Пневмопушка устройство и работа. Использование энергии сжатого воздуха, при его истечении из закрытого объёма в импульсном режиме, известно давно, а широкое применение этого эффекта в технике и в индустрии развлечений, распространилось сравнительно недавно.
Импульсное истечение сжатого воздуха из сопла закрытого сосуда сопровождается громким звуком, хлопком, похожим на выстрел, отсюда название – пневмопушка.
Скорость истечения воздуха в импульсном режиме на обрезе сопла достигает скорости звука и, эта порция сжатого воздуха несёт в себе кинетическую энергию, способную совершить полезную работу.
Ликвидация заторов сыпучих материалов в бункерах и силосах, методом срыва материала с внутренней поверхности ёмкости, энергией импульсного сжатого воздуха, для обеспечения нормального и равномерного истечения материала из неё, является одной из сфер применения пневмопушек.
Использование импульсного сжатого воздуха в качестве оружия применялось давно (духовые трубки аборигенов) и, сегодня, трансформировалось в создание индустрии ручного пневматического оружия, ружей и пистолетов, которые применяются в спорте и в быту.
Создание игрушек, типа стреляющих танков, с применением светового эффекта, ещё одна сфера применения импульсного сжатого воздуха, которая востребована в индустрии развлечений.
Магазин
Контакты
Для увеличения срока службы фильтра и экономии энергии
В ранних системах сбора пыли использовалась пассивная фильтрация для отделения пыли от различных воздушных потоков. На фильтрах внутри пылесборника постепенно скапливалась пыль, и со временем перепад давления на фильтрующем материале увеличивался до тех пор, пока не возникло такое большое сопротивление, что поток воздуха через систему упал ниже допустимого уровня. Затем фильтрующий материал необходимо было извлечь, утилизировать и очистить установленный фильтрующий материал, чтобы восстановить для системы исходное состояние рабочего воздушного потока. (Чистые фильтры возвращают систему в состояние с более низким перепадом давления.)
Ключевое улучшение в сборе пыли произошло, когда была разработана активная очистка для восстановления фильтрующего материала, оставшегося в пылесборнике. На протяжении многих лет к пылесборникам применялись различные методы активной очистки, в том числе механические и реверсивные. Каждый метод обеспечивал очистку фильтра с различной степенью успеха. Цель каждого метода состояла в том, чтобы удалить все «слои пыли» с поверхности фильтра, тем самым уменьшая перепад давления на фильтрах и увеличивая срок службы фильтров, фактически увеличивая период времени до очередной замены фильтрующего материала.
Механическая очистка
Механическая очистка была внедрена в промышленность как низкотехнологичная форма активной очистки. Механическая очистка включала встряхивание или выбивание фильтров для сброса с них накопившихся слоев пыли. Этот метод очистки позволял периодически удалять часть скопившейся пыли, чтобы продлить срок службы фильтров. Механические системы очистки (рис. 1 и 2) могли быть механическими (например, ручной или ножной рычаг для встряхивания или сгибания фильтров) или автоматическими (например устройство с электроприводом для встряхивания или вибрации фильтров). Они были совершеннее систем пассивной очисткой, но по-прежнему имели ограниченную эффективность, так как требовали отключения подачи воздуха через систему перед очисткой. Из-за такой схемы отключения пылесборник относился к категории систем очистки с прерывистым режимом работы; очистку можно было выполнять только при отключенном пылесборнике, и все фильтры чистились одновременно. Таким образом схема воздушного потока в системе изменялась следующим образом: снижение перепада давления после очистки (увеличение воздушного потока) и последующий постепенный рост перепада давления с течением времени (уменьшение воздушного потока). В целом, показатели работы системы очистки сильно зависели от того, как часто можно было отключить пылесборник.
Рисунок 1. Механическая система очистки с педалью
Рисунок 2. Механическая система очистки встряхивания
Очистка обратным потоком воздуха
Очистка обратным потоком воздуха предусматривала подачу воздушного поток в направлении, противоположном движению фильтруемого воздуха (рис. 3). Обратный воздушный поток проникает в фильтрующий материал с чистой стороны фильтра и сбивает слои пыли, накопившиеся на внешней поверхности фильтра. Подача обратного потока осуществлялась по-разному, в том числе с помощью вентилятора и сжатого воздуха.
