Otázka: Jak inženýrské řešení „rozdělovacích bloků“ snižuje počet míst úniku a optimalizuje komplexní 20-ventilové pneumatické řídicí systémy?

Odpověď: Inženýrské řešení bloků rozdělovačů optimalizuje složité pneumatické systémy s 20 ventily tím, že sloučí jednotlivé přívody a výfuky vzduchu pro ventily do jediné centrální hliníkové podstavy, čímž se počet vnějších míst úniku sníží až o 75 procent. V tradičním jednotlivém potrubí pro ventily by 20 samostatných ventilů typu 5/2 vyžadovalo nejméně 20 samostatných přívodních spojek, 40 výfukových spojek a desítky závitových spojů a rozdělovačů, čímž by vzniklo stovky potenciálních míst úniku. Inženýrsky navržený blok rozdělovače tento nepřehledný stav nahradí použitím sdílených vnitřních kanálů pro hlavní tlakový přívod a dvojnásobný výfuk. Ventily jsou přímo upevněny na přesně obráběném povrchu manifoldový blok bloku a utěsněny vysoce spolehlivými plochými těsněními nebo kroužky O-ring. Tím se počet vnějších připojení sníží na pouze jednu společnou přívodní trubku a dvě výfukové trubky, což výrazně snižuje ztráty energie, zjednodušuje odstraňování poruch a usnadňuje integraci inteligentních polních sběrných ventilových terminálů.

Úvod: Vysoké náklady způsobené netěsnostmi stlačeného vzduchu

V moderních průmyslových provozech je stlačený vzduch často označován jako čtvrtá energetická služba. Je také jednou z nejdražších. Výroba stlačeného vzduchu vyžaduje obrovské množství elektrické energie, přičemž významná část této energie se často ztrácí kvůli netěsnostem systému. Průmyslové statistiky ukazují, že průměrný výrobní závod ztrácí 20 až 30 % svého stlačeného vzduchu netěsnostmi ještě před tím, než tento vzduch vůbec dosáhne pohonného členu. Jediná díra o průměru 1 mm v potrubí G1/4 může ročně stát více než tisíc dolarů kvůli zbytečně spotřebované elektrické energii.

V komplexních systémech automatizace, jako jsou například montážní linky pro automobily, automatické třídicí stroje nebo tkalcovské stavby, je běžné, že v těsné blízkosti spolu pracuje 20 nebo více řídicích ventilů pro směr průtoku. Pokud jsou tyto ventily propojeny jednotlivými potrubími, velký počet fyzických spojů téměř nevyhnutelně způsobuje úniky. Jako výrobce řídicích prvků pro hydraulické a pneumatické systémy zaměřený na inženýrské řešení navádí společnost AIRWORK pokročilé bloky rozdělovačů a ostrovy ventilů, které tyto úniky eliminují a maximalizují energetickou účinnost.

Tradiční jednotlivé potrubí vs. inženýrsky navržené rozdělovače

Abychom pochopili konstrukční výhody bloku rozdělovače, porovnejme fyzické uspořádání pneumatického systému se 20 ventily za použití dvou různých metod potrubního připojení:

• Jednotlivé potrubí pro ventily (potrubní systém): Pro připojení 20 samostatných směrových ventilů 5/2, musí být ke každému ventilu připojena vlastní přívodní hadice k jeho hlavnímu přívodnímu portu. Každý ventil dále disponuje dvěma výfukovými porty, což znamená, že je třeba spravovat 40 výfukových hadic a tlumičů. To vyžaduje rozsáhlou síť plastových trubek, stovky zásuvných kolenních spojek a několik pneumatických rozdělovacích bloků nebo T-spojek. Každé závitové spojení představuje potenciální místo úniku, pokud je vystaveno vibracím nebo teplotním cyklům. Fyzický prostor potřebný pro tento systém je velký a uspořádání potrubí je pro údržbu velmi obtížné.
• Integrovaný rozdělovací blok: V integrovaném systému podstavce s rozdělovacím blokem jsou 20 ventilů zbaveny jednotlivých závitů pro přívod a výfuk. Místo toho mají rovné montážní plochy se závity pro těsnění na spodní straně. Rozdělovací blok je jediným pevným blokem z tvrdě anodovaného hliníku s běžnými přívodními a výfukovými kanály G1/2 nebo G3/4, které procházejí celou jeho délku. 20 ventilů je přímo přišroubováno na horní plochu bloku. Mezi tělesa ventilů a plochu rozdělovacího bloku jsou vloženy rovné elastomerové těsnění, která vytvářejí vzduchotěsné spojení. Jediné vnější potrubní vedení, které jsou vyžadována, jsou 40 výstupních vedení vedoucích přímo z rozdělovacího bloku ke válci.

