Tryckluftssystemet i en verkstad består av centralaggregatet, nätverket samt apparaturen vid olika förbrukningsställen. Centralaggregatet omfattar kompressorn, tryckbehållaren, filtren, efterkylare, eftertork, kondensavskiljare och tillhörande automatik. Nätverket består av fasta rörledningar och olika uttag för anslutning av t.ex. tryckverktyg. Förbrukningsapparaturen vid användarstationerna omfattar slangar, slangvinchar samt verktyg som anslutits till tryckluftsnätet. Genom att, redan vid planeringen, beakta olika egenskaper hos varje komponent kan man avsevärt påverka inköps- och användningskostnaderna samt servicebehovet och användningen av tryckluftssystemet.
FASTSTÄLLANDE AV BEHOV
Planeringen av systemet måste inledas med ett fastställande av behovet, för att utreda hur systemet kan utformas på det mest förmånligaste sättet. Viktiga detaljer som påverkar valet av struktur och kompressor är:
- Antal användningspunkter och deras placering.
- Behovet av luftmängd och användartryck/användningsgrad för förbrukningsapparaturen.
- Kvalitetskrav för tryckluften. Verkstad, rena utrymmen, ytbehandling etc.
- Kritisk status för tryckluften. Behövs en extra kompressor/två dubbelverkande kompressorer.
- Behovet av styrning och automation.
När ovannämnda detaljer är klargjorda, kan man utgående från dom definiera:
- Nätverksstrukturen. Direkt system eller ringledning/vått eller torrt nätverk.
- Slutlig planering av nätverk och förbrukningspunkter.
- Definition av centralaggregat. Val av typ, kapacitet och utrustning för kompressor.
- Placeringen av centralaggregatet. Krav för kompressorrummet.
ANTAL FÖRBRUKNINGSPUNKTER OCH PLACERINGEN AV DEM
Antalet förbrukningspunkter och deras placering, både nuvarande och kommande behov, bestäms av de arbetspunkter som definierats i uppgjorda bottenritningar och anläggningsplaner för verkstaden. Utgående från planeringen antecknas förbrukningspunkterna positionsvis i ett anläggningsregister. Placeringen ger också information för planeringen av nätverket.
BEHOVET AV LUFTMÄNGD OCH TRYCK VID FÖRBRUKNINGSPUNKTERNA
Behovet av tryckluft i en verkstad är sällan varken jämnt eller kontinuerligt. Den kontinuerliga tiden för användning av olika tryckluftsverktyg är kort, eftersom mutterdragare eller hylsnycklar roterar kontinuerligt endast under några sekunder åt gången. Förbrukningen för verkstadsutrustningen, tryckluftscylindrar för liftar och däckmaskiner, är också förhållandevis små och kortvariga, vilket innebär ett mindre behov av tryckluft. De största förbrukarna är olje- och vätskepumpar som används för fyllning av däck, korn- eller sandblästring, slipningsverktyg samt målning. I vissa fall behövs tryckluft också för fastigheten, t.ex. för inställning av brandspjäll.
Definitionen av nödvändig luftmängd är viktigt, eftersom en för stor kompressor leder till onödiga energikostnader. En kompressor som försetts med tryckbrytare förbrukar 40–50% av den nominella elförbrukningen även vid avlastning, då ingen tryckluft produceras. En definition av det nödvändiga lufttrycket är av stor betydelse. Det är olönsamt att planera systemet för ett högt tryck, ifall tryckbehovet är lågt i de flesta användningspunkterna. En tryckförändring på 1 bar kan motsvara 7–8% av den totala energiförbrukningen. Största delen av verktygen och anläggningarna fungerar vid ett arbetstryck motsvarande 6–7 bar. Ifall verkstaden endast använder någon enstaka anläggning som kräver ett högre tryck, t.ex. för fyllning av lastbilsdäck, kan man överväga om detta kan skötas med hjälp av en separat kompressor, i stället för att överdimensionera huvudkompressorn och sänka trycket för de andra arbetspunkterna.
