdująca się w tylnej części dyszy pozwala na regulację ilości rozpylanej wody. Wartość ta jest najczęściej ustawiona fabrycznie: 2,1 bara dla powietrza, 0,35 bara dla wody, co odpowiada wydajności: 2,7; 4,0; 5,4; 6,8 lub 10 l/h.

Jeśli rozpylanie nie jest wyrównane, to znaczy każda dysza rozpyla z inną intensywnością, możesz za pomocą śruby z tyłu dyszy wyregulować natężenie nawilżania – tak aby osiągnąć rozpylanie jednorodnej mgły wodnej.

Przewody hydrauliczne i pneumatyczne

Ciśnienie powietrza i wody należy ustawić na poziomie następujących wielkości: Wlot powietrza:	5-10 bar
Wylot powietrza:	2,1 bar
Dopływ wody:	2-10 bar
Odpływ wody:	0,33 bar, jeśli dysze i szafka sterująca są umieszczone na tej samej wysokości; (0,35 + 0,1 x H) bar, jeśli dysze i szafka sterująca są umieszczone na różnych wysokościach; H oznacza wysokość w [m] pomiędzy dyszami, a szafką sterującą.

Rosnąca świadomość szkodliwego oddziaływania przemysłu na środowisko naturalne człowieka sprawia, że coraz częściej są poszukiwane czyste źródła wytwarzania i transmisji energii.

Idea zastosowania wody jako ciśnieniowego źródła zasilania nie jest nowa. Pierwszą znaczącą aplikacją było użycie wody w układzie napędowym prasy hydraulicznej,co zostało opatentowane w 1795 roku w Anglii przez Bramaha. Późniejszy rozkwit zastosowania wody

jako źródła przekazywania energii użytecznej nastąpił na początku 1850 roku – był związany z okresem rewolucji przemysłowej. Zahamowanie stosowania wody jako głównego źródła transmisji mocy nastąpiło na początku XX wieku, kiedy to Willians i Janney zaproponowali zastąpienie wody olejem mineralnym [1]. Postęp w sterowaniu elektrohydraulicznym wraz z wynalezieniem

serwozaworu sprawił, że układy hydrauliczne wykorzystujące wodę jako czynnik roboczy straciły swoją konkurencyjność na rzecz olejowych układów hydraulicznych, które dominują w obecnych układach napędu i sterowania maszyn i urządzeń. Punktem zwrotnym w rozwoju układów hydraulicznych zasilanych wodą była połowa lat 90. ubiegłego stulecia, kiedy to nastąpił powtórny wzrost zainteresowania wodą jako czynnikiem roboczym w układach hydrauliki siłowej, głównie

na skutek wdrożenia nowych materiałów konstrukcyjnych. Zastosowanie wody jako czynnika roboczego może znacznie rozszerzyć zakres stosowania maszyn i urządzeń, zwłaszcza tam gdzie nie jest dopuszczalne stosowanie klasycznych napędów olejowych, których nieszczelności

mogą spowodować skażenie środowiska.