hirdetés
hirdetés

Miért (mégsem) drága a sűrített levegő? (II.)

Költséghatékony üzemeltetés

Napjaink gazdasági kényszerein túl az ipar 4.0 és a „jövő gyára” követelményei között is kiemelt helyen szerepel a fenntarthatóság és az energiatakarékos működés. Ezek az elvárások a teljes termelési és ellátórendszerre érvényesek, ezen belül természetesen a pneumatikus berendezések költséghatékony üzemeltetésére is.

hirdetés

Cikkünk első részében azoknak a költségoptimalizálási módszereknek az áttekintését kezdtük meg, amelyek megoldást hozhatnak a sűrített levegős rendszerek veszteségeinek csökkentésére. A szivárgási veszteségek általános problémájának bemutatását követően szó volt a rendszernyomás csökkentéséről és a sűrített levegő időszakos lekapcsolásáról, illetve elkezdtük a légtakarékos eszközök és kapcsolások ismertetését. A folytatásban ezekről és más célravezető intézkedésekről lesz szó.

Légtakarékos eszközök és kapcsolások

A hiba nélkül, megengedhető szivárgással működő gépek üzemszerű pneumatikus funkcióiban is jelentős megtakarítási potenciált találhatunk. 

A kettős működésű munkahengerek jellemzően csak az egyik irányban dolgoznak nagy erővel – préselnek, tolnak, nyomnak valamit –, visszafutásukhoz általában kisebb erő, ezért kisebb nyomás is elegendő. Ha külön nyomásszabályozón keresztül tápláljuk a visszafutó ágat, a nyomás csökkentésével arányosan kevesebb légmennyiséget juttatunk a hengerkamrába, ez pedig azonnali megtakarítást jelent. A korszerű szeleprendszerek és -szigetek kiépíthetők ilyen nyomásszabályozó eszközökkel, de némi „trükközéssel” az egyedi 5/2 utú szelepek is alkalmassá tehetők a két hengerkamra egymástól független nyomásszabályozására. Ehhez csak át kell fordítani a szelepfunkciókat: szabályozott nyomású tápcsatlakozás a 3 és 5, hengercsatlakozás a 2 és 4, közös lefúvás az 1 csatornán keresztül. Így a nyomásszabályozók nem kapnak olyan, ciklusonként ismétlődő igénybevételt, mint akkor, ha a főszelep és a henger közé lennének beépítve (1. ábra).

1. ábra – Erőszabályozás „fordított” 5/2 utú szeleppel
1. ábra – Erőszabályozás „fordított” 5/2 utú szeleppel

A legújabb fejlesztések a hengerek működtetéséhez a sűrített levegő expanziós energiáját is kihasználják: a véghelyzet elérése előtt lekapcsolják a betáplálást, és a sűrített levegő tágulási munkáját is „igába fogják”. 

A Venturi-elven működő vákuumejektorok köztudottan a legnagyobb étvágyú sűrítettlevegő-fogyasztók közé tartoznak. Az egyszerűbb készülékek folyamatos légfogyasztás mellett tartják fenn a vákuumszintet, még akkor is, ha egyébként a sima, egyenletes felületű megfogott munkadarabon jól tömít a vákuumkorong pereme, és a külvilágból nem szivárog levegő a vákuumtérbe. A nyomásérzékelővel, nyomáskapcsolóval és szeleppel felszerelt intelligens vákuumgenerátorok az előre beállított érték elérésekor a vákuumteret lezárják, lekapcsolják a vákuumképzést, és amíg a vákuumszint a megengedett határok között marad, nem is fogyasztanak több sűrített levegőt. Ha a rendszer „falsot szív”, azaz szivárgás lép fel a korong és a darab között, a nyomás eléri a bekapcsolási értéket, és az ejektor újból – általában rövid időre – működésbe lép. Ez az eszköz a hagyományos ejektor levegőigényének töredékét fogyasztja, és az egyszerű ejektorhoz képesti viszonylag magas ára gyorsan megtérül.

