使用存储控制压缩空气成本的六种方法

最后更新:2月26日,2020年:04:52 PM

使用存储控制压缩空气成本的六种方法

通过存储降低成本

有很多方法可以在压缩空气系统中使用存储,以提高生产设备的性能和可重复性。没有一种方法是总解决方案。一些行业专业人士将告诉您某些类型的压缩机不需要存储。

但是,该系统无法负担于对性能或运营成本的影响。应用存储的替代方案是在更高的压力下运行,并且所有时间都有更多的电量,以支持关键应用和系统中经历的峰值空气需求。

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有六个基本区域,存储应在系统中正确设计和应用。这些是:

  1. 专用存储以提高应用的速度,推力或扭矩。
  2. 专用存储保护关键应用免受压力波动。
  3. 专用存储将高流量应用速率应用于系统。
  4. 一般或高架存储器在传输时间到供应方面支持应用程序,并在应用程序之间创建透明度。
  5. 控制存储在允许压降内支持系统中的事件。
  6. 离线,储存较高的压力,以支持大型系统事件并降低峰值电气需求。

必须讨论一些基本原则,以了解在系统中应用存储的何时以及如何应用程序:

  1. 第一的, 系统中的物品压力是与装置的实际入口连接处的终止压力。 它不在监管机构或标题,所以当有人说他们必须为特定设备拥有90个psig时​​,知道他们监控这种压力的地方非常重要。这似乎是一个小小的区别,但它对支持文章所需的东西产生了巨大差异。
  2. 第二, 该系统的目的是在所需时间内向文章提供所需的空气。 压缩空气在系统内部的有限速度行进,由存在的压差确定。在1个psid下,这种速度约为250英尺/秒,这意味着压缩机超过250英尺,他们赢得了’T在完成后,请参阅持续时间小于1秒的事件。如果您忘记考虑时间,这些存储概念的价值将非常难以掌握。
  3. 第三, 用于应用有用存储或电容的主要配方是储存允许压降的容量。 例如,如果我有一个660加仑的坦克,我可以承受允许压力10 psi,则计算有用的存储器为:(660加仑/ 7.48加仑/立方英尺)/ 14.5 psia = 6.07sscf / psi x 10 psi = 60.7可用储存空气的SCF。

考虑到这些原则,让’S看看我们可以应用存储的六个区域中的每一个,并讨论每种情况的好处。

1.专用存储以提高应用程序的速度,推力或扭矩。

有许多气动应用,其致力于调节器可以反应。结果是下降物品压力,降低了可以递送所需质量的空气的速度。当有人谈到这种类型的应用需要一定的压力正常工作时,它们通常会指的是起始压力不是终止压力。

然而,终止压力是最终的制品压力,并且是支撑应用的实际压力。致动速度小于1秒,几乎所有物品所需的质量都将来自储存。具有较长的致动循环,储存的质量将控制压降,同时在调节器上建立流动以支持应用。控制压降量将改善应用的可重复性以及适用的速度,推力或扭矩。

 

施加储存或电容的替代方案是通过打开调节器来增加终止物品压力以增加起始压力。如果性能仍然是不可接受的,则系统压力增加。任何一种溶液都会增加可用质量,但增加压力具有显着的运营成本惩罚,并将增加文章压力波动的量。

应用存储可以减少压力波动,如果您正在处理系统的操作压力,请允许您降低标题压力。请记住,这是我们基本原则之一: 您可以增加存储的容量,或者您可以增加有用的压差。  附加电容应位于调节器的下游。可以使用主要公式的变体来计算所需的存储:

(在立方FT中的事件的大小)x(大气压)/(允许压降)=(立方FT所需的存储)X(7.48 SCF / GAL)=(加仑所需的存储)

例如,控制0.01 SCF的压降所需的储存量将计算为0.01 scf x 14.5 psia / 5 psi = .029 scf或.22加仑。这将是典型的封装或组装应用中的小型高速空气气缸。

2.专用存储保护关键应用免受压力波动。

另一种可引起高系统压力的气动应用是一种关键应用,必须免受集管压力波动的影响。通常,这种类型的应用需要相对低的压力,例如60psig,但整个系统压力将升高到95或100 psig,以确保临界使用压力将保持在标题中经历的最小压力之上。

更好的解决方案是增加本地存储的能力,并将额外的体积专用于带有止回阀的关键应用。例如,故障关闭阀上的隔膜致动器可能需要60 psig的1立方英尺的空气。使用主要公式,控制压力下降到2 psi所需的存储卷是:

(1 scf x 14.5 psia / 2 psi)= 7.25 scf x 7.48 gal / scf = 54.3加仑每个致动

罐应位于调节器的上游并从系统检查。这种布置将防止瞬态系统问题影响所需空气的可用性。在该示例中,标题压力可以掉到72psig,其允许跨越FRL的10个psid,并且仍然为致动器提供所需的质量和压力。

3.专用存储将高流量应用仪表进入系统。

这种存储器的变化是保护整个系统免受间歇应用的影响,当它驱动时导致头部压力波动。在这种情况下,以与保护关键施加的方式相同的方式计算和安装存储体积,而是将针阀与止回阀一起安装。

在致动时,接收器提供所需的空气质量。调节针阀以控制接收器压力的恢复速率,从而为系统产生更恒定和更低的流动速率。对于此应用程序运行良好,恢复时间必须等于或大于致动时间。接收器压力只需要在下一次致动之前恢复,因此使用体积可以在整个循环时间上展开。

例如,反向脉冲在螺线管上的脉冲脉冲,开放时间小于0.25秒。虽然所需的空气总量仅为约2立方英尺,但创造的流量为480 scfm(2 scf x 60秒/ 0.25秒)。这种高流程将导致头部压力随着每个脉冲下降,并且可能导致附近的更关键的用户需要比另外需要更高的压力。脉冲每隔几分钟发生,因此可以在15秒内容易地计量接收器压力的恢复,这将使流量降低到8个SCFM(2 SCF x 60秒/ 15秒)。这显着降低了这些应用引起的空气需求中的峰值,并将相应地减少线路压缩机马力。

4.通用或开销存储在传输时间到供应方面的应用程序,并在应用程序之间创建透明度。

要欣赏普通存储的价值,您必须记住时间组件。当大型用户进入系统时,空气流向施加在围绕周围标头的压力下。空气需求的增加在每秒250英尺处向外移动,直到它到达压缩机信号位置。当压缩机响应充足的功率和增加的交付时,压力衰减将停止。

在标题中可以看到的压降量与报头中的存储体积,事件的大小以及从事件到电源的距离直接相关。假设最大的事件是600个SCFM应用程序的启动,位于距压缩机室的标题距离1000英尺。此应用程序将以10 SCF / SEC(600 SCFM / 60秒)的速率从标题中从标题中移除4秒(1000英尺/ 250 fps)。此时,该事件将到达压缩机室,电源可以响应存储或功率。假设我们希望控制压力下降到小于2 psi,存储要求将是(4秒x 10 scf / s)= 40 scf x 14.5 psia / 2 psi = 290 scf x 7.48 gal / scf = 2,169加仑。如果重要的是,您可以从此图中减去标题管道中包含的现有卷。

向标题添加接收器是增加存储卷的最经济的手段。这些接收器应在近大型活动附近进行;没有必要“flow through”坦克。在许多系统中,最大的巧合事件将在大多数用户在接近同时触及系统时转移启动。适当的一般储存的替代方案是提高头部压力,直到最大的压力波动不’T影响最高的临界使用压力。

降低压缩空气成本

不幸的是,随着压力增加所以对所有不受调节的用途的空气需求都是泄漏,开放式吹,以及带有稳压器的用户一直打开。这种现象称为人造需求,并且它可以防止压缩机能够均衡整个标题的压力。最终,压力在压缩机上或在具有高水平人工需求的系统上的调制或卸载设定点的压力升高,系统实际上吸收了增加的流量,压力稳定在压缩机卸载之前。

5.控制存储以在允许压降内支持系统中的事件。

如果你已经围绕着压缩空气很长,你听到了,“…这种类型的压缩机不需要坦克…”。压缩机可能不需要罐,但系统肯定会!考虑一个典型的500 HP旋转螺杆压缩机系统,1,500英尺6″ headers, 3″副标题和制造工厂的坦克。总电容小于19个SCF / PSI,其通过将管道的总体积除以大气压(类似于上述储存公式)来计算。如果系统运行两种200 HP和一个100 HP压缩机,则200 HP基本负载单元的故障将导致约1000个SCFM或16.7 SCF / SEC供电。压力将以0.88 psi / sec(16.7 scf / s / 19 scf / psi)的速率下降,这意味着在20秒内,压力将下降17 psi。

第一次发生这种压力衰变时,它是一个非常安全的赌注,生产会影响,并将备用压缩机打开并留下。要在压缩机故障期间正确管理系统,我们必须在压缩机室内提供足够的存储,以允许备份压缩机自动启动。对于许多离心式压缩机的旋转螺钉,该控制允许时间从10秒内变化到120秒的旋转螺钉。必须从存储中支持的事件卷将是SCF / SEC乘以备份压缩机的控制允许时间的流量。