För att definiera den nödvändiga luftmängden kan man lista luftmängd och användningsgrad i %, för varje förbrukningspunkt.
Exempel
| Förbrukare | Mängd | Totalbehov l/s | Användningsgrad | Totalbehov l/s |
|---|---|---|---|---|
| Blåspistol | 1 | 2,4 | 40% | 0,94 |
| Slipmaskin | 2 | 7,0 | 70% | 9,80 |
| Lift | 4 | 3,0 | 20% | 2,4 |
| Däcksmaskin | 1 | 0,5 | 20% | 0,1 |
| Fyllningsanläggning | 1 | 4 | 20% | 0,8 |
| Totalt | 14,04 |
Enlig ovannämnda exempel uppgår totalbehovet av luft till 14,04 l/s eller 842,4 l/min. Korta och tillfälliga behovstoppar kan utjämnas med hjälp av tryckluftsbehållare och kapaciteten i nätverket.
KVALITETSKRAV FÖR TRYCKLUFTEN
I den inledande dimensioneringen bör man också klargöra vilka kvalitetskrav som ställs för de olika förbrukningspunkterna. Detta inverkar på det totala kapacitetsbehovet och sammansättningen av centralanläggningen, eftersom man också bör beakta de tryckförluster som fås vid eftertorkning och filtrering.
Den luft som produceras i kompressorer med oljetätning innehåller alltid olja och dessutom både smutspartiklar och fukt som kondenserats till vatten. Smutspartiklarna påverkar verktygens livslängd och funktion samt kvaliteten vid speciellt slipnings- och målningsarbeten. Ifall tryckluften är fuktig kondenserar fukten vid utvidgningen och avkylningen i verktyget, vilket i sin tur kan ge en sämre bearbetningsförmåga eller t.o.m. rostbildning på arbetsstyckets yta. Olja från slipning och målning, på en arbetsyta som ska målas, betyder alltid dålig kvalitet och ökade kostnader.
Grunden för tryckluft med hög kvalitet utgörs är en rätt dimensionerad kompressor med rätt service och en placering som möjliggör både funktion och avkylning. Dessutom bör man, efter kompressorn, installera ett tryckkärl och säkerställa en daglig avskiljning av kondensvattnet. Efter tryckkärlet leds luften antingen till kyltorkaren som avskiljer fukten vid daggpunkt +3°C eller absorptionstorkaren vid daggpunkt -40°C. Med daggpunkt avses den temperatur där en vattendroppe kan bildas i luften.
Ett läckage av kompressorolja till tryckluftsnätet bör förhindras med hjälp av linjefilter som installeras i anslutning till torkaren. Kompressorolja lämpar sig inte för smörjning av tryckluftsverktyg. För detta ändamål rekommenderas för ändamålet framtagen serviceutrustning, där man samtidigt ställer in det rätta arbetstrycket för verktyget.
KRITISK STATUS FÖR TRYCKLUFTEN
För en verkstad där avbrott i tryckluftsförsörjningen inte kan tillåtas, pga. service eller oplanerade driftsstopp, bör man välja två kompressorer som fungerar turvis, vilket ger en likartad livscykel och optimal service.
Ett dubbelkompressorsystem bör förses med ett automatiskt alterneringssystem som garanterar tillgången på tryckluft och jämnar ut användningen av kompressorerna. Detta systemet kan anslutas till fastighetens automatik, vilket innebär att t.ex. servicelarmen blir synliga för användaren.
BEHOVET AV STYRNING OCH AUTOMATION
Användarstyrningen av kompressorer har en mycket stor inverkan på energiförbrukningen. En vanlig skruvkompressor fungerar med en avlastningsfunktion. För att skydda elmotorn ställs kompressorn i ett ”tomgångsläge” när den övre tryckgränsen har uppnåtts och återgår efter en starttid när trycket sjunkit till den lägre nivån. I moderna kompressorer varierar denna tid enligt situationen, men kompressorns energiförbrukning sjunker endast till en tredjedel av det nominella värdet.
