打造高效壓縮空氣系統：設計技巧
目錄
- 介紹
- 壓縮空氣系統的各種材料
- 鋼材的利弊分析
- 銅和不銹鋼的利弊分析
- 鋁材的優勢
- 如何適當地規劃壓縮空氣系統
- 計算設備的空氣需求
- 定義空氣品質需求
- 壓縮機的選擇和安裝
- 設計壓縮空氣系統的配置
- 確定管道直徑
- 控制系統中的膨脹和振動
- 設計系統的坡度和排水
- 管道的固定和支撐
- 總結
🌬️ 壓縮空氣系統：材料和設計的選擇
壓縮空氣系統是現代工業中的重要組成部分。不僅在大型工廠和生產線中扮演著關鍵角色，而且在小型工作室和車間中也非常常見。設計和選擇適當的壓縮空氣系統材料和配置對於確保系統的效能、可靠性和經濟性至關重要。在本篇文章中，我們將介紹不同材料的利弊以及如何適當地規劃壓縮空氣系統。
選擇合適的材料
選擇合適的材料對於壓縮空氣系統的長期運行至關重要。根據用途不同，可以使用不同的材料，包括鋼材、銅和不銹鋼以及鋁材。每種材料都有其自身的優點和限制。讓我們先來看看鋼材。
⚙️ 鋼材
鋼材是壓縮空氣系統中最常見的材料之一。無論是黑鋼還是鍍鋅鋼，鋼材由於其價格實惠而被廣泛使用。然而，它也存在一些缺點。其中最重要的一點是鋼材的氧化或生銹現象。
一方面，燃燒氧化會使鋼材的內部表面變得非常粗糙，從而造成壓力損失和紊流。另一方面，鋼材表面的銹屑會脫落成顆粒，進而污染整個系統。儘管熱浸鍍鋅鋼的氧化速度較慢，但仍然無法避免內部表面的粗糙，這也會降低其性能。此外，鋼材的重量也是一個重要的問題。鋼管重量大，安裝過程需要大量人力和時間，系統修改也變得困難。總體而言，在工業領域中，使用鋼管連接和密封是最不可靠的方法之一，因為一旦出現泄漏，操作成本就會上升。
💰 銅和不銹鋼
銅和不銹鋼是設計壓縮空氣系統時使用的另外兩種材料。銅材在醫療氣體領域仍然被廣泛使用，因為某些醫藥工業仍然需要它並且符合其標準。然而，銅材的價格高於鋼材，重量大且需要焊接才能連接。這使得現場施工變得複雜，安全措施也更為重要。同時，焊接接頭使得系統修改變得困難。另外，較少使用的材料是不銹鋼。從理論上講，不銹鋼是一個有吸引力的選擇，因為它對許多物質都有抗性。然而，在實際應用中，不銹鋼的重量大、價格昂貴，且比黑鋼更難螺紋。即使在使用化學品的行業（如造紙廠）中，我們也不一定需要使用不銹鋼，大多數情況下可以使用更經濟的管道系統。
🌟 鋁材
相較於其他材料，鋁材是壓縮空氣系統的一個很好的選擇。幾年前，由於原材料成本的下降，鋁材被引入市場。人們發現鋁材具有許多優點，而且價格也非常實惠。與其他材料相比，鋁材更容易安裝，重量較輕，且易於運輸和安裝在天花板上。舉例來說，一根鋁管的重量只有等值鋼管的三到四分之一。使用鋁材節省了大量的時間和人力成本，對項目的成本和時間進度有很大的影響。此外，與鋼材相比，鋁管的內部表面光滑，從而減少了整個系統中的壓力損失。同時，鋁材不會生銹，消除了與氧化有關的所有問題。最重要的是，與其他材料不同，鋁材不需要任何螺紋或焊接，而它的安裝方法確保了最佳的密封效果。
正確規劃壓縮空氣系統的步驟
如何正確規劃壓縮空氣系統？讓我們一步一步來看。
第一步：確定工作站的性質和位置
在規劃壓縮空氣系統時，確定每個工作站的性質和位置是非常重要的。舉個例子，考慮一個正在計劃建立新的供水系統的市政府。他們需要知道街道和房屋的位置，以便將適量的水送到正確的位置。對於壓縮空氣系統也是如此，首要的事情是了解每個工作站將位於何處以及需要多少空氣流量。另外，還需要考慮建築物的大小、系統和壓縮機房的位置、樓層數以及未來擴展的可能性。這些因素在項目的性能方面都起著重要作用，但往往在項目初期被忽視。
第二步：估計每個應用的空氣需求
