ความรู้เกี่ยวกับระบบอากาศอัด

ระบบอากาศอัดในความหมายแคบ ประกอบด้วยอุปกรณ์จ่ายอากาศ อุปกรณ์กรองอากาศ และท่อส่งที่เกี่ยวข้อง ส่วนในความหมายกว้างนั้น ส่วนประกอบเสริมที่ใช้ลม อุปกรณ์ขับเคลื่อนด้วยลม ส่วนประกอบควบคุมด้วยลม ส่วนประกอบสุญญากาศ ฯลฯ ล้วนจัดอยู่ในประเภทของระบบอากาศอัด โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์ในสถานีอัดอากาศก็จัดเป็นระบบอากาศอัดในความหมายแคบ ภาพต่อไปนี้แสดงผังงานของระบบอากาศอัดทั่วไป:

อุปกรณ์สร้างแหล่งอากาศ (เครื่องอัดอากาศ) จะดูดอากาศจากบรรยากาศเข้ามา อัดอากาศในสภาพปกติให้กลายเป็นอากาศอัดที่มีแรงดันสูงขึ้น และกำจัดความชื้น น้ำมัน และสิ่งสกปรกอื่นๆ ในอากาศอัดออกด้วยอุปกรณ์กรองอากาศ

อากาศในธรรมชาติประกอบด้วยก๊าซหลายชนิดผสมกัน (O₂, N₂, CO₂…เป็นต้น) และไอน้ำก็เป็นหนึ่งในนั้น อากาศที่มีไอน้ำอยู่ปริมาณหนึ่งเรียกว่าอากาศชื้น และอากาศที่ไม่มีไอน้ำเรียกว่าอากาศแห้ง อากาศรอบตัวเราเป็นอากาศชื้น ดังนั้นตัวกลางในการทำงานของคอมเพรสเซอร์อากาศจึงเป็นอากาศชื้นตามธรรมชาติ
แม้ว่าปริมาณไอน้ำในอากาศชื้นจะมีค่อนข้างน้อย แต่ปริมาณไอน้ำนั้นมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกายภาพของอากาศชื้น ในระบบการกรองอากาศอัด การทำให้แห้งของอากาศอัดเป็นหนึ่งในส่วนสำคัญ

ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันที่กำหนด ปริมาณไอน้ำในอากาศชื้น (กล่าวคือ ความหนาแน่นของไอน้ำ) จะมีค่าจำกัด ที่อุณหภูมิหนึ่ง เมื่อปริมาณไอน้ำในอากาศชื้นถึงค่าสูงสุดที่เป็นไปได้ อากาศชื้นในขณะนั้นเรียกว่าอากาศอิ่มตัว ส่วนอากาศชื้นที่ปริมาณไอน้ำไม่ถึงค่าสูงสุดที่เป็นไปได้เรียกว่าอากาศไม่อิ่มตัว

เมื่ออากาศที่ไม่อิ่มตัวกลายเป็นอากาศอิ่มตัว หยดน้ำจะควบแน่นในอากาศชื้น ซึ่งเรียกว่า “การควบแน่น” การควบแน่นเป็นปรากฏการณ์ทั่วไป ตัวอย่างเช่น ในฤดูร้อนที่มีความชื้นในอากาศสูง หยดน้ำจะเกาะบนพื้นผิวท่อน้ำได้ง่าย ในเช้าวันฤดูหนาว หยดน้ำจะปรากฏบนกระจกหน้าต่างบ้านเรือน ปรากฏการณ์เหล่านี้ล้วนเกิดจากการเย็นตัวของอากาศชื้นภายใต้ความดันคงที่

ดังที่กล่าวมาข้างต้น อุณหภูมิที่อากาศไม่อิ่มตัวถึงจุดอิ่มตัวเรียกว่าจุดน้ำค้าง เมื่อความดันย่อยของไอน้ำคงที่ (กล่าวคือ ปริมาณน้ำสัมบูรณ์คงที่) เมื่ออุณหภูมิลดลงถึงจุดน้ำค้าง จะเกิด “การควบแน่น” ขึ้น

จุดน้ำค้างของอากาศชื้นไม่เพียงแต่สัมพันธ์กับอุณหภูมิเท่านั้น แต่ยังสัมพันธ์กับปริมาณความชื้นในอากาศชื้นด้วย จุดน้ำค้างจะสูงเมื่อปริมาณน้ำในอากาศชื้นสูง และจุดน้ำค้างจะต่ำเมื่อปริมาณน้ำในอากาศชื้นต่ำ

