อุปกรณ์แหล่งจ่ายอากาศคืออะไร? มีอุปกรณ์อะไรบ้าง?

อุปกรณ์แหล่งจ่ายอากาศคืออะไร? มีอุปกรณ์อะไรบ้าง?

อุปกรณ์ต้นทางอากาศคืออุปกรณ์ที่สร้างอากาศอัด – เครื่องอัดอากาศ (air compressor) มีเครื่องอัดอากาศหลายประเภท ที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ แบบลูกสูบ แบบแรงเหวี่ยง แบบสกรู แบบใบพัดเลื่อน แบบเกลียว และอื่นๆ
อากาศอัดที่ออกมาจากเครื่องอัดอากาศมีสิ่งปนเปื้อนจำนวนมาก เช่น ความชื้น น้ำมัน และฝุ่นละออง จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์กรองอากาศเพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนเหล่านี้อย่างเหมาะสม เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดอันตรายต่อการทำงานปกติของระบบนิวแมติก

อุปกรณ์กรองอากาศเป็นคำทั่วไปที่ใช้เรียกอุปกรณ์และเครื่องมือหลายประเภท ในอุตสาหกรรมมักเรียกอุปกรณ์กรองอากาศว่าอุปกรณ์หลังการประมวลผล ซึ่งมักหมายถึงถังเก็บก๊าซ เครื่องอบแห้ง ตัวกรอง เป็นต้น
● ถังอากาศ
หน้าที่ของถังเก็บก๊าซคือการกำจัดความผันผวนของความดัน โดยอาศัยการขยายตัวแบบอะเดียแบติกและการระบายความร้อนตามธรรมชาติเพื่อลดอุณหภูมิ แยกความชื้นและน้ำมันในอากาศอัดออก และเก็บก๊าซไว้ในปริมาณหนึ่ง ในด้านหนึ่ง สามารถช่วยบรรเทาปัญหาที่ว่าปริมาณการใช้อากาศมากกว่าปริมาณอากาศที่ผลิตได้จากเครื่องอัดอากาศในช่วงเวลาสั้นๆ ในอีกด้านหนึ่ง สามารถรักษาระดับการจ่ายอากาศในระยะสั้นเมื่อเครื่องอัดอากาศเสียหรือไฟฟ้าดับ เพื่อความปลอดภัยของอุปกรณ์นิวแมติก

●เครื่องเป่าลม

เครื่องอบแห้งอากาศอัด ตามชื่อที่บ่งบอก คืออุปกรณ์กำจัดน้ำออกจากอากาศอัดชนิดหนึ่ง โดยทั่วไปมีสองประเภทที่ใช้กันคือ เครื่องอบแห้งแบบแช่แข็งและเครื่องอบแห้งแบบดูดซับ รวมถึงเครื่องอบแห้งแบบละลายน้ำ และเครื่องอบแห้งแบบเมมเบรนโพลีเมอร์ เครื่องอบแห้งแบบทำความเย็นเป็นอุปกรณ์กำจัดน้ำออกจากอากาศอัดที่ใช้กันมากที่สุด และมักใช้ในกรณีที่ต้องการคุณภาพอากาศทั่วไป เครื่องอบแห้งแบบทำความเย็นใช้คุณสมบัติที่ว่าความดันย่อยของไอน้ำในอากาศอัดถูกกำหนดโดยอุณหภูมิของอากาศอัด เพื่อทำการทำความเย็น กำจัดน้ำ และอบแห้ง โดยทั่วไปแล้ว เครื่องอบแห้งอากาศอัดแบบทำความเย็นจะเรียกว่า "เครื่องอบแห้งแบบทำความเย็น" ในอุตสาหกรรม หน้าที่หลักคือการลดปริมาณน้ำในอากาศอัด นั่นคือการลด "อุณหภูมิจุดน้ำค้าง" ของอากาศอัด ในระบบอากาศอัดอุตสาหกรรมทั่วไป ถือเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับการอบแห้งและทำให้บริสุทธิ์ของอากาศอัด (หรือที่เรียกว่าการประมวลผลภายหลัง)