Standardutförandet för styrningen av billigare kompressorer har lösts med hjälp av en tryckkontakt och en tryckskillnad på 2 bar, vilket innebär att starttrycket är 8 bar för en kompressor med ett förinställt högsta tryck på 10 bar. För en del kompressorer har tryckskillnaden inställts på 0,5 bar, vilket ger en jämnare gång och mindre inverkan under arbetets gång.
I frekvensomvandlarstyrda skruvkompressorer är tryckskillnaden endast 0,1 bar, vilket innebär att trycket i nätverket kan optimeras eller sänkas så lågt som möjligt. Med växelriktarstyrning kan sparpotentialen, beroende på luftförbrukningen, uppgå till 30–40%, eftersom kompressorn anpassar sig till gällande tryckluftsbehov genom att reglera rotationshastigheten för att minimera behovet av ”tomgångskörning”.
Vid definitionen bör man också klargöra ifall det finns behov av manuell eller automatisk start på distans, veckotidur, automatisk start efter elavbrott, stegordningsvakt eller olika larmindikeringar i fastighetsautomatiken.
I vissa kompressorers styrsystem kan ett flertal olika tryckområden väljas, ifall en mindre mängd tryckluft behövs kontinuerligt för fastighetens egna behov. Sådana behov kan vara styrningen av rökgasspjäll eller trycksättning av sprinklersystem.
NÄTVERKSSTRUKTUREN
Nätverkets uppgift är att transportera tryckluften från kompressorerna till användarpunkterna för förbrukarna. Nätverket består av rörledningar, upphängningsanordningar, uttagspunkter samt avstängningsventiler på lämpliga ställen för att underlätta service utan att tömma hela systemet. Dessutom finns det i s.k. våta nätverk olika vattenavskiljare, -samlare och -fickor installerade.
Vid planeringen av rörledningen bör beaktas:
Rörledningens placering / typ av nätverk
Rörledningens placering och utformning bestäms långt utgående från de positioner som angetts för centralanläggningen och förbrukarpunkterna i planritningen. Vid placeringen bör man beakta olika bärkonstruktioner, nödvändiga upphängningar och genomföringar, för att undvika kollisioner med t.ex. kabelhyllor och liknande konstruktioner.
Tryckluftsnätet kan vara antingen ett direkt system eller en ringledning. I ett rakt system löper tryckluften längs en huvudledning. Nätverket är lätt att bygga, men har också en del svagheter. Trycket kan variera i hela linjen om flera luftkrävande anläggningar ligger i slutet av linjen.
En ringledning är en bättre lösning för större tryckluftsnätverk. I en ringledning transporteras tryckluften från två olika håll till användarpunkterna, vilket möjliggör en mindre dimension på rörledningen. I en ringledning är risken för tryckvariationer uppstår mindre än i direkta linjer.
Tryckluftskvalitet – våta eller torra nätverk
Kvalitetskraven på tryckluften bestämmer strukturen för nätverket. Nätverket kan vara ett s.k. vått nätverk, där ingen torkare anslutits till centralanläggningen. I denna typ av nätverk kondenseras en del av fukten i tryckluften till vatten vid den behållare som finns i anslutning till efterkylaren, men i den tryckluft som går ut i nätverket finns fortfarande en del fukt som kondenserar i rörledningen Detta bör beaktas i planeringen. Ett vått nätverk kräver en lutning i strömningsriktningen, vattenavskiljare, möjliga vattenavskiljare och vattenfickor med tömningsventiler, vilket kräver en noggrannare planering, flera komponenter och dyrare lösning.
I våta linjer måste uttagen för grenrören placeras på övre sidan av huvudlinjen och förses med en s.k. svanhals för att undvika att kondensen i huvudlinjen förs vidare till grenröret. Användningspunkterna bör också förses med vattenavskiljare, vid behov också oljeavskiljare, samt en avstängningsventil för att underlätta service. Grenröret måste också förses med en vattenficka som befinner sig 50 cm lägre än uttagspunkten för att samla upp den fukt som kondenserats i grenröret. Vattenfickan bör förses med en tömningsventil. Ett större vattensamlare kan användas som vattenficka, vilket minskar behovet av tömningar.
