Jak zwiększyć wydajność sprężarki powietrza

Wydajność sprężarki powietrza

Jakie czynniki wpływają na efektywność energetyczną sprężarek powietrza? Należą do nich typ, model, rozmiar, moc silnika, konstrukcja systemu, mechanizm sterowania, sposób użytkowania i harmonogram konserwacji. Głównymi przyczynami niskiej efektywności sprężania powietrza są podwyższona temperatura sprężonego powietrza oraz straty ciepła spowodowane tarciem między wieloma ruchomymi częściami systemu.

Jeśli chodzi o wydajność sprężarki powietrza, kluczowe jest sprawdzenie całego układu, w tym samej sprężarki, przewodu zasilającego, zbiornika powietrza, osuszacza powietrza, zbiornika i chłodnicy końcowej. Możesz zaoszczędzić energię i pieniądze, dokonując prawidłowych regulacji układu sprężonego powietrza.

Jakie czynniki wpływają na niską efektywność sprężarki powietrza?

Wiele czynników może przyczyniać się do nieefektywnej pracy sprężarki powietrza. Wydajność sprężarki powietrza może z czasem spadać, gdy wystąpi którykolwiek z poniższych czynników:

a) Zła jakość pobieranego powietrza

Jeśli powietrze wlotowe jest zbyt gorące, zawiera zanieczyszczenia lub jest bardzo wilgotne, wydajność sprężarki powietrza może ulec znacznemu obniżeniu.

b) Niespójna kontrola ciśnienia powietrza

Sterowanie sprężarką powietrza zapewnia nierównomierne lub stałe wysokie ciśnienie. Gdy sprężarki powietrza pracują blisko ciśnienia maksymalnego, obciążają system i obniżają jego wydajność.

c) Wady systemu projektowego

Wady konstrukcyjne systemu mogą prowadzić do nieefektywnych sprężarek powietrza. Wady konstrukcyjne mogą obejmować:

• Niewłaściwie dobrany rozmiar systemów dystrybucyjnych.
• Brak systemów odzyskiwania.
• Zwiększone marnotrawstwo ciepła.
• Niepotrzebne zagięcia rur.
• Nieusunięte przecieki.

d) Niedopasowanie sprężarki powietrza

Sprężarka powietrza musi być odpowiednio dobrana lub wyregulowana do zapotrzebowania urządzenia na sprężone powietrze. Niedopasowanie sprężarki do danego zastosowania może znacznie obniżyć jej wydajność i ogólną wydajność.

e) Spadek ciśnienia

Spadek ciśnienia w układzie sprężarki powietrza może drastycznie wpłynąć na jej wydajność. Niewłaściwy dobór rozmiaru rur, nadmierna wilgotność, zabrudzone filtry lub zbyt duże odległości transportu powietrza mogą powodować spadki ciśnienia.

f) Nieplanowana konserwacja

Nieplanowana konserwacja może prowadzić do przedwczesnego zużycia systemu, zwiększając koszty napraw. Ze względu na liczbę ruchomych części i intensywne użytkowanie tych systemów, brak regularnego harmonogramu konserwacji może prowadzić do nieefektywnej pracy sprężarek powietrza.

Jak zwiększyć wydajność sprężarki powietrza

Zwiększanie wydajności sprężarki powietrza często zaczyna się od zidentyfikowania przyczyn zużycia i awarii systemu. Energooszczędne sprężarki opierają się na elementach sterujących i konstrukcji zapewniających maksymalną wydajność.

Najbardziej wydajne systemy sprężarek powietrza wymagają odpowiednio wyregulowanych elementów sterujących, pracy przy ciśnieniu bliskim minimalnemu oraz dobrze utrzymanej konstrukcji systemu, dostosowanej do danego zastosowania.

Popraw wydajność systemu poprzez:

• Poprawa jakości powietrza dolotowego.
• Dopasowanie elementów sterujących sprężarką powietrza.
• Ulepsz projekt systemu.
• Należy wziąć pod uwagę zapotrzebowanie na sprężone powietrze.
• Zminimalizuj spadek ciśnienia.
• Dbaj o swoją sprężarkę.

