Innowacyjna podwójna kontrola ciś nienia poprawia wydajność
Ron Marshall dla sprężonego powietrza Challenge®
Firma Grand Manufacturing, niewielki producent kanadyjskich produktów rolnych, zmodernizowała system sprężonego powietrza w wyniku ekspansji produkcyjnej, a jednocześnie zwiększył efektywność energetyczną sprężonego powietrza o 61% poprzez konsolidację ich systemu i wdrożenie innowacyjnej strategii kontroli podwójnego nacisku.
Pierwotnie rozważano mniejszy projekt
Projekt początkowo rozpoczął się jako rutynowe żądanie zachęty finansowej, aby wspierać instalację bardziej sprawnej sprężarki sterowanej VSD, zamiast używać mniej wydajnej sprężarki, aby dostarczyć nową maszynę do cięcia laserowego zainstalowaną w obiekcie. Profil obciążenia sprężonym powietrzem jest różny ze względu na różnorodność elementów przeznaczonych do produkcji. Ten typ profilu jest dobrym rozwiązaniem dla sprężarki o zmiennej prędkości i jest czymś, co kwalifikuje się do przyznawania programów Manitoba Hydro. Jedynym szczególnym wymogiem dla tego systemu był nacisk; Laser wymagał podciśnienia 200 psi dla specjalnych operacji cięcia. Z tego powodu firma Grand Manufacturing wybrała sprężarkę śrubową o ciśnieniu rozładowczym 215 psi i planowała uruchomienie systemu na tym poziomie, co było podobne do dwóch innych istniejących systemów laserowych.
Jako podstawowa obsługa klienta firma Manitoba Hydro odwiedza witrynę klienta i ocenia właściwości systemów pochłaniających znaczną energię. W ramach tej usługi przeprowadzono kontrolę skompresowanego sprężonego powietrza na istniejącym systemie sprężonego powietrza w zakładzie, ponieważ projekt energetyczny był bliski. Rejestratory danych zostały zainstalowane w systemie przez tydzień, a podstawa systemu została opracowana w celu oceny, w jaki sposób system zaspokaja potrzeby klienta i ocenia skuteczność. Kontrola zakresu obejmowała kilka ciekawych faktów dotyczących dostarczania powietrza do instalacji. Dwa kompresory ładujące / rozładowywające zostały wcześniej zainstalowane w ramach dwóch istniejących ustawień lasera, ale te jednostki były lekko obciążone i działały nieskutecznie z powodu szybkiego cyklu. Jednostki były prowadzone niezależnie jako oddzielne systemy i oba były uruchomione przy 200 psi. Przeciętna moc właściwa, mierzona wielkość kilowatogodzin na 100 cfm, była wysoka na 65, chociaż sprężarki były oceniane na poziomie nieco niższym niż 30 kW na 100 cfm.
Dostarczaniem sprężarek powietrza w ramach zakupu sprzętu do cięcia laserowego jest często stosowane (często również w prasach drukarskich). W ten sposób producenci tych bardzo kosztownych maszyn mogą zapewnić wystarczające sprężone powietrze o wystarczającej jakości, aby działały niezawodnie. Niestety, kompresory są często dostarczane z niewielką lub żadną myślą o tym, jak efektywne jest zużycie energii. W rezultacie pojemność odbiornika pamięci potrzebna do sprawnego działania obciążenia / rozładowania jest często niewymiarowa lub całkowicie brakuje.
Analiza zawiera oszczędności
Analiza Manitoba Hydro profilu popytu obu istniejących systemów oraz wywiady z personelem zakładu stwierdziła, że zapotrzebowanie na wysokie ciśnienie wymagane w specjalistycznej operacji cięcia wynosiło tylko około 10% czasu. Badanie tego zapotrzebowania stwierdziło, że była to jedyna operacja, która wymagała ciśnienia sprężonego powietrza 200 psi. Pozostały czas, jaki każdy laser mógł działać zadowalająco przy ciśnieniu 125 psi. Uzbrojeni w te informacje Manitoba Hydro zwróciła się do klienta z propozycją, aby kontrolować ciśnienie tak, aby ciśnienie 200 psi było generowane tylko wtedy, gdy wykonywano specjalne operacje cięcia. Przez resztę czasu ciśnienie spadło do niższego poziomu. Ponadto dwa stare systemy można łączyć z nową sprężarką VSD w celu stworzenia jednego, dobrze kontrolowanego systemu sprężarek, który wymagałby tylko jednego lub dwóch sprężarek. To przyniosłoby znaczne oszczędności i lepszą niezawodność działania systemu.
Zarówno Grand Manufacturing, jak i Manitoba Hydro obawiali się, że trzy sprężarki są odpowiednio skoordynowane, gdy poziom ciśnienia zostanie zmieniony. Ponieważ programowanie sterowania sprężarką wymagało dostosowania ciśnienia wszystkich trzech sprężarek ręcznie było nieco skomplikowane, istnieje duże prawdopodobieństwo popełnienia błędów, które mogłyby wpłynąć na wydajność i skuteczność projektu. Potrzebny jest prosty sposób na ustalenie poziomów ciśnienia.
Niektóre badania zostały wykonane w specjalnej elektronicznej kompresorze zainstalowanej we wszystkich trzech sprężarkach. Na szczęście szybko stwierdzono, że kontrolki miały możliwość pracy z dwoma oddzielnymi ustawieniami ciśnienia. Dalsze badania wykazały, że poziom ciśnienia można wybrać poprzez zamknięcie zewnętrznego styku, w tym przypadku centralnego przełącznika. Dla Grand Manufacturing przełącznik został ustawiony w celu normalnej pracy 125 psi, ale gdy wymagane są operacje cięcia pod wysokim ciśnieniem, pozycja przełącznika jest zmieniana przez operatora, powodując przy tym drugie ciśnienie 200 psi dla wszystkich trzech sprężarek. Po zakończeniu operacji cięcia przełącznik powraca do normalnego położenia, obniżając ciśnienie.
