Энергосбережение · 2020-03-17 · Автор Леонард Лау Редактор Уве Вилл, Свен Ленсдорф Перевод Александра

Энергосбережение

Автор Леонард Лау

Редактор Уве Вилл, Свен Ленсдорф Перевод Александра Ветрова Редакторы перевода Константин Бережко, Андрей Беспалов, Николай Якимчук Издатель ДП «Фесто» © (Festo AG_&_Co., D_73726 Esslingen, Federal Republic of Germany 2008) © (ДП «Фесто», Украина, 04070, г. Киев, ул. Борисоглебская 11, 2011) Internet: http://www.festo.com.ua E−Mail: [email protected] Копирование, распространение и использование этой документации без разрешения авторов запрещено. За нарушения авторских прав предусмотрена материальная ответственность. Авторские права на эту документацию зарегистрированы.

http://www.festo.com.ua/

mailto:[email protected]

2 ДП «Фесто»

Содержание

Условные обозначения ........................................................................................................... 5

Категории опасности ........................................................................................................... 5

Выделение специальной информации ................................................................................ 5

Маркировка текста .............................................................................................................. 6

Введение.................................................................................................................................. 7

Важные сведения для пользователей .................................................................................... 8

Структура брошюры ............................................................................................................. 8

Что такое энергосбережение? ............................................................................................. 9

Почему энергосбережение так важно? ............................................................................... 9

Как внедрить энергосбережение? ....................................................................................... 9

Как пользоваться этим руководством? .............................................................................. 10

1. Цилиндры .......................................................................................................................... 11

1.1 Случай 1. Снижение потребления сжатого воздуха ..................................................... 12

1.1.1. Совет 1. Используйте цилиндры одностороннего действия................................. 12

1.1.2. Совет 2. Используйте фиксатор для удержания штока в заданном положении .. 15

1.1.3. Совет 3. Используйте цилиндры со встроенными распределителями и дросселями..................................................................................................................... 17

1.1.4. Совет 4. Правильно подбирайте размеры цилиндров ......................................... 19

1.2. Случай 2. Сокращение утечек сжатого воздуха .......................................................... 21

1.2.1. Совет 1. Используйте специальные уплотнения в цилиндрах.............................. 21

1.2.2. Совет 2. Используйте цилиндры с круглыми поршнями и штоками .................... 22

1.2.3. Совет 3. Используйте направляющие для предотвращения прогиба штока ....... 24

1.2.4. Совет 4. Используйте шарнирные головки для предотвращения прогиба штока25

1.3. Случай 3. Снижение трения ......................................................................................... 26

1.3.1. Совет 1. Выбирайте бесштоковые цилиндры ....................................................... 26

1.3.2. Совет 2. В пыльной среде используйте сжатый воздух с распылённым маслом . 27

1.3.3. Совет 3. При больших скоростях перемещения используйте сжатый воздух с распылённым маслом .................................................................................................... 28

1.3.4. Совет 4. В пыльной среде используйте защитные грязесъёмники ...................... 30

1.4. Случай 4. Снижение падения давления в системе ..................................................... 31

1.4.1. Совет 1. Уменьшайте рабочее давление системы ................................................ 31

1.4.2. Совет 2. Уменьшайте давление в полостях цилиндров при холостом ходе ......... 32

2. Распределители ................................................................................................................. 35

2.1. Случай 1. Сокращение потребления сжатого воздуха ................................................ 36

2.1.1. Совет 1. Выбирайте пневмоострова оптимальной конфигурации ...................... 36

ДП «Фесто» 3

2.1.2. Совет 2. Выбирайте типоразмер распределителя, соответствующий расходу оптимального режима работы ....................................................................................... 38

2.1.3. Совет 3. Правильно выбирайте функцию распределителя .................................. 40

2.1.4. Совет 4. Подавайте меньшее давление на внешнее питание пилотов ................ 41

2.1.5. Совет 5. Используйте 5/2 распределители с реверсивным подключением ........ 42

2.1.6. Совет 6. Используйте пневмоострова со встроенными регуляторами давления 44

2.1.7. Совет 7. Отключайте подачу сжатого воздуха при длительных простоях оборудования ................................................................................................................. 46

2.2. Случай 2. Снижение утечек сжатого воздуха .............................................................. 48

2.2.1. Совет 1. Используйте распределители с тарельчатым клапаном или картриджными уплотнениями ........................................................................................ 48

2.2.2. Совет 2. Используйте пневмоострова вместо отдельных распределителей ........ 50

2.3. Случай 3. Снижение потребления электроэнергии .................................................... 51

2.3.1. Совет 1. Используйте распределители с катушками с уменьшенным током удержания ...................................................................................................................... 51

3. Подготовка сжатого воздуха ............................................................................................. 52

3.1. Случай 1. Снижение потребления сжатого воздуха .................................................... 53

3.1.1. Совет 1. Используйте визуализацию потребления сжатого воздуха машиной или системой ......................................................................................................................... 53

3.1.2. Совет 2. Используйте регулятор давления с прямым управлением вместо пилотного управления .................................................................................................... 55

3.1.3. Совет 3. Используйте автоматический сброс конденсата вместо ручного сброса ........................................................................................................................................ 56

3.2. Случай 2. Снижение падения давления ...................................................................... 57

3.2.1. Совет 1. Поддерживайте необходимое давление в системе ................................ 57

3.2.2. Совет 2. Обслуживайте и своевременно заменяйте фильтрующие элементы .... 59

3.2.3. Совет 3. Уменьшайте давление в пневмосистеме и используйте усилитель давления для машин, требующих высокого давления .................................................. 61

4. Вакуумная техника ............................................................................................................ 63


4.1.1. Совет 1. Используйте датчики вакуума для вакуумных систем ............................ 64

4.1.2. Совет 2. Используйте правильный уровень давления сжатого воздуха для питания вакуумных генераторов ................................................................................... 67

4.1.3. Совет 3. Регулярно обслуживайте встроенные глушители и фильтры вакуумных эжекторов ....................................................................................................................... 69

4.1.4. Совет 4. Используйте вакуумный насос для применений, требующих постоянный вакуум ............................................................................................................................. 71

4.1.5. Совет 5. Размещайте вакуумный генератор вблизи от системы, потребляющей вакуум ............................................................................................................................. 72

4.1.6. Совет 6. Выбирайте подходящие типоразмеры вакуумных присосок ................. 76

5. Принадлежности ................................................................................................................ 78

5.1. Случай 1. Сокращение утечек сжатого воздуха .......................................................... 79


5.1.1. Совет 1. Проверяйте фиксацию соединений пневмошлангов ............................ 79

5.1.2. Совет 2. Используйте быстроразъёмные фитинги с внутренней уплотняющей кромкой .......................................................................................................................... 81

5.1.3. Совет 3. Выбирайте правильный материал трубок .............................................. 83

5.1.4. Совет 4. Используйте кольцевые уплотнения для резьбовых соединений ......... 85

5.2. Случай 2. Сокращение падения давления .................................................................. 86

5.2.1. Совет 1. Уменьшайте длину пневмошлангов ........................................................ 86

5.2.2. Совет 2. Используйте коллекторы ........................................................................ 89

5.2.3. Совет 3. Проверяйте поверхность выхлопа глушителя ........................................ 92

6. Контроллеры ..................................................................................................................... 94


6.1.1. Совет 1. Используйте децентрализованные пневматические системы ............... 95

6.1.2. Совет 2. Анализируйте высокоскоростные операции с помощью систем машинного зрения ......................................................................................................... 96

6.2. Случай 2. Снижение утечек сжатого воздуха .............................................................. 97

6.2.1. Совет 1. Обеспечьте постоянный мониторинг потребления энергии .................. 97

6.3. Случай 3. Экономия электроэнергии .......................................................................... 98

6.3.1. Совет 1. Выбирайте электропривод в соответствии с конкретными требованиями ........................................................................................................................................ 98

6.3.2. Совет 2. Используйте электроприводы с самостопорящейся винтовой парой ... 99

Приложения ........................................................................................................................ 100

Оптимизация работы термоформовочного и упаковочного оборудования .................. 100

Возможности энергосбережения в системах позиционирования и манипулирования 105

Учебный центр Festo Didactic.............................................................................................. 111


Условные обозначения

Категории опасности

В этой брошюре содержатся условные обозначения опасных ситуаций, которые могут возникнуть при неправильной эксплуатации оборудования. Предупреждения напечатаны на затемнённом фоне и обозначены пиктограммами, содержащими предупреждающие символы. Различают следующие категории опасности:

Предупреждение! Этот знак указывает на возможность нанесения серьезных увечий человеку или ущерба оборудованию в случае несоблюдения приведённых инструкций.

Внимание! Этот знак указывает на возможность нанесения увечий человеку или ущерба оборудованию в случае несоблюдения приведённых инструкций.

Примите к сведению! Этот знак указывает на возможность нанесения ущерба оборудованию в случае несоблюдения приведённых инструкций.

Символы, которые обозначены ниже, встречаются в тех разделах, где речь идет о чувствительных к статическому электричеству элементах.

Чувствительные к статическому электричеству элементы: неправильная эксплуатация и обращение могут привести выходу элемента из строя.

Выделение специальной информации

Нижеприведенные пиктограммы отмечают важную информацию в тексте.

Информация Рекомендации, подсказки, ссылки на другие источники информации.

Принадлежности Информация о необходимых, или полезных принадлежностях для продуктов FESTO.

Энергосбережение Информация об энергосберегающих продуктах FESTO.

Условные обозначения


Маркировка текста

Точками обозначены действия, которые могут выполняться в любой

последовательности.

1. Цифрами обозначены действия, которые должны выполняться в определенном порядке.

Тире обозначает пункты списков общего характера.


Введение Компания FESTO заинтересована в освещении вопросов долговременного и эффективного использования промышленного оборудования. Энергосбережение в пневматических системах является одним из приоритетных интересов компании FESTO. Предоставление сервисных услуг и рекомендаций является необходимой составляющей комплексного подхода FESTO к повышению энергетической эффективности пневматических систем и компонентов. Целью брошюры является предоставление пользователям максимально полной информации о преимуществах использования пневматических компонентов, и минимизации потребление энергии пневматическими системами. Появление брошюры по вопросам энергосбережения – необходимость, связанная с высокими потерями энергии на производствах во всем мире. Для ответа на многие вопросы своих клиентов, компания FESTO решила создать пособие, которое Вы сейчас держите в своих руках. Результаты работы над брошюрой – подсказки, советы и специально разработанные рекомендации по энергосбережению в пневматических системах. Материал представлен в доступной форме и снабжён структурированным и связанным содержанием, облегчающим поиск необходимой информации. Информация, размещенная в этой брошюре, имеет разные уровни сложности – от простых советов до детально проработанных решений в области энергосбережения.

Не все подсказки и советы могут быть применимы к Вашему оборудованию. Этой брошюрой мы надеемся подготовить Вас к анализу потребления энергии сжатого воздуха на Вашем производстве и к принятию мер по сокращению потребления энергии.


Важные сведения для пользователей

Структура брошюры

Брошюра разделена на разделы, которые обеспечивают удобство поиска необходимой информации читателем. Разделы:

Цилиндры, Распределители, Подготовка сжатого воздуха, Вакуумные системы, Принадлежности, Контроллеры, Приложения.

В формате одной брошюры невозможно ответить на все возможные вопросы по теме энергосбережения. Это руководство поможет Вам сделать первые шаги на пути к более эффективному использованию энергии сжатого воздуха в Ваших существующих и будущих пневматических системах.

Обратите внимание! Мы настоятельно рекомендуем обратиться к специалистам FESTO для последующего обсуждения интересующих Вас рекомендаций из этого руководства. Применение на практике некоторых рекомендаций может повлиять на производительность и функциональность Вашего оборудования. Очень важно уделить достаточное внимание тому, как нововведения, уменьшающие потребление энергии, повлияют на Вашу систему и её Ваш технологический процесс.



Что такое энергосбережение?

