工业实用效率

优化当今的气动系统

在过去的十年里,气动系统的设计发生了巨大的变化,主要是由于创造它们的技术的发展。气动制造商用于调整部件尺寸的在线工具不断发展,现场总线系统不断变化,部件设计不断改进,工业物联网(IIoT)等网络设备重塑了该行业。所有这些进步对优化气动系统的效率起到了很大的作用,但常规维护的传统做法也不能被忽视。本文将重点介绍适当的空气压缩机尺寸,适当的气动部件尺寸和可预测的预防性维护。

任何压缩空气系统的心脏都是空气压缩机本身及其相关部件,如接收罐、后冷却器、干燥器等。根据环境、占空比、压力、每分钟所需立方英尺(cfm)和未来膨胀的安全因素,应咨询合格的空气压缩机供应商,以确定所需的特定类型的部件。在进行系统分析时,将考虑这些因素中的每一个。如果一个特定的机器功能需要比所需功能的其他部分更高的压力,存储接收罐和空气放大器可以是一个有效的方法,为系统的这一分支提供额外的压力,而不是增加空气压缩机的压力。

为了使系统尽可能高效地运行,适当的组件设计和规模非常重要。为此,由于许多制造商的在线尺寸调整工具允许最大限度地提高系统效率,因此从未有过如此多的工具可用来进行组件尺寸调整。在优化整体系统效率方面,昨天最常见的组件今天是真实的。调节阀、压力和流量控制、过滤和正确安装的管道系统都可以提供主要的效率和延长使用寿命的好处。

工业监管机构

工业监管机构通常有两种类型,第一种是三明治式。在这种设计中,调节阀位于底座或歧管和阀体之间。这种布局很方便,但不是最有效的,因为阀体通径是由阀门的宽度决定的。这可以减少阀门部分的总流量高达50%,为了获得满足工作所需的所需流量,需要将阀门过大。更有效的调节阀应该是内联式,它具有反向流量止回阀,允许它位于阀门和执行机构之间,实现双压力功能。双压力是一种简单但被忽视的提高效率的方法,因为许多执行器循环只有一个动力行程(在一个方向的负载)。通过在非动力冲程中增加一个调节器,可以降低压力以满足这一需求,从而节约能源并提高性能。

电动气动压力控制

电动气动压力控制提供了不同的设计类型,并可以集成到机器逻辑,以改变压力基于电压或电流的命令信号。这种类型的调节器可以放置在难以到达的执行机构附近,并仍然提供有效的操作设计师也可以建立一个“压力配方”,如果已知的压力调整是必需的,或接口与机器控制器。这些应用程序可以有很大的不同,包括以下列出的一些选项:

  • 压辊(根据产品/应用需要不同的力)
  • 点焊工(根据金属量规的不同,也需要不同的力)
  • 锡膏调剂
  • 医疗调剂
  • 机器人喷漆
  • 气缸速度控制
  • RPM电机/涡轮控制(当添加速度传感器作为反馈时,可以实现非常精确的速度控制)
  • 舞者卷(如纸或织物)
  • 反平衡控制
  • 刹车力的控制

电磁控制

电动气动压力控制

流控制

流量控制限制执行器的速度,保存由压缩机产生的流量。常用的两种样式是内联和直角。两者都可在“Meter in”或“Meter Out”,后者是更好的选择,由于空气的压缩性。直角风格被设计成管道直接进入执行器端口,在那里可以获得最好的结果。此外,在执行器上安装了一个用于流量控制的安全元件,当软管或管道被切断时,执行器将以所需的速度移动,而非不受控制的失控效应,可能导致设备损坏或人身伤害。

过滤

过滤延长了系统组件的寿命,标准阀门和执行机构的工业组件的微米尺寸范围从5μm到40μm。一个系统所需的过滤程度是由组件制造商公布的。一些更关键的应用,如仪器,制药,食品和饮料和空气逻辑可能需要0.001 μm,这意味着需要一个预过滤器和聚合过滤器。

为气动系统的一个特定腿选择正确的过滤,就像选择正确的阀门和执行器一样重要。此外,应仔细考虑过滤器上使用的污染指示器,以满足系统的重要性程度。过滤器指示器包括一个简单的低成本压力表,红/绿视觉指示器压力表,电气指示器和压力开关。知道何时更换滤芯是很重要的,因为太快更换将不能充分利用滤芯的寿命,而且成本可能很高,尤其是在合并滤芯方面。或者,等待时间过长可能会对系统功能产生不利影响。

视觉类型的指示器需要努力去查看它们,“眼不见心不烦”的规则可能会起作用。然而,电力和压力开关类型的指示器将难以忽视,因为他们可以提供任何数量的指示警报。

预防性维护组件

下一步,智能气动模块(smart pneumatic module, SPM)将对整个气动系统进行优化。通过利用IIoT监控系统性能,它将其保持在峰值性能水平,并显著减少了昂贵的停机时间。SPM可以提醒相关人员某个特定组件的预期寿命即将结束——这可以在不占用宝贵的机器控制器内存的情况下完成。

设计得当的管道系统

合理设计的管道系统也可以通过减少锐角的数量来提高效率。一个90度弯头的湍流会导致3-5 PSI的压降。另一个要考虑的因素是湿度。湿气是压缩空气系统的副产品,会导致某些类型的管道生锈。在管道系统中形成的锈蚀会导致污染和部件过早失效。此外,在管道内部形成的锈垢会引起额外的气流湍流,这是压降的直接反映。使用铝管道将避免生锈的问题。滴水腿排水管也可以提供一种方法,在管道系统的特定点清除水。集管的管脚应该从顶部取下,而不是从底部取下,因为湿气可能会积累。

了解整个系统的势能,能量的控制,系统的适当维护,包括去除水,水分和杂质,设计气动控制电路的最佳效率总是最终的目标。在考虑了上述所有因素之后,试图列出系统当前和未来的目标是实现这一目标的关键因素。

关于作者

比尔·内维尔斯是华菱公司的认证流体动力专家,领先的技术解决方案提供商,为技术,能源,生命科学,自然资源和交通行业。华菱提供个性化的订单管理、现场支持、全面的培训和应用专家工程服务,利用自动化、流体管理、精密测量、过程加热、过滤和流体动力产品。华菱还提供了本文中提到的压缩空气系统管理的解决方案。欲了解更多信息,请访问www.valin.com。

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