Dzięki tym metodom zwiększania wydajności sprężarki można również poprawić jej wydajność i wydłużyć żywotność.

1) Poprawa jakości powietrza dolotowego

Na wydajność układu sprężania powietrza wpływają trzy elementy:

a) Temperatura

Temperatura powietrza wlotowego decyduje o jego gęstości. Sprężanie zimnego powietrza wymaga mniej energii, dlatego jego pompowanie do układu sprężarki powietrza jest znacznie bardziej wydajne. Unikaj gorącego powietrza, które ma mniejszą gęstość, ponieważ może ono znacznie obniżyć Twoją wydajność.

b) Skład

Czysty wlot powietrza zapewnia płynniejszy przepływ sprężonego powietrza przez system. Brud, kurz i inne zanieczyszczenia powietrza mogą gromadzić się wewnątrz sprężarki powietrza. Zanieczyszczenia te mogą przedostać się do kluczowych podzespołów, powodując ich zużycie i zmniejszając pojemność magazynową.

c) Wilgotność

Wilgoć może być szkodliwa dla układów sprężania powietrza, ponieważ może gromadzić się wewnątrz układu, powodując rdzewienie podzespołów. Może to prowadzić do zużycia, wycieków i zmniejszenia pojemności magazynowej. Suche powietrze jest mniej podatne na uszkodzenie układu sprężania powietrza i narzędzi używanych podczas pracy.

2) Dopasowanie sterowania sprężarką powietrza

Układy sterowania sprężarkami powietrza dopasowują ich wydajność do potrzeb systemu sprężarek, który może składać się z jednej lub wielu sprężarek. Takie sterowanie ma kluczowe znaczenie dla efektywności i wysokiej wydajności systemów sprężarek powietrza.

Systemy sprężonego powietrza są zaprojektowane tak, aby utrzymywać określony zakres ciśnienia i dostarczać powietrze o różnych objętościach, zależnie od potrzeb użytkownika końcowego. Gdy ciśnienie osiągnie określony poziom, układ sterowania zmniejsza moc sprężarki. Natomiast gdy ciśnienie spada, moc sprężarki wzrasta.

Najbardziej precyzyjne systemy sterowania potrafią utrzymać niskie średnie ciśnienie bez spadku poniżej wymagań systemowych. Spadek poniżej wymagań systemowych może doprowadzić do awarii urządzenia. Dlatego tak ważne jest dopasowanie sterowania systemem do pojemności magazynu.

Poniższe elementy sterujące pomagają zwiększyć wydajność poszczególnych sprężarek:

• W zależności od ciśnienia, przyciski start i stop włączają i wyłączają sprężarkę.
• Funkcja obciążenia i odciążenia odciąża sprężarkę w celu rozładowania ciśnienia.
• Sterowanie modulacyjne zarządza zapotrzebowaniem na przepływ, natomiast sterowanie wielostopniowe pozwala sprężarce pracować przy częściowym obciążeniu.
• Podwójna i automatyczna kontrola umożliwia wybór start/stop lub obciążenia/rozładowania.
• Silnik o zmiennym przemieszczeniu może pracować w dwóch lub więcej warunkach obciążenia częściowego.
• Napędy o zmiennej prędkości nieustannie dostosowują prędkość silnika, aby sprostać zmieniającym się wymaganiom.
• W systemach z wieloma sprężarkami stosuje się sterowanie główne systemu w celu koordynowania wszystkich funkcji potrzebnych do optymalizacji sprężonego powietrza.
• Główne układy sterowania systemem mogą koordynować pracę systemów sprężonego powietrza, gdy ich złożoność przekracza możliwości układów sterowania lokalnego i sieciowego. Takie układy sterowania mogą monitorować komponenty systemu i dane trendów, usprawniając funkcje konserwacyjne.
• Regulatory ciśnienia i przepływu magazynują powietrze pod wyższym ciśnieniem, które można później wykorzystać w celu zaspokojenia wahań zapotrzebowania.

