Dėl vandens smūgio pneumatinėse sistemose susidaro pražūtingi slėgio šuoliai, kurie gali sunaikinti brangią įrangą ir akimirksniu sustabdyti gamybos linijas. Šis reiškinys atsiranda, kai suslėgto oro srautas staiga sustoja arba pakeičia kryptį ir sukelia smūgines bangas, kurios plinta per visą sistemą.
Vandens smūgis pneumatinėse sistemose atsiranda dėl staigių slėgio pokyčių, kai staiga nutrūksta oro srautas ir susidaro destruktyvios smūginės bangos, kurios gali sugadinti komponentus, sukelti sistemos gedimus ir brangiai kainuojančias prastovas. Poveikis panašus į hidraulinio vandens smūgio, tačiau jis pasireiškia suslėgto oro sistemose.
Praėjusį mėnesį kalbėjausi su automobilių gamyklos Mičigane techninės priežiūros inžinieriumi Deividu, kuris dėl nekontroliuojamo vandens smūgio patyrė katastrofišką pneumatinės sistemos gedimą. Jo gamybos linija neveikė tris dienas, o tai įmonei kainavo daugiau kaip $60 000 negautų pajamų.
Turinys
- Kas tiksliai vyksta per pneumatinį vandens plaktuką?
- Kokios yra pagrindinės vandens plaktuko oro sistemose priežastys?
- Kaip išvengti vandens plaktuko pažeidimų jūsų pneumatinėje sistemoje?
- Kokie komponentai labiausiai pažeidžiami vandens plaktuko poveikio?
Kas tiksliai vyksta per pneumatinį vandens plaktuką?
Norint užkirsti kelią šiam destruktyviam reiškiniui, labai svarbu suprasti jo fizikines priežastis.
Pneumatinis vandens smūgis atsiranda, kai judantis suslėgtas oras staiga sulėtėja, kinetinę energiją paverčiant slėgio bangomis, kurios gali viršyti sistemos konstrukcines ribas 300-500%.1. Šie slėgio šuoliai keliauti garso greičiu.2 per oro linijas.
Problemos fizikiniai aspektai
Kai suslėgtas oras teka per pneumatinę sistemą, jis turi didelę kinetinę energiją. Jei šis srautas staiga nutrūksta - galbūt dėl greitai užsidarančio vožtuvo arba staigaus cilindro įtraukimo - ši energija turi kažkur nukeliauti. Rezultatas - slėgio banga, kuri kaip smūginė banga atsimuša į jūsų sistemą.
Slėgio smailių skaičiavimai
| Sistemos slėgis | Tipiškas smaigalys | Didžiausias užfiksuotas |
|---|---|---|
| 6 barų (87 psi) | 18-24 barų | 30 barų |
| 8 barų (116 psi) | 24-32 barai | 40 barų |
| 10 barų (145 psi) | 30-40 barų | 50 barų |
Šie šuoliai gali lengvai viršyti standartinių pneumatinių komponentų konstrukcines ribas, todėl gali sutrikti sandarinimas, įtrūkti korpusai ir sugesti vidiniai mechanizmai.
Kokios yra pagrindinės vandens plaktuko oro sistemose priežastys?
Pagrindinių priežasčių nustatymas padeda įgyvendinti tikslines prevencijos strategijas.
Pagrindinės priežastys yra greitas vožtuvo uždarymas, staigus cilindro sustabdymas, netinkamas srauto valdymas, per didelės pavaros ir prasta sistemos konstrukcija, kurioje neatsižvelgiama į oro suspaudžiamumas poveikis.
Bendrieji sukeliantys įvykiai
- Greito veikimo elektromagnetiniai vožtuvai užsidaro greičiau nei per 10 milisekundžių3
- Avariniai sustojimai kurie akimirksniu sustabdo visą oro srautą.
- Cilindro smūgiai baigiantis taktui be tinkamo amortizacijos
- Per mažos išmetimo angos srauto apribojimų kūrimas
Sistemos projektavimo veiksniai
Prasta pneumatinės sistemos konstrukcija sustiprina vandens smūgio poveikį. Esu matęs daugybę įrenginių, kuriuose inžinieriai daugiausia dėmesio skyrė tik eksploataciniams reikalavimams, neatsižvelgdami į dinaminio slėgio poveikį. Mūsų "Bepto" cilindruose be lazdelių įdiegtos pažangios amortizacijos sistemos, specialiai sukurtos šioms griaunamosioms jėgoms sumažinti.
Kaip išvengti vandens plaktuko pažeidimų jūsų pneumatinėje sistemoje?
Veiksmingai prevencijai reikalingas daugiasluoksnis požiūris, apimantis tinkamus komponentus ir pažangų dizainą.
Prevencijos strategijos apima srauto reguliavimo vožtuvų įrengimą, švelnaus paleidimo ir (arba) švelnaus stabdymo vožtuvų naudojimą, tinkamą baliono amortizaciją, papildymą akumuliatoriai, ir parinkti komponentus, pritaikytus slėgio šuoliams.
Įrodyti prevencijos metodai
- Srauto valdymo integracija: Įrengti reguliuojamus srauto reguliavimo vožtuvus oro greičiui reguliuoti
- Minkštinimo sistemos: Naudokite balionus su įmontuotais amortizacijos mechanizmais
- Slėgio mažinimas: Pridėkite apsauginius vožtuvus, kurių nominalusis slėgis 20% viršija įprastą darbinį slėgį.
