drucklufterzeugung und -aufbereitung zum strahlen von ... · axial-lamellen flüssig-keitsring...
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Drucklufterzeugungund -aufbereitung
zum Strahlen von festem Kohlendioxid
DLS IngenieurbüroPneumatische und hydraulische Systeme
DLS Ingenieurbüro Jörn Blümel Dipl.-Ing.
Granseer Str. 9 D – 16515 Oranienburg
Tel.: 03301 / 57 94 98Fax: 03301 / 57 94 99
Mobil: 0170 / 20 59 6 29E-Mail: [email protected]
Was ist Druckluft ?DRUCKLUFT ist verdichtete atmosphärische Luft. Dies bedeutet :
gespeicherte Energie. Wenn sich die Druckluft wieder entspannt, wird diese Energie als ARBEIT nutzbar gemacht.
Arbeit
EXPANSION
Druckenergie
Zusammensetzung atmosphärischer Luft
Stickstoff78%
Sauerstoff21%
Weitere Gase1%
Atmosphärischer Luftdruck
... wird erzeugt durch das Gewichtder Lufthülle. Er hängt ab vonder DICHTE der Luftund von der Höhe:
Der Normaldruck inMeereshöhe beträgt1,013 bar entsprechend760 mmHg (Torr)
... ist der vom absoluten Nullpunkt aus gemessene Druck. Er wird füralle theoretischen Betrachtungen, sowie in der Vakuum- und in der Gebläsetechnik benötigt.
Absoluter Druck ...
atmosphärischer Druck
Unterdruck pu Überdruck pü
absoluter Druck pa
Vakuum100%
0%
98%
50%
1 ba
r (a)
1 ba
r (a)
2 ba
r (a)
2 ba
r (a)
3 ba
r (a)
3 ba
r (a)
4 ba
r (a)
4 ba
r (a)
1 ba
r (1
bar (
üü ))
2 ba
r (2
bar (
üü ))
3 ba
r (3
bar (
üü ))
20 mba
r
500
mba
r
0 ba
r (0
bar (
üü ))
Druckbereiche
pamb
Überdruck ...... ist die praxisgerechte Bezugsgröße und wird vom atmosphärischen Druckaus bestimmt.
Definition des Druckes
Allgemein gilt:
Druck (p)=Kraft (F)Fläche (A)
Dimensionen:
A = 1 m2
Wieviel sind/ist ...105 Pa = 1bar
1 MPa = 10 bar
Überdruck1 bar = 14,5 psi(g)
1 hPa = 0,001 bar
1bar = 10197 mmWS
1bar = 750,062 Torr1 Pascal (Pa) =
1 Newton (N)1 m² (A)
1 N
DIN 1343(physikalischerNormzustand - Nm³)Theoretische Physik
Volumen bezogenauf Umgebungs-zustand (Normal-zustand)
Volumenbezogen aufBetriebszustand
Temperatur LuftdichterelativeLuftfeuchteLuftdruck
0°C =273,15K
1,01325bar 0% 1,294
kg/m³
20°C =293,15K
1,0bar 0%
Umgebungs-temperatur
Umgebungs-luftdruck
Umgebungs-luftfeuchte variabel
Betriebs-temperatur
Betriebs-druck
variabel
Volumenangaben
variabel
DIN 1945 ISO 1217 Branchenspezifische Vereinbarung
Umgebungsluftdruck1 bar (a)
Betriebsdruck7 bar (a)= 6 bar (ü)
1 Betriebs-m ³
7 m ³atmosphärischesLuftvolumen
Das Volumen
Umrechnung des Volumens bei Umgebungszustand auf das Normvolumen nach DIN 1343
VN = Normvolumen nach DIN 1343VA = Volumen bei AnsaugbedingungenTN = Temperatur nach DIN 1343, TN = 273,15KTA = Maximale Temperatur am Aufstellungsort in KpN = Luftdruck nach DIN 1343, pN = 1,01325 barpA = Niedrigster Luftdruck am Aufstellungsort in barFrel = Maximale relative Luftfeuchtigkeit am AufstellungsortpD = Sättigungsdruck des in der Luft enthaltenen Wasserdampfes
in bar, abhängig von der Lufttemperatur
VA x TN x (pA - (Frel x pD))pN x TA
VN =
Auszug aus der Tabelle Wasserdampfdruck für Luft
(Partialdruck)
-10 0,00260-9 0,00280-8 0,00310-7 0,00340-6 0,00370-5 0,00400-4 0,00440-3 0,00480-2 0,00520-1 0,005600 0,006101 0,006402 0,007103 0,007404 0,008105 0,008706 0,009407 0,010008 0,010709 0,01150
10 0,012311 0,013112 0,014013 0,015014 0,016015 0,017016 0,018217 0,018418 0,020619 0,022020 0,023421 0,024522 0,026423 0,028124 0,029825 0,031726 0,033627 0,035628 0,037829 0,0400
30 0,042431 0,044932 0,047333 0,050334 0,053235 0,056236 0,059437 0,062738 0,066239 0,069940 0,073841 0,077842 0,082043 0,086444 0,091045 0,096846 0,100947 0,106148 0,111649 0,117450 0,1234
SättigungsdruckpD(bar) bei Luft-temperatur t (° C)
t pDpD t pDt
Wassergehalt gesättigter Luft
Wasseraufnahmevermögen von Luft in Abhängigkeit vom Volumen und der Temperatur
Drucktaupunkt / Taupunkt
Die Temperatur bei der die verdichtete Luft / atmosphärische Luft zu 100% gesättigt ist.