อุณหภูมิจุดน้ำค้างมีความสำคัญอย่างยิ่งในงานวิศวกรรมคอมเพรสเซอร์ ตัวอย่างเช่น เมื่ออุณหภูมิขาออกของคอมเพรสเซอร์อากาศต่ำเกินไป ส่วนผสมของน้ำมันและก๊าซจะควบแน่นเนื่องจากอุณหภูมิต่ำในกระบอกสูบน้ำมันและก๊าซ ซึ่งจะทำให้น้ำมันหล่อลื่นมีน้ำปนอยู่และส่งผลต่อประสิทธิภาพการหล่อลื่น ดังนั้น อุณหภูมิขาออกของคอมเพรสเซอร์อากาศจึงต้องออกแบบไม่ให้ต่ำกว่าอุณหภูมิจุดน้ำค้างภายใต้ความดันย่อยที่สอดคล้องกัน

จุดน้ำค้างในบรรยากาศ คืออุณหภูมิจุดน้ำค้างภายใต้ความดันบรรยากาศ ในทำนองเดียวกัน จุดน้ำค้างภายใต้ความดัน หมายถึงอุณหภูมิจุดน้ำค้างของอากาศภายใต้ความดัน

ความสัมพันธ์ระหว่างจุดน้ำค้างที่ความดันและจุดน้ำค้างที่ความดันปกติจะสัมพันธ์กับอัตราส่วนการอัด ภายใต้จุดน้ำค้างที่ความดันเท่ากัน ยิ่งอัตราส่วนการอัดมากเท่าใด จุดน้ำค้างที่ความดันปกติก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น

อากาศอัดที่ออกมาจากเครื่องอัดอากาศนั้นสกปรก สารปนเปื้อนหลักได้แก่: น้ำ (หยดน้ำ ไอน้ำ และละอองน้ำ), ละอองน้ำมันหล่อลื่นตกค้าง (หยดน้ำมันและไอน้ำมัน), สิ่งสกปรกที่เป็นของแข็ง (คราบสนิม ผงโลหะ เศษยาง อนุภาคยางมะตอย และวัสดุกรอง ผงละเอียดของวัสดุปิดผนึก ฯลฯ), สารเคมีที่เป็นอันตราย และสิ่งสกปรกอื่นๆ

น้ำมันหล่อลื่นที่เสื่อมสภาพจะทำให้ยาง พลาสติก และวัสดุซีลเสื่อมสภาพ ส่งผลให้วาล์วทำงานผิดปกติและเกิดมลพิษ ความชื้นและฝุ่นละอองจะทำให้ชิ้นส่วนโลหะและท่อเป็นสนิมและผุกร่อน ทำให้ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวติดขัดหรือสึกหรอ ส่งผลให้ส่วนประกอบนิวแมติกทำงานผิดปกติหรือรั่วซึม ความชื้นและฝุ่นละอองยังจะอุดตันรูควบคุมการไหลหรือตะแกรงกรอง นอกจากนี้ น้ำแข็งยังทำให้ท่อส่งแข็งตัวหรือแตกได้

เนื่องจากคุณภาพอากาศไม่ดี ความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของระบบนิวแมติกจึงลดลงอย่างมาก และความสูญเสียที่เกิดขึ้นมักจะสูงกว่าต้นทุนและค่าบำรุงรักษาของอุปกรณ์ปรับสภาพอากาศอย่างมาก ดังนั้นการเลือกใช้ระบบปรับสภาพอากาศที่เหมาะสมจึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง
แหล่งที่มาหลักของความชื้นในอากาศอัดคืออะไร?

แหล่งที่มาหลักของความชื้นในอากาศอัดคือไอน้ำที่ถูกดูดเข้าไปพร้อมกับอากาศโดยเครื่องอัดอากาศ หลังจากอากาศชื้นเข้าสู่เครื่องอัดอากาศแล้ว ไอน้ำจำนวนมากจะถูกบีบอัดให้กลายเป็นน้ำในระหว่างกระบวนการอัด ซึ่งจะทำให้ความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศอัดที่ทางออกของเครื่องอัดอากาศลดลงอย่างมาก