Энергосбережение – это возможность работы Вашего оборудования при оптимальных технологических параметрах с использованием минимально возможного количества энергии. Говоря языком специалистов – это уменьшение утечек, падений давления и затрат, связанных с подачей и преобразованием энергии сжатого воздуха. Возможности сокращения потребления энергии сжатого воздуха присутствуют практически везде. Необходимо лишь приложить минимальные усилия для обнаружения мест, где энергия может быть сэкономлена. Чтобы обеспечить сбережение энергии, его вопросам необходимо уделить достаточное количество внимания.

Почему энергосбережение так важно?

Сжатый воздух не бесплатен, и это факт – для его получения необходимо огромное количество электроэнергии, которую потребляют компрессоры на Вашем производстве. Чем выше давление в Вашей системе, тем больше денег тратится на производство сжатого воздуха и поддержание его давления на заданном уровне. Каждая утечка – это безвозвратная утрата Ваших средств, это инвестиция, которая никогда не будет возвращена! С ростом мировых цен на нефть ожидается увеличение цен на электроэнергию. Уменьшение потребления энергии приводит к уменьшению общих текущих расходов Вашего предприятия – к экономии Ваших денег. Сбережение энергии также является актуальным вопросом охраны окружающей среды. Принимая во внимание тот факт, что снижение потребления энергии приводит к уменьшению выбросов СО2 в атмосферу, легко осознать, что внедрение энергосберегающих технологий является лучшей инвестицией в будущее всего человечества. Чем меньше энергии мы потребляем – тем меньше вредных веществ попадает в воздух, которым мы дышим, в воду, которую мы пьём и в продукты, которые мы едим.

Как внедрить энергосбережение?

Изменение конструкции используемых компонентов или использование компонентов с лучшими характеристиками энергетической эффективности приводит к экономии от 10% до 60% потребляемой энергии. Простым примером действий по сокращению потребления энергии может быть ликвидация утечек в пневмосистеме. Как правило, основные затраты на внедрение энергосберегающих решений на Вашем производстве очень малы по сравнению с экономией, которую Вы получите на протяжении всего срока службы Вашего оборудования.



Как пользоваться этим руководством?

Это руководство разделено на шесть тематических разделов, имеющих подразделы. Каждый подраздел включает в себя несколько «советов», используя которые Вы сможете снизить потребление энергии. Зачастую, невозможно предоставить точные данные о снижении потребления энергии в финансовом эквиваленте. Это связано с тем, что невозможно встретить две системы, работающие при абсолютно одинаковых условиях и дающие абсолютно одинаковые результаты. Для эффективного использования этого руководства, начинайте его изучение сначала и постепенно продвигайтесь, изучая советы и предложенные решения. Для поиска интересующей Вас темы Вы можете обратиться к оглавлению. Полезные программы FESTO:

Выбор пневматических элементов – ProPneu, Выбор пневмосмускула – Festo MuscleSIM, Выбор пневмошлангов – Tube selector, Выбор вакуумной техники, Конфигурация пневмоостровов, Вычисление момента инерции – программа расчета.

Посетите сайт FESTO по адресу www.festo.com для получения более подробной информации по вопросам энергосбережения. Таблица 0/1: Обзор потенциалов энергосбережения различных групп продуктов

Аспекты энергосбережения Сокращение

утечек Сокращение потребления

Уменьшение трения

Сокращение падения

давления

Сокращение потребления

электро-энергии

Разновидность продукции

Цилиндры + + + 0 –

Распределители + O O O O Блоки подготовки воздуха

O – – + –

Вакуумная техника – + – O –

Принадлежности + – – + –

Контроллеры O – – + O += Возможность значительной экономии энергии, 0= Возможность экономии энергии, – = Небольшая возможность экономии энергии.

http://www.festo.com.ua/


1. Цилиндры

Цилиндр двустороннего действия Цилиндр одностороннего действия Рис. 1/1: Места, потенциальных утечек в пневмоцилиндрах:

1. Входное и выходное отверстия, 2. Уплотнения поршня цилиндра, 3. Уплотнения штока цилиндра.

Рекомендации для достижения оптимальных рабочих характеристик пневмоцилиндра:

Очистка штоков, Смазка штоков, Смена уплотнений, Правильно подобранные размеры пневмоцилиндра.

1. Цилиндры


1.1 Случай 1. Снижение потребления сжатого воздуха

1.1.1. Совет 1. Используйте цилиндры одностороннего действия

Преимущества Недостатки Уменьшается объем потребляемого сжатого воздуха.

Небольшое усилие обратного хода.

Уменьшается количество впускных отверстий.

Короткий ход штока.

Продукты FESTO для энергосбережения:

ADVU DSNU MAS Рис. 1/2: Цилиндры одностороннего действия

Внимание! Смена типа цилиндра может привести к изменениям в функциональности и рабочих характеристиках Вашей системы.

Энергосбережение до 50% снижение потребления сжатого воздуха. до 23% снижение потенциала утечек в пневматических схемах (снижение количества соединений – рис. 1/3).

1. Цилиндры


Итого: 9 точек подключения

Итого: 7 точек подключения

Пример 1 Пример 2 Рис. 1/3: Замена цилиндра двустороннего действия цилиндром одностороннего действия Замена цилиндра двустороннего действия (Пример 1) на цилиндр одностороннего действия (Пример 2) приведёт к сокращению потребления сжатого воздуха до 50%. Также снижается стоимость компонентов системы при замене распределителя 5/2 на более дешевый распределитель 3/2. Пример 1. Пример 2.

Объем воздуха Объем воздуха Пневматический цилиндр двухстороннего действия: Диаметр 25 мм, ход поршня 25 мм, Шланги 6 мм (наружный диаметр), Длина шлангов 100 мм.

0,172 л

Пневматический цилиндр одностороннего действия: Диаметр 25 мм, ход поршня 25 мм, Шланг 6 мм (наружный диаметр), Длина шланга 100 мм.

0,087 л

Потенциальные точки утечек Потенциальные точки утечек Количество точек соединения: 9 шт. Количество точек соединения: 7 шт.

1. Цилиндры


Система манипулятора шарнирной

конструкции пневматическим цилиндром для получения подъёмной силы

Использование пневмомускула для получения подъёмной силы

Рис. 1/4: Пример использования привода одностороннего действия вместо цилиндра двустороннего действия:

1. пневматический цилиндр для приведения в движение плеча рычага, 2. соединительный элемент конструкции, 3. привод плеча манипулятора, 4. 360-градусный поворотный стол, 5. кабель, цепь или ремень, 6. пневмомускул.

В этом решении используется новый пневмомускул MAS.

MAS… DMSP… Рис. 1/5: Пневматические мускулы

1. Цилиндры


1.1.2. Совет 2. Используйте фиксатор для удержания штока в заданном положении

Зажимные модули (фиксаторы) не расходуют сжатый воздух при удержании штока цилиндра в заданном положении. Преимущества Недостатки Фиксатор позволяет удерживать шток цилиндра при отключении подачи сжатого воздуха.

Удлиненная конструкция цилиндра Дополнительное подключение воздуха

Фиксатор выполняет функцию безопасности в случае прекращения подачи сжатого воздуха.

Долговечность зажимного модуля зависит от нагрузки и усилий. Шток поршня может двигаться при перегрузке или избыточном давлении в полости цилиндра.


DNCKE DNC-…-KP DNC-…-EL

Рис. 1/6: Комбинации зажимных модулей с пневмоцилиндрами

Внимание! Использование фиксатора штока может привести к изменениям в функциональности и рабочих характеристиках Вашей системы.

1. Цилиндры


Пример 1 Пример 2

Рис. 1/7: Решение с постоянным подводом сжатого воздуха (Пример 1) и решение с зажимным модулем для возможности отключения подачи сжатого воздуха (Пример 2) Пример 1. Пример 2.

Потенциальный объем утечек Потенциальный объем утечек Цилиндр, диаметр поршня 32 мм: Распределитель:

1,2 л/ч 2 л/ч

Зажимный модуль:

0,002 л

1. Цилиндры


1.1.3. Совет 3. Используйте цилиндры со встроенными распределителями и дросселями

Уменьшенное количество точек внешних соединений снижает потенциал возникновения утечек. Преимущества Недостатки Использование меньшего количества шлангов и соединений означает сокращение утечек и снижение объема потребляемого сжатого воздуха.

–

Быстрое срабатывание цилиндра.


DNCV

Рис. 1/8: Конструкция цилиндра со встроенным распределителем

Внимание! Использование цилиндров со встроенными распределителями и дросселями может привести к изменениям в функциональности и рабочих характеристиках Вашей системы.

Энергосбережение Увеличение длины пневмошлангов от распределителя к цилиндру пропорционально увеличивает потребление сжатого воздуха, заполняющего шланги.

1. Цилиндры


Пример 1 Пример 2

Рис. 1/9: При каждом срабатывании привода сжатый воздух расходуется на заполнение объёма шлангов, соединяющих цилиндр и распределитель

Средние затраты на 1 м3 сжатого воздуха (Евро) 0,02 Абсолютное давление в системе (бар) 7,00 Пример 1.

Диаметр шлангов (мм) 8,00 Длина шлангов (мм) 1000,00 Объём в шлангах (м2) 0,0000503 Стоимость воздуха в шлангах (Центы) 0,001 Пример 2.

Диаметр шлангов (мм) 8,00 Длина шлангов (мм) 2000,00 Объём в шлангах (м2) 0,0001 Стоимость воздуха в шлангах (Центы) 0,002

1. Цилиндры


1.1.4. Совет 4. Правильно подбирайте размеры цилиндров

Цилиндры большого диаметра могут иметь большое время срабатывания, в связи с необходимостью заполнения сжатым воздухом рабочих полостей большого объёма. Цилиндры малых диаметров также могут иметь большое время срабатывания в случае, если усилие поршня недостаточно для данного применения. Преимущества Недостатки Возможность выбора оптимального диаметра цилиндра.

Необходимы точные значения требуемых характеристик системы (сила, скорость, точность).


Рис. 1/10: ProPneu – программа для определения размеров цилиндров

1. Цилиндры


Рис. 1/11: Вычисление объема потребления сжатого воздуха в программе FESTO ProPneu

Рис. 1/12: Применение противовеса для уменьшения усилия Масса противовеса зависит от:

Необходимого усилия, Необходимой скорости и динамических характеристик, Необходимой точности, Возможности уменьшения хода, используя рычаги, Возможности уменьшения давления используя больший диаметр поршня.

1. Цилиндры


1.2. Случай 2. Сокращение утечек сжатого воздуха

1.2.1. Совет 1. Используйте специальные уплотнения в цилиндрах

Срок эксплуатации уплотнений может быть продлен, при использовании уплотнений, соответствующих условиям эксплуатации. Преимущества Недостатки Существуют различные внутренние уплотнения, сделанные из различных материалов для специальных условий эксплуатации.

Срок эксплуатации специальных уплотнений обычно ниже, чем у PU (полиуретановых уплотнений) для стандартных условий.


DNC…-S6

Рис. 1/13: Специальные уплотнения для цилиндров Таблица. 1/1: Условное обозначение цилиндров с уплотнениями специального исполнения

Символ Код продукции Описание

S6 Термостойкие уплотнения

Термостойкие уплотнения для температуры до 150˚С

1. Цилиндры


1.2.2. Совет 2. Используйте цилиндры с круглыми поршнями и штоками

Поршневые штоки, некруглой формы очень сложно качественно уплотнить, что негативно сказывается на герметичности цилиндров. Преимущества Недостатки Лучшее уплотнение поверхности. Шток цилиндра может вращаться.


ADVU DRQD DSNU Рис. 1/14: Цилиндры с круглыми уплотнениями

Внимание! Изменение конструкции цилиндра может привести к изменениям в функциональности и рабочих характеристиках Вашей системы.

1. Цилиндры


Замена привода с поворотной лопастью на привод с зубчато-реечной передачей приводит к сокращению утечек.

Рис. 1/15: Лопастной привод вращательного движения (большее количество утечек, в связи с некруглой формой линии уплотнения)

Рис. 1/16: Привод вращательного движения с зубчато-реечной передачей (конструкция уплотнений близка к линейному пневмоцилиндру)

1. Цилиндры


1.2.3. Совет 3. Используйте направляющие для предотвращения прогиба штока

Боковая нагрузка на шток цилиндра вызывает прогиб штока, что приводит к повреждению уплотнений и увеличению утечек сжатого воздуха из системы. Преимущества Недостатки Дополнительные направляющие принимают на себя поперечную нагрузку и предотвращают прогиб штока.