På grund av lutningen av rörledningen kan vatten samlas vid uppåtböjda krökar och alla dessa ställen måste förses med vattenavskiljare.
Ett vått nätverk ställer också krav på materialet som används i rörledningarna. Som en följd av fukten rostar stålrör, också galvaniserade, vid användning. Olja och orenheter i tryckluften fastnar på insidan av rörledningen och bildar emulsioner, vilket minskar luftflödet och förorsakar skador på verktygen.
I praktiken blir användningen av ett vått nätverk mycket arbetsdryg p.g.a. vattenavskiljningen. P.g.a. ett större antal anslutningspunkter blir risken för potentiellt läckage större än för torra nätverk.
Ett nätverk kallas torrt när en separat torkare finns ansluten till centrallanläggningen eller när kompressorn i sig har försetts med en torkare. Vid användning av torkare förekommer ingen fukt i rörledningarna så länge som omgivningstemperaturen hålls högre än daggpunkten för den torkade tryckluften.
Ett torrt nätverk är lättare att planera, placera och förverkliga. Alla anslutningar från huvudlinjen kan göras underifrån och det finns inga behov av särskilda vattenavskiljare.
Slutlig planering av nätverket och användningspunkterna
I ett rätt planerat nätverk får tryckförlusterna inte överstiga 0,1–0,3 bar. Tryckförluster uppstår p.g.a. friktionen när luften cirkulerar i rörledningen. Rörledningen bör dimensioneras så att ett tillräckligt högt tryck vid användarpunkterna kan säkerställas också under användningstopparna. Principen vid måttsättningen av rörledningen är att beräkna rörlängden och addera till den ekvivalenta längd som uppstår p.g.a. olika installationskomponenter som rörkrökar, T-stycken, ventiler, strypningar, osv.
Den ekvivalenta rörlängden för olika komponenter är beroende av diametern. Leverantörerna har egna räknare och tabeller med värden för beräkningarna.
I princip är en rörledning aldrig för stor. En bra tumregel är att först beräkna den nödvändiga storleken och därefter ersätta den med en dimension större.
Grenrören som ansluts till huvudlinjen bör dimensioneras utgående från användningsapparaturen och anpassas till snabbanslutningar och ventiler av samma dimension.
Tryckluftsledningen kan vara av stål, galvaniserat stål, aluminium eller plast. Användningen av aluminium och plast har ökat och dessa lämpar sig väl också för verkstäder, när användningstrycket inte är för högt. Plaströr är lätta att installera och tack vara den låga vikten är också upphängningen förhållandevis enkel.
Vid val av material för rörledningen bör man beakta rörledningens och anslutningarnas lämplighet i förhållandet till det önskade trycket.
I stället för 90 graders krökar rekommenderas vidare anslutningar där krokradien är 2 gånger rörets diameter (R = 2d), vars inverkan i ekvivalentberäkningarna endast är en bråkdel av den längd som gäller för 90 graders krökar.
Den sista komponenten som ansluts vid användningspunkten kan vara någon fast ansluten anläggning, t.ex. däckmaskin, fordonslyft, avgasbana, tvättmaskin etc. eller en lös slang eller slangvinda, där användaren ansluts med en snabbkoppling. Användarapparaten kan vara vilket tryckluftsdrivet verktyg som helst som t.ex. mutterdragare, skruvdragare, borrmaskin, slipmaskin, verkstadsdomkraft eller t.o.m. en bultpistol.
Vid valet av slangvinda bör man beakta dimensionen för anslutningen, slangens diameter och längd för att säkerställa det rätta trycket och täckningen av arbetsområdet. Samtidigt bör man beakta infästningshöjden för slangvindorna. Behövs nedtagningar från taket eller finns det möjligheter för infästning i vägg. Behövs olika ställningar eller förstärkningar i t.ex. Sandwich-element.