Sok helyen használnak sűrített levegős „támogatást” a munkadarabok továbbításához vagy kifújásához. Sajnos ez általában egy egyszerű csővéget jelent, amin keresztül gyakran fojtás vagy nyomásszabályozás nélkül süvít a levegő. Érdemes ezekre a helyekre legalább egy fojtószelepet, de ha lehetséges, egy megfelelő fúvókát beépíteni, amely kisebb légfogyasztás és energiaköltség mellett is pontos, irányítható légsugarat produkál.

A csőrendszer optimalizálása, decentralizálás

A pneumatikus rendszerek tervezésénél és kivitelezésénél mindig minimalizáljuk a csőhosszakat! Nem is gondolnánk, hogy milyen nagy mennyiségű préslevegő megy veszendőbe az indokolatlanul hosszú csövek miatt. A szelepektől távol elhelyezett végrehajtó elemek azon kívül, hogy „lustává” válnak a jelkésés és erőtlenné a nyomásesés miatt, még a sűrített levegőt is pazarolják. Gondoljunk csak bele: ahhoz, hogy a henger megmozduljon, először fel kell tölteni a szeleptől az aktiválandó hengerkamrához vezető csövet, ezzel egyidejűleg pedig a másik hengerkamrával együtt le kell üríteni az ahhoz tartozó, hasonló hosszúságú szakaszt. Gyakorlati példával élve: ha egy 25 mm-es átmérőjű, 100 mm-es löketű kettős működésű hengert a szeleppel 4 m hosszú, 4 mm-es belső átmérőjű csőpár köt össze, a csövek feltöltéséhez közel ugyanannyi levegő szükséges, mint a henger működtetéséhez, ami azt jelenti, hogy csak az értékes sűrített levegő felét használjuk tényleges munkavégzésre (2. ábra). Ezért célszerű a szelepeket, szelepcsoportokat átgondoltan decentralizálni – nagyobb méretű gépeken akár több szatellitegységként is elhelyezni – a hozzájuk csatlakoztatott végrehajtó elemek közelében, a lehető legrövidebb csőhosszakra törekedve.

2. ábra – A csőhossz hatása a légfogyasztásra (számítószoftveres eredmények)
2. ábra – A csőhossz hatása a légfogyasztásra (számítószoftveres eredmények)

Fontos szempont a csőátmérők és a csővezetéki elemek helyes megválasztása is. A csövekben áramló sűrített levegő az egyenes, sima belső felületű, nagy átmérőjű csőszakaszokat „kedveli”, ahol a kis sebességű áramlás mellett minimális súrlódási veszteségek keletkeznek. Minden keresztmetszet- és irányváltás fogyasztja a préslevegő energiáját: az örvényképződés és a nagyobb sebességhez tartozó megnövekedett súrlódás által okozott energiaveszteséget a nyomás csökkenéseként észleljük a felhasználási helyeken. Magyarán szólva, a túlságosan szűkre méretezett, kanyargós csőszakaszok mind a csőhálózatoknál, mind pedig a gépek szintjén jelentős nyomáseséseket okoznak.

A feladatnak megfelelő hengerméretezés

Tervezéskor mindig igyekszünk valamiféle biztonsági tartalékot is beépíteni a konstrukcióba. Azonban az indokolatlanul nagy biztonsági tényező a pneumatikus hengerek jelentős többletlégfogyasztását okozhatja. Ha nincs más tervezési előírás, általános szabályként tekinthetjük az erőkifejtés 5 bar nyomásra történő meghatározását, mivel a pneumatikus berendezéseket jellemzően 5,5 és 6 bar között üzemeltetik. A gyártói katalógusokban meghatározott elméleti erőértékek 6 barra vonatkoznak. A nyomás-erő-felület összefüggés szerint az erő egyenesen arányos a nyomással és a felülettel, tehát a 6 bartól eltérő nyomás melletti erőkifejtés egyszerűen kiszámítható. Ne felejtsük el azonban, hogy ezek elméleti, statikus értékek! Ha a hengernek mozgás közben kell a megadott erőt kifejtenie, a statikus erőérték 70 százalékával érdemes számolni. A fenti két közelítés – megbízható sűrítettlevegő-ellátást feltételezve – általában megfelelő biztonsági tényezőt is tartalmaz. Az ezek alapján kiválasztott munkahengerek (mindaddig, amíg megfelelő „kondícióban” vannak) a fenti 0,5-1 baros statikus nyomástartalékkal és dinamikus biztonsági tényezővel megbízhatóan működnek. Ha „biztos, ami biztos” szemlélet alapján egy mérettel nagyobb hengert választunk, a légfogyasztást több mint másfélszeresére növeljük, ami pedig drasztikusan megemeli az üzemeltetési költségeket.