Для монтажа направляющих необходимо дополнительное пространство.

При отсутствии прогиба штока уменьшается износ уплотнений. Продукты FESTO для энергосбережения:

DFM… FENG… ADVUL…

Рис. 1/17: Приводы с направляющими

Рис. 1/18: Направляющие предотвращают прогиб штока, что уменьшает износ уплотнений

Внимание! Использование приводов с направляющими может привести к изменению габаритных размеров оборудования.

1. Цилиндры


1.2.4. Совет 4. Используйте шарнирные головки для предотвращения прогиба штока

Несоосность соединения поступательных кинематических звеньев и разбалансировка подвижных масс вызывают прогиб штока, который приводит к интенсивному износу уплотнений цилиндров и к возникновению утечек. Преимущества Недостатки Шарниры предохраняют шток цилиндра от прогиба при критичных нагрузках из-за несоосности.

Дополнительное увеличение длины.


FK

Рис. 1/19: Гибкое соединение

Рис. 1/20: Варианты гибких соединений, которые предлагает FESTO

Внимание! Использование дополнительных шарниров может привести к изменению габаритных размеров оборудования.

1. Цилиндры


1.3. Случай 3. Снижение трения

1.3.1. Совет 1. Выбирайте бесштоковые цилиндры

Уменьшение протяжённости уплотнений снижает утечки. Преимущества Недостатки Меньше уплотнений – ниже риск утечек и меньше износ рабочих поверхностей.

Бесштоковые цилиндры (конструкции с пазами) имеют большие поверхности уплотнения, но экономят пространство при установке. Новые модели имеют более совершенные элементы уплотнения.


DGC… DGO… Рис. 1/21: Бесштоковые цилиндры с различной конструкцией уплотнений

Рис. 1/22: Бесштоковый цилиндр DGC от FESTO имеет специальную конструкцию уплотнений для уменьшения утечек

Рис. 1/23: Цилиндр FESTO DGО (конструкция уплотнений близка к конструкции уплотнений линейного цилиндра)

1. Цилиндры


1.3.2. Совет 2. В пыльной среде используйте сжатый воздух с распылённым маслом

Насыщенный маслом сжатый воздух уменьшает износ в тяжелых условиях работы. При нормальных условиях работы рекомендуется подача сжатого воздуха без масла. Преимущества Недостатки Нагрев цилиндра при работе на насыщенном маслом воздухе меньше, чем при работе на чистом воздухе.

Необходимо поддержание требуемого уровня масла в маслораспылителе. Загрязнение воздуха при наличии утечек.

Быстрее забиваются глушители распределителей.


LOE…

Рис. 1/24: Маслораспылитель

Внимание! Установка дополнительного маслораспылителя может привести к изменению габаритных размеров оборудования.

1. Цилиндры


1.3.3. Совет 3. При больших скоростях перемещения используйте сжатый воздух с распылённым маслом

Если скорость перемещения поршня цилиндра более 1 м/с – рекомендуется использовать сжатый воздух, насыщенный маслом. Сжатый воздух, насыщенный маслом, защищает уплотнения от нагревания и быстрого износа. При скоростях перемещения до 1 м/с рекомендуется подача сжатого воздуха без масла. Преимущества Недостатки Меньшее нагревание цилиндра при работе. Необходимо поддержание требуемого

уровня масла в маслораспылителе. Загрязнение воздуха при наличии утечек.

Необходима установка специальных глушителей с улавливателем масла.


Маслораспылитель LOE Модуль разветвления FRM Глушитель с улавливателем масла LFU

Рис. 1/25: Элементы системы подготовки воздуха

Внимание! Установка дополнительного маслораспылителя может привести к изменению габаритных размеров оборудования.

1. Цилиндры


Рис. 1/26: Разделенные каналы подачи сжатого воздуха (с маслом / без масла) Рекомендуемое масла для маслораспылителей FESTO: Специальное масло FESTO OFSW – 32 DIN 51524 – HLP 32 Вязкость 32 сСт (сантистокс) при 40˚С Концентрация 25 мг/м3 DIN ISO 8573 -1, класс 5

Подача насыщенного маслом сжатого воздуха

Подача сжатого воздуха без масла

1. Цилиндры


1.3.4. Совет 4. В пыльной среде используйте защитные грязесъёмники

Для защиты штока цилиндра от воздействия окружающей среды (пыль, грязь, брызги) применяются грязесъёмники. Шток защищен и уменьшается вероятность попадания грязи внутрь цилиндра. Преимущества Недостатки Грязесъёмник защищает цилиндр от попадания грязи внутрь:

меньший износ уплотнений штока, меньше утечек.

Иногда требуется увеличение хода поршня, в связи с наличием грязесъёмников. Присутствует дополнительное усилие трения на этих элементах. Если цилиндр не использует полный ход, период эксплуатации цилиндра уменьшается, в связи с отсутствием эффекта очищения на одном из концов штока цилиндра.


DNC…-R8

Рис. 1/27: Цилиндр с грязесъёмником Таблица. 1/2: Обозначение цилиндра с грязесьемником Символ Кодировка продукции Описание

R8 Защита от грязи, использование

грязесъёмников.

Цилиндр оборудован хромированным поршневым штоком и жестким скребком,

что защищает шток от налипания сухой и пыльной

среды.

Внимание! Установка грязесъёмников может привести к изменению габаритных размеров оборудования.

1. Цилиндры


1.4. Случай 4. Снижение падения давления в системе

1.4.1. Совет 1. Уменьшайте рабочее давление системы

Уменьшение рабочего давления сохраняет энергию во всей нагнетательной линии. Преимущества Недостатки Меньшее давление – экономия денег КПД системы может измениться


LR…-D LRS…-D Рис. 1/28: Регуляторы давления Таблица 1/3: Уменьшение рабочего давления – прямая экономия энергии

Давление (бар) Соотношение давлений Экономия (%), по

сравнению с 6 барами

3 4 5 6

4 (абс.) 5 (абс.) 6 (абс.) 7 (абс.)

4/7 = 0,57 5/7 = 0,71 6/7 = 0,85 7/7 = 1,0

43% 29% 15% 0%

Сохранить скорость срабатывания цилиндров при изменении давления питания можно путём правильной регулировки дросселей.

Внимание! Изменение рабочего давления может привести к изменениям в функциональности и рабочих характеристиках Вашей системы.

1. Цилиндры


1.4.2. Совет 2. Уменьшайте давление в полостях цилиндров при холостом ходе

Уменьшайте давление в тех полостях цилиндров, которые используются для холостого хода без нагрузки (пример: возвратные движения пресса после штамповки). Уменьшение давления дает возможность сохранять энергию. Преимущества Недостатки Меньшее давление – экономия энергии. Скорость обратного хода цилиндра может

измениться. Выхлоп через регулятор давления уменьшает срок эксплуатации регулятора.


LRMA…

Рис. 1/29: Встраиваемый (линейный) регулятор давления

Внимание! Изменение давления в полостях приводов может привести к изменениям в функциональности и рабочих характеристиках Вашей системы.

1. Цилиндры


а. Индивидуальное подключение цилиндров

б. Комбинированное подключение цилиндров

Рис. 1/30: Применение линейного регулятора давления для экономии сжатого воздуха при холостом ходе пневмоцилиндров

1. Цилиндры


Таблица 1/4: Сравнение схем с регулятором давления и без регулятора давления, без учёта стоимости инвестиций в оборудование Токр.ср.=20˚ С Без регулятора С регулятором

Длина шлангов 1 м 1 м

Наружный диаметр шланга 8 мм 8 мм

Внутренний диаметр шланга 5,9 мм 5,9 мм

Объем в шлангах 2,73х10-5 м3 2,73х10-5 м3

Внутренний объем

распределителя

1,8х10-6 м3 1,8х10-6 м3

Внутренний объем

регулятора

- 2,5х10-6 м3

Циклов в минуту 2 2

Циклов в год* 1 048 320 1 048 320

Объем сжатого воздуха за

год

30,5 м3 31,23 м3

Объем атмосферного

воздуха за год

209,8 м3 (рабочий ход 6 бар,

обратный ход 6 бар)

122,7 м3 (рабочий ход 6 бар,

обратный ход 3 бар)

Затраты на м3 0,02 /м3 0,02 /м3

Затраты за год 4,19 2,45

% 100 58

*при условии непрерывной работы.


2. Распределители

Рис. 2/1: Возможности сбережения энергии в пневмоостровах (здесь: распределение по зонам давления) Существуют следующие возможности сбережения энергии в пневмоостровах:

1. Правильный выбор размеров распределителей. Правила обеспечения оптимальной функциональности системы:

1. Минимальные расстояния между распределителем и компрессором, 2. Дополнительные зоны давления для ветвей пневмосети с низким уровнем

давлением.

Зона 1 Зона 2

р1 р2



2.1. Случай 1. Сокращение потребления сжатого воздуха

2.1.1. Совет 1. Выбирайте пневмоострова оптимальной конфигурации

Конфигурируя остров, выбирайте модули, которые соответствуют Вашим требованиям. Преимущества Недостатки Возможность выбора пневмоострова, идеально подходящего для конкретных требований.

- Возможность выбора различных типоразмеров распределителей в одном острове. Продукция FESTO для энергосбережения:

Рис. 2/2: Программа FESO ProPneu для подбора распределителей с оптимальными характеристиками



Рис. 2/3: Программное обеспечение для конфигурирования пневмоостровов



2.1.2. Совет 2. Выбирайте типоразмер распределителя, соответствующий расходу оптимального режима работы

Выбор типоразмера распределителя является важной задачей, т.к. распределитель несоответствующего типоразмера может не обеспечить оптимальных режимов функциональности и энергоэффективности Вашей системы. Преимущества Недостатки При выборе соответствующего типоразмера распределителя обеспечивается оптимальный для данной задачи расход воздуха.

-

Продукция FESTO для энергосбережения:

MPA Typ 44 (VTSA) ProPneu Рис. 2/4: Инструмент (компоновки) выбора пневмоострова

Внимание! Изменение типоразмеров распределителей может привести к изменениям в функциональности и рабочих характеристиках Вашей системы.



Таблица 2/1: Соотношение размера канала подключения и расхода воздуха через распределитель (при р = 6 бар)

Размер клапана Расход (л/мин) М5 180 М7 350

1/8'' 800 1/4’’ 1’500 3/8’’ 2’900 1/2’’ 3’700 3/4’’ 7’500

1’’ 11’500

Рис. 2/5: Возможная комбинация распределителей, установленных на одной платформе и точно подходящих для Вашей системы



2.1.3. Совет 3. Правильно выбирайте функцию распределителя

Распределитель 5/2 с двумя электромагнитами Преимущества Недостатки После импульса включения подача тока на катушку может быть отключена.

Два электромагнита.

Распределитель 5/3, нормально закрытый Преимущества Недостатки После того как цилиндр достигнет конечной точки подача воздуха прекращается.

Два электромагнита.

Рис. 2/6: При выключении управляющего сигнала (по достижении конечного положения) подача сжатого воздуха прерывается



2.1.4. Совет 4. Подавайте меньшее давление на внешнее питание пилотов

Разное давление может быть подано в главную линию питания и в линию питания пилотов распределителя, если имеется внешний подвод питания пилотов. Преимущества Недостатки Подача сжатого воздуха на пилоты может быть уменьшена, по сравнению с подачей воздуха для рабочего хода цилиндров (это особенно важно в пневмосистемах высокого давления).

Требуются дополнительные соединения для подключения внешних линий управления, что увеличивает потенциал утечек.

