Czy warto mieć zapas sprężonego powietrza?
W zakładzie produkcyjnym zapotrzebowanie na sprężone powietrze często się zmienia. Mało jest takich instalacji, w których utrzymywany jest stały przepływ powietrza. W maszynach sterowanych pneumatycznie występują siłowniki, silniki pneumatyczne, zawory, noże powietrzne, dysze i w zależności od funkcji, którą realizują, charakteryzują się odpowiednim poborem powietrza. Jeśli dodamy do tego spadki ciśnienia powietrza, to okaże się, że zapotrzebowanie na sprężone powietrze jest zmienne w czasie. Jednak dla prawidłowej pracy urządzeń powietrza nie może zabraknąć, a ciśnienie nie może spaść poniżej pewnego minimalnego poziomu.
Gdy w przedsiębiorstwie produkcyjnym znajduje się kilka takich maszyn, to zmiany mogą być dynamiczne i czasami nieprzewidywalne, bo profil pracujących maszyn może zależeć również od otrzymanych zamówień produkcyjnych.
W artykule na temat doboru sprężarki i określania zapotrzebowania na sprężone powietrze poruszamy kwestię jednoczesności pracy wszystkich narzędzi pneumatycznych, która ma wpływ m.in. na wielkość zbiornika buforowego.
Oznacza to, że powinien istnieć system nadążny, który zapewni sprężone powietrze w stałej przewidywalnej ilości, ale też dostosuje produkcję do chwilowego zwiększonego zapotrzebowania.
Takim elementem systemu sprężonego powietrza jest zbiornik sprężonego powietrza zwany też zbiornikiem buforowym.
Od profilu zapotrzebowania na sprężone powietrze zależy ilość zbiorników, ich lokalizacja w zakładzie produkcyjnym oraz umiejscowienie zbiornika w sprężarkowni względem pozostałych urządzeń do uzdatniania sprężonego powietrza. Istotne w tym procesie są również strategie magazynowania sprężonego powietrza.
Zapas sprężonego powietrza gromadzony jest w zbiornikach oraz w samej instalacji rurowej. Średnicę rurociągów dobieramy tak, żeby spadki ciśnienia były minimalne na całej długości, a wielkość zbiornika dobieramy do przepływu i fluktuacji ciśnienia sprężonego powietrza.
Jakie funkcje pełni zbiornik sprężonego powietrza?
Minimalizacja spadków ciśnienia
Wyobraź sobie instalację sprężonego powietrza, do której podłączonych jest 100 wiertarek pneumatycznych. Ich zapotrzebowanie na sprężone powietrze jest równe wydajności sprężarki.
Jeżeli wszyscy operatorzy uruchomiliby wiertarki jedna po drugiej, to zapotrzebowanie na sprężone powietrza rosłoby stopniowo. Bez buforowego zbiornika powietrza takie działanie spowodowałoby ciągły spadek ciśnienia w instalacji i zakłócone działanie innych urządzeń napędzanych pneumatycznie.
Istnienie zbiornika sprężonego powietrza daje czas sprężarce na zasilenie instalacji w sprężone powietrze, nim osiągnie ono minimalne ciśnienie.
Zapewnienie nadwyżki sprężonego powietrza w stosunku do wydajności sprężarki
Ta funkcja łączy się z wcześniej wymienioną, ale ważna jest przy krótkotrwałym zwiększonym poborze powietrza (w odróżnieniu do minimalizacji spadków ciśnienia w długim okresie czasu). Zbiornik sprężonego powietrza gromadzi odpowiednią ilość powietrza do chwilowego zwiększonego zapotrzebowania, którego nie może zapewnić sprężarka.
Właściwie to sprężarka mogłaby zapewnić wymaganą ilość sprężonego powietrza, ale musiałaby być przewymiarowana i co za tym idzie efektywność energetyczna takiego układu byłaby niska.
Jeżeli ww. operatorzy uruchomiliby 100 wiertarek na raz, na krótki okres czasu, ale ich zapotrzebowanie na powietrze byłoby większe niż wydajność sprężarki, to zabezpieczeniem odpowiedniej ilości sprężonego powietrza byłby właśnie zbiornik buforowy.
