如何改進壓縮空氣系統(tǒng)？

以下是一些減少損耗、合適尺寸的組件和簡化電路的技巧，所有這些都可以節(jié)省大量成本。

大多數(shù)工業(yè)設(shè)施的一系列操作都依賴于壓縮空氣，從簡單的氣動工具到復(fù)雜得多的氣動控制系統(tǒng)都可以執(zhí)行。例如，在食品和飲料加工廠中，壓縮空氣系統(tǒng)支持產(chǎn)品的分類、切割、成型和包裝等功能，以及在清潔食品和設(shè)備的同時吹掉顆粒。

壓縮空氣清潔、可靠且易于使用，但與水、氣和電相比，它通常被認為是理所當(dāng)然的。此外，僅產(chǎn)生 1 馬力的壓縮空氣需要大約 8 馬力的電力。這使得壓縮空氣成為制造工廠中最昂貴的能源應(yīng)用之一。

首先，必須以適當(dāng)?shù)膲毫μ峁嚎s空氣以實現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)。由于泄漏，維護不當(dāng)?shù)南到y(tǒng)可能會浪費多達三分之一的壓縮空氣。通常，氣壓下降會被誤解為設(shè)備故障，從而引發(fā)對新壓縮機的大量投資以增加容量。出乎意料的是，制造商現(xiàn)在必須承擔(dān)新設(shè)備的成本，重新安排計劃的時間表并在更換舊設(shè)備時忍受停機時間。

壓縮空氣的低效使用不一定是機器故障的功能。相反，由于 Cv 計算不當(dāng)，可能會出現(xiàn)問題，Cv 是一個用于表示孔口電導(dǎo)值的無量綱數(shù)。 Cv 是制造商在查看氣動系統(tǒng)時用來確定閥門和其他組件尺寸的參數(shù)，并且比每分鐘通過的立方英尺數(shù)對閥門的性能更重要。

高速裝瓶操作需要高效、尺寸合適且維護良好的氣動系統(tǒng)。

高速裝瓶操作需要高效、尺寸合適且維護良好的氣動系統(tǒng)。

尺寸正確的閥門將安靜、具有精確的流量控制、不會泄漏，甚至可能會超過其預(yù)期使用壽命。 Cv 越大，流量越大。對于給定應(yīng)用來說，太小的閥門將不允許足夠的流量。發(fā)生這種情況時，系統(tǒng)將被迫進行補償。

讓我們考慮一個實際情況，其中必須進行調(diào)整以確保壓縮空氣操作的最大效率。該系統(tǒng)從壓縮機開始，壓縮機通過接收罐、供應(yīng)管線、干燥器、過濾器調(diào)節(jié)器和閥門向氣缸供應(yīng)流量，工作應(yīng)用在桿端。我們的目標(biāo)是在氣動系統(tǒng)中實現(xiàn)更快的響應(yīng)。

客戶必須移動一卷線軸，將其從繞線機的主線轉(zhuǎn)換而來——這是一項材料處理任務(wù)。應(yīng)用氣缸有一個 3.25 英寸的缸徑，10 英寸的沖程，我們希望在不到一秒的時間內(nèi)移動它。客戶試圖確定工作所需的氣缸和閥門的尺寸，但是當(dāng)他們把它們放在一起時，速度太慢了。

在線軸處理應(yīng)用中，初始計算顯示閥門的 Cv = 0.65。

在線軸處理應(yīng)用中，初始計算顯示閥門的 Cv = 0.65。

我們考慮了孔徑、行程和延長時間，并在我們的選型軟件計算中考慮了 10 psi 的壓降，如“系統(tǒng)選型計算"表中所示。我們希望獲得更高的 Cv，這將是此應(yīng)用所需的 0.65（黃色）。我們選擇了一個 Cv 為 1.6 的閥門。所以我們把它蓋在閥門一側(cè)。但它仍然不夠快。

然后我們查看了管子，它是 1/4 英寸的管子。從閥門到執(zhí)行器，管道大約運行 6 英尺。因此，對于 1/4 英寸管，Cv 為 0.255。我們已經(jīng)扼殺了系統(tǒng)。因此，我們提供了 3/8 英寸的管道，Cv 為 0.724。來自閥門的六英尺跨度的管道應(yīng)該不成問題。

原始設(shè)計使用 Cv 為 0.255 的 1/4 英寸管，這會阻止流動。需要升至 3/8 英寸的管道。

原始設(shè)計使用 Cv 為 0.255 的 1/4 英寸管，這會阻止流動。需要升至 3/8 英寸的管道。

但是應(yīng)用程序仍然不夠快。

然后我們注意到安裝在閥門排氣口上的是 1/4 英寸消聲器，其 Cv 為 0.1。我們?nèi)∠讼暺骱?Cv 限制，然后提高了氣缸速度。但是客戶仍然希望消聲器可以防止碎屑進入閥門并導(dǎo)致問題。所以我們安裝了一個更大的消聲器 (Cv = 1.4)，為應(yīng)用程序提供足夠的流量并解決了這個問題。

泄漏和空氣成本

說到產(chǎn)生壓縮空氣，沒有“免費"這樣的東西。如果我們看一下典型的 100 馬力壓縮機，系統(tǒng)的初始成本可能在 20,000 美元到 35,000 美元之間（取決于壓縮機的類型）。但另一件事，即實際成本，是該系統(tǒng)的年度電力成本，即每小時千瓦。還有維護成本，每年至少占系統(tǒng)實際初始成本的 10%。