Внешние линии управления для пилотов дают возможность использовать низкие уровни рабочего давления в системе. Продукция FESTO для энергосбережения:

Рис. 2/7: Распределители с внешним питанием пилотов

Рис. 2/8: В распределителях с внутренним питанием пилотов для перемещения золотника используется сжатый воздух из основной магистрали (1)

Рис. 2/9: В распределителях с внешним питанием пилотов для перемещения золотника используется сжатый воздух, подводимый через дополнительные каналы (12, 14 - подвод воздуха, 82, 84 – выхлоп пилотов)



2.1.5. Совет 5. Используйте 5/2 распределители с реверсивным подключением

Использование 5/2 распределителей с реверсивным подключением даёт возможность работы при низком рабочем давлении в основной системе или вакууме. При такой конструкции, отработанный воздух не проходит через регулятор давления – срок службы регулятора увеличивается (см. рис. 2/11). Преимущества Недостатки Уменьшение подачи сжатого воздуха при обратном (холостом) ходе.

- Возможность работы на низких рабочих давлениях или вакууме.


CPV MPA VTSA CPASC Tiger 2000 ISO

Рис. 2/10: Распределители с внешними линиями управления (12, 14)

Внимание! Изменение типа применяемых распределителей может привести к изменениям в функциональности и рабочих характеристиках Вашей системы.



Рис. 2/11: Пример использования распределителя с внешним пневматическим управлением для подачи разного давления при прямом и обратном ходе цилиндра Если распределитель имеет внешнее пневматическое управления, разное давление может быть подано через порты 3 и 5 при прямом и обратном ходе цилиндра. Порт 1 будет использоваться как выхлоп в этой конфигурации. Возможность распределителя работать реверсивно (стрелка в обе стороны на схеме) означает, что порты распределителя пригодны для пропускания потока сжатого воздуха как в прямом, так и в обратном направлениях. Такую возможность работы распределителя обеспечивают уплотнения, которые сделаны симметричными. Симметричные уплотнения не пропускают сжатый воздух, вне зависимости от того, с какой стороны больше давление.



2.1.6. Совет 6. Используйте пневмоострова со встроенными регуляторами давления

Встроенный регулятор давления (сендвич) уменьшает рабочее давление для каждого отдельно взятого распределителя. Также уменьшается количество точек подключения регулятора (отработанный воздух не проходит через регулятор). Преимущества Недостатки Интегрированная конструкция уменьшает количество точек подключения.

Установочная площадь увеличивается.

Индивидуально настраиваемое давление согласно конкретной задаче. -


MPA, VTSA ПО для пневмоостровов Рис. 2/12: Пневмоострова со встроенными регуляторами давления

Внимание! Смена типа пневмоострова может привести к изменениям в функциональности и рабочих характеристиках Вашей системы.

Энергосбережение До 50% снижения потребления сжатого воздуха при использовании разного рабочего давления для разных линий.



Таблица 2/2: Пример использование системы с линиями пониженного давления

Затраты на 1м3 сжатого воздуха для получения абсолютного давления 7 бар (Евро)

0,02 Циклов в минуту 12

Абсолютное давление в системе (бар)

7 Количество рабочих часов в день (часов)

14

Внутренний диаметр шлангов (мм)

8 Количество рабочих дней в году 240

Длина шлангов (мм) 3000 Циклов за год 2419200

Объем воздуха в шлангах (м3) 0,00015 Давление рабочего хода (бар) 5

Диаметр цилиндра (мм) 100 Давление холодного (обратного) хода (бар)

3

Длина рабочего хода (мм) 70 Энергосбережение для рабочего (прямого) хода (Евро)

10,03

Энергосбережение для холостого (обратного) хода (Евро)

20,05

Затраты на 1м3 сжатого воздуха для получения абсолютного давления 7 бар (Евро)

0,0005

Энергосбережение в год (Евро) 30,08

а. б.

Рис. 2/13: Отработанный воздух не проходит через регулятор давления, таким образом, продлевая срок службы регулятора – внутренние уплотнения регулятора не подвергаются дополнительным нагрузкам

а) прямое подключение распределителя; б) реверсивное подключение распределителя.



2.1.7. Совет 7. Отключайте подачу сжатого воздуха при длительных простоях оборудования

Преимущества Недостатки Отсутствие утечек и потребления в линии. Поршни цилиндра могут свободно и

внезапно перемещаться.

Требуется повторное наполнение системы сжатым воздухом для получения необходимого давления в системе. При использовании распределителя 3/2 система подачи обезвоздушивается (воздух сбрасывается в атмосферу).


MSX-…-EE QH-… SOE-… F-… Рис. 2/14: Клапаны и датчики для управления подачей сжатого воздуха

Внимание! Отключение подачи сжатого воздуха при длительных простоях может привести к изменениям в функциональности и рабочих характеристиках Вашей системы.

Энергосбережение Потенциальные утечки в цилиндрах, распределителях и соединениях будут полностью исключены.



Рис. 2/15: Главный распределитель включения/выключения подачи сжатого воздуха может управляться вручную или с помощью электромагнита Возможные примеры использования систем выключения/остановки:

Генерация вакуума с помощью вакуумных эжекторов, Продувка сжатым воздухом, Технологический циклический процесс с участием операторов (отключение

системы при отсутствии оператора, контроль по оптическим датчикам).



2.2. Случай 2. Снижение утечек сжатого воздуха

2.2.1. Совет 1. Используйте распределители с тарельчатым клапаном или картриджными уплотнениями

Распределители с картриджными уплотнениями и с тарельчатым клапаном не имеют постоянных утечек, в отличии от распределителей с неуплотнённым цилиндрическим золотником. Преимущества Недостатки Меньшие утечки. Содержит изнашиваемые элементы. Продукция FESTO для энергосбережения: Таблица 2/3: Распределители с тарельчатым клапаном или цилиндрическим золотником

Клапаны с картриджными уплотнениями Тарельчатые клапаны CPASC Tiger Classic CPV 04 (ISO) MPA Typ03 MIDI/MAXI Typ04 (ISO)

Внимание! Изменение типа распределителей может привести к изменениям в функциональности и рабочих характеристиках Вашей системы.



Рис. 2/16: Конструкция с тарельчатым клапаном

Рис. 2/17: Конструкция распределителя с картриджными уплотнениями



2.2.2. Совет 2. Используйте пневмоострова вместо отдельных распределителей

Единая линия подачи воздуха в пневмоострове уменьшает количество точек подключения по сравнению с использованием индивидуальных распределителей. Преимущества Недостатки Меньшее количество точек соединения – меньше утечек.

Изменение расстояния от цилиндра до распределителя может влиять характеристики Вашей системы. Компактная конструкция.

Общий подвод воздуха ко всем распределителям в пневмоострове.

Увеличение длины подводящих шлангов увеличивает объём воздуха, заполняющего шланги. Возможность создания разных зон давления

внутри пневмоострова. Продукция FESTO для энергосбережения:

CPV CPV-SC… Рис. 2/18: Конфигурируемые пневмоострова, адаптируемые к требованиям заказчика

Рис. 2/19: Пневмоострова, собранные FESTO, полностью протестированы на отсутствие утечек

Внимание! Замена индивидуальных распределителей пневмоостровами может привести к изменениям в функциональности и рабочих характеристиках Вашей системы.



2.3. Случай 3. Снижение потребления электроэнергии

2.3.1. Совет 1. Используйте распределители с катушками с уменьшенным током удержания

Преимущества Недостатки После перемещения золотника потребление электроэнергии катушкой электромагнита уменьшается без потери функциональности.

-


CPV MPA CPASC

Рис. 2/20: С 1990-х годов используется такая схема подключения

Энергосбережение Сокращение потребления электроэнергии может достигать 70%.

3. Подготовка сжатого воздуха



Рис. 3/1: Возможности энергосбережения в блоках подготовки сжатого воздуха Рекомендации по энергосбережению в системе подготовки воздуха:

1. Правильно установленный уровень давления в системе, 2. Надёжное уплотнение стаканов, 3. Минимально необходимая подача распылённого масла в систему для

предотвращения вымывания заводской смазки из цилиндров, 4. Уплотнение дренажной линии, 5. Клапаны выключения для отсечения неработающей машины от линии подачи

сжатого воздуха (распределитель 2/2 – для запирания пневмосистемы без сброса давления),

6. Датчики давления. Рекомендации для оптимальной работы системы:

Выключайте подачу давления, если машина не работает, Понижайте уровень рабочего давления настолько, насколько это возможно без

потери функциональности оборудования, Разделяйте области разного давления.



3.1. Случай 1. Снижение потребления сжатого воздуха

3.1.1. Совет 1. Используйте визуализацию потребления сжатого воздуха машиной или системой

Любые отклонения от нормы потребления сжатого воздуха могут быть определены на ранней стадии (моментально). Преимущества Недостатки Контролируя потребление сжатого воздуха можно контролировать и отображать состояние пневмоаппаратуры.

Затраты на систему мониторинга.

График потребления сжатого воздуха дает информацию о пиковых нагрузках (пиковое потребление сжатого воздуха) и может быть использован для оптимизации конструкции машины. Продукция FESTO для энергосбережения:

SFE1-… MS…-SFE-…

SFE3-… SFET-…F GFDM-… Рис. 3/2: Приборы для мониторинга потребления сжатого воздуха



Рис. 3/3: Встроенная система контроля расхода определяет отклонения от нормального режима потребления сжатого воздуха Преимущества использования системы мониторинга потребления сжатого воздуха:

Быстрое срабатывание системы мониторинга (время срабатывания зависит от объема воздуха в шлангах, давления и других параметров пневмосети),

Показания системы не искажаются при изменении давления в пневмосети (самостоятельно не перенастраивается, не дает неправильных значений),

Система может определять, загрязнены ли глушители, вакуумные эжекторы или фильтры.



3.1.2. Совет 2. Используйте регулятор давления с прямым управлением вместо пилотного управления

Уменьшение потребления сжатого воздуха с использованием регуляторов давления прямого действия за счёт отсутствия собственного потребления воздуха регуляторами давления непрямого действия. Преимущества Недостатки Регуляторы давления без пилотов не используют сжатый воздух для поддержания заданного уровня давления на выходе.

Точность регулирования меньше, чем у прецизионных регуляторов давления.


LR-… LRP-…

Рис. 3/4: Регуляторы давления прямого действия

Рис. 3/5: Дополнительный объем воздуха необходим для управления регулятором давления с пилотным управлением Прецизионный регулятор давления потребляет сжатый воздух при работе. Если не нужна высокая точность регулирования уровня давления в системе, рекомендуется использовать стандартный регулятор давления.



3.1.3. Совет 3. Используйте автоматический сброс конденсата вместо ручного сброса

Если влага периодически сбрасывается, тогда попадание влаги в пневмоцилиндры должно быть уменьшено. Влага влияет на уплотнения и приводит к вымыванию смазки из пневмоцилиндров. Преимущества Недостатки Собранный конденсат сбрасывается периодически.

- Сброс капельной влаги (конденсата) не зависит от человеческого фактора. Продукция FESTO для энергосбережения:

PWEA WA-…

Рис. 3/6: Автоматические конденсатоотводчики Достоинства PWEA:

Высокая функциональность: система работает надежно даже при наличии большого количества конденсата в пневмосети,

Большой условный проход. Даже крупные частички (загрязнения) легко сбрасываются и не застревают в конструктивных элементах,

Нет потери уровня давления в системе при сбросе влаги, благодаря надежным уплотнениям,

Широкая область применений, так как система автоматически может адаптироваться к изменению состояния рабочей среды (например, изменение вязкости конденсата или колебания давления),

Предотвращение простоев с использование функции «Авария!», которая включается при повреждении системы отвода конденсата (через 60 с после фиксации поломки). Клапан открывает мембрану через определенные интервалы времени.

Внешний сигнал о поломке, включение красного мигающего светодиода и цифрового сигнала определяют статус системы.



3.2. Случай 2. Снижение падения давления

3.2.1. Совет 1. Поддерживайте необходимое давление в системе

Любые изменения давления в пневмосистеме влияют на функциональность работы оборудования. Преимущества Недостатки Система работает в оптимальном режиме, т.к. давление поддерживается на необходимом уровне.

-


FRCS…E11 CRVZS-… MA…E-RG Рис. 3/7: Приспособления для поддержания заданного уровня давления Регуляторы с фиксацией ручки способствуют защите от несанкционированного изменения давления в системе и поддержанию давления на необходимом уровне.



