Dołącz do czytelników
Brak wyników

Z praktyki kierownika produkcji

23 grudnia 2021

NR 66 (Grudzień 2021)

Minimalizowanie strat poprzez efektywne wykorzystanie pneumatyki

0 301

O efektywności systemów pneumatyki decyduje odpowiednie wykorzystanie wszystkich elementów, jakie pracują w instalacji. Chodzi tutaj zarówno o etap wytwarzania sprężonego powietrza, jak i jego dystrybucję oraz odbiór.

Za wytwarzanie sprężonego powietrza odpowiadają sprężarki. Nowoczesne urządzenia tego typu cechuje przede wszystkim trwałość stopnia śrubowego. Ważna jest duża jakość sprężonego powietrza, gdyż na wylocie ze sprężarki uzyskuje się powietrze zawierające 5 ppm oleju przy 10°C. Sterownik, który najczęściej bazuje na technologii mikroprocesorowej, odpowiada za nadzorowanie pracy sprężarki, a także zapewnia ochronę urządzenia i monitorowanie najważniejszych parametrów. Wysoka sprawność energetyczna przyczynia się do oszczędności energii elektrycznej. Dzięki zastosowaniu dźwiękochłonnych obudów praktycznie nie ma ograniczeń w zakresie miejsc instalacji. Niektóre urządzenia mają napęd bezpośredni.
Dużą popularnością cieszą się sprężarki zmiennoobrotowe z falownikiem. Zadecydowała o tym przede wszystkim możliwość uzyskania oszczędności energii elektrycznej, która stanowi 75–80% wszystkich kosztów eksploatacji sprężarki (włącznie z zakupami i serwisem). Sprężarki zmienoobrotowe są szczególnie przydatne w przypadku, gdy zapotrzebowanie na sprężone powietrze jest zmienne. Jeśli poziom użycia sprężonego powietrza w zakładzie ma stały poziom, to oszczędności są znikome, wręcz niezauważalne, a koszt inwestycji jest nieopłacalny. W takim przypadku lepszym wyborem będzie sprężarka stałoobrotowa.
W przemyśle bardzo często zastosowanie znajdują kompresory bezolejowe. Są one istotne w procesach technologicznych wymagających powietrza wolnego nawet od najmniejszych cząstek oleju. W niektórych modelach przewiduje się wydajny spiralny element sprężający. W nowoczesnych rozwiązaniach można uzyskać do 51% wyższą wydajność oraz obniżenie poboru energii o 7% w porównaniu z modelami starszej generacji. Niejednokrotnie przewiduje się dźwiękochłonną obudowę.
W modelach bazujących na spiralach innowacyjne rozwią- zanie stanowi współdziałanie dwóch spiral. Jedna z nich jest nieruchoma, a druga wirująca. Powietrze o ciśnieniu wlotowym dostaje się do komory sprężania po zewnętrznej stronie spiralnego elementu sprężającego. Po zassaniu powietrza wirująca spirala uszczelnia port wlotowy. Wirowy ruch spirali powoduje, że powietrze jest sprężane w stale zmniejszającej się przestrzeni. Sprężone powietrze opuszcza element sprężający przez port wylotowy znajdujący się w środku nieruchomej spirali. W wyniku stale powtarzającego się tego procesu wytwarzane jest sprężone powietrze bez pulsacji.
Jak wiadomo, każda sprężarka podczas pracy generuje ciepło. Mówi się nawet, że ilość powstałego ciepła można porównać do mocy pobranej przez silnik elektryczny. Stąd też w konstrukcjach wielu modeli uwzględnia się obudowy dźwiękochłonne, dzięki którym możliwe jest odzyskiwanie ciepła w postaci strumienia ciepłego powietrza. Ciepło to może być natomiast użyte chociażby do ogrzewania nawiewnego pomieszczeń, np. produkcyjnych czy magazynowych.
Warto zwrócić uwagę na sprężarki łopatkowe. W urządzeniach tego typu stopień sprężający napędzany jest bezpośrednio przez silnik elektryczny. Zwraca się uwagę na małą prędkość obrotową i niewielkie obciążenie napędu. Dzięki zastosowaniu nowoczesnej technologii sprężania i separacji oleju zyskuje się powietrze wysokiej jakości bez pulsacji ciśnienia. Cicha praca uzyskana jest dzięki zwartej konstrukcji sprężarek.
Interesujące rozwiązanie stanowią sprężarki śrubowe z wtryskiem wody, gdzie wirniki wykonywane są nie metodą skomplikowanej i drogiej obróbki skrawaniem, ale poprzez formowanie termiczne mieszanki ceramiczno-kompozytowej w specjalnej formie. Nie jest już więc wymagana dalsza obróbka.