確定每個應用的空氣需求對規劃壓縮空氣系統至關重要。首先要考慮的是需要空氣的設備的數量和類型，以及每個工作站的空氣消耗量。有些工具（如沖擊扳手）間歇性地消耗大量空氣，而其他設備（如噴漆槍）需要連續長時間使用空氣。因此，要計算一個設備的實際空氣消耗量，需要估計其使用空氣的時間百分比。舉個例子，如果一個半英寸的沖擊扳手每天使用10%的時間，則平均消耗為3 SCFM（如果它的消耗量是30 SCFM）。需要重複這個計算步驟，計算出每個設備的消耗量，然後將結果應用到每個子系統和整個系統的消耗量計算中。有時候多個設備會同時從系統中抽取空氣，而想要避免壓力過大，需要在整體空氣消耗量上增加25% 到 50% 的安全裕度。此外，該考慮的另一個方面是所需的空氣品質。建議對空氣進行過濾、乾燥和去水處理，這可以從壓縮機房進行，也可以在個別工作站使用過濾器、調壓閥和模塊化乾燥器進行處理。需要確定每個工作站需要什麼樣的空氣品質，並根據不同的工作場所條件進行調整。
第三步：選擇和安裝壓縮機
壓縮機的選擇和安裝也是壓縮空氣系統規劃的重要一環。需要確定當前或未來使用的壓縮機的馬力、容量和位置，有時候系統的空氣消耗量超過壓縮機的供應能力，因此至少需要一個儲氣罐，同時還可能需要輔助儲氣罐和系統中的遠端點。此外，需要考慮儲氣罐的大小和處理由壓縮機產生的震動，應該在壓縮機和系統之間添加一個防震軟管作為保護屏障，以避免過度磨損。
第四步：設計系統配置
設計壓縮空氣系統的配置是關鍵。如果可能的話，封閉環路是最佳的配置，它能確保無論空氣分支位於何處，系統始終有兩個源頭供應。封閉環路系統有幾個優點。首先是空氣阻力減少了一半，這意味著在某些情況下，甚至可以使用略小直徑的管道來滿足同樣的需求。第二，封閉環路系統能很方便地隔離網絡中的部分進行維護。如果在規劃階段將環路劃分為幾個部分並安裝關閉閥，就可以隔離系統的特定部分進行維護工作。在此期間，系統的其他部分仍然可以接收空氣，這使您能夠應對緊急情況，進行維護，而不會中斷其他活動。配置封閉環路的第三個優勢是系統中能保持統一的壓力。
如果無法設計成封閉環路，則必須設計成線性網絡，然後使用相同的方法計算管道直徑。不論主系統配置如何，我們仍然需要使用上述表格來確定滴頭的直徑。
第五步：控制膨脹和振動
在壓縮空氣系統中，控制膨脹和振動是非常重要的。當系統的空氣溫度不同於環境溫度時，會在某些區域產生膨脹變形。因此，需要確定一些區域來允許管道的膨脹和收縮，以減少應力。使用膨脹環是吸收膨脹的最常見方法之一。它包括使用四個彎頭形成的U形設計，從而產生所謂的“彈性元件”。還需要注意的是，壓縮機產生的振動，可以使用防振軟管在壓縮機和首段管道之間進行消除。這是確保系統順利運行的關鍵保護措施。
第六步：設計系統的坡度和排水
在大多數安裝中往往需要考慮安裝一個空氣乾燥機，理論上我們假設不會有水或液體在系統中積累。然而，確保安全起見，在製定計劃時需要考慮到這個問題。一般來說，具有至少一個百分之一坡度的主管道是不錯的選擇。當然，如果您有一百米長的地下系統，這樣的百分比坡度將導致一端到另一端有一段相當大的高度差。在這種情況下，您可以將其分為多個部分，在每個坡度底部安裝排水點。最後，展示一個完整壓縮空氣系統的管道與裝配夾的圖片，裝配夾需根據不同的環境溫度和管徑適當安裝。
第七步：固定和支撐管道
適當的數量的固定和支撐配件對於壓縮空氣系統的運行至關重要。所有的管道系統都有不同的固定要求。對於安裝我們的PPS管道系統來說，強烈建議將支撐配件間隔在5到13英尺，具體間隔取決於環境溫度和管徑，但距離配管段或滴答地連接物至少要有8英寸的間距，以確保管道能夠在其支撐上滑動並自由運動，以應對膨脹效應。
總結
發現了不同材料的優缺點，以及如何正確規劃壓縮空氣系統的重要步驟后，現在您應該更加了解如何有效地設計和選擇壓縮空氣系統。適當的材料選擇和系統設計對於確保系統的運行效果和持久性至關重要。無論您是在建造新的壓縮空氣系統還是更新現有系統，一個好的設計將為您節省時間和金錢，同時提供可靠和高效的運行。
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