Каскад фильтров гарантируют меньшие потери давления в системе.

Рис. 3/8: Каскад фильтров

Рис. 3/9: Конфигурирование блока подготовки воздуха Инструменты конфигурации блоков подготовки воздуха помогают при планировании энергосберегающих решений (клапан закрыт – да/нет; регулятор заблокирован – да/нет; разные зоны давления – да/нет; коллекторы – да/нет; каскад фильтров – да/нет…). Объем ресивера может сгладить колебания давления, если потребление сжатого воздуха очень динамично.



3.2.2. Совет 2. Обслуживайте и своевременно заменяйте фильтрующие элементы

Засоренные фильтры уменьшают эффективность работы подготовки воздуха: пропускная способность фильтров падает. Преимущества Недостатки Отсутствие потерь давления при отсутствии загрязнения фильтрующих элементов.

- Индикатор засорённости фильтра показывает состояние фильтр-патрона. Продукция FESTO для энергосбережения:

MS…-LMF-…DA MSLFMA

Рис. 3/10: Фильтры со встроенным индикатором засоренности фильтр-патрона (срабатывает по перепаду давления)

Рис. 3/11: LFMA – фильтр с оптическим индикатором засорённости Состояние фильтрующего элемента отображается за счёт разницы давления.

Рекомендация Если перепад давления на фильтре больше 0,3 бар – смените фильтр-патрон.



Таблица 3/1: Сравнение обслуживаемого и необслуживаемого фильтров Со старым

фильтрующим элементом С новым фильтрующим элементом

Перепады давления на фильтре

0,4 бар 0,2 бар

Разница давления при подаче

0,2 бар 0 бар

Разница потребления сжатого воздуха, обусловленная разницей давления

2 % 0 %

Общее потребление для машины

612 л/мин 320 786 м3/год

600 л/мин 314 496 м3/год

Затраты на м3 накачанного воздуха

0,02 евро/ м3 0,02 евро/ м3

Затраты в год 6 416 евро 6 290 евро Разница в год 126 евро 0 Затраты на новые элементы фильтра

0 11,80 евро

Амортизационный период - Примерно месяц Проверяйте визуально состояние фильтрующего элемента на предмет наличия загрязнений или механических повреждений. Поток воздуха идёт с наружи вовнутрь и состояние фильтрующего элемента видно невооруженным глазом.

Рис. 3/12: Примеры износа фильтр-патронов



3.2.3. Совет 3. Уменьшайте давление в пневмосистеме и используйте усилитель давления для машин, требующих высокого давления

Преимущества Недостатки Не всем цилиндрам и машинам необходимо рабочее давление 8 бар.

Усилители давления используют сжатый воздух для увеличения давления. До 50% объема потребляемого воздуха идёт на работу усилителя давления.

Увеличение давления только для определенных устройств, экономя при этом затраты на остальных участках, где высокое давление не нужно.

Высокий уровень шума.


DPA…

Рис. 3/13: Усилитель давления После усилителя давления может потребоваться установка осушителя или фильтра. Если происходят колебания давления при постоянной температуре, то это приводит к выпадению конденсата. Ресивер необходим для создания большого объёма сжатого воздуха высокого давления.

Внимание! Изменение рабочего давления и установка дополнительных пневмоэлементов может быть причиной изменений в функциональности и рабочих характеристиках Вашей системы..

Энергосбережение До 15% экономии с учётом затрат на покупку усилителя давления.



Таблица 3/2: Баланс затрат (пример)

Подача воздуха 10 бар

Подача воздуха 6 бар + 5% 10 бар через усилитель

давления Закупка Компрессор + осушитель воздуха (холодильник)

80 000 € 80 000 €

Работа Затраты на 1 м3 Подача Время работы в год Объем подачи в год

0,038 5 1200 360 000 360 000

€/м3

м3/мин ч/год м3/год м3/год

0,026 5 1200 360 000 +5% на питание усилителей:18 000 378 000

€/м3

м3/мин ч/год м3/год м3/год м3/год

Суммарная стоимость работы компрессора в год

13 572 € 9 828 €

Общие затраты в год Списание 10% в год Новые инвестиции (усилитель давления) Стоимость работы компрессора в год

8 000 13 572

€/год €/год

8 000 1 000 9 828

€/год € €/год

Общие затраты в год 21 572 €/год 18 828 €/год Экономия в год – €/год 2 744 €/год

Рис. 3/14: Ресивер в качестве буфера для хранения большого объема сжатого воздуха

4. Вакуумная техника



Рис.4/1: Места экономии в вакуумных системах Места возможной экономии потребления воздуха:

1. Линия питания, 2. Линия вакуума, 3. Присоска.

Правила лучших конструктивных решений:

Короткие линии питания, Короткие линии вакуума, Подходящие по типоразмеру присоски для обеспечения лучшего захвата.




4.1.1. Совет 1. Используйте датчики вакуума для вакуумных систем

Использование вакуумного датчика позволяет выключать вакуумный генератор по достижении необходимого уровня вакуума. Преимущества Недостатки Позволяет выключать вакуумный генератор по достижении необходимого уровня вакуума.

- Изменение уровня вакуума может быть использовано, как сигнал о том, что заготовка захвачена и удерживается. Продукция FESTO для энергосбережения:

VPEV… OVEM… VN-…P SDE5

SOE… VADMI SDE1

Рис. 4/2: Индивидуальные и встроенные в эжекторы датчики для вакуумных систем



Рис.4/3: Экономия при использовании интеллектуальных вакуумных эжекторов:

генерация вакуума автоматически отключается при достижении необходимого уровня вакуума [2],

и автоматически включается при достижении минимального уровня вакуума [3], нет нужды во внешних подключениях, программировании ПЛК, встроенный обратный клапан предотвращает потерю вакуума, датчик вакуума отслеживает увеличение утечек и выключает следящую систему при

возникновении неисправности (VADMI−...−P/N−LS, OVEM−...).

Рис.4/4: Функция выключения для обратного хода Пример 1. Сравнение затрат энергии для эжекторов VN-30 и VADMI-300 в одинаковых условиях при работе в течении 250 дней в году и 16 часов в день: Эжектор без функции выключения (VN-…) 928 евро/год Эжектор с функцией выключения (VADMI-…-LS) 300 евро/год



Рис.4/5: Сенсоры для определения необходимости создания вакуума Оптический датчик для определения наличия заготовки управляет клапаном подачи сжатого воздуха и дает возможность экономить сжатый воздух, если отсутствует заготовка, которую необходимо транспортировать.



4.1.2. Совет 2. Используйте правильный уровень давления сжатого воздуха для питания вакуумных генераторов

Уровень давления сжатого воздуха в системе непосредственно влияет на уровень разряжения при вакуумировании. Преимущества Недостатки Уровень вакуума зависит от поданного на вакуумный эжектор давления. Проверьте рабочее давление для достижения оптимального уровня вакуума.

-


VN-… Рис. 4/6: Вакуумные генераторы



Зависимость вакуума от давления питания Быстрое вакуумирование с эжектором типа L до вакуума 0,4 бар

Рис.4/7: Сравнение характеристик вакуумных генераторов FESTO VADM серии VN-…-H и VN-…-L Связь между «выходным» вакуумом и «входным» давлением показана на графике (рис. 4/7). Различные линии соответствуют продуктам с различными характеристиками. Характеристика эжектора высокого расхода (L) является энергосберегающей, т.к.:

имеет линейную зависимостью между давлением и производимым вакуумом, имеет меньшее время вакуумирования, что дает возможность раньше выключать

вакуумный генератор.



4.1.3. Совет 3. Регулярно обслуживайте встроенные глушители и фильтры вакуумных эжекторов

Надлежащее техническое обслуживание помогает сохранить характеристики вакуумного эжектора на необходимом уровне. Преимущества Недостатки Гарантия оптимальной работоспособности приложения. -


VAF… Сменный глушитель для

VAD-…

UC, UO, AMTC UPM, UOMS

Рис. 4/8: Запасные части: фильтры, глушители



Рис.4/9: Сменные элементы глушителя

Рис.4/10: Встроенный фильтр (VAF-…) для предотвращения загрязнения вакуумного генератора

Рис.4/11: Глушитель с новыми типом фильтра UO-… не требующий обслуживания за счёт открытого выхода в атмосферу



4.1.4. Совет 4. Используйте вакуумный насос для применений, требующих постоянный вакуум

Преимущества Недостатки Минимально возможное потребление сжатого воздуха.

-


Рис. 4/12: Программное обеспечение для подбора вакуумной техники За более детальными сведениями обращайтесь к руководству FESTO по выбору вакуумных приспособлений.

Внимание! Замена вакуумного эжектора вакуумным насосом может быть причиной изменений в функциональности и рабочих характеристиках Вашей системы..



4.1.5. Совет 5. Размещайте вакуумный генератор вблизи от системы, потребляющей вакуум

Расположение эжектора близко к вакуумным присоскам означает меньшее время вакуумирования и меньшее потребление сжатого воздуха (меньший объём шлангов). Преимущества Недостатки Краткое время вакуумирования.

Вес вакуумного генератора будет действовать на подвижную ось устройства.


VN… VN – картриджный

Рис. 4/13: Облегченные вакуумные генераторы для крепления непосредственно на манипуляторе



Рис.4/14: Длина пневмошлангов и их диаметр

Диаметр и длина пневмошлангов влияет на перепады давления, и, таким образом, на уровень вакуума.

Диаметр и длина пневмошлангов влияют на время вакуумирования. Длина пневмошлангов и их диаметр имеют решающее влияние на уровень вакуума и время вакуумирования. Изменение длины и диаметра пневмошлангов непосредственно отображается на потреблении сжатого воздуха. Пример 1. Блок подготовки воздуха: MS4, соединение ¼ дюйма, QNN=2000 л/мин. Устройство: вакуумный генератор VADMI-200 QN=200 л/мин., 6 бар, диаметр сопла Лаваля 2 мм. Таблица 4/1: Факторы, препятствующие генерации вакуума

Пневмошланг Подаваемое давление Уровень вакуума Прямое соединение 6.0 бар 89% PUN−8 (Ду 5.7 мм) длиной 2.5 м 5.8 бар 87% PUN−6 (Ду 4.0 мм) длиной 2.5 м 4.6 бар 80%

Ду = внутренний диаметр шланга При этой конфигурации потребление сжатого воздуха составляет приблизительно 1/10 от того объема, которое блок подготовки может пропускать. Дополнительные последующие потребители сжатого воздуха (эжекторы, цилиндры) увеличивают падение уровня вакуума.



Пример 2. Первая группа столбиков на диаграмме 4/15 показывает, что, согласно формуле задания размеров (табл. 4/2), PUN 4 (длина 0,5 м) подходит для вакуумного генератора VN−07−H (сопло Лаваля диаметром 0.7 мм). В связи с увеличением объема на 1.4% (с 1000 см3 до 1014см3) и из-за увеличения длины пневмошланга PUN 4 до 2.5 м, время вакуумирования увеличивается на 77% (с 6.2 сек до 11 сек). Преимущество во времени для коротких соединений более существенно для низкого вакуума (см. 1-ый и 2-ой столбцы табл. 4/2). Влияние номинального диаметра трубопровода более существенно при генерировании вакуума для маленьких типоразмеров присосок. Таблица 4/2: Таблица выбора диаметров шлангов при известном размере сопла

[2] Порт/канал вакуума [1] Порт/канал подачи воздуха

Ва

ку

ум

ны

й

ген

ер

ато

р

Ра

зме

р с

оп

ла

N

s [m

m]

Ко

эфф

иц

ие

нт

ди

ам

етр

а

Ко

эфф

иц

ие

нт

по

пе

ре

чн

ого

се

чен

ия

Ва

ку

ум

ны

й

ген

ер

ато

р,

вы

сок

ий

в

ак

уу

м(3

x)

[мм

]

Ти

п P

UN

(д

ли

на

0,5

м)

Ва

ку

ум

ны

й

ген

ер

ато

р,

бо

ль

шо

й

по

ток

(4x

) [м

м]

Ти

п P

UN

(д

ли

на

0,5

м)

По

дсч

ита

нн

ый

р

азн

ый

(2

х)

[мм

]

Ти

п P

UN

(д

ли

на

0,5

м)

VN-05 0,45 1 1 1,35 4 (2,6)

1,8 4 (2,6)

0,9 4 (2,6)

VN-07 0.70 1,5 2,4 2,1 4 (2,6)

2,8 6 (4,0)

1,4 4 (2,6)

VN-10 0,95 2,1 4,5 2,85 6 (4,0)

3,8 6 (4,0)

1,9 4 (2,6)

VN-14 1,40 3,1 9,7 4,2 6 (4,0)

5,6 8 (5,7)

2,8 6 (4,0)

VN-20 2,00 4,4 19,8 6,0 8 (5,7)

8,0 12 (8,0)

4,0 6 (4,0)

VN-30 3,00 6,7 44,4 9,0 12 (8,0)

12,0 16 (11)

6,0 10 (7,0)

Формула для определения номинального размера (мм):

Канал питания [1] ≥ 2 x диаметр сопла Вентури, Канал вакуума [2] ≥ 3 x диаметр сопла Вентури (высокий вакуум H), Канал вакуума [2]≥ 4 x диаметр сопла Вентури (большой расход L).



