Когато производствената ви линия изразходва сгъстения въздух по-бързо от очакваното, виновникът може да се крие на пръв поглед - размерите на отворите на пневматичните цилиндри. Прекалено големите цилиндри не само разхищават въздух, но и източват бюджета ви при всеки цикъл.
Размерът на отвора на пневматичния цилиндър пряко определя консумацията на въздух – по-големите отвори изискват експоненциално повече обем въздух на ход, като отвор от 2 инча консумира четири пъти повече въздух от отвор от 1 инч със същата дължина на хода. Тази зависимост следва математическия принцип, че обемът на въздуха се увеличава с квадрата на диаметъра на отвора.
Неотдавна работих с Дейвид, инженер по поддръжката в предприятие за опаковане в Мичиган, който откри, че извънгабаритните му цилиндри струват на компанията му допълнително $15 000 годишно само за разходи за сгъстен въздух. Позволете ми да споделя какво научихме за оптимизирането на размерите на отворите за постигане на максимална ефективност.
Съдържание
- Какво определя консумацията на въздух в пневматичните цилиндри?
- Как да изчислите правилния размер на отвора за вашето приложение?
- Защо извънгабаритните цилиндри ви струват пари?
- Какви са най-добрите практики за избор на размер на отвора?
Какво определя консумацията на въздух в пневматичните цилиндри?
Разбирането на физиката на работата на пневматичните цилиндри е от решаващо значение за проектирането на икономически ефективни системи.
Разходът на въздух в пневматичните цилиндри се определя основно от площта на отвора (π × радиус²), дължината на хода, работното налягане и честотата на цикъла.1 - като размерът на отвора оказва най-силно влияние върху общото потребление на въздух.
Скорост на потребление
На минутаОбем на въздуха
На цикъл- P_atm ≈ 1.013 bar (Стандартно атмосферно налягане)
- CR = Съотношение на абсолютно налягане
- Двойнодействащ = Консумира въздух при двата хода
- L/min (ANR) = Нормални литри подаден свободен въздух
- SCFM = Стандартни кубични фута в минута
Математическата връзка
Формулата за консумация на въздух е проста, но мощна:
Обем на въздуха = Площ на отвора × Дължина на хода × Коефициент на налягане × Цикли в минута
Ето едно практическо сравнение на обичайните размери на отворите:
| Размер на отвора | Площ на отвора (кв. инч) | Въздух за 6″ ход (cu in) | Относително потребление |
|---|---|---|---|
| 1,0″ | 0.785 | 4.71 | 1x (базова линия) |
| 1,5″ | 1.767 | 10.60 | 2.25x |
| 2,0″ | 3.142 | 18.85 | 4x |
| 2,5″ | 4.909 | 29.45 | 6.25x |
Множители на налягането и честотата
Работното налягане и честотата на цикъла действат като мултипликатори на базовия разход на въздух. Бутилката, работеща при налягане 100 PSI, използва около 7 пъти повече въздух, отколкото същата бутилка при атмосферно налягане.2, докато удвояването на честотата на цикъла удвоява общото потребление на въздух.
Как да изчислите правилния размер на отвора за вашето приложение?
Правилното оразмеряване на отворите изисква балансиране на изискванията за сила и ефективността на потреблението на въздух.
Изчислете минималния размер на отвора, като използвате формулата: Необходима площ на отвора = (сила на натоварване ÷ работно налягане) ÷ коефициент на сигурност3, след което изберете следващия стандартен размер нагоре, за да осигурите достатъчна сила, като същевременно намалите до минимум загубите на въздух.
Пример за изчисляване на силата
Да речем, че трябва да избутате товар от 500 фунта при работно налягане от 80 PSI:
- Необходима площ = 500 lbs ÷ 80 PSI = 6,25 квадратни инча
- С коефициент на безопасност 25% = 6,25 × 1,25 = 7,81 квадратни инча
- За целта е необходим цилиндър с диаметър около 3,25″.