Verdichtete Luft hat ungefähr das gleiche Wasseraufnahmevermögen pro Volumeneinheit wie atmosphärische Luft.
Der Drucktaupunkt entspricht praktisch dem Taupunkt atmosphärischer Luft.
Durch Volumenverkleinerung und Abkühlung unter den Drucktaupunkt fällt Wasserdampf als Kondensat aus.
Drucktaupunkt - atmosphärischer Taupunkt
Beispiel:Drucktaupunkt:2-3 ° C.Betriebsdruck: 7 barAtm. Taupunkt: -25 ° C.
Strömungsgeschwindigkeiten in Druckluftrohrleitungen
V = Volumenstromv = GeschwindigkeitA = Querschnitt
V = A1 x v1 = A2 x v2 • A1
A2
v2v1
=
•
A1v1
A2v2
Es gilt:
Einflüsse auf den Druckverlauf
1 bar zusätzlicherhöht die Energiekosten um 6 - 10 % im 8 bar Netz
Druck [bar]
Weg [m]
Druckverlustist abhängig von:
• dem Querschnitt• der Geschwindigkeit• der Rohrleitungslänge
Verdichterbauarten
Ejektor Radial-turboverdichter
Axial-turboverdichter
Lamellen Flüssig-keitsring
Schraube Dreh-kolben
Labyrinth Membran
Rotationsverdichter Kolbenverdichter
Tauch-kolben
Kreuz-kopf
Frei-kolben
1-wellig 2-wellig
Spiral-verdichter
Verdrängungs-verdichter
DynamischeVerdichter
Schrauben-Kompressoren mit Öleinspritzung
Fluidfilter
Fluid mit Kompressionswärme
Thermoventilheißes Fluid
Druckluft
Fluid-Luftgemisch
kühles Fluid
Fluideinspritzung:
-Wärmeabfuhr (75-80°C) Verdichtungsendtemperatur
-Reinigung der Luft von Staub, Schwefel …
- Schmierung und Abdichtung
Druckluft-Qualitätsklassennach ISO 8573-1: 2001 (E)
-5,0 ≤ x ≤ 10,0------9-0,5 ≤ x ≤ 5,0------8-x ≤ 0,5≤ 10≤ 40----7
-≤ +10 °C≤ 5≤ 5----6-≤ +7 °C--20.000---5
≤ 5,0≤ +3 °C--1.000---4≤ 1,0≤ -20 °C--50010.000--3≤ 0,1≤ -40 °C--101.000100.000-2≤ 0,01≤ -70 °C--01100-1
nach Betreibervorgabe 01,0< d ≤ 5,00,5< d ≤ 1,00,1< d ≤ 0,5≤ 0,1 mg/m³
Drucktaupunkt/ (x=Wasseranteil in
g/m³ flüssig)mg/m³µmmax. Teilchenzahl pro m³ von Partikeln mit d [µm]
Gesamt-ÖlgehaltFeuchtigkeitFeststoffe / StaubISO
8573-1Klasse
DruckluftqualitätFeuchte / Ölgehalt / feste Verunreinigungen
Kein Grenzwert, da kein Filter vorhanden
nicht definiertnicht definiert
feste Verunreinigungen
3 mg/m³Klasse 4Klasse 0< 0,0075 mg/kg LuftÖlgehalt
max. 50 g/m³größer Klasse 9Klasse 4< 0,4 g/kg LuftFeuchte /Wassergehalt
Ist - Zustand abs. (lt. ISO)
Ist - Zustand (lt. Hersteller)
Soll – Zustand nach ISO
Soll - Zustand abs. (lt.