Dobrze zaprojektowany system powinien wykorzystywać następujące elementy:

• Kontrola popytu
• Składowanie
• Dobra lokalizacja sygnału
• Sterowanie sprężarką

Głównym celem takich systemów jest dostarczanie sprężonego powietrza przy najniższym ustalonym ciśnieniu, przy jednoczesnym kompensowaniu wahań ciśnienia za pomocą zmagazynowanego sprężonego powietrza o wysokim ciśnieniu.

W przypadku wielu sprężarek, sterowanie sekwencyjne może zaspokoić obciążenie systemu poprzez uruchamianie sprężarek i wyłączanie ich, gdy nie są potrzebne do zaspokojenia zapotrzebowania. Sterowanie sieciowe pomaga również zarządzać obciążeniem całego systemu.

3) Ulepsz projekt systemu

Oto sześć sposobów na udoskonalenie konstrukcji układu sprężarki powietrza.

a) Wyprostuj ścieżkę

Wąskie linie przesyłowe lub ostre zakręty w tych liniach mogą powodować zwiększone tarcie i spadek ciśnienia w systemie, co oznacza, że do punktu poboru dociera mniej ciśnienia. Lepsza konstrukcja, bez tylu zakrętów i pętli, powinna generować większe ciśnienie przy użyciu tej samej ilości energii.

b) Oszczędzaj energię, gdy jej potrzebujesz

Zbiorniki magazynowe lub odbiorniki mogą buforować krótkoterminowe zmiany zapotrzebowania i redukować cykle włączania/wyłączania. Zbiorniki magazynowe zapobiegają również spadkowi ciśnienia w systemie poniżej minimalnych wymagań ciśnieniowych w okresach najwyższego zapotrzebowania. Spadek ciśnienia może spowodować wzrost ciśnienia w systemie, co skutkuje stratą ciśnienia powietrza. Rozmiar zbiornika magazynowego zależy od mocy sprężarki. Na przykład, sprężarka powietrza o mocy 60 koni mechanicznych wymaga zbiornika odbiorczego o pojemności 60 galonów (ok. 150 litrów).

c) Chłodne powietrze dolotowe

Ponieważ sprężanie zimnego powietrza wymaga mniej energii niż sprężanie ciepłego, można zmniejszyć zużycie energii, przenosząc wlot sprężarki w zacienione miejsce na zewnątrz. Na przykład, obniżenie temperatury o 20 stopni Fahrenheita może obniżyć koszty operacyjne o prawie 3,8%.

d) Użyj kilku małych kompresorów

Duże sprężarki powietrza mogą być nieefektywne, ponieważ zużywają więcej energii na jednostkę podczas pracy przy częściowym obciążeniu. Taki system mógłby skorzystać z zastosowania wielu mniejszych sprężarek ze sterowaniem sekwencyjnym, co pozwoliłoby na wyłączenie części systemu poprzez wyłączenie tylko niektórych sprężarek.

e) Odzysk ciepła odpadowego

Ciepło odpadowe może być wykorzystane do zagotowania wody do ogrzewania pomieszczeń oraz do podgrzewania wody. Prawidłowo zaprojektowana jednostka odzysku ciepła może odzyskać 50–901 TP3T energii elektrycznej zużywanej w procesie sprężania powietrza.

f) Znajduje się w pobliżu obszaru o dużym zapotrzebowaniu

Umieszczając zbiorniki sprężonego powietrza blisko źródeł dużego zapotrzebowania, łatwiej jest zaspokoić zapotrzebowanie, zmniejszając całkowitą wydajność sprężarek.