1 หลักการพื้นฐาน

อากาศอัดสามารถใช้เพื่อกำจัดไอน้ำได้โดยวิธีการต่างๆ เช่น การเพิ่มแรงดัน การทำความเย็น การดูดซับ และอื่นๆ เครื่องทำแห้งแบบแช่แข็งเป็นวิธีการทำความเย็นอย่างหนึ่ง เรารู้ว่าอากาศที่ถูกอัดโดยเครื่องอัดอากาศนั้นประกอบด้วยก๊าซต่างๆ และไอน้ำ ดังนั้นจึงเป็นอากาศชื้น โดยทั่วไปแล้วปริมาณความชื้นในอากาศชื้นจะแปรผกผันกับแรงดัน กล่าวคือ ยิ่งแรงดันสูง ปริมาณความชื้นก็จะยิ่งน้อยลง เมื่อแรงดันอากาศเพิ่มขึ้น ไอน้ำในอากาศที่เกินปริมาณที่กำหนดจะควบแน่นกลายเป็นน้ำ (กล่าวคือ ปริมาตรของอากาศอัดจะลดลงและไม่สามารถกักเก็บไอน้ำเดิมได้)

หมายความว่า เมื่อเทียบกับอากาศที่สูดดมเข้าไปในตอนแรก ปริมาณความชื้นจะลดลง (ในที่นี้หมายถึงการกลับคืนสู่สภาพอากาศอัดส่วนหนึ่งของอากาศอัด)

อย่างไรก็ตาม ไอเสียของเครื่องอัดอากาศยังคงเป็นอากาศอัด และมีปริมาณไอน้ำอยู่ในระดับสูงสุดที่เป็นไปได้ นั่นคือ อยู่ในสภาวะวิกฤตของก๊าซและของเหลว อากาศอัดในขณะนี้เรียกว่าสภาวะอิ่มตัว ดังนั้นตราบใดที่ได้รับแรงดันเพิ่มขึ้นเล็กน้อย ไอน้ำจะเปลี่ยนจากสถานะก๊าซเป็นสถานะของเหลวทันที นั่นคือ น้ำจะควบแน่น

สมมติว่าอากาศเป็นฟองน้ำเปียกที่ดูดซับน้ำไว้ ปริมาณความชื้นในอากาศจึงเท่ากับปริมาณน้ำที่ดูดซับเข้าไป หากบีบน้ำออกจากฟองน้ำด้วยแรง ความชื้นในฟองน้ำก็จะลดลงตามไปด้วย หากปล่อยให้ฟองน้ำคืนตัว มันก็จะแห้งกว่าฟองน้ำเดิมโดยธรรมชาติ ซึ่งวิธีนี้ก็บรรลุวัตถุประสงค์ของการกำจัดน้ำและทำให้แห้งด้วยแรงดันเช่นกัน
ถ้าหากบีบฟองน้ำแล้วไม่มีแรงบีบเพิ่มขึ้นอีก น้ำจะหยุดไหลออกมา ซึ่งนั่นคือสภาวะอิ่มตัว แต่ถ้าบีบแรงขึ้นเรื่อยๆ น้ำก็จะไหลออกมาอีก

ดังนั้น ตัวเครื่องอัดอากาศเองมีหน้าที่ในการกำจัดน้ำ และวิธีการที่ใช้คือการเพิ่มแรงดัน แต่สิ่งนี้ไม่ใช่จุดประสงค์หลักของเครื่องอัดอากาศ แต่เป็นภาระที่ "ไม่พึงประสงค์"

เหตุใดจึงไม่ใช้ "การเพิ่มแรงดัน" เป็นวิธีการกำจัดน้ำออกจากอากาศอัด? สาเหตุหลักมาจากความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ การเพิ่มแรงดันเพียง 1 กิโลกรัมนั้น สิ้นเปลืองพลังงานประมาณ 7% ซึ่งถือว่าไม่คุ้มค่าเลย

การ "ลดความชื้น" ด้วยความเย็นนั้นค่อนข้างประหยัด และเครื่องอบแห้งแบบใช้ความเย็นใช้หลักการเดียวกับการลดความชื้นของเครื่องปรับอากาศเพื่อให้บรรลุเป้าหมาย เนื่องจากความหนาแน่นของไอน้ำอิ่มตัวมีขีดจำกัด ภายในความดันอากาศพลศาสตร์ (ช่วง 2 MPa) จึงอาจพิจารณาได้ว่าความหนาแน่นของไอน้ำในอากาศอิ่มตัวขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้น และไม่เกี่ยวข้องกับความดันอากาศ