Hersteller)
Beuteilung nachISO8573-1
Trocknungsbereiche
02040
100
0 -40-20
Kälte-trockner
Nach-kühler
Adsorptions-trockner
Drucktaupunkt
°C
AbsoluteFeuchte
g/m³
Regeneration
Feste Trockenmittel
Adsorption
Kondensation
Überverdichtung Abkühlung
Erwärmung derRegenerationsluft
Erwärmung desTrockenmittels
Ohne Wärme
Feste Trocken-mittel
ZerfließendeTrockenmittel
Flüssige Trockenmittel
Absorption
Verfahrender Drucklufttrocknung
Sorption Diffusion
Unaufbereitete Druckluft Problem im Druckluftnetz Probleme bei den Produkten
Schmutz
Ölaerosole
Wasserdampf
Korrosion
Druckverluste
Verschmutzung
Einfrieren
Wartung
Verschmutzung
Komponentenverschleiß
Ausschuß
Betriebsausfall
QualitätAusfall
Dieser Kompressor mit einer Liefermengevon 5 m3/min (bezogen auf + 20 ° C., 70 % r. F.und 1 bar absolut) fördert an einem 8-stündigenArbeitstag rund 30 Liter Wasser in das Druckluftnetz
Von den 30 Litern fallen im Nachkühler rund 20 Liter in Form von Kondensat an (bei 7 bar Betriebsüberdruck und + 30 ° C Austrittstemperatur am Nachkühler)
Bei weiterer Abkühlung der Druckluft treten die verbleibenden 10 Literan jeder beliebigen Stelle des Druckluftnetzes als Kondensat auf.z.B. durch die Berührung mit Kohlendioxid und kalten Anlagenteilen
PROBLEM: Kondensatanfall
Kondensat-sammelraum
zyklonartigeLuftbewegung
Kondensat
Drallgeber
Luftaustritt
Lufteintritt
Bei höherer Strömungsgeschwindigkeitmüssen Flüssigkeiten und schwerePartikel einer Fliehkraft ausgesetztwerden, damit eine ausreichende Ab-scheidung gewährleistet ist.
Der Abscheidegrad beträgt ca. 95 %bei 6 bar, 20 ° C und Nenn-volumenstrom. Druckabfall ca. 0,05 bar bei Nennvolumenstrom.
Erste Kondensatabscheidung im Zyklonabscheider
1. Drucklufteintritt2. Luft/Luft-Wärmetauscher3. Kältemittel/Luft-Wärmetauscher4. Kältekompressor5. Kondensatabscheidersystem mit
automatischem Kondensatableiter6. Druckluftaustritt
Zweite Kondensatabscheidung mittels Kältetrockner
• direkt vor den Verbrauchern eingesetzt• mechanische Filter • Drehbewegung• Prallscheibe• Kondensatablass (wichtig!)
Dritte Kondensatabscheidung mittels Feinfilter
Vierte. Kondensatabscheidung mittels Membrantrockner
Fünfte. Kondensatabscheidung mittels Adsorptionstrocknerkaltregeneriert oder warmregeneriert
Anwendung:Systeme sind durch Frost gefährdet.Hohe Umgebungstemperaturen.Extreme Luftqualitätsanforderungen.
1 Mikrofilter (0,01 µm, 0,01 ppm)2 Umschaltventil3 Strömungsverteiler4 Trockenmittelbett: Feuchtadsorption5 Austritts-Diffusor6 Feststoffilter 1 µm7 Regenerationsluftventil8 Trockenmittelbett: Regeneration9 Regenerations-Abblase-Schalldämpfer
Größenbestimmung eines Kompressors
Luftverbrauch von Freistrahldüsen
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 20000
00
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
1
2
3
4
5
6
7
2 3 4 5 6
7
8
Düsen-Durchmesser (mm)
Luftmenge
l/min
m³/h
Übe
rdru
ck p
(bar
)
Luftverbrauch von Düsen (l / min)
DüsenDurchmesser
( mm)
0,51,01,52,03,04,05,06,08,0
10,0
2
83055
100225
410 330640 510900 7201250 10001950 1570
4
124590
170375
700 5501050 8501520 12202700 21504230 3400
6
1565125240520
980 7801500 12002120 17003770 30005900 4700
8
2085
16031067512501870275048007500
10
25105200380825
15002300335058509200
Betriebsüberdruck ( bar )
Beim Strahlen mit Medium gelten niedrigere Werte!
Kondensatprobleme
Kondensatprobleme
Kondensatprobleme
Kondensatprobleme
Kondensatprobleme
Danke