- Laipsniškas vožtuvo veikimas: Greito veikimo vožtuvus pakeiskite laipsniško uždarymo tipo vožtuvais
Sara, kuri vadovauja pakavimo įmonei Ohajuje, šiuos sprendimus įdiegė po to, kai nuolat susidūrė su cilindrų gedimais. Perėjusi prie mūsų "Bepto" amortizuojamų cilindrų be lazdelių ir įdiegusi tinkamą srauto kontrolę, ji visiškai pašalino vandens smūgio incidentus, o techninės priežiūros išlaidas sumažino 40%.
Kokie komponentai labiausiai pažeidžiami vandens plaktuko poveikio?
Supratimas apie pažeidžiamumą padeda nustatyti apsaugos pastangų ir techninės priežiūros grafikų prioritetus.
Vandens smūgis labiausiai pažeidžia sandariklius, baliono galinius dangtelius, vožtuvų korpusus, slėgio jutiklius ir jungiamąsias detales.4 dėl tiesioginio slėgio šuolių ir mechaninio poveikio.
Didelės rizikos komponentai
| Komponentų tipas | Gedimo režimas | Pakeitimo išlaidos |
|---|---|---|
| Cilindrų sandarikliai | Ekstruzijos ir (arba) plėšymo | $50-200 |
| Vožtuvų korpusai | Krekingo | $300-800 |
| Slėgio jutikliai | Diafragmos plyšimas | $200-500 |
| Galiniai dangteliai | Stresiniai lūžiai | $100-400 |
Apsaugos strategijos
"Bepto" suprojektavo savo cilindrus be strypų su sustiprintais galiniais dangteliais ir aukščiausios kokybės sandarinimo sistemomis, kurios atlaiko slėgio šuoliai iki 150% vardinio slėgio5. Tvirta konstrukcija ir integruota amortizacijos technologija užtikrina puikią apsaugą nuo vandens smūgio poveikio.
Vandens smūgis pneumatinėse sistemose yra rimta grėsmė, kurios reikia aktyviai išvengti, o ne imtis reaktyvaus remonto.
DUK apie vandens plaktuką pneumatinėse sistemose
K: Ar gali vandens smūgis atsirasti mažo slėgio pneumatinėse sistemose?
Taip, vandens smūgis gali pasireikšti esant bet kokiam slėgio lygiui, tačiau poveikis yra didesnis aukšto slėgio sistemose. Net 3-4 barų sistemose staigių srauto pokyčių metu gali atsirasti žalingų slėgio šuolių.
K: Kaip sužinoti, ar mano sistemoje yra vandens smūgio problemų?
Dažniausiai pasitaikantys požymiai yra garsus trinktelėjimas, ankstyvi sandariklių gedimai, įtrūkusios jungtys, nepastovus cilindro veikimas ir slėgio matuoklio svyravimai. Reguliarus slėgio stebėjimas gali padėti anksti nustatyti šias problemas.
K: Ar yra specifinių pramonės šakų, kuriose dažniau pasitaiko pneumatinių vandens smūgių?
Automobilių gamybos, pakavimo ir maisto perdirbimo pramonės šakose dažnai susiduriama su vandens smūgiais dėl greito darbo ir dažnų paleidimo ir stabdymo ciklų. Rizika kyla bet kokiam taikymui, kai vykdoma greita pavaros judesių eiga.
K: Ar programinė įranga gali padėti išvengti vandens smūgio?
Taip, programuojamieji valdikliai gali įgyvendinti švelnaus paleidimo ir sustabdymo sekas, laipsnišką vožtuvų veikimą ir suderintą sistemos laiką, kad būtų sumažinti staigūs slėgio pokyčiai ir sumažintas vandens smūgio poveikis.
K: Kuo skiriasi hidraulinis ir pneumatinis vandens smūgis?
Nors abiem atvejais dėl staigių srauto pokyčių kyla slėgio bangos, pneumatinis vandens smūgis dažnai yra sudėtingesnis dėl oro suspaudimo. Slėgio šuoliai gali būti labiau nenuspėjami ir gali apimti daugybę atspindžių visoje sistemoje.
-
“Vandens plaktukas”,
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/water-hammer. Paaiškina kinetinės energijos virsmą ekstremaliais slėgio šuoliais skysčių sistemose. Įrodymų vaidmuo: mechanizmas; Šaltinio tipas: mokslinis tyrimas. Palaiko: viršijant ribas 300-500%. ↩ -
“Garso greitis”,
https://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_sound. Išsamiau apie slėgio bangų sklidimo greitį dujose. Įrodymų vaidmuo: mechanizmas; Šaltinio tipas: mokslinis tyrimas. Palaiko: sklinda garso greičiu. ↩ -
“Vožtuvų perjungimo laikas”,
https://www.festo.com/us/en/e/journal/valve-switching-times/. Aptariamas greitas pramoninių elektromagnetinių vožtuvų įjungimas. Evidence role: statistic; Source type: industry. Palaiko: užsidaro per mažiau nei 10 milisekundžių. ↩ -
“Komponentų pažeidžiamumas”,
https://www.osti.gov/biblio/15000571. Nagrinėjami skysčių galios komponentų struktūrinių gedimų būdai. Evidence role: general_support; Source type: government. Palaiko: sandariklių ir galinių dangtelių jautrumas. ↩ -
“Pneumatinių cilindrų sauga”,
https://www.parker.com/literature/Pneumatic_Cylinder_Safety.pdf. Dokumentai apie baliono konstrukcijos saugos ribas ir slėgio šuolių reitingus. Įrodymo vaidmuo: statistinis; Šaltinio tipas: pramonė. Palaiko: slėgio šuoliai iki 150% vardinio slėgio. ↩