В системах очистки обратным потоком воздуха низкого и среднего давления обычно использовался непрерывно работающий вентилятор, подававший большой объем воздуха низкого давления в направлении, противоположном потоку фильтруемого воздуха (рис. 4). В процессе очистки обратный поток воздуха сдувал накопившиеся слои пыли с поверхности фильтрующего материала.
Нормальный воздушный поток
Цикл очистки
Рисунок 3. Нормальный воздушный поток и поток во время цикла очистки
Рисунок 4. Вентилятор, создающий обратный поток воздуха
Как правило, вентилятор, создававший обратный воздушный поток, работал непрерывно, и в каждый отдельный момент времени очищалось только несколько фильтров. Этот метод очистки позволил создать систему непрерывного действия, поскольку пылесборник не нужно было отключать на время очистки фильтрующего материала.
Очистка импульсами сжатого воздуха
Более распространенный вариант очистки обратным потоком воздуха, используемый сегодня для многих пылесборников, предполагает подачу импульсов сжатого воздуха и называется импульсной очисткой. При этом методе очистки поток обратного воздуха, противоположный движению фильтруемого воздуха, подается импульсами. Импульс чистящего воздуха, как правило, растягивает фильтрующий материал, механически разрушая скопившийся на фильтре слой пыли, а затем выдувает сбитую пыль из фильтра. Давление импульсов сжатого воздуха может варьироваться от среднего (обычно менее 15 psig) до высокого (60–90 psig) в зависимости от конструкции конкретной системы очистки (рис. 5 и 6). Импульсная очистка очень эффективна при очистке фильтрующих материалов и считается также системой с непрерывным режимом работы.
Рисунок 5. Очистка в среднем режиме
Рисунок 6. Очистка сжатым воздухом
Очистка в непрерывном, или «оперативном», режиме работы обеспечивает преимущество, поскольку не прерывает основной воздушный поток во время очистки, позволяя пылесборнику работать даже в момент выполнения цикла очистки. В каждый отдельный момент времени очищаются только несколько фильтров, хотя в итоге система очистит все фильтры. Одни системы очистки, например системы с обратным потоком воздуха низкого давления, работают постоянно (то есть 100 % времени). Другие срабатывают с учетом наблюдаемого состояния фильтра (перепад давления) и не инициируют очистку, пока перепад давления не достигнет заданного высокого значения. Со временем, по мере увеличения пылевой нагрузки на фильтрующий материал, свидетельствующей об истечении эффективного срока службы фильтра, системы очистки, отслеживающие перепад давления, могут начать выполнять циклы очистки с большей регулярностью.
Рисунок 7. Продувочная трубка и трубка Вентури
Процесс импульсной очистки оттачивался годами, с тем чтобы оптимизировать эффективность работы системы. Изначально на фильтры просто направлялся импульс сжатого воздуха, который, обладая большей силой, чем поток, создаваемый вентилятором, обеспечивал очистку повышенного уровня, потому что при более энергичном воздействии с фильтрующего материала сбивалось больше пыли. Далее этот процесс был снова усовершенствован путем установки продувочной трубки (сопла) или распылительной трубки в камеру с чистым воздухом пылесборника. Продувочная трубка использовалась, чтобы помочь сконцентрировать или проконтролировать энергию импульса, направив ее на фильтр.
Еще одним усовершенствованием стала установка трубки Вентури в камеру с чистым воздухом (рис. 7). Трубка Вентури определяла траектории подачи сжатого воздуха на чистую сторону пылесборника, следования основного воздуха за импульсом чистящего воздуха и прохождения чистящего воздуха на чистую сторону фильтра. Трубка Вентури направляла поток сжатого воздуха в фильтр и оптимизировала мощность очистки.