Inženýrské principy pro rozdělovací bloky s vysokým počtem stanic

Návrh rozdělovacího bloku s vysokým počtem stanic (např. sestava 20 ventilů) vyžaduje pečlivé výpočty proudění kapalin za účelem zabránění snížení výkonu:

• Prevence nedostatku vzduchu: Když se současně přepíná mnoho ventilů na rozvaděči, odebírají velké množství vzduchu z běžného přívodního kanálu. Pokud je vnitřní přívodní kanál příliš úzký, tlak uvnitř rozvaděče rychle klesne, což vede k nedostatku vzduchu. To způsobuje pomalý pohyb válců v dolní části obvodu nebo jejich neschopnost dosáhnout plné provozní síly. Aby se tomu zabránilo, inženýři společnosti AIRWORK navrhují přívodní kanály s velkým průřezem. U 20polohových systémů je rovněž standardním postupem přivést hlavní přívodní tlak do obou konců bloku rozvaděče, čímž se zajistí vyvážené rozvádění vzduchu do všech poloh.
• Odstranění protitlaku výfukových plynů: Stejně jako musí vzduch rychle vstupovat do rozdělovacího potrubí, musí i vyfukovaný vzduch okamžitě opustit systém. Pokud 20 ventilů vyfukuje do úzkého společného kanálu, může se uvnitř rozdělovacího potrubí vytvořit protitlak. Tento protitlak se může šířit zpět do jiných neaktivních ventilů, což způsobuje pomalé posuny jejich zdvihových tělísek nebo neočekávané pohyby jejich válců. Rozdělovací potrubí AIRWORK jsou vybavena dvěma převelkými výfukovými kanály a vysokoprůtokovými tlumiči, které zaručují rychlé a neomezené snížení tlaku.
• Těsnost těsnicí podložky: Těsnicí plocha bloku rozdělovacího potrubí musí být obráběna s extrémně přesnými tolerancemi rovnosti (obvykle do 0,05 mm). Montážní šrouby pro každý ventil musí být utaženy přesně určeným momentem, aby nedošlo k nerovnoměrnému stlačení těsnicí podložky – což je častý zdroj mikroúniků. AIRWORK používá vysoce kvalitní ploché těsnicí podložky z NBR, které jsou odolné vůči syntetickým kompresorovým mazivům i degradaci způsobené ozónem, čímž zajišťují dokonalé těsnění po celou dobu provozu.
• Modularita a zátky: Výrobní linky se často mění. Správně navržený rozdělovací blok by měl nabízet modularitu. Pokud dnes potřebujete pouze 16 ventilů, ale v budoucnu plánujete rozšíření na 20, můžete nainstalovat rozdělovací blok pro 20 stanic a nepoužívané 4 stanice uzavřít zátkami AIRWORK. Tím zůstane systém utěsněný a připravený na budoucí rozšíření bez nutnosti přepružování celého podkladového bloku.

Chytrá integrace: od rozdělovacích bloků po ventilové ostrovy

Nejvyšší formou vývoje rozdělovacího bloku je pneumatický ventilový ostrov (nebo ventilový terminál). U ventilového ostrova je mechanický rozdělovací blok sloučen s centrálním elektrickým řídicím modulem. Namísto toho, aby se od výstupní karty PLC vedlo 20 samostatných elektromagnetických kabelů ke každému ventilu na rozdělovacím bloku, je k integrované elektrické hlavě ventilového ostrova připojen jeden vícepinový kabel nebo digitální fieldbusový kabel (např. EtherCAT, Profinet nebo IO-Link).

Tato chytrá elektrická integrace poskytuje několik významných B2B výhod:

• Snížená pracnost při vedení kabelů: Čas potřebný na vedení kabelů se zkrátil z hodin na sekundy, protože je zapotřebí pouze jedno komunikační a jedno napájecí kabel.
• Pokročilá diagnostika: Moderní políčkové řídicí jednotky ventilů s fieldbusovým rozhraním dokážou monitorovat každou elektromagnetickou cívku na přerušení nebo zkrat, sledovat počet cyklů ventilů pro prediktivní údržbu a detekovat místní pokles tlaku, přičemž tato data přímo hlásí centrálnímu PLC.
• Úspora prostoru: Celé elektrické a pneumatické řídicí zařízení je umístěno v kompaktním a čistém skříni, čímž se ušetří prostor v rozvaděči a sníží se hmotnost stroje.

Zdrojování přesně konstruovaných rozdělovacích bloků od AIRWORK

Pro systémové integrátory a výrobce strojů OEM je standardizace na rozdělovací bloky a ventilové terminály AIRWORK klíčem k vytváření vysoce účinné a netěsnící automatizace. Naše rozdělovací bloky jsou vyrobeny z extrudovaného hliníku vysoce kvalitní třídy, tvrdě anodovány pro vynikající odolnost proti korozi a před opuštěním naší továrny podstupují 100% testování těsnosti.

Spoluprací s AIRWORK můžete zkrátit čas potřebný na montáž vašich strojů, eliminovat drahé úniky vzduchu a dodat svým zákazníkům čistý a profesionálně vypadající řídicí systém. Navštivte stránku jzpnu.com, kde si můžete stáhnout 3D CAD soubory, prohlédnout si naše konfigurátory ventilových terminálů nebo se poradit s naším inženýrským týmem aplikací při návrhu vašeho vlastního pneumatického podstavce.