塑料行业的压缩空气效率机遇|压缩空气最佳实践manbetx王者荣耀

Dean E.Smith，iZ压缩空气挑战系统®

CAC标志

在大多数工业类别中，压缩空气对塑料厂的操作是至关重要的，无论是吹塑、注射成型还是其他工艺。提高供应侧(压缩机室)效率的机会与所有工业压缩空气系统相似，但在一些塑料设施中更为普遍，特别是吹塑。在空气系统的最终使用和生产方面，塑料工业提供了一些独特的限制，以及在其他行业没有的显著的效率机会。在本文中，我们将探索这些效率机会，并试图理解它们存在的原因，以及我们如何开始捕捉它们。

在我们的工作中，审核和设计工艺领域的解决方案，我们坚持用高速数据记录仪测量和记录生产设备内的实际流量和压力，这样我们就可以看到压缩空气的实际性能。这为识别压缩空气问题造成生产率和/或质量限制的任何领域提供了机会，改善这些领域可能导致能源成本降低和/或生产率提高。吹塑工艺分析提供了一些最引人注目的机会存在的例子。我们将详细研究吹塑过程的一个例子，但要注意，所描述的大多数机会存在于所有高容量、短持续时间的过程中。

吹塑实例的机会

吹塑工艺有很多种，所有的工艺都需要稳定的压缩空气压力输送到成型机，以控制质量和保持生产率。在大多数吹塑工艺中，压缩空气被用来膨胀坯体或“预制件”。parison是一种管状塑料，一端有一个孔，压缩空气可以通过。压缩空气在膨胀到最终形状之后，但在从模具中弹出之前，也会对零件进行冷却。

图1

在PET吹瓶中，高速旋转机器使用600 psig压缩空气，以每小时超过20,000瓶的速度生产瓶子。在分析这些系统时，很难以足够高的分辨率记录实际的空腔压力，以正确地描绘这一过程，但这是看到真正机会所必需的。图1为样品率为0.04毫秒时吹塑型腔压力的典型压力图。绿线表示吹瓶到母模形状的实际空腔压力。蓝色虚线表示所需的压力。请注意，实际的上升速率并不能提供一条与终端压力的直线，因为它是向空腔输送空气的部件的流动能力的函数。换句话说，吹气螺线管、机器内部的空气软管和将空气输送到分区的伸缩杆都有有限的流动能力，从而防止立即上升到终端压力。这意味着压力上升的速率取决于驱动气流从机器的空气进口到腔内的压差。显然，进口压力越高，压力上升的速度越快，因此在吹塑设备中管理压缩空气系统的一种常见方法是增加系统压力，以最大限度地提高生产率，并仍然生产出良好的产品。不幸的是，更高的压力会导致浪费的人工需求，增加压缩机的能量和维护成本，以及管理系统的效率低下。

实际成本较高的系统压力

压缩空气挑战赛（CAC）已经发布了大量关于压缩空气系统压力升高的能源成本的信息，但有几个项目需要根据我们的吹塑示例进行审查。例如，希望尽快对型坯充气或吹扫零件，会导致供应部件中的流速非常高，从而产生高压降。以每小时24000瓶的速度运行16盎司瓶子的吹风机可能消耗2800至3200 scfm，具体取决于工艺设置，这会在向吹风机输送空气的集管和过滤器中产生显著压降。我们测量了从50 psid到110 psid的压降（见图2）。为了制造具有此压降水平的合格瓶子，系统必须在显著高于必要压力的条件下运行。

图2

人工需求

这高于必要的压力意味着在这个例子中，每个瓶子需要8.0标准立方英尺(scf)的空气在530 psig的终端压力。由于封头压力升高以增加膨胀压差，在瓶完全成型后，吹压继续上升到高于所需压力(见图1)。压力每增加一个大气压(14.5 psi)高于所需的吹压，所需的体积流量随瓶子的体积增加而增加。例如，对于16盎司的瓶子，一巴的超额压力乘以产量(24,000 BPH)等于50 scfm的人工需求。在这个特殊的研究中，压力从50-110 psid下降，机会是压缩空气需求减少170 - 370 scfm。