Очистка оптимальной энергией импульса
Формирование оптимальной энергии импульса — это следующий шаг в импульсной очистке, который был впервые представлен, когда появилась технология фильтрации PowerCore®. Элемент PowerCore представляет собой компактный фильтрующий элемент оптимизированной конструкции, который позволил усовершенствовать систему импульсной очистки, в результате чего появился фильтр, способный выдерживать большие нагрузки и эффективно восстанавливаться после нештатных ситуаций в системе. Одним из средств, позволивших достичь этого, был накопитель импульсов, который аккумулировал необходимое давление сжатого воздуха и оптимизировал энергию импульса, направленного на фильтрующий элемент, не ограничивая при этом поток воздуха и не расходуя лишней энергии (рис. 8). Еще один метод заключается в контроле и оптимизации направления подачи сжатого воздуха в фильтрующий материал с использованием конструкции, обеспечивающей подачу импульса с нулевым углом поворота. Импульс проходит через фильтрующий материал по прямым траекториям с максимальной энергией очистки (рис. 9), легко выбивая пыль из каналов, образованных складками.
Рисунок 8. Компактная форма импульса
Рисунок 9. Импульс с нулевым углом поворота
Заключение
В результате перехода от пассивной фильтрации к активной очистке в отрасли пылеудаления появилось множество систем очистки, которые теперь применяются в пылесборниках. Оперативная очистка, технология импульсов сжатого воздуха и новые конструкции фильтров PowerCore способствовали усовершенствованию систем очистки. Оптимизация процедуры очистки фильтров максимально продлевает срок службы фильтрующего материала и сокращает до минимума количество энергии, необходимое для достижения самого оптимального цикла очистки, обеспечивая неоспоримый выигрыш владельцам и операторам пылесборников! Если технология очистки вашего пылесборника все еще не так эффективна, как могла бы быть, обратитесь к местному производителю пылесборников, чтобы получить больше информации и начать экономить.
Работа управляемого ресивера
Для создания рабочего импульса, вначале подаётся давление в штоковую полость пневматического цилиндра, происходит перемещение его поршня на 30 мм. При этом, золотник 18, шарнирно связанный со штоком пневматического цилиндра, перемещается назад и открывает выхлопное отверстие, сообщая тем самым объём над поршнем 13 механизма срыва клапана с атмосферой и, одновременно, перекрывает подачу сжатого воздуха в этот объём.
Происходит быстрое импульсное падение давления воздуха над поршнем 13, в то время, как давление под ним, в ёмкости ресивера, остаётся первоначальным и, под действием этого давления, происходит быстрое перемещение поршня 13 срыва клапана, в сторону выхлопного отверстия в направляющей крышке 3.
Связанный с ним срывной клапан сходит с седла, высвобождая порцию воздуха, накопленную в ресивере. Сжатый воздух в импульсном режиме истекает из ресивера и, через патрубок и сопло, попадает внутрь бункера, непосредственно в массив зависшего материала.
Импульсное истечение воздуха, через переходной патрубок, и сопло, размещённые в бункере, обеспечивает своей энергией, преодоление трения сцепления внутри материала и со стенками бункера и его равномерное истечение.
Несколько пневмопушек, размещённых на разных стенках бункера, совместно образуют систему ликвидации заторов материалов и обеспечивают равномерный их расход из бункера.
Управление всеми пневмопушками может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режиме, по программе, заложенной в систему управления, которая создаёт импульсы срабатывания одновременно или поочерёдно.
Принцип создания импульсного истечения сжатого воздуха из ёмкости, путём применения срывного клапана, используется практически во всех конструкциях управляемых ресиверов.
Техническая характеристика
Управление пневмопушкой, дистанционное, пневматическое:
- Время приведения пневмопушки в рабочее состояние, сек 6-7;
- Габариты, мм длина 1250
- диаметр рабочей ёмкости 500.
Система ликвидации заторов в бункерах с помощью импульсного обрушения сыпучего материала, успешно функционирует на многих заводах строительной, химической и металлургической отраслей.