ตัวอย่างเช่น เมื่อความดันในระบบอยู่ที่ 0.7 MPa และความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศที่สูดดมเข้าไปอยู่ที่ 80% แม้ว่าอากาศอัดที่ออกมาจากเครื่องอัดอากาศจะอิ่มตัวภายใต้ความดัน แต่หากแปลงกลับสู่สภาวะความดันบรรยากาศก่อนการอัด ความชื้นสัมพัทธ์จะเหลือเพียง 6-10% เท่านั้น กล่าวคือ ปริมาณความชื้นในอากาศอัดลดลงอย่างมาก อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิในท่อส่งก๊าซและอุปกรณ์ก๊าซค่อยๆ ลดลง น้ำเหลวจำนวนมากจะยังคงควบแน่นในอากาศอัดต่อไป
การปนเปื้อนของน้ำมันในอากาศอัดเกิดขึ้นได้อย่างไร?

น้ำมันหล่อลื่นของเครื่องอัดอากาศ ไอระเหยของน้ำมัน และหยดน้ำมันที่แขวนลอยอยู่ในอากาศโดยรอบ รวมถึงน้ำมันหล่อลื่นของชิ้นส่วนนิวแมติกในระบบ เป็นแหล่งหลักของมลพิษจากน้ำมันในอากาศอัด

ยกเว้นคอมเพรสเซอร์ลมแบบแรงเหวี่ยงและแบบไดอะแฟรม คอมเพรสเซอร์ลมเกือบทั้งหมดที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบัน (รวมถึงคอมเพรสเซอร์ลมหล่อลื่นแบบไร้น้ำมันต่างๆ) จะมีน้ำมันปนเปื้อน (หยดน้ำมัน ละอองน้ำมัน ไอน้ำมัน และคาร์บอนฟิวชัน) เข้าไปในท่อส่งก๊าซไม่มากก็น้อย

อุณหภูมิสูงในห้องอัดอากาศของเครื่องอัดอากาศจะทำให้น้ำมันประมาณ 5-6% ระเหย แตกตัว และเกิดออกซิเดชัน แล้วไปเกาะติดที่ผนังด้านในของท่อเครื่องอัดอากาศในรูปของคาร์บอนและฟิล์มเคลือบเงา ส่วนที่เบากว่าจะแขวนลอยอยู่ในรูปของไอน้ำและอนุภาคขนาดเล็ก โดยถูกนำเข้าสู่ระบบด้วยอากาศอัด

โดยสรุป สำหรับระบบที่ไม่ต้องการสารหล่อลื่นระหว่างการทำงาน น้ำมันและสารหล่อลื่นทั้งหมดที่ผสมอยู่ในอากาศอัดที่ใช้ สามารถถือได้ว่าเป็นวัสดุที่ปนเปื้อนด้วยน้ำมัน สำหรับระบบที่จำเป็นต้องเติมสารหล่อลื่นระหว่างการทำงาน สีกันสนิมและน้ำมันคอมเพรสเซอร์ทั้งหมดที่อยู่ในอากาศอัดจะถือเป็นสิ่งเจือปนที่ปนเปื้อนด้วยน้ำมัน

สิ่งเจือปนที่เป็นของแข็งสามารถเข้าไปในอากาศอัดได้อย่างไร?

แหล่งที่มาหลักของสิ่งเจือปนที่เป็นของแข็งในอากาศอัด ได้แก่:

① บรรยากาศโดยรอบเต็มไปด้วยสิ่งเจือปนต่างๆ ที่มีขนาดอนุภาคแตกต่างกัน แม้ว่าช่องดูดของเครื่องอัดอากาศจะมีตัวกรองอากาศ แต่โดยปกติแล้ว “ละอองลอย” ที่มีขนาดต่ำกว่า 5 ไมโครเมตรก็ยังสามารถเข้าสู่เครื่องอัดอากาศพร้อมกับอากาศที่หายใจเข้าไป ผสมกับน้ำมันและน้ำเข้าไปในท่อไอเสียระหว่างกระบวนการอัดอากาศได้

②เมื่อเครื่องอัดอากาศทำงาน แรงเสียดทานและการชนกันระหว่างชิ้นส่วนต่างๆ การเสื่อมสภาพและการหลุดลอกของซีล และการเกิดคาร์บอนและการแตกตัวของน้ำมันหล่อลื่นที่อุณหภูมิสูง จะทำให้มีอนุภาคของแข็ง เช่น อนุภาคโลหะ ฝุ่นยาง และคาร์บอนที่แตกตัว ถูกนำเข้าไปในท่อส่งก๊าซ