Предимство на Bepto по отношение на размера
В Bepto сме помогнали на безброй клиенти да определят правилния размер на своите цилиндри. Нашият инженерен екип предоставя безплатни изчисления за оразмеряване, а нашите безпрътови цилиндри често осигуряват същата сила като традиционните цилиндри с по-малки изисквания за отвор благодарение на ефективната си конструкция.
Защо извънгабаритните цилиндри ви струват пари?
Скритите разходи за извънгабаритни пневматични цилиндри се простират далеч отвъд първоначалните изчисления на консумацията на въздух.
Прекалено големите цилиндри разхищават сгъстен въздух, увеличават времето за работа на компресора, ускоряват износването на компонентите и намаляват времето за реакция на системата.4 - често увеличават общите оперативни разходи с 20-40% в сравнение с правилно оразмерените алтернативи.
Въздействие върху разходите в реалния свят
Сара, която управлява снабдяването на производител на автомобилни части в Охайо, сподели опита си с нас. Нейният завод използваше цилиндри с 4-инчов отвор, докато 2,5-инчовите биха били достатъчни. След като преминала към правилно оразмерени цилиндри Bepto, тя постигнала:
- 35% намаляване на разхода на въздух
- $12,000 годишни спестявания на разходи за енергия
- По-бързо време на цикъла, което подобрява производителността
- Удължен живот на компресора поради намаленото време на работа
Ефектът на утежняване
Прекалено големите цилиндри създават ефекта на доминото в цялата пневматична система. Компресорът ви работи по-усилено, компонентите за обработка на въздуха се износват по-бързо и се налагат по-големи захранващи линии - всичко това увеличава общите разходи за притежание.
Какви са най-добрите практики за избор на размер на отвора?
Системният подбор на размера на отворите може значително да подобри ефективността на пневматичната система.
Най-добрите практики включват изчисляване на действителните изисквания за сила с коефициенти на сигурност, отчитане на разхода на въздух при анализа на общите разходи, избор на стандартни размери на отворите за наличност на части и редовно одитиране на съществуващите инсталации за възможности за оптимизация.5.
Нашият препоръчителен процес на подбор
- Изчисляване на действителните нужди от сила - Не гадайте, а измерете действителните натоварвания
- Прилагане на подходящи коефициенти на безопасност - Обикновено 25-50% в зависимост от приложението
- Обмислете работния цикъл - Високочестотните приложения се възползват повече от правилния размер
- Оценка на общите разходи - Включете потреблението на въздух в изчисленията на възвръщаемостта на инвестициите
Оптимизационни услуги на Bepto
Предлагаме цялостни одити на пневматични системи за идентифициране на извънгабаритни цилиндри във вашия обект. Екипът ни може да препоръча оптимални размери на отворите и да предостави рентабилни решения за подмяна, които често се изплащат в рамките на 12 месеца само чрез икономия на енергия.
Заключение
Правилното оразмеряване на отворите на пневматичните цилиндри е една от най-въздействащите, но пренебрегвани възможности за намаляване на експлоатационните разходи в промишлените предприятия.
Често задавани въпроси относно размера на отвора на пневматичния цилиндър и консумацията на въздух
Въпрос: Колко въздух използва цилиндър с 2-инчов отвор в сравнение с цилиндър с 1-инчов отвор?
Цилиндър с отвор 2 инча консумира точно 4 пъти повече въздух от цилиндър с отвор 1 инч и същата дължина на хода, тъй като консумацията на въздух нараства с квадрата на диаметъра на отвора.
В: Какъв е типичният коефициент на сигурност при оразмеряване на пневматични цилиндри?
В повечето приложения се използва коефициент на сигурност 25-50% над изчислените изисквания за сила, като 25% е подходящ за постоянни натоварвания, а 50% се препоръчва за ударни натоварвания или критични приложения.
В: Мога ли да намаля разхода на въздух чрез понижаване на работното налягане?