A hajtástechnika megfelelő megválasztása

Bár ez az írás alapvetően a pneumatikus technika világáról szól, most mégis át kell látogatnunk az elektromos hajtástechnika területére is. Kissé komolytalanul akár azt is mondhatnánk, hogy a sűrített levegővel úgy takarékoskodhatunk legjobban, ha villannyal hajtjuk a gépeinket…

A különböző mozgatási feladatokhoz különféle hajtástechnika illik. Ha nagy ciklusszámú, illetve sebességű, esetleg több helyen pontosan pozicionált, hosszú mozgásokra van szükség, a pneumatika bizony alulmarad az elektromos hajtásokkal való gazdasági összehasonlításban. A pneumatikus hengerek a felhasznált energiának csak egy részét fordítják a tényleges mozgásra, hiszen az irányváltáskor nagyon értékes nyomási energia szellőzik le a szabad légtérbe a csövekből és a passzív hengerkamrából. A villamos hajtóművek sokkal hatékonyabbak: még alternáló mozgásnál sincs „ellenoldali motor”, ami energiát fogyasztana. Ha az egyszerű pneumatikus henger-szelep összeállítások kis beruházási költségéhez hozzáadjuk az életciklusuk alatt elfogyasztott energia árát, azt láthatjuk, hogy nagy ciklusszám esetén az összes költség hamar utoléri a drágább, de gazdaságosabban működtethető elektromos hajtásokét. Ezért – szigorúan csak pénzügyi szempontból nézve – a dinamikus pneumatikus alkalmazások általában rövidebb löketeknél és kis ciklusszám mellett tekinthetők gazdaságosnak.

Más a helyzet a statikus erőkifejtést igénylő alkalmazásoknál. Itt a pneumatika kerül fölénybe, mert ha egy jól tömített hengert üzemi nyomásra feltöltünk, az folyamatos erőkifejtéssel dolgozik, minimális, csak a tömítetlenségek szivárgását kompenzáló légfogyasztás mellett. Statikus állapotban a hengereknek szinte nincs is energiaigényük, így nagyon olcsón dolgoznak. Ezzel szemben az elektromos hajtásoknak a nyomatéktartási feladatoknál folyamatos az áramfelvételük, és egyáltalán nem tekinthetők energiatakarékosnak. A kevés mozgással, de tartósan nagy erővel végrehajtandó feladatokat ezért sokkal inkább megéri pneumatikus eszközökkel elvégezni.

3. ábra – Pneumatikus és elektromos hajtóművek költségei
3. ábra – Pneumatikus és elektromos hajtóművek költségei

Nem jelenthetjük ki tehát kategorikusan, hogy gazdaságosabb az elektromos vagy éppen a pneumatikus hajtástechnika. Persze vannak szubjektív érzések – ki ezt, ki azt használja szívesebben. Már a tervezés során érdemes a beruházási és üzemeltetési költségeket összehasonlítani, és az adott feladatnak megfelelő, energiahatékonyan működtethető megoldást kiválasztani (3. ábra). Például az igazán gazdaságosan üzemeltethető háromdimenziós hibrid handlingrendszereket általában hosszabb löketű, elektromos {{x-y}} tengelyek és rövidebb löketű, pneumatikus {{z}} hajtóművek, valamint szintén pneumatikus megfogók alkotják.

Háromdimenziós hibrid handlingrendszer
Háromdimenziós hibrid handlingrendszer

A cikkeinkben bemutatottakon túl sokféle további módszer kínálkozik még a pneumatikus rendszerek energiatakarékosabbá tételére, és megfelelő figyelemmel a legtöbb pneumatikus berendezésben találhatunk javításra váró megoldásokat.

(A cikk eredetileg a GyártásTrend júniusi lapszámában jelent meg.)

(forrás: Festo/GyártásTrend)
hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés