这里有一些减少损耗、合适尺寸的组件和简化电路的技巧,所有这些都可以节省大量的成本。
Phil McElroy,产品销售经理和ifps认证的流体动力气动专家,Norgren
大部分工业设施依靠压缩空气进行一系列操作,从简单的空气工具到更复杂的气动控制系统。例如,在食品和饮料加工厂,压缩空气系统支持产品的分类、切割、成型和包装等功能,以及在清洁食品和设备时吹散颗粒。
压缩空气清洁、可靠、容易获得,但与水、气和电相比,它往往被认为是理所当然的。此外,大约需要8马力的电力才能产生1马力的压缩空气。这使得压缩空气成为制造工厂中最昂贵的能源应用之一。
首先,必须在适当的压力下提供压缩空气,以实现生产目标。由于泄漏,维护不当的系统容易浪费多达三分之一的压缩空气。通常,空气压力下降会被误解为设备故障,从而引发对新压缩机的大量投资以增加容量。出乎意料的是,制造商现在必须消化新设备的成本,重新安排计划的时间表,并忍受旧设备更换期间的停机时间。
系统规模:理解简历
压缩空气的低效使用并不一定是机器故障的功能。相反,由于计算不正确的Cv(用于表示孔板电导值的无量纲数字),可能会出现问题。Cv是制造商在研究气动系统时用来测量阀门和其他部件尺寸的值,对于阀门的性能来说,Cv比每分钟通过的立方英尺数更重要。
尺寸正确的阀门将是安静的,有准确的流量控制,不会泄漏,甚至可能超过其预期寿命。Cv越大,流量越大。对于给定的应用来说,太小的阀门将不能允许足够的流量通过。当这种情况发生时,系统将被迫进行补偿。
让我们考虑一种实际情况,在这种情况下,必须进行调整以确保压缩空气操作的最大效率。系统从压缩机开始,压缩机通过接收罐、供应管线、干燥器、过滤器调节器和阀门输送到气缸,并在杆端工作。我们的目标是在气动系统中实现更快的响应。
一位客户在把一卷电线从他们的绕线机的主线转换过来后,必须移动它——这是一项材料处理任务。应用气缸的直径为3.25英寸。钻孔,10英寸。中风,我们想在一秒内移动它。客户试图确定工作所需的气缸和阀门的尺寸,但当他们把它们放在一起时,速度太慢了。
我们考虑了内径、冲程和延长时间,并在尺寸软件计算中考虑了10 psi的压降,如“系统尺寸计算”表所示。我们想要得到一个更高的Cv,即0.65(黄色部分)。我们使用了一个Cv为1.6的瓣膜。所以我们把它盖在阀门的一侧。但它仍然不够快。
然后我们看了看油管,有1/4英寸。管。从阀门到执行器的油管长度约为6英尺。1/4英寸。管,Cv为0.255。我们已经使整个系统瘫痪了。所以我们提供了3/8英寸。管的Cv为0.724。从阀门到油管的6英尺跨度应该不是问题。
但是这个应用程序仍然不够快。
然后我们注意到,安装在阀门的排气口有1/4英寸。Cv为0.1的消声器。我们取消了消声器和Cv限制,然后气缸速度提高了。但是客户仍然需要消声器来防止碎屑进入阀门内部,从而导致问题。因此,我们安装了一个更大的消声器(Cv = 1.4),为应用程序提供了足够的流量,解决了这个问题。
泄漏和空气成本
说到产生压缩空气,没有所谓的“免费”。如果我们看一个典型的100马力压缩机,系统的初始成本可能在$20,000到$35,000之间(取决于压缩机的类型)。但另一件需要考虑的事情,真正的成本,是该系统的年电费,每小时千瓦。还有维护成本,每年至少占系统实际初始成本的10%。
按以下电价计算,一台100马力压缩机的年运行成本为:
- 0.05美元/千瓦时等于26000美元。
- 0.10美元/千瓦时等于52000美元。
- 0.15美元/千瓦时等于78000美元。
这是运行一台相当于100马力压缩机空气功率的电机的成本,基于三班倒、连续运行和满载90%的电机效率。
怎样才能最大限度地降低成本,最大限度地提高压缩机的效率呢?我们必须考虑电力本身的成本;电能转换:电能转换为动力;维修和折旧;压缩时的实际处理;配管损耗;泄密;使用点的处理;以及机器本身的效率。所有这些因素都会对空气成本产生影响。
其中一个重要因素就是泄漏。随着管道尺寸的增加,流量也会增加,这意味着更多的空气通过,如果存在泄漏,这可能意味着更多的浪费资金。
泄漏的来源有很多——连接不良,管道损坏或腐蚀,密封和管道接头不牢固,排水帽打开,以及机器振动。
底线是泄密代价高昂。孔口尺寸越小,就越难注意到,有时可能需要超声波检测来检测。小的泄漏可能在系统中更加普遍,并且随着时间的推移,这些泄漏可能会累积起来。在较大的孔口尺寸如3/8英寸泄漏。更容易听到,更容易发现,但考虑到流量的增加,它们的成本更高。
我们可以采取哪些措施来减少泄漏量?例如,考虑一下您的工厂中有多少条生产线在运行。如果你有5条管线,并且在每条管线的主分支上安装了一个关闭球阀,但只运行一条管线,那么其他管线的任何泄漏都将得不到控制。因此,如果你可以关闭你不使用的管道阀门,就可以节省成本。
你可以做的另一件事是在系统中放入便携式流量计。如果机器开着但没有运行,压缩机关闭,流量计会显示机器关闭时是否有气流,这意味着有泄漏。
另一个因素是气压下降。在流量恒定的情况下,你会发现管道越大或越直,压降就越小。更复杂的管道和许多弯道将意味着更大的压力下降。因此,尽量避免不必要的配件和急转弯。
过滤器保护下游部件,如阀门和执行器。当过滤器没有得到适当的维护时,可能会出现高压降;如果这些管道堵塞,随着时间的推移,压降会增加。过滤器维护不善是造成压降的主要原因之一。
在设计合理的系统中,压力损失远小于压缩机排气压力的10%。压力每下降2 psi,能源成本就会增加1%。安装压力-寿命指示器将提示何时更换这些元件。
双压电路
另一个需要考虑的因素是双压力回路。取一个带有5/2阀门和双作用气缸的标准回路。你通常会发现,大部分的工作都是在扩展端完成的——80%到90%的时间都是在一个方向上完成的。端口1是供应端口,端口4是扩展端口,端口2是收回端口。端口5和3是排气口。
在本例计算中,我们有3.25英寸。内径15英寸。冲程,90.00 psi,一个8小时的轮班,导致操作气缸一年的成本超过1,055.42美元。
如果您的应用程序只在一个方向上工作,请考虑双压力电路。而不是使用端口1的压力,我们把1到共享排气;我们在排气口施加两种不同的压力。通过端口3的延伸压力约为117 psi,通过端口5的回流压力为14.7 psi。所以有两种不同的压力,一种是主压力,另一种是将活塞和总成向后移动,特别是如果没有相反方向的负载。
现在,主风不再是1号供气口,而是进入3号供气口,并由调节气流供给回程。
这对于更大的气缸和更大的冲程来说是有意义的。看看现在的运营成本:两种方式都是90 psig,成本是1055美元。现在,如果我们将返回压力降低到40psig,就一个气缸,成本是815美元,节省240美元。
气动元件
norgren.com
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