Да, намаляването на налягането намалява разхода на въздух, но се уверете, че поддържате адекватна сила. Намаляването на налягането с 10% обикновено спестява около 10% от консумацията на въздух, като същевременно намалява пропорционално наличната сила.
В: Колко често трябва да проверявам пневматичната си система за извънгабаритни цилиндри?
Препоръчваме ежегодни одити за системи с високо потребление или на всеки 2-3 години за стандартни приложения, особено когато разходите за енергия нарастват или когато се планира модернизация на системата.
В: Какъв е периодът на възвръщаемост на инвестицията за подмяна на извънгабаритни цилиндри?
Повечето правилно оразмерени подмени на цилиндри се изплащат в рамките на 12-18 месеца чрез намалена консумация на въздух, като при приложения с висок цикъл възвръщаемостта често е под 12 месеца.
-
“ISO 6358: Определяне на характеристиките на дебита на компоненти, използващи сгъваеми флуиди”,
https://www.iso.org/standard/56945.html. Този стандарт определя методите за измерване на характеристиките на пневматичния дебит - включително параметрите на отвора, налягането и честотата на цикъла - които са в основата на изчисленията на разхода на въздух за пневматични задвижвания. Роля на доказателството: механизъм; Тип източник: стандарт. Подкрепя: твърдението, че площта на отвора, дължината на хода, работното налягане и честотата на цикъла са основните определящи фактори за разхода на въздух на пневматичните цилиндри. ↩ -
“Закон на Бойл”, Уикипедия,
https://en.wikipedia.org/wiki/Boyle%27s_law. В тази статия се обяснява, че при постоянна температура обемът и налягането на даден газ са обратно пропорционални, което означава, че бутилка, заредена до 100 PSI (приблизително 7,8 бара абсолютно налягане), съдържа приблизително 7-8 пъти повече въздушна маса от същия обем при атмосферно налягане. Роля на доказателството: механизъм; Вид на източника: Уикипедия. Подкрепя: твърдението, че бутилка с налягане 100 PSI използва приблизително 7 пъти повече въздух, отколкото такава с атмосферно налягане. ↩ -
“ISO 15552: Пневматична флуидна енергия - Цилиндри с разглобяеми монтажни елементи, серия 1000 kPa (10 bar), отвори от 32 mm до 320 mm”,
https://www.iso.org/standard/50476.html. Този стандарт урежда проектирането и оразмеряването на пневматични цилиндри, съответстващи на ISO 15552, включително зависимостите между силата и мощността и площта на отвора, които са в основата на формулата за оразмеряване на необходимата площ на отвора. Evidence role: general_support; Source type: standard. Подкрепя: твърдение по отношение на формулата Изисквана площ на отвора = (сила на натоварване ÷ работно налягане) ÷ коефициент на сигурност за минимално оразмеряване на отвора. ↩ -
“Системи за сгъстен въздух”, Министерството на енергетиката на САЩ - Служба за усъвършенствано производство,
https://www.energy.gov/eere/amo/compressed-air-systems. Програмата за сгъстен въздух на DOE документира енергийните загуби от извънгабаритни пневматични компоненти, включително увеличеното време за работа на компресора, ускореното износване и намалената ефективност на системата. Evidence role: general_support; Source type: government. Подкрепя: твърдението, че извънгабаритните цилиндри разхищават сгъстен въздух, увеличават времето за работа на компресора и ускоряват износването на компонентите. ↩ -
“Предизвикателство за сгъстения въздух”,
https://www.compressedairchallenge.org/. Спонсорирано от американското Министерство на енергетиката индустриално партньорство, предоставящо насоки за най-добри практики, обучение и рамки за одит за идентифициране и коригиране на неефективността на промишлени системи за сгъстен въздух, включително извънгабаритни задвижващи механизми. Evidence role: general_support; Source type: industry. Подкрепя: препоръка за най-добра практика за редовен одит на съществуващите пневматични инсталации за възможности за оптимизация. ↩