Centralanläggning eller typ av kompressor, kapacitet och utrustning
Kompressorn utgör grunden i tryckluftssystemet. Den producerar all den tryckluft som behövs i verkstaden och därför bör valet göras med stor omsorg och utgående från de prestandakrav som ställts för verkstaden. Kompressorer finns av olika typer, men för reparationsverkstäder används normalt s.k. kol- eller skruvkompressorer. Båda typer finns att få som oljefria modeller, med dessa behövs sällan i en verkstadsmiljö.
Kolvkompressor
Kolvkompressorer lämpar sig bäst när behovet av tryckluft är lågt och användningen liten. För kolvkompressorer är tryckvariationerna och tryckimpulserna stora.
Vi rekommenderar kolvkompressorer för verkstäder där användningsgraden av kompressorn är låg, t.ex. användning av bultpistol eller fyllning av däck. Begränsande faktorer är den kontinuerliga användningen, eftersom kolvkompressorer, beroende på arbetet, kräver en fem minuters vilopaus efter fem minuters kontinuerlig användning. Ljudnivån är också hög för kolvkompressorer och därför bör kompressorn placeras i ett separat utrymme. Ljudnivån kan sänkas genom att välja en isolerande inbyggnad, men detta ökar storleken och kräver därför också ett större golvutrymme.
Inköpspriset och servicekostnaderna är låga för kolvkompressorer, men kolvar, cylindrar, kolvringar och ventiler nöts snabbt och reparationer av dessa är inte lönsamma. En kolvkompressor är en engångsprodukt och den bör ersättas med en ny när livstiden har löpt ut.
Skruvkompressor
En skruvkompressor är det bästa valet för en verkstad där förbrukningen är jämn och behovet är förhållandevis stort. Skruvkompressorerna håller en låg ljudnivå och det finns ett stort utbud med varierande kapacitet och tilläggsutrustning.
Skruvkompressorer för verkstadsbruk är kompakta konstruktioner och kan innehålla all teknik som behövs för en centralanslutning i en integrerad styrbox som placerats ovanför tryckbehållaren. I dessa kompressorer fungerar tryckkärlet ofta som efterkylare, dessutom kan det finnas flera funktioner färdiginstallerade som för kapaciteten anpassad och integrerad torkkylare, oljeavskiljningsfilter, filter för insugningsluften, kondensavskiljningsventil och tillverkarens eget styrsystem.
Vid val av kompressor bör man säkerställa att kompressorns styrfunktioner täcker behovet och att det finns tillräckligt med in- och utgångar för uppkoppling till en fastighetsautomatik.
Dessutom bör man utvärdera den lämpligaste lösningen för styrningen av användningen och trycket. Styrningen kan vara grov med 2-bars tryckskillnad, noggrannare med 0,5 bars tryckskillnad eller en frekvensomvandlarstyrd kompressor med en tryckskillnad på 0,1 bar.
Kvalitetskraven på tryckluften och typen av nätverk definierar behovet av torkkylare och tilläggsfilter för anläggningen.
Det slutliga valet av kapacitet, dvs. luftmängd och användartryck, görs på basen av det undersökta behovet av tryckluft och det uppskattade tryckbehovet, plus beräknade tryckförluster i systemet.
Tryckbehållare
Valet av tryckbehållare är viktigt. Storleken bör dimensioneras tillräckligt för att minska på kompressorns start-, avlastnings- och stopperioder. Täta startfrekvenser minskar kompressorns livslängd.
Tryckbehållaren fungerar också som en säkerhet för oljeskador, eftersom all eventuell läckolja från kompressorn stannar i tryckbehållaren och hindrar således från att förstöra övriga delar av nätverket. När tryckbehållaren fungerar som mellankylare samlas kondensvatten i behållaren och detta vatten måste avskiljas systematiskt.
Kondensavskiljningen kan ske manuellt men sköts enklare med en timerförsedd avskiljningsventil, varifrån kondensvattnet leds via ett oljefilter vidare till avloppet. Tryckbehållaren måste alltid kunna fungera enligt genomströmningsprincipen, där luften intas i nedre delen av kärlet och uttaget till nätverket sker från övre sidan av kärlet.