Рис. 4/15: Зависимость времени вакуумирования от длины трубопроводов при давлении питания 6 бар

1. Объем присоски 1000 см3, 2. Объем присоски 1000 см3 и PUN - 4 длиной 2.5 м (объем в трубопроводе 14 см3), 3. Объем присоски 1000 см3 и PUN - 6 длиной 2.5 м (объем в трубопроводе 32 см3), 4. Объем присоски 1000 см3 и PUN - 8 длиной 2.5 м (объем в трубопроводе 64 см3).

Рис. 4/16: Монтаж VN-картриджа в отверстие, высверленное в корпусе Вашего узла



4.1.6. Совет 6. Выбирайте подходящие типоразмеры вакуумных присосок

Герметичное прилегание присоски к заготовке снижает утечки и позволяет уменьшить давление питания эжектора. Преимущества Недостатки Меньшее потребление сжатого воздуха. Возможны сложности при изменении

поверхности материала заготовки, которую надо переносить.


Рис. 4/17: Разные присоски для разных поверхностей



Пример 1. Пошаговый расчёт системы вакуумного захвата:

1. Расчет веса заготовки, 2. Выбор типа пневматического захвата, 3. Расчет силы удержания и силы отрыва заготовки, 4. Выбор соединительных диаметров принадлежностей в соответствии с диаметром

присоски, 5. Учет внешних условий.

Рис. 4/18: Разные формы присосок, в зависимости от формы, качества обработки поверхности и наличия неровностей

5. Принадлежности



Рис. 5/1: Точки сбережения энергии при использовании принадлежностей Точками сбережения энергии для пневмошлангов, фитингов и уплотнительных колец являются:

1. Шланги (выбор размеров и длин, осуществление изгибов и поворотов), 2. Поверхности среза (прямоугольного сечения, не искривленные), 3. Уплотнительные кольца и резьба (поверхность, герметизирующая лента, материал).

Правила оптимального функционирования системы:

1. Короткие пневмошланги, 2. Гладкие соединения (поменьше переходов диаметров) 3. Ровные адаптеры, 4. Одинаковые размеры фитингов.



5.1. Случай 1. Сокращение утечек сжатого воздуха

5.1.1. Совет 1. Проверяйте фиксацию соединений пневмошлангов

Устраните неровности, деформации шлангов и проверьте перпендикулярность среза. Преимущества Недостатки Уменьшение утечек за счёт повышения качества уплотнений.

-

Продукция FESO для энергосбережения:

ZRS ZDS QSO Рис. 5/2: Режущий инструмент для труб и шлангов, монтажный инструмент для быстрого освобождения шлангов из фитингов



Шланг, обрезанный с помощью ножниц Шланг, обрезанный с помощью ножа

Рис. 5/3: Неровности на шлангах ведут к повреждениям системы уплотнений

Рис. 5/4: Срез шланга не перпендикулярен – шланг неправильно заходит в фитинг

Рис. 5/5: Для лёгкого монтажа/демонтажа пневмошлангов без деформации остальных соединений удобно использовании инструмент QSO



5.1.2. Совет 2. Используйте быстроразъёмные фитинги с внутренней уплотняющей кромкой

Уплотняющая кромка в конструкции фитинга обеспечивает наличие поверхности уплотнения, в отличии от линии уплотнения, которая образуется при использовании уплотняющих колец. Преимущества Недостатки Уменьшение утечек в связи с наличием компенсации неровностей пневмошланга.

- Больший контакт уплотнения с поверхностью. Находясь под давлением, внутренняя кромка уплотнения тесно прижата к шлангу. Продукция FESO для энергосбережения:

QS-…, QS-B-…,QS-F…

Рис. 5/6: Быстроразъёмные фитинги



Рис. 5/7: Основная прокладка в фитинге с уплотняющей кромкой (типы QS, QSP,QSM,…)

Рис. 5/8: Основная прокладка в фитинге с уплотняющим кольцом (типы NPQM, QS-F, CROS,…) Уплотняющая кромка по сравнению с уплотняющим кольцом имеет более высокие характеристики уплотнения.



5.1.3. Совет 3. Выбирайте правильный материал трубок

Выбор материала трубок зависит от условий окружающей среды. Необходимо выбирать материал, устойчивый к условиям окружающей среды. Время эксплуатации трубопроводов будет продлено и, таким образом, уменьшатся утечки в системе. Преимущества Недостатки Гарантирован более длительный период эксплуатации и надежность использования пневмошлангов.

-

Продукция FESTO для энергосбережения

Рис. 5/9: Инструменты для определения наиболее подходящих типов и размеров пневмошлангов



Таблица 5/1: Признаки повреждений шлангов, находящихся под внешним воздействием

Повреждения Области использования Химические повреждения Очищающие и дезинфицирующие вещества, охлаждающие

агенты Трещины Растворители, смазочные вещества, гидрокарбонаты Микробиологические повреждения

Монтаж на улице, складах, каналах, области с высоким уровнем загрязнений, влажная и нагретая среда (кабельные коллекторы)

Физические повреждения Расположение на улице, при применении искусственного ультрафиолетового освещения, например, в пищевой промышленности для дезинфекции

Таблица 5/2: Ориентировочные критерии выбора для шлангов

Тип шлангов

Материал шлангов

Химические повреждения

Трещины Микробиологические повреждения

Внешние повреждения

PUN−... Полиуретан – 0 – + PUN−H−.. Полиуретан + 0 ++ +

PAN−.. Полиамид 0 0 0 0 PLN, PEN Полиэтилен ++ + ++ +

PFAN−... Префлюорал-коксиполимер

+++ ++ ++ ++

«-»– не устойчив, «0» – критическое состояние, «+»– (очень) устойчив

Химическое повреждение Биологическое повреждение Физическое повреждение

Рис. 5/10: Различные типы повреждений шлангов



5.1.4. Совет 4. Используйте кольцевые уплотнения для резьбовых соединений

Кольцевые уплотнения обеспечивают более надежную защиту резьбовых соединений от утечек. Преимущества Недостатки Увеличение надёжности уплотнений приводит к снижению потенциала утечек.

- Минимальный эффект деформации на протяжении всего периода эксплуатации за счёт наличия твердого поддерживающего кольца. Продукция FESO для энергосбережения:

OK… OK-M… Рис. 5/11: Недеформирующиеся уплотнения для резьбы (цилиндрической формы)

Рис. 5/12: Уплотнительное кольцо с мягкими уплотнениями с обеих сторон FESTO предлагает использовать новое уплотнительное кольцо «ОК» с мягкими уплотнениями с обеих сторон. Чтобы его установить и надежно уплотнить соединение достаточно усилий руки. Эта новая система уплотнения в комбинации со стопором соответствует сертификату ISO 16030. Не смотря на то, что уплотнения с герметизирующей лентой давно используются, они могут оставлять остатки материала ленты внутри элементов системы, которые потом могут попасть внутрь распределителей и цилиндров. Также остатки материала ленты могут стать барьером и затруднять движение сжатому воздуху, особенно, при малых сечениях каналов. Уплотнения герметическими жидкостями также выполняются и делают последующий демонтаж еще более трудоёмким.



5.2. Случай 2. Сокращение падения давления

5.2.1. Совет 1. Уменьшайте длину пневмошлангов

Правильный выбор длины и диаметра пневмошлангов обеспечивает минимизацию потерь энергии при прохождении сжатого воздуха по шлангам. Преимущества Недостатки Время срабатывания уменьшается.

- Объем воздуха, который находится в трубках, уменьшается. Продукция FESO для энергосбережения:

Рис. 5/13: Программа ProPneu для расчёта и симуляции пневматического привода

Внимание! Изменение длины пневмошлангов может быть причиной изменений в функциональности и рабочих характеристиках Вашей системы.



Рис. 5/14: Изменение пропускной способности линии в зависимости от длины пневмошланга Шланги, которые постоянно переносят циклы нагнетания и выхлопа (например, шланги, соединяющие распределители и цилиндры) должны быть короче, чем шланги, которые используются в линии подачи сжатого воздуха (например, к распределителю) в связи с наличием постоянного давления в линии для последних. Можно не использовать дроссели после выбора меньших типоразмеров шлангов. Это удешевляет комплектацию.



Рис. 5/15: Оптимизированное решение с разными диаметрами шлангов:

1. Шланг линии подачи под постоянным давлением, 2. Шланг прямого хода (рабочего), 3. Шланг обратного хода.

Рис. 5/16: Минимизация потерь достигается при использовании прямых пневмошлангов, подключенных непосредственно к линии подачи сжатого воздуха



5.2.2. Совет 2. Используйте коллекторы

Преимущества Недостатки Потери давления меньше в сравнении с использованием Т-образного соединения.

Возможно, необходимы более длинные шланги.


QSLV…

Рис. 5/17: Коллектор замещает на рабочем месте несколько Т-образных соединений



Таблица 5/1: Эквивалентная длина соединительных элементов в зависимости от их внутреннего диаметра (определяет перепады/потерю давления в системе)

Эквивалентная длина [м] Внутренний диаметр [мм]

Обозначение Соединительная деталь/звено

9 12 14 18 23 40 50 90 100

Шаровой кран

0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,5 0,6 1,0 1,3

Угловое соединение

0,6 0,7 1,0 1,3 1,5 2,5 3,5 4,5 6,5

Т-образное соединение 0,7 0,85 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 7,0 10

Переходник из 2d в d

0,3 0,4 0,45 0,5 0,6 0,9 1,0 2,0 2.5

Таблица 5/2: Эквивалентная длина соединительных элементов в зависимости от их номинального диаметра (определяет перепады/потерю давления в системе)

Эквивалентная длина [м] Номинальный диаметр [DN]

Обозначение Соединительная деталь/звено

DN 25

DN 40

DN 50

DN 80

DN 100

DN 125

DN 150

Тарельчатый клапан

8 10 15 25 30 50 60

Золотниковый клапан 1,2 2 3 4,5 6 8 10

Шаровой кран

0,3 0,5 0,7 1 1,5 2 2,5

Угловое соединение, острое

1,5 2,5 3,5 5 7 10 15

Угловое соединение, округленное 0,3 0,5 0,6 1 1,5 2 2,5

Дуговое соединение 0,15 0,25 0,3 0,5 0,8 1 1,5

Т-образное соединение

2 3 4 7 10 15 20

Переходник из 2d в d 0,5 0,7 1 2 2,5 3,5 4



Рис. 5/18: Турбулентность при прохождении потока воздуха через соединение



5.2.3. Совет 3. Проверяйте поверхность выхлопа глушителя

Преимущества Недостатки Минимальное использование сжатого воздуха.

-


LSP U, UOS Рис. 5/19: Пневмопистолеты, глушители (устройства для осуществления выхода воздуха из системы) Выхлопные устройства должны обслуживаться: их исправность должна контролироваться, чтобы они не были блокированы загрязнением. Например, если глушитель будет забит, скорость срабатывания цилиндра будет в несколько раз меньше. Забитое сопло пневмопистолета не позволит быстро обдуть заготовку и для этого потребуется больше времени и воздуха.



Экономия сжатого воздуха возможна с помощью следующих решений: Таблица 5/3: Реализация экономии воздуха при обдувании

Параметры потока воздуха выдувания

Описание Потенциал для

сбережения Иллюстрация

Время

Время, в течении которого включена подача воздуха

Уменьшение времени

Импульс

Прерывистый режим работы

Увеличение времени между импульсами

Давление

Уровень давление в линии питания

Использование регуляторов давления

Усилие

Диаметр выпускного отверстия насадка

Сберегающие насадки

Количество точек

Распределения точек на рабочем инструменте

Несколько точек лучше, чем одна форсунка

Расстояние от точки обдува

Расстояние от точки обдува до объекта

Уменьшение расстояния до объекта

Направление

Фиксированное или изменяемое положение форсунки

Использование поворотного привода для позиционирования форсунки

а. б.

Рис. 5/20: Классическая схема продувки (а) и схема генерации мощного импульса со сниженным потреблением сжатого воздуха (б)

6. Контроллеры



Рис. 6/1: Точки энергосбережения в системах с контроллерами Точки энергосбережения при использовании контроллеров:

1. Высокоскоростные перемещения, 2. Позиции остановки, 3. Расстояние до контроллера.

Правила удачной реализации решений:

1. Состояние остановки без потребления энергии, 2. Точно определенные высокоскоростные перемещения, 3. Короткие пневмошланги и силовые линии, длинные информационные линии

(электрические, беспроводные).




6.1.1. Совет 1. Используйте децентрализованные пневматические системы

Преимущества Недостатки Минимальный объем воздуха в трубопроводах

-


Рис. 6/2: Децентрализованный шкаф управления, расположенный возле исполнительных механизмов системы



6.1.2. Совет 2. Анализируйте высокоскоростные операции с помощью систем машинного зрения

Применение систем машинного зрения позволяет провести анализ высокоскоростных операций и выявить «узкие места» системы. Система машинного зрения может определять наличие механических дефектов производимой продукции, фиксировать наличие утечек воздуха в пневматических элементах, а также выполнять другие операции контроля качества. Преимущества Недостатки Быстротекущие процессы, недоступные для восприятия человеческим глазом, можно увидеть с помощью режима замедленного воспроизведения при использовании системы машинного зрения.

Временно необходимо дополнительное пространство для установки оборудования.


SBO..-M-… FCT Рис. 6/3: Специальные камеры для фиксации высокоскоростных операций и программное обеспечения для их настройки



6.2. Случай 2. Снижение утечек сжатого воздуха

6.2.1. Совет 1. Обеспечьте постоянный мониторинг потребления энергии

Уровень потребления машиной сжатого воздуха непрерывно фиксируется системой мониторинга, что позволяет вовремя определить и ликвидировать нежелательные состояния системы (простои, уменьшения производительности, утчеки). Преимущества Недостатки Мгновенная реакция на отклонение контролируемых показателей от нормы

Для установки панели оператора и контроллера требуется дополнительный объём пространства.

Продукция FESTO для энергосбережения: Таблица 6/1: Концепции для осуществления мониторинга условий работы машины

Датчики Контроллеры ПО Визуализация SFE-…-MS6-SFE… CPX-FEC FST4-… FED-…/VIPWin

FMT-… WEB Monitor

CPX-CEC… FMT-… WEB Monitor CoDeSys pbF FED-…/VIPWin

CECX-… FED-…/VIPWin FED-CEC… VIPWin



6.3. Случай 3. Экономия электроэнергии

6.3.1. Совет 1. Выбирайте электропривод в соответствии с конкретными требованиями

Преимущества Недостатки Оптимальное решение Затраты времени на тщательную проработку

задачи в выбор оборудования Продукция FESTO для энергосбережения:

Рис. 6/4: Программное обеспечение Positioning Drives для выбора оптимальных компонентов и систем на базе электроприводов



6.3.2. Совет 2. Используйте электроприводы с самостопорящейся винтовой парой

Электропривод с винтовой парой с автоблокировкой может быть применён в качестве энергосберегающего позиционного привода, благодаря возможности находиться в необходимом положении без затрат энергии. Уменьшение длины кабелей, соединяющих привод и контроллер, приводит к снижению электрических потерь. Преимущества Недостатки Нет необходимости в дополнительном тормозе.

Контролер должен отключать двигатель при отсутствии необходимости поступательного движения.


DNCE-… DMES-… Рис. 6/5: Электроприводы с самостопорящейся винтовой парой

Приложения



Оптимизация работы термоформовочного и упаковочного оборудования

Бережко Константин Иванович, руководитель группы технической поддержки ДП «Фесто»

Уважаемые читатели! Общаясь с украинскими производителями оборудования и посещая выставки, я отметил, что есть две группы производителей оборудования:

Производители, ориентирующиеся на минимальную себестоимость, которые позиционируют свое оборудование в недорогом сегменте.

Производители высокотехнологичного оборудования, которые работают не только на рынках стран СНГ, но и на рынке Европы.

Ко второй группе производителей относятся компании:

«ПЕТ Технолоджис» (бывший Полимаш), г. Чернигов; «Базис», г. Луганск; «УкрПак», г. Белая Церковь; Завод «Термопак», г. Белая Церковь; «Термопак-Инжиниринг», г. Харьков;

и другие украинские компании. Ряд украинских компаний, которые ориентируются на низкий ценовой сегмент, пережили время кризиса сложнее, чем вторая группа компаний. Чтобы выжить и оставаться на плаву, им необходимо было регулярно продавать определенное количество машин. На выставках в Украине также представлены китайские машины с низкой себестоимостью. Конкуренция ужесточается. Каков выход из этой ситуации? Снижать доходность уже невозможно, использовать более дешёвые комплектующие без снижения качества также крайне затруднительно. Украинским компаниям, оборудование которых будут сравнивать по цене с китайским оборудованием, будет все сложнее выживать. Компании, уровень техники которых будут сравнивать с европейскими производителями, по моему мнению, имеют лучшие перспективы. В данной статье мы приводим интересный пример, иллюстрирующий то, как оборудование стало более конкурентоспособным на рынке, за счет использования инновационных подходов. Что главное для нашего покупателя? Какова его основная потребность? Некоторые специалисты по продажам упаковочной и термоформовочной техники отмечают: «Заказчика волнует только цена». Позвольте с этим не согласиться. Наши и европейские заказчики одинаковы, потому что у них одна цель: делать деньги. Как оценивают стоимость покупки в Европе? Учитывается стоимость покупки оборудования, стоимость эксплуатации сроком 3-5 лет (энергоносители, запасные части, вспомогательные материалы) и производительность машины. Например, одна высокопроизводительная машина требует только один подводящий и один отводящий конвейер, а две машины с низкой производительностью требуют в два



раза больше конвейеров и места. Поэтому, заказчики более заинтересованы в высокопроизводительном оборудовании. К тому же, оно быстрее окупается. Также очень важна простота обслуживания и встроенные функции диагностики неисправностей. Например, забившийся пневмоглушитель или фильтр-патрон в блоке подготовки воздуха может снизить производительность машины на 3-10%. Давайте рассмотрим стоимость эксплуатации оборудования на 3-5 лет. Возьмем в расчет только показатели потребления энергии сжатого воздуха, не учитывая энергии, потребляемой электрическими компонентами машины. Компания Термопак-Инжиниринг, являющаяся производителем блистерной упаковки, термоформовочного и упаковочного оборудования, работает на рынке уже более 13 лет. Специалисты этой компании любезно согласились поделиться своим опытом внедрения инновационных решений в своем оборудовании.

Свечкин Юрий Федорович, ведущий инженер компании «Термопак Инжиниринг»

Мы не новички в термоформовочной и упаковочной технике. Имеем большой опыт и стараемся учитывать последние инновации ведущих мировых производителей. Наши специалисты на семинаре по новинкам техники FESTO узнали о возможностях энергосбережения. Учитывая, что производимое нами оборудование является высокопроизводительным, а основным типом привода в нашем оборудовании является пневмопривод, тема энергосбережения актуальна для наших покупателей. И мы понимаем, что в условиях постоянного повышения цен на энергоносители, снижение потребления сжатого воздуха повысит конкурентоспособность нашего оборудования. После получения информации от представителей FESTO о возможности поставок пневмостровов серии 44 VTSA, которые позволяют реализовать схему реверсивного включения распределителей, мы приняли решение о разработке проекта сбережения сжатого воздуха. Решение оказалось простым и легко реализуемым. Реверсивная схема позволяет подавать сжатый воздух под номинальным давлением в полость цилиндра, которая обеспечивает рабочий (силовой) ход, а на обратный (холостой) ход – под пониженным давлением. Сделав предварительный расчет, мы увидели, что мы сможем достичь снижения потребления сжатого воздуха пневмоприводами до 25%. Экономический расчёт показал, что затраты на покупку пневматических компонентов увеличиваются на несколько сотен Евро, а годовая экономия затрат покупателя нашего оборудования, за счёт уменьшения потребления электроэнергии компрессорной техникой, будет составлять более тысячи Евро. В случае, если покупатель укомплектовывает термоформовочное или упаковочное оборудование компрессорной техникой, то снижение затрат на покупку менее производительной компрессорной техники значительно превышает дополнительные затраты на применение схемы реверсивного питания на основе пневмоострова 44 VTSA. А это уже серьезное конкурентное преимущество. При разработке новых схем двойного реверсивного питания пневмоприводов мы применили регуляторы давления серии MS батарейного монтажа в блоках подготовки сжатого воздуха. Конструкция блоков подготовки воздуха получилась компактной, удобной и надёжной. Применение пневмоострова 44 VTSA позволило сократить номенклатуру



применяемых пневматических устройств, тем самым, сократить наши затраты по логистике, складу, сборке и отладке оборудования. После этого наши специалисты смогли сосредоточиться на создании более совершенной техники. Замеры потребления сжатого воздуха, проведенные совместно со специалистами FESTO, подтвердили наши расчеты на практике. Экономия сжатого воздуха, потребляемого приводами разных моделей оборудования, составила 20-23%. При этом наши опасения о снижении производительности оборудования оказались напрасными. Снижение скорости движения холостых ходов приводов компенсировалось повышением скорости движения рабочих ходов за счёт снижения объёма сжатого воздуха, сбрасываемого в атмосферу при рабочем ходе. Замеры расходных характеристик оборудования производились на измерительной аппаратуре, любезно предоставленной фирмой FESTO. Информация по замерам расходных характеристик оборудования позволила нам досконально проанализировать работу приводов и сократить потери сжатого воздуха в блоках подготовки. Понимая значимость вопросов энергосбережения, мы продолжаем работать в направлении изменения концепции построения приводов оборудования. С нашей точки зрения, замена основных пневмоприводов на электромеханические сервоприводы позволит нам не только сократить потребление электроэнергии нашими покупателями, но и повысить производительность оборудования на 15-25%. Предложение компании FESTO по применению пневмоострова VTSA, совмещённого с контроллером CPX, оказалось весьма кстати. Да и электромеханические сервоприводы и системы управления FESTO, популярны на рынке. И мы продолжаем наше сотрудничество в этом направлении.



Рис. П. 1/1: Расход сжатого воздуха пневмоприводами машины СТА-500М с традиционной схемой питания

Рис. П. 1/2: Расход сжатого воздуха пневмоприводами машины СТА-500М со схемой двойного питания с реверсивным включением распределителя

Давление сжатого воздуха перед регуляторами давления.

Расход сжатого воздуха.



Таблица П.1/1: Потребление сжатого воздуха приводами машины СТА-500М в автоматическом режиме

Потребление воздуха в режиме с вытяжкой

Расход за 1 цикл, л

Расход за год при

20цикл/мин., 3-х сменный

режим, м³

Годовой расход электроэнергии*,

кВт × час

Годовые затраты на выработку сжатого

воздуха**, Грн.

Традиционная схема

100 660440 62081 51105,08

Схема реверсивного включения

80 528352 49665 40884,23

Экономия 20 132088 12416 10220,85

* для экономных компрессоров; ** при 0,8232 Грн./кВатт ×час.