压缩机的维护和能源成本较高

实现这些压力的最常见的压缩机是一个三级往复式机械，它使用阀门来控制通过各级的空气流量。在这些更高的压力下，温度更高，这增加了排放阀和其他关键部件的应力和磨损。在能够大幅降低排放压力的情况下，维护周期可延长25-30%。在较低的排气压力下，功率也会降低，每降低5%的压力，能量就会减少1%。每减少100 psi或16%，意味着压缩机的能量减少约3%。

抓住提高效率的机会

获得这些效率机会的第一步是尽量减少造型机内的压力降，这通常需要拆卸和/或更换气动元件与那些更高的流动能力。在这方面，调节器和过滤器是至关重要的项目，必须通过测量机器运行和吹瓶时的压降进行密切检查。用仪表来确定压降是非常困难的。建议使用电子测量设备，如带有数字读数的传感器，以产生合理的精度。局部存储接收器也可以帮助最小化压力下降，通过支持非常高的流速在每个吹循环与存储的空气。这个仓库必须位于尽可能靠近消费点的地方;例如，它必须连接到过滤器和调节器之后的气动电路中，才有任何价值。请注意，在示意图(图3)中，存储位置尽可能靠近使用点，从储罐到使用点的管道和软管尽可能大，以支持高瞬时流量。建议与专业的压缩空气顾问一起努力，以最小化成本和最大化努力的结果。

图3

系统管理

如前所述，进入吹塑机的空气流量非常高，这在吹塑机启动和停止时会造成非常不稳定的主压缩空气系统状况。当3000 scfm的空气需求突然启动或停止时，主系统中的压力变化率可高达每秒2.5 psi，这比压缩机的反应速度快。例如，这些高压压缩机需要15-30秒才能从停止状态加载，因此在所需机器上线之前，压力通常会下降35 psi以上。通常需要一台以上的压缩机才能满足增加的空气需求，从而导致压力进一步下降。管理这一级别的压力变化需要对系统管理方法进行几次重大修改，以最大限度地提高效率。与大多数压缩空气系统一样，显然需要大幅增加存储量。尽管压缩空气储罐价格昂贵，但如果需要额外的压缩机运行部分负载以应对发生的压力变化率，则缺乏适当的储罐的成本甚至更高。

此外，一个适当的自动化系统可以计算压力变化率，并根据适当的供应侧响应做出智能决策，从而显著降低能源成本，并减少压缩机循环、磨损和电机启动。避免不必要的压缩机启动，因为变化的速度，以及关闭压缩机所需的相关时间，每年可能意味着数万美元的能源成本。

其他塑料操作

虽然这个深入的例子是特定于吹塑成型，它也适用于许多其他塑料业务。使用压缩空气进行零件喷射和冷却的注塑机在许多领域具有非常相似的特性。这些机器中的许多都规定了150至250 psig的压力要求，但在这些系统中也测量到了50至100 psi的压降。类似的解决方案适用于该设备，这意味着必须通过安装更高的流动部件来减少压降，并考虑增加接近压缩空气消耗点的存储量。

正如我们在本文中所研究的，在塑料工厂中最大化压缩空气系统效率的关键步骤是测量使用点的实际压力以及从主集管到该点的压降。然后，通过安装更高流量的部件和适当的存储，将压降降至最低。向主空气系统中添加存储以及使用自动化和压力流量控制器将允许供应系统适当响应和管理这些高挥发性空气系统中的压缩机，从而使系统的效率最大化。

Dean Smith是iZ Systems的负责人，空气管理和空气科学工程的创始人;20年压缩空气及气体系统分析顾问经验;对超过1000个不同行业的工厂空气系统进行全面审计，确定现有和拟议的空气需求和电力需求。审计包括设计解决问题的过程应用方案，并确定改进要求，以提供基于建议修改的投资回报。实施数百项审计系统建议的实践经验对他的审计方法和建议产生了巨大的影响。