ยิ่งอุณหภูมิสูง ความหนาแน่นของไอน้ำในอากาศอิ่มตัวก็จะยิ่งมากขึ้น และจะมีน้ำมากขึ้น ในทางตรงกันข้าม ยิ่งอุณหภูมิต่ำ น้ำก็จะยิ่งน้อยลง (เรื่องนี้สามารถเข้าใจได้จากสามัญสำนึกในชีวิตประจำวัน ฤดูหนาวแห้งและหนาว ฤดูร้อนร้อนและชื้น)

ลดอุณหภูมิของอากาศอัดให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อลดความหนาแน่นของไอน้ำที่อยู่ในนั้นและทำให้เกิด "การควบแน่น" รวบรวมหยดน้ำขนาดเล็กที่เกิดจากการควบแน่นและระบายออก เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการกำจัดความชื้นในอากาศอัด

เนื่องจากกระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการควบแน่นและการควบแน่นกลายเป็นน้ำ อุณหภูมิจึงต้องไม่ต่ำกว่า "จุดเยือกแข็ง" มิฉะนั้นปรากฏการณ์การแช่แข็งจะไม่สามารถระบายน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยปกติแล้ว "อุณหภูมิจุดน้ำค้างภายใต้ความดัน" ของเครื่องอบแห้งแบบแช่แข็งจะอยู่ที่ 2-10 องศาเซลเซียส

ตัวอย่างเช่น “จุดน้ำค้างที่ความดัน” ที่อุณหภูมิ 10°C ซึ่งเท่ากับ 0.7 MPa จะถูกแปลงเป็น “จุดน้ำค้างที่ความดันบรรยากาศ” ที่อุณหภูมิ -16°C จะเห็นได้ว่า เมื่อใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิไม่ต่ำกว่า -16°C จะไม่มีน้ำเหลวเกิดขึ้นเมื่ออากาศอัดถูกปล่อยสู่บรรยากาศ

วิธีการกำจัดความชื้นออกจากอากาศอัดทุกวิธีนั้น เป็นเพียงการลดความชื้นในระดับหนึ่งเท่านั้น ไม่สามารถกำจัดความชื้นออกไปได้อย่างสมบูรณ์ และการพยายามลดความชื้นเกินกว่าความต้องการใช้งานนั้นไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ
2 หลักการทำงาน

เครื่องอบแห้งแบบใช้ระบบทำความเย็นสำหรับอากาศอัดจะทำความเย็นให้กับอากาศอัดเพื่อควบแน่นไอน้ำในอากาศอัดให้กลายเป็นหยดของเหลว เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการลดปริมาณความชื้นในอากาศอัด
หยดน้ำที่ควบแน่นจะถูกระบายออกจากเครื่องผ่านระบบระบายน้ำอัตโนมัติ ตราบใดที่อุณหภูมิแวดล้อมของท่อปลายทางที่ทางออกของเครื่องอบแห้งไม่ต่ำกว่าอุณหภูมิจุดน้ำค้างที่ทางออกของเครื่องระเหย การควบแน่นครั้งที่สองจะไม่เกิดขึ้น

3 ขั้นตอนการทำงาน

กระบวนการอัดอากาศ:
อากาศอัดเข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอากาศ (พรีฮีตเตอร์) [1] ซึ่งจะลดอุณหภูมิของอากาศอัดอุณหภูมิสูงในขั้นต้น จากนั้นเข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนฟรีออน/อากาศ (อีวาพอเรเตอร์) [2] ซึ่งอากาศอัดจะถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว ลดอุณหภูมิลงอย่างมากจนถึงอุณหภูมิจุดน้ำค้าง และน้ำเหลวที่แยกตัวออกจากอากาศอัดจะถูกแยกออกจากกันในเครื่องแยกน้ำ [3] และน้ำที่แยกตัวออกจะถูกระบายออกจากเครื่องโดยอุปกรณ์ระบายน้ำอัตโนมัติ

