Осушка волноводного тракта: как выбрать дегидратор — мембранный, адсорбционный или силикагелевый

Волноводный тракт и влага: зачем нужна осушка

Волноводный тракт радиорелейной линии, радиолокационной или земной станции спутниковой связи — это металлическая труба, заполненная воздухом. Состояние этого воздуха влияет на электрические параметры линии так же прямо, как геометрия сечения. Пока стенка суше окружающего воздуха, ничего не происходит. Как только температура стенки опускается ниже точки росы воздуха внутри, на ней выпадает конденсат. Вода меняет условия распространения волны: растёт вносимое ослабление и КСВН, на фланцах и в местах пайки начинается коррозия, продукты которой остаются в тракте и после просушки. При большой импульсной мощности влага и загрязнения снижают запас по электрической прочности, и повышается риск пробоя.

Герметизировать тракт полностью не получается: в нём десятки фланцев, гибких вставок, переходов и гермовводов. При суточном ходе температуры воздух внутри то расширяется, то сжимается, и тракт «дышит» через неплотности. За ночь он втягивает влажный наружный воздух, а утром на стенках появляется роса. Поэтому тракт держат под небольшим избыточным давлением сухого воздуха. Эту задачу решает дегидратор — компактная установка осушки воздуха с компрессором, осушителем и автоматикой. В каталоге такие установки собраны в разделе дегидраторы для волноводов и фидерных трактов.

Коаксиальные фидеры с воздушным диэлектриком осушают по той же причине и теми же установками. Фидеры со вспененным диэлектриком внутреннего свободного объёма не имеют, и наддув им не нужен: для них главная защита — герметизация разъёмов. Дегидратор ставят там, где в линии есть воздушный объём: волноводы, воздушные фидеры, волноводные облучатели и гермовводы.

Как работает наддув: уставки, цикл и сигнализация

Дегидратор автоматически держит давление между двумя значениями. Компрессор включается при падении давления до нижней уставки, нагнетает воздух через осушитель и отключается на верхней уставке. Затем давление медленно снижается из-за утечек, и цикл повторяется. В плотном тракте компрессор работает малую долю времени: отсюда большая разница между максимальной и средней потребляемой мощностью. У KADAMM ДГМ-7, например, в паспорте указано не более 270 Вт в работе и 2 Вт в минимуме.

Рабочее давление задаёт не дегидратор, а самый слабый элемент тракта: допуск волноводов, гермовводов и облучателя берут из документации на тракт. Диапазон дегидратора должен накрывать это значение. В линейке он различается заметно: от 1–20 кПа у KADAMM ДГА-7 до 1–400 кПа у KADAMM ДГМ-25Н. Более широкий диапазон сам по себе не преимущество: высокое давление нужно только тем трактам, которые на него рассчитаны.

Автоматика контролирует четыре состояния и выводит их на сигнализацию:

• давление выше верхней уставки — неисправность автоматики или перекрытый выход; порог зависит от модели, от 3 до 30 кПа сверх уставки;
• давление ниже нижней уставки — большая утечка или отказ компрессора;
• утечка по времени — непрерывная подкачка дольше заданного цикла, по умолчанию 30 мин;
• влажность на выходе — точка росы выше порога: −5 °C или −10 °C в зависимости от модели; состав аварий каждой модели указан в её карточке.

У KADAMM ДГМ-16 и KADAMM ДГС-10К дополнительно считается число подкачек за 24 часа. Этот счётчик удобен для наблюдения: его рост показывает, что тракт постепенно теряет плотность, ещё до срабатывания аварии.

Точка росы сжатого воздуха: что значит −40 и −45 °C

Точка росы — температура, при которой воздух становится насыщенным и влага начинает конденсироваться. Для тракта это главный параметр осушителя: она должна быть ниже самой низкой температуры, до которой может остыть стенка. Разница между наружным и осушенным воздухом составляет не проценты, а порядки. Значения ниже рассчитаны по формуле Магнуса с коэффициентами Руководства ВМО № 8: давление насыщенного пара над льдом e = 6,112 · exp(22,46 t / (272,62 + t)) гПа, над водой — 6,112 · exp(17,62 t / (243,12 + t)) гПа, t в °C; масса влаги a = 216,7 e / (273,15 + t) г/м³, e в гПа. Результат приблизительный.

Воздух при +25 °C и влажности 50 % имеет точку росы около +14 °C и содержит примерно 11,5 г воды в кубометре. На выходе осушителя с точкой росы −45 °C воды остаётся около 0,07 г, то есть примерно в 170 раз меньше.