Методика применения пневмо-импульсной технологии и её отличия от гидроудара
Специалисты компании ООО «АСГАРД-Сервис» используют установку ПТУс-200 с применением технологии пневмо-импульса. Данный метод подходит для чистки систем отопления, применим в теплоэнергетике, жилищно-коммунальном хозяйстве, промышленности. Технология позволяет в разы увеличить производительность и эффективность очистки внутренней поверхности отопительных систем. С помощью резкой подачи импульсов сжатого воздуха под большим давлением создаются ударные волны в жидкости, находящейся в трубопроводе.
Часто люди не доверяют данному способу, путая его с гидроударом и опасаясь за дальнейшую работу и сохранность систем отопления. Тут следует сделать оговорку с подробным описанием.
Леонид Иванович Седов в «Механике сплошной среды» и Овсянников Лев Васильевич в «Лекциях по основам газовой динамики» описывают пневмо-импульсную технологию следующим образом.
Для примера представим себе систему, состоящую из трубы и подсоединённого к ней баллона с сильно сжатым газом. Труба заполнена жидкостью. На выходе из баллона установлен быстродействующий клапан. При его открытии газ высвобождается в трубу. Между клапаном и жидкостью находится слой газа. Давление газа равно давлению в жидкости. В момент открытия клапана в трубе происходит формирование ударной волны. Она распространяется сначала по газу под низким давлением, а затем по жидкости. При наличии между клапаном и жидкостью слоя газа, в момент открытия клапана происходит распад произвольного разрыва, волна разрежения уходит в область газа под высоким давлением, а ударная волна в область газа с низким давлением. На рисунке 1 схематично показано распределение давлений в ударной волне и воле разрежения после открытия клапана.
Рисунок 1 – Расчётная схема и распределения давления на различных стадиях пробега ударных волн
где γ – показатель адиабаты газа. Для воздуха γ = 7/5 = 1,4.
На рисунке 2 (нижняя кривая) приведена зависимость давления p2 в ударной волне, распространяющейся в газовом слое между клапаном и жидкостью, от давления в баллоне p1 при p0 = 1 атм, ρ0 = 1,225 кг/м³, γ = 1,4 (нормальные атмосферные условия) и условии равенства температуры газа в баллоне температуре окружающий среды. Данное условие даёт
При давлении в баллоне p1 = 70 атм, давление на фронте ударной волны в газе составляет p2 = 5,73 атм, а массовая скорость u2 равна 511 м/с.
где Ω – акустический импеданс жидкости. Для воды величина Ω составляет 1,5·106 кг/(м²·с).
Зависимость давления в ударной волне, распространяющейся в жидкости (вода) p3, от давления газа в баллоне p1 представлена на рисунке 2 (верхняя кривая). В случае p1 = 70 атм, давление на фронте ударной волны в воде равно 21,84 атм, а массовая скорость воды u3 равна 1,41 м/с.
Рисунок 2 – Зависимости величин давления на фронтах ударных волн, распространяющихся в газе p2 и жидкости p3, от давления газа в баллоне p1
Распространяющая в жидкости ударная волна может встречать на своём пути различные препятствия и усиливается, отражаясь от них. Так, если конец трубы закрыт и жидкость не может свободно вытекать из него, то ударная волна отразиться от конца трубы и устремиться обратно в сторону баллона, а давление в ней существенно возрастёт (см. рисунок 1).
p4 = 2p3 − p0
Зависимость давления в отражённой ударной волне p4 от давления в баллоне p1 приведена на рисунке 3 (нижняя кривая). В случае p1 = 70 атм, величина p4 равна 42,68 атм.
Важно отметить, что приведённое описание ударно-волнового течения газа и жидкости справедливо для достаточно большого объёма газа в слое между клапаном и жидкостью (при p1 = 70 атм более двадцати объёмов баллона). Если слой газа между баллоном и жидкостью относительно мал, то возможно образование второй ударной волны в жидкости, распространяющейся вслед за первой и имеющей существенно большую амплитуду. Вторая ударная волна образуется при взаимодействии отражённой от слоя жидкости волны и контактного разрыва, отделяющего газ из баллона от газа низкого давления. Чем меньше слой газа между баллоном и жидкостью, тем больше амплитуда второй ударной волны и, соответственно, выше давление в системе. Для определения связи максимального давления в системе от давления в баллоне и объёма газового промежутка между жидкостью и клапаном требуется проведение дополнительного исследования (необходимо учитывать геометрию системы, проводить численное моделирование течения газа и жидкости). Однако, оценить максимально возможный уровень давления в системе можно считая, что между клапаном и жидкость газа нет, т.е. после открытия клапана ударная волна формируется сразу в жидкости.