4) Weź pod uwagę zapotrzebowanie na sprężone powietrze

a) Sprawdź profil obciążenia

Prawidłowo zaprojektowany system sprężonego powietrza powinien uwzględniać krzywą obciążenia. System musi pracować wydajnie przy częściowym obciążeniu, jeśli zapotrzebowanie na sprężone powietrze ulega znacznym wahaniom. Zastosowanie wielu sprężarek zapewni bardziej ekonomiczne zużycie energii w przypadku dużych wahań zapotrzebowania.

b) Zminimalizuj potrzeby ludzkie

Sztuczne zapotrzebowanie to ilość nadmiaru powietrza potrzebna do nieregulowanego zastosowania, gdy ciśnienie jest wyższe niż wymagane dla danego zastosowania. System wytwarza nowe powietrze, jeśli zastosowanie wymaga ciśnienia 50 psi i otrzymuje 90 psi. Regulatory ciśnienia do zastosowań końcowych mogą zminimalizować sztuczne zapotrzebowanie.

c) Określ prawidłowe wymagane ciśnienie

Wymagany poziom ciśnienia musi uwzględniać straty systemowe w filtrach, rurociągach, separatorach i osuszaczach. Podniesienie ciśnienia tłoczenia zwiększy zapotrzebowanie na nieregularne użytkowanie, takie jak wycieki. Innymi słowy, wzrost ciśnienia doprowadzi do spadku efektywności. Na przykład, wzrost ciśnienia w kolektorze o dwa psi zwiększyłby zużycie energii nawet o 11 TP3T ze względu na zużycie nieuzdatnionego powietrza. Aby oszczędzać energię, należy osiągnąć wysoką wydajność przy jednoczesnym zmniejszeniu obciążenia systemu.

d) Sprawdź, czy podaż i popyt są prawidłowe

Sprawdź, czy sprężarka powietrza nie jest zbyt duża w stosunku do docelowego zastosowania. Biorąc pod uwagę wszystkie zastosowania, określ ilość powietrza potrzebną do każdego zastosowania. Ogólna ocena całego układu sprężonego powietrza powinna pomóc w zbadaniu problemów z systemem dystrybucji i zminimalizowaniu niewłaściwego zużycia powietrza.

e) Używaj schematów blokowych i diagramów rozkładu ciśnienia

Schemat blokowy pomoże zidentyfikować wszystkie komponenty układu sprężania powietrza. Krzywa ciśnienia pokazuje spadek ciśnienia w układzie, co powinno zapewnić sprzężenie zwrotne do regulacji. Aby uzyskać pełny profil ciśnienia, należy zmierzyć wlot sprężarki, separator powietrza/oleju oraz międzystopniową różnicę ciśnień w sprężarkach wielostopniowych. Rejestrując dane ciśnienia i przepływu powietrza w układzie, można określić przerwy w pracy układu, obciążenia okresowe, zmiany w układzie i ogólne warunki. Wahania ciśnienia i przepływu powietrza można kontrolować za pomocą sterowania systemem, aby zminimalizować wpływ na produkcję.

f) Korzystaj z magazynu sprężonego powietrza

Magazynowanie może kontrolować zapotrzebowanie w okresach szczytowych, zmniejszając tempo zaniku i spadek ciśnienia. Może również w razie potrzeby wyłączyć sprężarkę, aby chronić krytyczne operacje przed innymi zdarzeniami w systemie.

5) Zminimalizuj spadek ciśnienia

Podczas przepływu sprężonego powietrza przez system dystrybucji występuje spadek ciśnienia. Nadmierne spadki ciśnienia mogą prowadzić do obniżenia wydajności i wzrostu zużycia energii. Spadek ciśnienia przed sygnałem sprężarki powoduje niższe ciśnienie robocze dla użytkownika końcowego. Wymaga to wyższego ciśnienia, aby spełnić ustawienia sterowania sprężarką. Zawsze należy zmniejszyć spadek ciśnienia w systemie przed zwiększeniem wydajności lub ciśnienia w systemie. Aby uzyskać najlepsze rezultaty, urządzenia sprężonego powietrza powinny pracować przy najniższym efektywnym ciśnieniu roboczym.