При сравнении паспортов важны условия. Точка росы зависит от давления: при сжатии парциальное давление водяного пара растёт вместе с общим. Для наддува это небольшая поправка: при 30 кПа избыточного давления e растёт в (101 + 30) / 101 ≈ 1,3 раза, и воздух с точкой росы −45 °C при атмосферном давлении имеет точку росы около −43 °C (расчёт по той же формуле). В пневмосистемах с давлением в сотни кПа поправка уже значительна, поэтому там говорят о «точке росы под давлением».

Мембранный осушитель воздуха

В мембранном осушителе сжатый воздух проходит вдоль волокон из полимерной мембраны. Молекулы воды проникают через стенку волокна быстрее, чем азот и кислород, поэтому на выходе остаётся сухой воздух, а влага уходит через дренаж. Сменного поглотителя здесь нет, и в обслуживании такой осушитель проще остальных: нет колонн с поглотителем и нет материала, который со временем насыщается.

Мембрана работает под давлением компрессора, поэтому мембранные модели перекрывают самый широкий диапазон уставок. Цена за это — самая высокая потребляемая мощность компрессора (от 220 до 400 Вт) и больший, чем у силикагелевых моделей, шум. Выбор мембранных исполнений — в разделе мембранные дегидраторы.

Адсорбционный осушитель воздуха: принцип работы

Адсорбция — это удержание молекул воды на поверхности пористого материала. В наших адсорбционных моделях используется активный оксид алюминия, загруженный в две колонны. Пока одна колонна осушает воздух, вторая восстанавливается: накопленная влага сбрасывается наружу. Затем колонны меняются местами. Такая автоматическая регенерация (самопросушка) не требует обслуживания поглотителя и обеспечивает стабильную точку росы −45 °C.

Адсорбционные установки хороши там, где нужна низкая точка росы при умеренном давлении: диапазон уставок здесь 1–20 или 1–50 кПа. Для большинства волноводных трактов этого хватает с запасом. Все три модели выпускаются с питанием −48 В, а значит, подходят для объектов связи с батарейным питанием. Модели собраны в разделе адсорбционные дегидраторы с регенерацией.

Силикагелевый осушитель воздуха

Силикагель — тоже адсорбент, но в этих установках он работает иначе: воздух проходит через слой индикаторного силикагеля, который меняет цвет по мере насыщения. Состояние поглотителя видно без приборов; насыщенный силикагель регенерируют или заменяют. Простая схема у моделей на 10 и 13 л/мин даёт главное преимущество типа: малую мощность и низкий шум, не более 30–80 Вт и 40 дБ на 1 м против 150–400 Вт и 55–65 дБ у мембранных и адсорбционных моделей. Поэтому такой дегидратор уместен там, где шум и мощность важны, а обслуживание регулярно. KADAMM ДГС-18Н отличается: у неё больший расход и питание −48 В, но точка росы −30 °C, 180 Вт и шум до 65 дБ(А). Подробнее — в разделе силикагелевые дегидраторы.

Мембранный, адсорбционный или силикагелевый: сравнение

Короткое правило: нужны высокие уставки или нет желания возиться с поглотителем — мембранный; нужна точка росы −45 °C и питание −48 В на объекте связи — адсорбционный; важнее всего тишина и малая мощность — силикагелевый.

Как выбрать дегидратор по объёму тракта и расходу

Расход дегидратора считают по двум задачам: первичное заполнение тракта и компенсация утечек. Объём считается по внутреннему сечению волновода. Для стандартных прямоугольных волноводов (размеры EIA) расчёт прост, ниже приведены примеры:

Количество воздуха на подъём давления считается как объём × избыточное давление / 101 кПа. Для 100 м волновода WR-229 при 30 кПа получается 169 × 30 / 101 ≈ 50 л, то есть около 8 минут при 6 л/мин и около 2,5 минут при 20 л/мин. Но этот расчёт показывает только подъём давления. Новый тракт заполнен влажным воздухом, и его нужно заменить. Для этого тракт продувают: поднимают давление, сбрасывают его с дальнего конца и повторяют. Если принять для примера три объёма сухого воздуха, то на том же тракте понадобится 507 л, то есть около 85 минут при 6 л/мин и около 25 минут при 20 л/мин.

Утечку определяют опрессовкой. Поднимите давление, отключите подачу и засеките падение. Утечка равна объём × падение давления / (101 кПа × время). Пример: тракт 169 л потерял 5 кПа за час. Утечка составит 169 × 5 / 101 ≈ 8,4 л/ч, или 0,14 л/мин. Для модели на 6 л/мин это 2,3 % времени работы компрессора. В таком режиме расхода хватает с большим запасом, и решающим становится время заполнения. Если падение измеряется десятками кПа за час, сначала ищите неплотность, а не более производительную установку.