Dobierając wielkość zbiornika powietrza, należy brać pod uwagę dwa czynniki:
- zakres ciśnień roboczych w systemie sprężonego powietrza, w którym wszystkie odbiorniki pneumatyczne prawidłowo pracują,
- czas, w jakim zwiększony pobór powietrza występuje, aby dzięki zbiornikowi powietrza ciśnienie nie spadło poniżej dopuszczalnej wartości.
Tłumienie tętnienia
Kompresor stałoobrotowy pracuje w zakresie ustawionych ciśnień roboczych: górnego i dolnego. W momencie osiągnięcia górnego ciśnienia wyłączającego, kompresor przechodzi w stan odciążenia, czyli nie tłoczy powietrza mimo pracy silnika. Po osiągnięciu dolnego ciśnienia włączającego, kompresor zaczyna tłoczyć powietrze do instalacji. Oznacza to, że istnieją dwa momenty w czasie cyklu pracy sprężarki, kiedy występuje nagła pulsacja w instalacji.
Zbiornik sprężonego powietrza tłumi te impulsy spowodowane włączaniem i wyłączaniem tłoczenia powietrza i zapewnia stabilne ciśnienie przekazywane dalej do sieci.
Względy bezpieczeństwa produkcji
W przypadku zaniku energii elektrycznej, sprężone powietrze zgromadzone w zbiorniku buforowym może pozwolić na zakończenie cyklu lub bezpieczne wyłączenie awaryjne maszyn napędzanych pneumatycznie.
Schładzanie powietrza
Sprężone powietrze opuszczające sprężarkę jest gorące. Wszystko zależy od konstrukcji kompresora, ale nawet w tych, które posiadają potężne przewymiarowane chłodnice, to i tak temperatura sprężonego powietrza jest wyższa o ok. 7-10oC od temperatury zasysanego powietrza.
Jeżeli sprężarkownia nie jest prawidłowo wentylowana, a sprężarka nie ma wyprowadzonej czerpni poza sprężarkownię, to problem wysokiej temperatury sprężonego powietrza jest jeszcze większy.
Sprężone powietrze zawarte w zbiorniku oddaje ciepło przez ścianki zbiornika do otoczenia i dzięki temu szybciej się schładza. Temu procesowi towarzyszy też spadek ciśnienia i jeżeli zbiornik jest umieszczony blisko sprężarki to może ona szybko reagować na zmiany. Dzięki temu system jest bardziej ekonomiczny.
Usuwanie wilgoci
Większość przemysłowych instalacji jest wyposażonych w urządzenia do uzdatniania sprężonego powietrza. Dzięki nim powietrze jest pozbawione wilgoci do stopnia określonego podczas dobierania tych urządzeń.
Jeżeli zbiornik buforowy zamontowany jest pomiędzy kompresorem i osuszaczem, to podczas procesu schładzania powietrza następuje w nim wykraplanie części kondensatu. Z tego względu zbiorniki sprężonego powietrza są wyposażane w spusty kondensatu, dzięki którym odwadnia się zbiorniki.
Redukcja energii elektrycznej i zwiększenie żywotności kompresora
Wszystkie wcześniej wymienione funkcje zbiornika sprężonego powietrza zmierzają do jednego: zmniejszenia wpływu zużycia sprężonego powietrza i jego zmian na pracę sprężarki oraz układu uzdatniania sprężonego powietrza przy zachowaniu akceptowalnych parametrów sprężonego powietrza w celu niezakłóconej realizacji planów produkcyjnych.
Gdy zbiornik sprężonego powietrza będzie prawidłowo dobrany i zamontowany w odpowiednim miejscu, to prawidłowo dobrana sprężarka będzie pracować w sposób ciągły i będzie zapewniać stabilne ciśnienie.
W efekcie żywotność kompresora zwiększy się, a co najważniejsze, to zużycie energii elektrycznej będzie optymalne, bo pozbawione poboru przy pracy na wybiegu lub ciągłych rozruchach sprężarki.
Handlowcy BP Techem od ponad 30 lat doradzają przedsiębiorstwom jak dobrać urządzenia do ich systemów sprężonego powietrza. Przekonanie, że zbiornik powinien mieć pojemność 30-50% wydajności sprężarki nie zawsze jest prawdziwe. Wszystko zależy od systemu, w którym zbiornik będzie zamontowany. Dlatego skontaktuj się z nami w celu prawidłowego doboru swojego zbiornika sprężonego powietrza.