在氣缸每側(cè)全壓的傳統(tǒng)設(shè)置中，年運行成本為 1,055.42 美元。

在氣缸每側(cè)全壓的傳統(tǒng)設(shè)置中，年運行成本為 1,055.42 美元。

考慮以下電費，運行一臺 100 馬力壓縮機的年成本：

0.05 美元/千瓦時是 26,000 美元。

0.10 美元/千瓦時是 52,000 美元。

0.15 美元/千瓦時是 78,000 美元。

這是運行電機的成本，該電機通過 100 馬力壓縮機的空氣獲得等效功率，基于三班制、連續(xù)運行和 90% 的滿載電機效率。

我們可以做些什么來最大限度地降低成本并最大限度地提高壓縮機的效率？我們必須考慮電力本身的成本；將電能轉(zhuǎn)換為電能；維護和折舊；壓縮時的實際處理；分配管道損失；泄漏;使用時的處理；以及機器本身的效率。所有這些因素都會影響空氣成本。

典型的設(shè)計有一個 5/2 閥門和一個雙作用氣缸。

典型的設(shè)計有一個 5/2 閥門和一個雙作用氣缸。

其中一大因素是泄漏。隨著管道尺寸的增加，流量也會增加，這意味著更多的空氣通過，如果存在泄漏，這可能意味著更多的金錢浪費。

泄漏的來源有很多——連接不良、管道損壞或腐蝕、密封件和管接頭不牢固、排水蓋打開以及機器振動。

底線是泄漏是昂貴的?？卓诔叽缭叫?，就越難被注意到，有時可能需要進行超聲波檢測才能進行檢測。系統(tǒng)中的小泄漏可能更為普遍，并且隨著時間的推移，這些泄漏會累積起來。像 3/8 英寸這樣的較大孔口尺寸的泄漏更易聽且更容易檢測，但考慮到流量增加，它們的成本更高。

我們可以采取哪些措施來減少泄漏量？例如，考慮一下您的工廠中有多少條生產(chǎn)線正在運行。如果您有五個，并且在每條線路的主支路中安裝了截止球閥，但只運行一條線路，則其他線路中的任何泄漏都將無法控制。因此，如果您可以關(guān)閉不使用的管線的閥門，就會節(jié)省成本。

您可以做的另一件事是將便攜式流量計放入系統(tǒng)中。如果機器打開但沒有運行，并且壓縮機關(guān)閉，則流量計會顯示機器關(guān)閉時是否有氣流，這意味著存在泄漏。

降低回油壓力將一個氣缸的運行成本降低到 815 美元，節(jié)省了 240 美元。

降低回油壓力將一個氣缸的運行成本降低到 815 美元，節(jié)省了 240 美元。

另一個因素是壓力下降。在恒定流量下，您會發(fā)現(xiàn)管道越大或越直，壓降就越小。具有許多彎曲和轉(zhuǎn)彎的更復(fù)雜的管道將意味著更大的壓力下降。因此，盡量避免不必要的配件和急彎。

過濾器保護下游組件，如閥門和執(zhí)行器?？赡艹霈F(xiàn)高壓降的一個方面是過濾器維護不當(dāng)；如果這些被堵塞，隨著時間的推移，壓降會增加。過濾器維護不當(dāng)是壓降的主要原因之一。

在設(shè)計合理的系統(tǒng)中，壓力損失遠小于壓縮機排氣壓力的 10%。每 2 psi 壓降，能源成本增加 1%。安裝壓力壽命指示器將指示何時更換這些元件。

雙壓回路

另一個需要考慮的因素是雙壓力回路。采用帶有 5/2 閥和雙作用氣缸的標(biāo)準回路。您通常會發(fā)現(xiàn)大部分工作是在擴展端完成的——80% 到 90% 的工作是在一個方向上完成的。端口 1 是供給端口，端口 4 是延伸端口，端口 2 是縮回端口。端口 5 和 3 是排氣口。

在雙壓力回路中，主空氣為工作沖程提供全壓，而調(diào)節(jié)空氣為回程提供動力。

在雙壓力回路中，主空氣為工作沖程提供全壓，而調(diào)節(jié)空氣為回程提供動力。

在這個示例計算中，我們有一個 3.25 英寸?？讖剑?5 英寸。沖程，90.00 psi，一個 8 小時輪班 - 導(dǎo)致操作氣缸一年的成本超過 1,055.42 美元。

如果您的應(yīng)用只在一個方向上工作，請考慮使用雙壓力回路。我們不使用端口 1 作為壓力，而是將端口 1 轉(zhuǎn)為共享排氣口；我們在排氣口施加了兩種不同的壓力。通過端口 3 的延伸壓力約為 117 psi，通過端口 5 的回油壓力約為 14.7 psi。 因此有兩種不同的壓力，一種用于主壓力，一種用于將活塞和組件向后移動，特別是在沒有負載的情況下在相反的方向。

現(xiàn)在，主供氣口 1 不再是主供氣口 1，而是主氣進入口 3，調(diào)節(jié)空氣供應(yīng)回程。

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