อากาศอัดและสารทำความเย็นอุณหภูมิต่ำจะแลกเปลี่ยนความร้อนกันในเครื่องระเหย [2] ในขณะนี้ อุณหภูมิของอากาศอัดจะต่ำมาก ประมาณเท่ากับอุณหภูมิจุดน้ำค้างที่ 2~10°C หากไม่มีข้อกำหนดพิเศษ (กล่าวคือ ไม่มีข้อกำหนดอุณหภูมิต่ำสำหรับอากาศอัด) โดยปกติแล้วอากาศอัดจะกลับไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอากาศ (พรีฮีตเตอร์) [1] เพื่อแลกเปลี่ยนความร้อนกับอากาศอัดอุณหภูมิสูงที่เพิ่งเข้าสู่เครื่องอบแห้งเย็น จุดประสงค์ของการทำเช่นนี้คือ:

① ใช้ประโยชน์จาก “ความเย็นส่วนเกิน” ของอากาศอัดแห้งอย่างมีประสิทธิภาพในการทำความเย็นล่วงหน้าให้กับอากาศอัดอุณหภูมิสูงที่เพิ่งเข้าสู่เครื่องอบแห้งเย็น เพื่อลดภาระการทำความเย็นของเครื่องอบแห้งเย็น

② ป้องกันปัญหาแทรกซ้อน เช่น การควบแน่น การหยด และสนิมที่ด้านนอกของท่อส่งส่วนท้าย ซึ่งเกิดจากอากาศอัดอุณหภูมิต่ำที่แห้ง

กระบวนการทำความเย็น:

สารทำความเย็นฟรีออนเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ [4] และหลังจากอัดแล้ว ความดันจะเพิ่มขึ้น (และอุณหภูมิก็จะเพิ่มขึ้นด้วย) และเมื่อความดันสูงกว่าความดันในคอนเดนเซอร์เล็กน้อย ไอสารทำความเย็นที่มีความดันสูงจะถูกปล่อยเข้าไปในคอนเดนเซอร์ [6] ในคอนเดนเซอร์ ไอสารทำความเย็นที่อุณหภูมิและความดันสูงกว่าจะแลกเปลี่ยนความร้อนกับอากาศที่อุณหภูมิต่ำกว่า (การระบายความร้อนด้วยอากาศ) หรือน้ำหล่อเย็น (การระบายความร้อนด้วยน้ำ) ทำให้สารทำความเย็นฟรีออนควบแน่นกลายเป็นของเหลว

ในขณะนี้ สารทำความเย็นเหลวจะเข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนฟรีออน/อากาศ (เครื่องระเหย) [2] ผ่านท่อแคปิลลารี/วาล์วขยายตัว [8] เพื่อลดความดัน (ทำให้เย็นลง) และดูดซับความร้อนของอากาศอัดในเครื่องระเหยเพื่อกลายเป็นไอ วัตถุที่ต้องการทำให้เย็นลง – อากาศอัด – จะถูกทำให้เย็นลง และไอสารทำความเย็นที่กลายเป็นไอจะถูกดูดออกไปโดยคอมเพรสเซอร์เพื่อเริ่มต้นรอบถัดไป

สารทำความเย็นจะครบวงจรผ่านกระบวนการสี่อย่าง ได้แก่ การอัด การควบแน่น การขยายตัว (การลดความดัน) และการระเหยในระบบ ด้วยวงจรการทำความเย็นอย่างต่อเนื่องนี้ จึงบรรลุวัตถุประสงค์ในการทำให้อากาศอัดเย็นตัวลงได้
4. หน้าที่ของแต่ละส่วนประกอบ
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอากาศ
เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการควบแน่นของน้ำบนผนังด้านนอกของท่อภายนอก อากาศที่ผ่านการทำให้แห้งด้วยการแช่แข็งจะออกจากเครื่องระเหยและแลกเปลี่ยนความร้อนอีกครั้งกับอากาศอัดที่มีอุณหภูมิสูง ร้อน และชื้น ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนของอากาศ ในขณะเดียวกัน อุณหภูมิของอากาศที่เข้าสู่เครื่องระเหยจะลดลงอย่างมาก

การแลกเปลี่ยนความร้อน
สารทำความเย็นจะดูดซับความร้อนและขยายตัวในเครื่องระเหย เปลี่ยนจากสถานะของเหลวเป็นสถานะก๊าซ และอากาศอัดจะเย็นลงจากการแลกเปลี่ยนความร้อน ทำให้ไอน้ำในอากาศอัดเปลี่ยนจากสถานะก๊าซเป็นสถานะของเหลว