Пневмоостров VTSA Пневмоостров VTSA

Подвижная плита Привод подвижной плиты машины СТА-500М с

распределителем, работающим по реверсивной схеме двойного питания

Рис. П. 1/3: Фотографии машины СТА-500М



Возможности энергосбережения в системах позиционирования и манипулирования

Принимая во внимание общую тенденцию повышения стоимости энергии, энергосбережение становится важным не только в небольших частных компаниях, но и в крупных индустриальных предприятиях. В этом контексте, термин «энергетическая эффективность» часто используется как индикатор рентабельности потребления энергии. В технических терминах, энергетическая эффективность часто указывается как процент или безразмерная переменная (КПД). Под энергетической эффективностью 80% или 0,8 понимается, что 80% энергии, подведенной к системе, было потрачено на механическое движение. Остальные 20% – потери энергии. Пример: электрическая энергия, была превращена в тепло в результате трения или высокого электрического сопротивления. При рассмотрении эффективности, мы должны иметь в виду, что полная эффективность зависит не только от отдельных компонентов, как, например, электродвигатели, но и от всей системы. Мы должны оценить потери во всех механических компонентах оси (зубчатый ремень, винтовая передача, шарико-винтовая передача, редуктор со своим передаточным отношением), а также в электрокомпонентах (электродвигатель, электрокабели и сервоконтроллер). Полную эффективность вычисляют как произведение индивидуальных значений эффективности всех компонентов системы: Это означает, во-первых, что использование дополнительных компонентов в цепи привода (например, редуктора) будет всегда приводить к ухудшению полной эффективности системы. Во-вторых, полная эффективность всей системы всегда будет ниже, чем эффективность наихудшего отдельно взятого компонента. Мы имеем следующие пути оптимизации, которые нужно использовать непосредственно в начальной стадии выбора индивидуальных компонентов: например, система с обратной связью должна включать сервоконтроллер и двигатель, так как она гарантирует оптимальное потребление энергии в любой момент времени. Так, при управлении шаговым двигателем желательно использовать системы с обратной связью вместо разомкнутых систем. Для этого случая Festo предлагает интересное и, фактически, уникальное на рынке решение – использование шаговых двигателей EMMS-ST с энкодерами и контроллеров CMMS-ST. Это решение сочетает стоимостную привлекательность шаговых двигателей с возможностями замкнутых систем управления. Кабели между сервоконтроллерами и двигателями должны быть как можно короче. Кабель длиной 5 м вызовет энергетическую потерю 0.4%, а кабель длиной 50 м. вызовет потерю 5.2%. Эффективности также способствует исключение механических передаточных механизмов. Уже на стадии проектирования Festo гарантирует, что со стандартными осями и двигателями без редукторов мы достигнем адекватных решений для большинства применений. Пример этого – использование мелкомодульных зубчатых ремней в наших новых осях. Это позволило избежать 15–40% потерь, которые бы вызвали небольшие редукторы.



Рис. П. 2/1: Компонентный состав электромеханического привода

общий=контроллеркабельдвигательредукторось; общий=0,950,950,80,750,95; общий=0,5144.

Рис. П. 2/2: Характеристика эффективности электрического двигателя



Другой способ сбережения энергии – использование кратких тепловых перегрузок электрических систем. Сервомоторы, в частности, могут быть перегружены в 3 раза относительно их номинальной мощности. Таким образом, двигатель может управляться, в основном, в его номинальном рабочем диапазоне. Но, если двигатель подвергся кратковременной перегрузке, то эффективность не падает так резко. Часто возможно установить двигатели меньшего типоразмера, если перегрузка не превышает фактор безопасности, описанный выше. Влияние механических компонентов, не должно недооцениваться. Оси с самым низким КПД – это оси с ходовым винтом скольжения (КПД = 0,2–0,4). Затем идут оси с шариковинтовой передачей с КПД 0,6–0,85, и ременные оси с КПД вплоть до 0,95. Если мы рассматриваем только эффективность, нам пришлось бы избегать использования ходовых винтов скольжения. Однако, этот вид осей имеет одно характерное свойство, которое может значительно повысить рентабельность в определенных приложениях. Мы опишем это свойство ниже. Чрезмерные факторы безопасности уменьшают рентабельность Некорректного выбора типоразмера, приводящего к потерям энергии, можно избежать, выбирая правильные компоненты и используя целостный подход на стадии проектирования. Потери энергии часто появляются в том случае, когда отдельные компоненты системы выбираются и поставляются отдельно (не как цельная система). В этом случае, факторы безопасности от 1,3 до 2 часто применяются к каждому индивидуальному компоненту уже самой фирмой производителем, чтобы обеспечить надежность работы. Как результат применения этих факторов безопасности, каждый типоразмер индивидуального компонента будет выбран на 15 – 50% большим, чем это фактически необходимо. Это означает, что характеристики оси больше не находятся в оптимальном рабочем диапазоне. Небольшое изменение вращающего момента вызывает очень резкую реакцию системы (рис. П. 2/2). Комплексное уменьшение факторов безопасности на стадии проекта значительно поднимает рентабельность и сокращает затраты при покупке компонентов. Целостный подход требуется во всех случаях проектирования систем манипулирования. Для того чтобы обеспечить поддержку пользователей в выборе лучшего возможного решения и оптимального соотношения компонентов, Festo предлагает собственное программное обеспечение – пакет Positioning Drives. Эта программа быстро и надежно решает проблему комплексного выбора привода не более чем в четыре рабочих шага! Пользователям просто нужно ввести входные параметры и требования к времени цикла. После этого, программа детализирует результат, включая характеристики двигателя, системные данные и детальный состав системы. Эти данные легко могут быть использованы при проектировании и составлении документации (рис. П. 2/3).



Рис. П. 2/3: расчёт системы позиционирования в программе PositioningDrives



Дальнейшие меры повышения энергетической эффективности Часто в задачах автоматизации требуется объект манипулирования переставить с одной позиции в другую, например, вставить заготовку в патрон. В этом случае, при подаче объекта манипулирования в необходимую позицию система управления двигателем с обратной связью отслеживает эту позицию без выполнения какой – либо механической работы. Для того чтобы гарантировать, что энергопотребление в течение этой остановки в позиции было как можно меньше, оборудование необходимо оснащать стояночным тормозом. Тормоз может быть активизирован, как только ось достигает требуемой позиции, и управление с обратной связью может быть выключено. Это значительно сократит потребление электричества во время останова манипулятора. Так как сервоконтроллер и энкодер могут остаться активными и во время останова, то координаты позиции в это время не будут утеряны. Это решение заслуживает внимания, если остановка в этой позиции будет дольше 1 секунды. Имеется одно дополнительное требование – необходимость запрограммировать контроллере верхнего уровня включение и отключение стояночного тормоза. Особый случай использования ходовых винтов скольжения В общем случае, ходовой винт имеет КПД между 20 и 40%. По сравнению с КПД шарико-виновых передач (вплоть до 85%) это очень мало. Если бы передачу выбирали только на основании КПД, никто не выбрал бы ходовой винт. Но если выполнить ходовой винт самотормозящимся, то при останове каретка оси с такой передачей не будет самопроизвольно перемещаться даже при отключении питания. Позиция может удерживаться приводам как угодно долго без потребления энергии. Тем самым достигается максимальная энергетическая эффективность.



Уменьшение перемещаемых масс Каждый грамм дополнительного веса, который необходимо перемещать, требует энергии. Интересно рассмотреть отношение перемещаемого веса к массе привода для различных технологий приводов. В общем, это отношение показывает: какое усилие развивают различные типы приводов на 1 кг своей массы. Таблица П.2/1: Удельная мощность различных типов приводов

Тип привода Отношение мощности к переносимому весу (типичное)

Пневмопривод 372 Н/кг Ременная передача 80 Н/кг Винт скольжения 47 Н/кг Линейный двигатель 45 Н/кг

Таблица показывает, что такое отношение для пневматических приводов лучше примерно в пять раз, по сравнению с приводами с зубчатым ремнем, и 8 раз лучше, чем у приводов с шарико-винтовыми передачами и линейными двигателями. Снижение перемещаемой массы существенно увеличивает эффективность системы. Вот почему пневматический привод – истинная альтернатива, которая может сократить затраты энергии в применениях, требующих перемещения на осях с короткими ходами. Когда мы проектируем установку, для повышения энергетической эффективности мы должны определить, какие комбинации технологий привода будут самыми рентабельными. Благодаря всестороннему диапазону продукции Festo (пневматические оси, оси с ходовыми винтами, оси с шарико-винтовыми передачами и оси с ременными передачами) всегда можно выбрать оптимальную технологию двигателя с технических и экономических точек зрения. В этом смысле, Festo обеспечивает непобедимое преимущество в легко комбинируемых модульных системах с различными типами приводов.


Учебный центр Festo Didactic Приглашаем Вас пройти специализированные тренинги в учебном центре ДП «Фесто»! Festo Didactic – мировой лидер в области решений по повышению квалификации персонала в промышленности, является частью международного концерна Festo. Ежегодно около 42 000 участников посещают 2900 семинаров, проводимых Festo Didactic по всему миру. Все тренинги, предлагаемые на 39 языках, имеют модульную структуру и гарантируют высокое качество обучения. Отличительной особенностью обучения является эффективное сочетание теоретических знаний и практических навыков, приобретаемых участниками семинаров. Мы также осуществляем реализацию промышленных консалтинговых проектов в таких областях, как разработка продукции, бережливое производство, снабжение и логистика. Чему мы обучаем? Festo предлагает широкий спектр тренингов, включающий три основных направления:

Техника автоматизации;

Организация производства;

Персонал и три основных составляющих производительности: Качество, Время и Стоимость. Наши тренинги основаны на потребностях клиентов. Рассмотрим несколько практических примеров их полезности по различным направлениям: Техника автоматизации:

Помощь при внедрении новых технологий; Передача опыта Festo и всех навыков, необходимых для эффективного

обслуживания производства. Организация производства:

Внедрение и оптимизация процессов непрерывных улучшений; Внедрение системы Kanban;

Персонал:

Оптимизация процессов коммуникации, например, между операторами и обслуживающим персоналом;

Внедрение методик эффективного разрешения проблем. Качество:

Повышение индивидуальной ответственности за качество; Снижение процента переделок и отклонений.

Время:

Снижение времени установки и переналадки оборудования; Минимизация внеплановых остановок.

Стоимость:

Снижение невынужденных расходов; Снижение затрат на производственный процесс.

Учебный центр Festo Didactic


Как мы обучаем? Независимо от формата обучения – будь то один из наших открытых семинаров, или же выездной корпоративный тренинг, во главу угла всегда ставится компетенция и передача навыков, что означает следующее:

преимущества обучения четко видны для всех заинтересованных сторон; навыки «до» и «после» обучения отличаются в лучшую сторону; за счет развития индивидуальных навыков каждого сотрудника повышается

эффективность деятельности компании; у слушателей повышается мотивация и результативность деятельности; в результате обучения улучшается как индивидуальная, так и групповая

эффективность работы сотрудников; в технических тренингах передача новых знаний и навыков укрепляется за счет

практических упражнений c промышленными компонентами. оценка уровня знаний и навыков до и после обучения, что позволяет увидеть

экономический эффект от инвестиций, сделанных в обучение; четкие и понятные выгоды для всех заинтересованных сторон; у участников повышается целеустремленность, мотивация к достижению результата.

С полным перечнем предлагаемых тренингов и семинаров можно ознакомиться на сайте www.festo.kiev.ua Тел. (044)228-67-18; (044)462-55-01 e-mail: [email protected] Мы сами практикуем то, чему обучаем Вас!

http://www.festo.kiev.ua/

mailto:[email protected]

ДП «Фесто» 04070, г. Киев ул. Борисоглебская, 11 Техника автоматизации тел.: (044) 239-24-30 тел./факс: (044) 463-70-96 e-mail: [email protected] Дидактика тел.: (044) 228-67-18 тел./факс: (044) 462-55-01 e-mail: [email protected]

Documents

Энергосбережение · 2020-03-17 · Автор Леонард Лау Редактор Уве Вилл, Свен Ленсдорф Перевод Александра