Jak uzyskano oszczędności
Typowa zasada w przemyśle sprężonym powietrzem stwierdza, że przy każdym ciśnieniu sprężania co 2 psi wzrost zapotrzebowania na moc przy głównym silniku sprężarki wzrasta o 1 procent. Na przykład dane producenta (wykres 1) pokazują, że nowa sprężarka VSD zainstalowana w Grand Manufacturing ma moc 27,5 kW na 100 cfm przy pełnym obciążeniu przy 203 psi (14 bar). Zmniejszenie ciśnienia do 116 psi zmniejsza moc jednostkową do około 20 kW na 100 cfm, a 38% redukcji. Ograniczając pracę wysokociśnieniową do 10% czasu przy użyciu lepszej kontroli ciśnienia, firma Grand Manufacturing obniżyła średnie ciśnienie od 200 psi do 128 psi i osiągnęła doskonałe oszczędności dzięki tej specyficznej redukcji mocy. Sprężarki działają chłodniej, eliminując uciążliwą podróż w wysokiej temperaturze i wytwarzając nieco więcej powietrza przy niższych ciśnieniach.
Wykres 1: Specyficzna moc wzrasta wraz z ciśnieniem
Oryginalny system składa się z dwóch niezależnych sprężarek pracujących w trybie ładowania / rozładunku. Jednostki te miały bardzo małe odbiorniki sterujące, które były wielkości około 1 galon na cfm sprężarki. Były tam koalescencyjne filtry umieszczone pomiędzy każdym wyładunkiem sprężarki a związanym z nią zbiornikiem odbiorczym. Pręty ciśnieniowe na sprężarkach miały około 10 psi szerokości, co jest typowe dla tego typu sprężarek. Filtry powodowały znaczną różnicę, skutecznie zawężając zakres ciśnienia w zbiornikach magazynowych i zmniejszając skuteczność spowalniając cykle sprężania, dzięki czemu sprężarki mogłyby działać skuteczniej. W rezultacie sprężarki były krótkie.
Jak widać na wykresie 1, zużycie energii sprężarki śrubowej smarowej pracującej w trybie obciążenia / rozładowania przy mniejszym koszcie magazynowania zmienia się znacznie od stanu idealnego, który będzie prostą linią między 100% obciążeniem a wyjściem sprężonego powietrza zerowego. Kompresory Grand Manufacturing znacznie różniły się od ideału z powodu braku pojemności. Poza tym, ponieważ działały niezależnie dwa sprężarki pracujące, mnożyły się nieefektywności.
Wykres 1: Brak magazynowania może powodować niewydolność sprężarki
Dzięki konsolidacji systemów, optymalizowaniu filtrów w celu zmniejszenia różnicy, zwiększeniu ilości pamięci masowej i dodaniu trzeciej sprężarki VSD, można znacznie poprawić skuteczność dwóch istniejących systemów i nowego. Gdy ładowanie systemu jest na niższych poziomach, działa tylko sprężarka VSD. Gdy obciążenie systemu jest wyższe, jedna z dwóch sprężarek o stałej prędkości pracuje przy pełnym obciążeniu, najbardziej wydajnym punkcie, a sprężarka VSD dostarcza częściowego obciążenia (patrz wykres 2).
Dodanie nowego sprzętu laserowego zwiększyło obciążenie sprężonym powietrzem z poziomu 75 cfm do średnio 120 cfm, jednak udoskonalenie systemu zmniejszyło moc specyficzną dla systemu od 65 kW / 100 cfm do bardziej akceptowalnego 25 KW / 100 spadek o 61%. Gdyby trzecia sprężarka została zainstalowana w taki sam sposób, jak w poprzednich istniejących jednostkach, zużycie energii w trzech oddzielnych systemach z prędkością 200 psi byłoby znacznie wyższe. Oszacowane oszczędności energii w tym najgorszym przypadku wynoszą około 270 000 kWh rocznie, co odpowiada 14 000 USD rocznie w opłatach elektrycznych.
Czy Twoje sprężarki działają w kontroli ciśnienia podwójnego?
Istnieje wiele producentów, którzy oferują sterowanie sprężarką, które mogą osiągnąć podwójny poziom ciśnienia, na podstawie przełączników sterowanych lub w harmonogramie. Jeśli dostawca sprężarek nie jest jednym z nich to kontroler sprężarek będzie mógł kontrolować system z centralnego punktu, skutecznie osiągając ten sam typ rozwiązania. Skontaktuj się z dostawcą w celu ustalenia możliwości.
Ten projekt odniósł sukces dzięki:
Opracowanie istniejącego systemu w celu określenia efektywności systemu,
Innowacyjne wykorzystanie dostępnej kontroli ciśnienia podwójnego w celu zmniejszenia średniego ciśnienia,
Zwiększenie pojemności odbiornika,
Redukcja różnicy ciśnień filtra,
Łączenie trzech oddzielnych systemów w jeden dobrze kontrolowany system,
Wykorzystanie terminowych porad technicznych i zachęty finansowej do realizacji projektu.
Rysunek 1: Dodano trzecią sprężarkę VSD i połączono systemy.
Wykres 2: Wysokie ciśnienie jest używane tylko w razie potrzeby
--- http: //www.hqcompressor.com