如我们所示,有用的存储或电容是储存允许压降的容量。但我们一直在尝试最小化系统压力,因此我们如何提供足够的储存而不会增加系统压力并产生相关的更高的运营成本?我们所需要的是一种将需求侧与系统的供应侧分开的方法。这是需求扩展器或流量控制器的功能。

流量控制器允许系统通过将空气的膨胀降至较低的标题压力来以最大效率操作。这最大限度地减少了浪费并实现了更一致和可靠的结果。在供应方面,压缩机可以在设计压力下操作,该设计压力使得每kW消耗的最大批量达到。

空气流量控制器

两次压力之间的差异消除了人工需求,并在系统中创造了真正的可用存储。在系统中发生需求事件时,控制器将通过调制流量控制阀来响应以匹配下行流要求。这与调节器非常不同,因为它不会在系统中引入能量损失,而是控制阀门穿过阀门的膨胀,以满足需求并保持需求侧的固定压力。

回顾500 HP系统示例,我们可以通过将电源增加到设计压力的供应来急剧增加接收器的值,这将为我们的示例为125 psig。如果我们向系统添加5000加仑(668个SCF)接收器并以75 psig运行需求,我们可以计算可用存储:(668 scf / 14.5 psia)x(125-75 psig)= 2,300 scf。该存储的空气可以在任何时候通过任何时间的流量访问,而不增加在线马力。在200 HP压缩机故障的情况下,压力现在将下降0.36 psi / sec(16.7 scf / sec / 668 scf / 14.5 psia)。现在在20秒内,压力只会在扩展器的供应侧下降7.2 psi,并且需求侧压力根本不会发生变化。在非自动化系统中,AutoStart设定点可以在扩展器设定点上方设置大约10psi。这将提供充足的时间,以便在需求压力撞击前10-20秒的控制权限自动启动备用旋转螺杆压缩机。事实上,存储在200 HP压缩机损失超过2分钟((125-75psig)/ 0.36 psi / sec)之前,可以支持需求,然后在对需求侧压力产生任何影响之前。

6.离线,更高的压力空气,支持大型系统事件,降低峰值电气需求。

还有另一种用于支持大型间歇系统事件或压缩机故障的方法。这涉及使用更高压的线路存储在概念上与水塔非常相似。水塔由较小的马力泵供应,该泵不断运行,将水泵送到升高的罐中。

当需求峰值发生时,罐中的水可以几乎可以在没有打开大型马力泵的情况下以任何流动速率添加到在线系统中。每个离线,高压空气系统都必须设计并应用于特定系统的要求,但通常将包括两个10-20 HP压缩机递送空气>200 psig到10,000–由控制阀装置布置隔离的20,000加仑接收器。

流量控制器和基于PLC的自动化系统,不断监视系统中的变化速率需要正确,高压空气功能正常。自动化系统将打开高压空气控制阀并将存储的空气引入标题以支持该事件。

该过程的控制是至关重要的,因为如果储存的空气导致压力升高,则基础负荷压缩机将卸载,这将导致在高压空气存储排出时的系统塌陷。在系统事件结束时,自动化系统将关闭控制阀并开始使用20,000加仑接收器中的压力,其中20个HP单位各自产生约75个SCFM。

离线,高压空气可用于保护由于财务或安全问题超严重的系统。然而,大多数系统的主要原因是避免运行大型基础负载压缩机以支持大需求事件或在压缩机故障期间支持大型系统。

例如,在基于离心的系统中,当压缩机失败或浪涌时,几乎总是额外的压缩机运行以支撑系统。这是由于控制允许,可以是120秒并使控制存储不切实际。

例如,如果失败的压缩机为700 HP和3,000 SCFM或50 SCF / SEC,则存储必须支持6,000立方英尺(120秒x 50 SCF / s)。一个20,000加仑接收器提供184.4 SCF / PSI(20,000 Gal / 7.48 SCF / PSI / 14.5 PSIA)。除以184.4 SCF / PSI电容的6,000个SCF要求确定压力在高压空气接收器中将32.5 psi降至142.5 psig。在备用压缩机启动后,高压空气阀关闭后,将开始恢复接收器压力。将6000 SCF的总事件除以高压空气压缩机的输出,在75 SCFM中,如果两个压缩机运转或者为一个压缩机进行160分钟,则需要80分钟。该系统的初始成本将是备用700 HP压缩机成本的一小部分,并且在需要时,显然将更便宜地运行。

结论

通过应用压缩空气系统中涉及的基本存储原则,您可以立即在生产率和质量方面提高生产设备的性能,并在您的运营成本中进行重大减少 压缩空气系统。在系统中应用这些基本存储原理的替代方案是操作过多的压力和电量,以补偿缺少存储。下次有人抱怨空气压力不足,请记住有替代方案可以提高压力和购买或操作另一个压缩机。

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