Несколько трактов суммируются: объёмы и утечки складываются, давление выбирается по самому слабому. Выходов по 4 штуцера у большинства моделей, у ДГА-7 — 2, у ДГМ-25Н — 1 (для нескольких трактов нужна разводка). Четырёх выходов обычно хватает для разводки на соответствующее число трактов.

Питание −48 В и интерфейсы мониторинга

На необслуживаемых объектах связи дегидратор должен сообщать о неисправности сам. Минимум — сухие контакты в систему аварийной сигнализации. Для сетевого мониторинга нужны цифровые интерфейсы. Они различаются по моделям:

Шаблон артикула у моделей с суффиксами прост: например, ДГА-10-48С — это адсорбционный дегидратор на 10 л/мин с питанием −48 В и SNMP. Такая запись сразу отвечает на два вопроса, с которых начинается согласование с заказчиком. Если на объекте только постоянное −48 В, выбирайте из моделей первой строки или ДГС-18Н-48. Если нужен SNMP без шлюзов — первая строка или ДГМ-25Н, с суффиксом С. Для остальных моделей питание −48 В и SNMP уточняйте у менеджера.

Установка осушки воздуха на объекте: монтаж и обслуживание

• Климат. Рабочий диапазон большинства моделей −40…+60 °C или −40…+65 °C, у ДГА-10, ДГМ-16 и ДГС-18Н — от −30 °C. При установке вне обогреваемого помещения сверяйте нижнюю границу с климатом объекта.
• Трубки. Штуцеры выполнены под конкретную трубку: 4 × 6 мм у ДГМ-7, ДГА и ДГС, 6 × 8 мм у ДГМ-25Н, Ø5 × 8 мм у ДГМ-6, ДГМ-6Н, ДГМ-6К, ДГМ-14 и ДГМ-16. ДГА-20 по заказу выпускается под трубку 3/8″.
• Точка подключения. Подавайте воздух в начало тракта, а сброс на дальнем конце используйте при первой продувке.
• Дренаж. У мембранных моделей ДГМ-6, ДГМ-6Н, ДГМ-6К, ДГМ-14 и ДГМ-16 выведен дренаж влаги Ø6 мм. Его не заглушают и выводят туда, где конденсат никому не помешает.
• Контроль. Следите не только за авариями, но и за тенденцией: растущее число подкачек за сутки указывает на ослабший фланец раньше, чем сработает порог.
• Параметры линии. После длительной работы без наддува проверяйте КСВН и ослабление: вода могла оставить следы коррозии, которые просушка не устранит.

Что подготовить для подбора

• тип и длину волноводов или фидеров, число трактов;
• допустимое давление тракта и элементов (гермовводы, облучатели);
• минимальную температуру на объекте и место установки;
• питание объекта: ~220 В или −48 В;
• способ контроля: сухие контакты, Modbus, Ethernet или SNMP;
• ограничения по шуму и месту в стойке.

Модели

KADAMM ДГМ-7

Мембранный, ~220 В / −48 В

6,7 л/мин, 1–99 кПа, −45 °C, 19″ 5U.

Открыть карточку

KADAMM ДГМ-6К

Мембранный компактный

6 л/мин, 1–100 кПа, −40 °C, 19″ 3U.

Открыть карточку

KADAMM ДГМ-14

Мембранный, высокое давление

14 л/мин, 1–250 кПа, −40 °C.

Открыть карточку

KADAMM ДГМ-16

Мембранный, большой расход

≥ 16 л/мин, 1–40 кПа, −40 °C.

Открыть карточку

KADAMM ДГМ-25Н

Мембранный, 400 кПа

25 л/мин, 1–400 кПа, −45 °C, настольный.

Открыть карточку

KADAMM ДГА-7

Адсорбционный, 2U

7 л/мин, 1–20 кПа, −45 °C, ~220 В / −48 В.

Открыть карточку

KADAMM ДГА-10

Адсорбционный, 3U

10 л/мин, 1–50 кПа, −45 °C, ~220 В / −48 В.

Открыть карточку

KADAMM ДГА-20

Адсорбционный, большой расход

20 л/мин, 1–50 кПа, −45 °C, ~220 В / −48 В.

Открыть карточку

KADAMM ДГС-10К

Силикагелевый, тихий

10 л/мин, 1–40 кПа, −40 °C, до 80 Вт, ≤ 40 дБ.

Открыть карточку

KADAMM ДГС-13Н

Силикагелевый, 30 Вт

13 л/мин, 2,5–25 кПа, −40 °C, ≤ 40 дБ.

Открыть карточку

KADAMM ДГС-18Н

Силикагелевый, ~220 В / −48 В

18 л/мин, 1–50 кПа, −30 °C.

Открыть карточку