เครื่องแยกน้ำ
น้ำที่ตกตะกอนจะถูกแยกออกจากอากาศอัดในเครื่องแยกน้ำ ยิ่งประสิทธิภาพการแยกน้ำของเครื่องแยกน้ำสูงเท่าไร สัดส่วนของน้ำที่ระเหยกลับเข้าไปในอากาศอัดก็จะยิ่งน้อยลง และจุดน้ำค้างที่ความดันของอากาศอัดก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น

คอมเพรสเซอร์
สารทำความเย็นที่เป็นก๊าซจะเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ทำความเย็นและถูกอัดให้กลายเป็นสารทำความเย็นที่เป็นก๊าซที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูง

วาล์วบายพาส
หากอุณหภูมิของน้ำเหลวที่ตกตะกอนลดลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง น้ำแข็งที่ควบแน่นจะทำให้เกิดการอุดตันของน้ำแข็ง วาล์วบายพาสสามารถควบคุมอุณหภูมิการทำความเย็นและควบคุมจุดน้ำค้างที่ความดันให้คงที่ที่อุณหภูมิ (ระหว่าง 1 ถึง 6 องศาเซลเซียส)

คอนเดนเซอร์

คอนเดนเซอร์จะลดอุณหภูมิของสารทำความเย็น ทำให้สารทำความเย็นเปลี่ยนสถานะจากก๊าซที่มีอุณหภูมิสูงไปเป็นของเหลวที่มีอุณหภูมิต่ำ

กรอง
ตัวกรองนี้สามารถกรองสิ่งเจือปนในสารทำความเย็นได้อย่างมีประสิทธิภาพ

วาล์วแคปิลลารี/วาล์วขยายตัว
หลังจากสารทำความเย็นไหลผ่านท่อแคปิลลารี/วาล์วขยายตัว ปริมาตรของสารทำความเย็นจะเพิ่มขึ้น อุณหภูมิจะลดลง และกลายเป็นของเหลวที่มีอุณหภูมิต่ำและความดันต่ำ

เครื่องแยกก๊าซและของเหลว
เนื่องจากสารทำความเย็นเหลวที่เข้าสู่คอมเพรสเซอร์จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ซึ่งอาจทำให้คอมเพรสเซอร์ทำความเย็นเสียหายได้ ดังนั้นตัวแยกก๊าซและของเหลวของสารทำความเย็นจึงช่วยให้มั่นใจได้ว่าเฉพาะสารทำความเย็นในสถานะก๊าซเท่านั้นที่จะเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ทำความเย็นได้

ท่อระบายน้ำอัตโนมัติ
ระบบระบายน้ำอัตโนมัติจะระบายน้ำที่สะสมอยู่ด้านล่างของตัวแยกออกจากเครื่องเป็นระยะๆ

เครื่องอบผ้า

เครื่องอบแห้งแบบใช้ระบบทำความเย็นมีข้อดีคือ โครงสร้างกะทัดรัด ใช้งานและบำรุงรักษาสะดวก และค่าบำรุงรักษาต่ำ เหมาะสำหรับกรณีที่อุณหภูมิจุดน้ำค้างของอากาศอัดไม่ต่ำเกินไป (สูงกว่า 0°C)
เครื่องอบแห้งแบบดูดซับใช้สารดูดความชื้นเพื่อลดความชื้นและทำให้ลมอัดที่ไหลผ่านแห้ง เครื่องอบแห้งแบบดูดซับชนิดหมุนเวียนมักถูกใช้งานเป็นประจำทุกวัน
● ตัวกรอง
ตัวกรองแบ่งออกเป็นตัวกรองท่อหลัก ตัวแยกน้ำและก๊าซ ตัวกรองกำจัดกลิ่นด้วยถ่านกัมมันต์ ตัวกรองฆ่าเชื้อด้วยไอน้ำ เป็นต้น โดยมีหน้าที่กำจัดน้ำมัน ฝุ่น ความชื้น และสิ่งสกปรกอื่นๆ ในอากาศ เพื่อให้ได้อากาศอัดที่สะอาด