Oto jak zmniejszyć spadek ciśnienia:

a) Zadbaj o prawidłową konstrukcję systemu. Najczęstszą przyczyną nadmiernego spadku ciśnienia jest zbyt mała średnica rurociągów między kolektorem dystrybucyjnym a urządzeniami produkcyjnymi. Może się to zdarzyć, jeśli dobór rurociągów zostanie dokonany na podstawie przewidywanego średniego zapotrzebowania na sprężone powietrze, bez uwzględnienia maksymalnego przepływu.

b) Utrzymuj urządzenia do filtracji powietrza i osuszania, aby zminimalizować wilgotność. Upewnij się, że filtr jest wolny od zanieczyszczeń, które mogą ograniczać przepływ powietrza i powodować spadek ciśnienia. Terminowa konserwacja i wymiana wkładów filtracyjnych mają kluczowe znaczenie dla ograniczenia spadku ciśnienia.

c) Wybierz separatory, osuszacze, filtry i chłodnice końcowe o najniższym możliwym spadku ciśnienia. Typowe różnice ciśnień dla filtrów, przewodów i regulatorów ciśnienia wynoszą 7 funtów na cal kwadratowy (psi).

d) Wybierz regulatory, węże, smarownice i złączki, które będą działać najlepiej przy najniższej różnicy ciśnień.

e) Skróć odległość, jaką powietrze pokonuje w układzie sprężonego powietrza.

Wiele narzędzi może efektywnie pracować przy ciśnieniu powietrza wynoszącym 80 funtów na cal kwadratowy (psig) lub niższym. Obniżenie ciśnienia wylotowego sprężarki powietrza może zminimalizować ryzyko nieszczelności, zwiększyć wydajność i zaoszczędzić pieniądze. 

Jednak obniżenie ciśnienia roboczego może wymagać modyfikacji regulatorów ciśnienia, filtrów i wymiarów pojemników. Należy pamiętać, że jeśli ciśnienie w układzie spadnie poniżej minimalnych wymagań, urządzenie może nie działać prawidłowo.

Mniejszy spadek ciśnienia pozwala systemowi pracować wydajniej przy niższych ciśnieniach. Praca urządzeń przy niższych poziomach ciśnienia może znacznie zaoszczędzić energię w przypadku maszyn zużywających duże ilości sprężonego powietrza. Do utrzymania prawidłowego działania przy niższych poziomach ciśnienia mogą być wymagane komponenty, takie jak większe butle, ale oszczędności energii powinny przewyższyć koszt dodatkowego sprzętu.

6) Konserwuj swój kompresor

Niewłaściwie konserwowane układy sprężonego powietrza mogą prowadzić do strat energii i pieniędzy. Dlatego niezwykle ważne jest ciągłe sprawdzanie układu pod kątem nieszczelności, przedwczesnego zużycia i gromadzenia się zanieczyszczeń.

Napraw przecieki

Straty powietrza są główną przyczyną strat energii w systemach sprężania powietrza, marnując od 20% do 30% mocy wyjściowej sprężarki. Nawet niewielka nieszczelność, jeśli nie zostanie usunięta, może z czasem spowodować wyciek dużej ilości powietrza, co będzie bardzo kosztowne. Należy pamiętać, że strata powietrza jest wprost proporcjonalna do wielkości nieszczelności i ciśnienia zasilania w systemie.

Nieszczelności nie tylko marnują energię, ale także powodują spadek ciśnienia w układzie, co zmniejsza wydajność narzędzia pneumatycznego. Ten brak ciśnienia oznacza, że urządzenie będzie pracować dłużej, aby osiągnąć ten sam efekt. Wydłużony czas sprawności oznacza również dodatkowe prace konserwacyjne, a nawet przestoje.

Wykrywanie i usuwanie nieszczelności może zmniejszyć straty energii do mniej niż 10% mocy wyjściowej sprężarki. Wycieki mogą występować w dowolnym miejscu w układzie sprężonego powietrza. Jednak większość nieszczelności występuje w regulatorach ciśnienia, otwartych kolektorach kondensatu i zaworach odcinających, rozłącznikach, złączkach rurowych, uszczelniaczach gwintów, wężach, rurach i akcesoriach.