Рисунок 3 – Величины максимальных давлений p3 и p4 в трубе, заполненной жидкостью, в зависимости от давления в баллоне p1
На рисунке 4 показана зависимость давления на фронте ударной волны в жидкости p2 от давления в баллоне p1 при отсутствии слоя газа между клапаном и жидкостью. Из рисунка 4 видно, что давление в ударной волне растёт практически пропорционально давлению в баллоне. Жидкость практически не сжимается в ударной волне. При p1 = 70 атм, давление на фронте ударной волны в жидкости составляет 68,69 атм, массовая скорость жидкости за фронтом u2 равна 4,57 м/с.
Рисунок 4 – Зависимость давления на фронте ударной волны в жидкости p2 от давления в баллоне p1 при отсутствии слоя газа между клапаном и жидкостью
Давление p3 в ударной волне, отражённой от заделанного конца трубы, показано на рисунке 3 пунктиром (верхняя кривая). Это давление рассчитывается по формуле
p3 = 2p2 − p0
На самом деле, быстродействующий клапан открывается мгновенно только в теории, в реальности этого не происходит, давление в жидкости поднимается плавно, и максимальное давление в системе будет ниже. При герметичной системе в результате быстрого пробега волн в жидкости давление быстро снизиться.
Так что выводы однозначны − так как динамические жесткости двух сред сильно отличаются, так же как и масса, то гидроудара не происходит.
Пример оборудования, разработанного специально для компании ООО «АСГАРД-Сервис»:
Специалисты ООО «АСГАРД-Сервис» успешно применяли данную методику при очистке систем трубопроводов ГУП «Петербургский метрополитен». Стоит отметить, что заказчик остался доволен выполненной работой.
Как же создаётся импульсное истечение сжатого воздуха
Конструктивное воплощение пневмопушки, это т.н. управляемый ресивер.
Устройство управляемого ресивера
Управляемый ресивер представляет собой цилиндрическую ёмкость 1, снабжённую на одном своём торце выхлопным отверстием с фланцем, которое изнутри закрыто срывным клапаном 8, а на другом торце, крышкой ёмкости, с неразъёмно установленным на ней корпусом 2, в котором размещён механизм срыва 13.
Механизм срыва клапана представляет собой поршень, шарнирно соединённый со штоком 10 срывного клапана. Поршень, может свободно, с уплотнённым зазором, перемещаться внутри корпуса, который снабжён установленным на нём и управляемым с помощью пневматического цилиндра 4, золотником срыва 18, который может уплотнённо перемещаться в направляющей крышке 3.
Выхлопная часть управляемого ресивера, с помощью наружного фланца, соединяется с переходным патрубком, который, в свою очередь, заканчивается соплом, устанавливаемым внутри бункера, силоса (на рисунке не показаны).
В исходном положении шток пневматического цилиндра выдвинут, и золотник срыва, отсекает верхний объём корпуса от атмосферы, закрывая выхлопное отверстие в нём. Срывной клапан сидит в седле ёмкости управляемого ресивера, отсекая его внутренний объём от атмосферы.
Для подготовки управляемого ресивера к работе, включается одновременная подача сжатого воздуха в емкость 1, через входной патрубок 16 и в пространство над поршнем 13 механизма срыва, через отверстие в золотнике 18.
При произвольной (вертикальной, горизонтальной или наклонной) установке управляемого ресивера, поршень 13 надёжно зажимает срывной клапан 8, в седле корпуса ёмкости. Через 6-7 секунд пневмопушка готова к работе.