Tryckluftsbehållaren är ett tryckkärl som måste registreras ifall den maximala tryckvolymens summa överstiger 3000. T.ex. tryckbehållaren som används i vår 10 bars kompressor rymmer 270 liter och är stämplad för ett tryck på 11 bar = 270 l x 11 bar = 2970, vilket innebär att behållaren inte behöver granskas. Däremot är vår 13 bars kompressor försedd med 16 bars behållare, vilket innebär att den bör granskas även om storleken och formen är densamma.
Läs mer på Tukes webbplats:
Torkare
Som torkare används antingen en torkkylare eller absorptionstork. Torkkylaren är den vanligaste modellen i skruvkompressorer för verkstadsbruk, vilket är tillräckligt för nätverk som befinner sig i uppvärmda utrymmen. Användningen av torkkylare förlänger livslängden för tryckluftsnätverken och användaraggregaten genom att förhindra korrosion i rörledningarna och nötningar/fel i verktygen.
Torkkylarens kapacitet bör anpassas till kompressorns kapacitet. Vid användning av separat torkkylare bör man beakta att en särskild kondensavskiljare behövs.
Filtrering
Beroende på renhetskraven kan linjen förses med separat tilläggsfilter. Tryckluft innehåller orenheter som kan vara mikroorganismer, fasta partiklar, damm eller olja. Orenheterna kan förflytta sig till slutprodukterna vid t.ex. målning och förorsaka funktionsstörningar och nötningar på verktyg och maskiner.
Valet av filter görs på basen av den klassificering som valts för tryckluften. De kvalitetsklasser som används inom industrin och verkstäderna finns specificerade i standarden ISO 8573 – 1:2010.
| Kvalitetsklass | Mängden fasta partiklar | Daggpunkt under tryck | Oljehalt |
|---|
Primärfilter eller vattenavskiljare används för fasta partiklar över 5µm och avlägsnande av droppformat vatten ur tryckluft. Primärfilter används som namnet antyder som primärfilter före mikrofilter. Mikrofilter eller oljeavskiljningsfilter filtrerar alla orenheter över 0,01 µm oavsett om det är olja eller fasta partiklar.
Val av filtertyp och kapacitet görs utifrån önskad kvalitetsklassificering och specificerad genomströmningsvolym (kubik per minut). Tryckförluster som uppstår vid användningen av filtren bör beaktas vid dimensioneringen av nätverket och kompressorn.
Placering av centralaggregat
Centralaggregatet bör placeras så att det inte stjäl utrymme från verkstaden. Kompressorn avger mycket värme vid användning och därför måste en tillräcklig ventilation säkerställas vid planeringen. Den bästa lösningen är ett system där överloppsvärmen kan ledas tillbaka till verkstaden under den kalla perioden och direkt ut under sommaren. Detta kan i all enkelhet utföras med kanalfläktar och olika ventilationsanläggningar. Den heta kylluften bör inte blandas med insugningsluften och därför är en placering i arbetsutrymmen, t.ex. uppe på en avsats, inte alltid den bästa lösningen.
Kompressorns uppgift är att pressa ihop luft och en tätare insugningsluft kräver mindre arbete från kompressorn. Sval luft är tätare än varm luft. En förändring av temperaturen för insugningsluften från +25 grader till +10 grader ökar kompressorns produktion med 5%. En sval omgivningsluft förbättrar också funktionen för efterkylaren och torkkylaren. Om kompressorn är planerad för köldgrader, kan insugningsluften ledas direkt utifrån, antingen direkt till insugningsfiltret eller till dess omedelbara närhet. Insugningsluftens renhet har stor betydelse för kompressorns livslängd och slitage och därför bör en tillräcklig filtrering säkerställas vid dammiga förhållanden. För att undvika frysning av kondensaggregaten och fukt på grund av frostbildning i styrsystemen, bör temperaturen i kompressorrummet hållas över 0-strecket.
I kompressorrummet bör finnas ett avlopp för kondensvattnet. Dessutom måste man säkerställa oljeavskiljningen förrän kondensvattnet släpps ut i avloppet.