Aby oszacować nieszczelności w układzie sprężonego powietrza, należy zmierzyć czas ładowania i rozładowywania sprężarki. Nieszczelność powietrza powoduje cykliczne włączanie i wyłączanie sprężarki z powodu spadku ciśnienia spowodowanego nieszczelnością. Oblicz procentowy udział całkowitego nieszczelności, korzystając z poniższego wzoru: Nieszczelność (%) = [(czas pracy pod obciążeniem w minutach x 100) / (czas pracy pod obciążeniem w minutach + czas bez obciążenia w minutach)]. W dobrze utrzymanym układzie ten procent powinien być niższy niż 10%. W źle utrzymanych układach nieszczelność może wynosić 20% lub więcej.

Wykrywanie wycieków

Detektory ultradźwiękowe zapewniają najlepszą możliwość lokalizacji wycieków poprzez identyfikację syczących dźwięków. Detektory ultradźwiękowe oferują szybkość, dokładność, łatwość obsługi, wszechstronność oraz możliwość testowania sprzętu w trakcie jego pracy.

Jeśli nie posiadasz ultradźwiękowego wykrywacza nieszczelności, do zamalowania potencjalnie problematycznych miejsc możesz użyć wody z mydłem i pędzla.

Naprawa przecieków

Po zlokalizowaniu nieszczelności, naprawą może być dokręcenie połączenia. Może to jednak wymagać również wymiany złączy, odcinków rur, węży, złączek, syfonów, armatury i odpływów. Upewnij się, że do ich montażu użyjesz odpowiedniego uszczelniacza gwintów.

Możesz zmniejszyć wyciek, obniżając ciśnienie w układzie sprężonego powietrza, aż do momentu jego usunięcia. Ustabilizuj ciśnienie w kolektorze układu na najniższym poziomie, aby zminimalizować ryzyko wycieku.

Zapobieganie

Odpowiedni plan zapobiegania wyciekom może pomóc w identyfikacji i zapobieganiu przyszłym wyciekom. Pomoże on również utrzymać wydajny, stabilny i ekonomiczny system sprężania powietrza. Plan zapobiegania wyciekom może przynieść korzyści, jeśli:

• Określ koszt usunięcia nieszczelności. Będzie to stanowić punkt odniesienia do oceny skuteczności naprawy.
• Zidentyfikuj wyciek. Chociaż ultradźwiękowe detektory wycieków są najskuteczniejsze, ręczne mierniki również mogą pomóc w identyfikacji wycieków.
• Udokumentuj wyciek. Zapisz rozmiar, lokalizację, rodzaj i szacunkowy koszt wycieku, aby móc śledzić, gdzie i jak doszło do wycieku.
• Priorytetem powinno być usuwanie większych przecieków.
• Dostosuj sterowanie, aby zmaksymalizować zużycie energii.
• Udokumentuj wycieki. Taka dokumentacja może wskazać urządzenia, które mogą powodować powtarzające się problemy.
• Przegląd okresowy. Regularne inspekcje pomogą utrzymać wydajność systemu.

7) Zmień filtry

Filtry służą do zapewnienia czystego powietrza docierającego do użytkownika końcowego. Kurz, brud i tłuszcz mogą zatkać filtr, powodując spadek ciśnienia powietrza w systemie. Jeśli filtr nie jest czyszczony, utrzymanie tego samego ciśnienia może wymagać więcej energii. Należy również upewnić się, że stosowane filtry charakteryzują się niskim spadkiem ciśnienia, mają długą żywotność i są odpowiednio dobrane pod względem wielkości, aby zapewnić maksymalny przepływ.

8) Konserwacja

Zadbaj o wdrożenie procedur konserwacji systemów sprężonego powietrza i odpowiednie przeszkolenie pracowników. Zapewni to sprawne działanie systemu przez wiele lat.

Na szczęście istnieje wiele sposobów na zwiększenie wydajności układu sprężonego powietrza. Dzięki prawidłowej konserwacji system może zapewnić wysoką wydajność i jednocześnie oszczędzać pieniądze.