POLECAMY

Zespoły przygotowania powietrza

Sprężone powietrze po wytworzeniu musi uzyskać odpowiednie parametry techniczne. Stąd istotną rolę odgrywają zespoły przygotowania powietrza. Zespół przygotowania powietrza w pierwszej kolejności osusza powietrze, a potem je filtruje. Następnie ciśnienie jest redukowane oraz wprowadza się do przepływającego powietrza mgłę olejową. Pozwala ona konserwować elementy ruchome odbiorników pneumatycznych, takie jak siłowniki, zawory czy narzędzia. Nowoczesne zespoły przygotowania powietrza stanowią urządzenia cechujące się nie tylko wydajnością, ale również prostą obsługą i serwisem. Istotną rolę odgrywają osłony, które chronią zbiorniki na kondensat i olej. W konstrukcji zespołów uwzględnia się mechaniczne zabezpieczenia zaworu zapobiegającego przypadkowemu włączeniu. Najczęściej zawór miękkiego startu jest regulowany. Na uwagę zasługuje urządzenie przeznaczone do automatycznego uzupełniania oleju w smarownicy, bez konieczności zamykania dopływu sprężonego powietrza. Kluczowy pozostaje również automatyczny spust kondensatu. W niektórych modelach uwzględnia się mikrofiltry oraz filtry standardowe o porowatości 5 mikronów. W przypadku awarii dopływ sprężonego powietrza do układu jest odcinany za pomocą elektropneumatycznego zaworu. Większość modeli spełnia wymagania dyrektywy ATEX. Opcjonalnie zastosować można takie akcesoria, jak przełączniki ciśnienia czy bloki przełączające.
Interesujące rozwiązanie stanowią zawory łagodnego startu. Mają one za zadanie zapewnienie łagodnego zasilania zespołu pneumatycznego, gwarantując ochronę i ludzi, i sprzętu przed niebezpieczeństwem spowodowanym gwałtownym uderzeniem elementów wykonawczych.
Warto zwrócić uwagę na urządzenia dedykowane. Na przykład zespoły przygotowania powietrza zaprojektowane z myślą o zastosowaniu w przemyśle spożywczym cechuje przede wszystkim wykonanie z odpowiednich materiałów. Zatem korpus, zbiornik oraz spust zazwyczaj wytwarzane są ze stali nierdzewnej, a wkład filtrujący zazwyczaj bazuje na włóknie borowo-krzemowym. Uszczelnienie wykonuje się z tworzywa PTFE.

Napędy pneumatyczne

Napędy pneumatyczne są nieodzownym elementem linii technologicznych wymagających czystości pracy. W zakresie napędów zastosowanie znajdują silniki i siłowniki pneumatyczne.
Typowy silnik pneumatyczny składa się z dwóch podzespołów. Jeden z nich odpowiada za sterowanie, a drugi za wytwarzanie ruchu. W zakresie sterowania istotny pozostaje zawór dławiący oraz sterowany dźwignią obrotowy suwak rozdzielający zmieniający kierunek obrotów wirnika. Zwiększenie jego obrotów odbywa się poprzez naciśnięcie dźwigni przeznaczonej do wpuszczania dużej ilości sprężonego powietrza. Do rozruchu niektórych modeli silników przewidziano dwie wzajemnie powiązane dźwignie. Po naciśnięciu na jedną z nich, na skutek małego jej przełożenia, niewielka ilość sprężonego powietrza zostaje wpuszczona przez zawór dławiący do komór wirnika, który zaczyna się obracać.
Konstrukcja układu napędu bazuje na korpusie, obudowie wirnika, wirniku oraz łopatkach. W silnikach pneumatycznych istotne jest zapobieganie zapadaniu się łopatek, stąd też bardzo często są uwzględniane kołki rozpierające w rowkach w początkowym momencie pracy silnika.
Oferta rynkowa w zakresie silników pneumatycznych jest bardzo bogata. Są one oferowane w wersji jedno- lub dwukierunkowej. W przypadku modeli dwukierunkowych przewiduje się wały z wpustami. Silniki jednokierunkowe wyposaża się z kolei we wrzeciona gwintowane lub nietypowe. Na uwagę zasługuje możliwość łatwego regulowania obrotów wyjściowych poprzez zmianę ciśnienia lub przepływu powietrza. Aplikacje bazujące na silnikach pneumatycznych nie wymagają zaawansowanego sprzętu do sterowania.
W niektórych aplikacjach wymagających np. dokręcania, ważne istotną rolę odgrywa regulowanie momentu poprzez zatrzymanie po osiągnięciu momentu finalnego. Po zwolnieniu obciążenia silnik pneumatyczny osiąga zazwyczaj obroty swobodne po wykonaniu 1/3 lub 1/2 obrotu. Oczywiście silnik pneumatyczny nie przegrzewa się zarówno podczas pracy ciągłej, jak i częstego uruchomienia lub pracy z obrotami przeciwnymi. Silniki dwukierunkowe wymagają regulacji ciśnienia powietrza zasilającego, które jest podłączone do odpowiedniego portu przypisanego określonemu kierunkowi obrotów. Jednak zmiana kierunku trwa zaledwie kilka sekund.
Nowoczesne silniki pneumatyczne są w stanie pracować w skrajnych temperaturach, mieszczących się pomiędzy –20°C a 100°C. Warunki pracy mogą obejmować również wysoki poziom wilgotności powietrza. Oferowane na rynku silniki są odporne na obmarzanie w obszarze wydalania powietrza przy niskich temperaturach. W razie potrzeby można uwzględnić modele pracujące w temperaturze do 160°C.
Typowe siłowniki pneumatyczne to modele dwustronnego lub jednostronnego działania. W siłownikach o działaniu dwustronnym siła, jaką wywiera ciśnienie, działa w obu kierunkach ruchu tłoka.
Siłowniki tego typu stanowią istotny element aplikacji wymagających ruchu łącznie z ruchem o charakterze powrotnym. Z kolei w siłownikach o jednostronnym...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 numerów czasopisma "Menedżer Produkcji"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • Dodatkowe dokumenty do pobrania i samodzielnej edycji
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy