В: Почему потребление сжатого воздуха в упаковочном оборудовании является такой серьёзной проблемой для производственных предприятий и где происходит потери энергии?

Сжатый воздух часто называют «четвёртой коммунальной услугой» в современном производстве наряду с электричеством, газом и водой. Однако он является самой дорогостоящей из всех коммунальных услуг в плане производства. Ошеломляющие 85–90 % электроэнергии, потребляемой воздушным компрессором, теряются в виде тепла. Только 10–15 % преобразуется в полезную пневматическую энергию. На крупных упаковочных предприятиях, где тысячи пневмоцилиндров работают непрерывно круглосуточно, потребление сжатого воздуха представляет собой значительную статью эксплуатационных расходов и важный источник выбросов углекислого газа.

Упаковочное оборудование, включая коробкоформовочные машины, упаковочные машины для мешков, машины для герметизации лотков, системы «захват-перемещение-установка» и паллетайзеры, в значительной степени зависит от пневматических систем. Пневматические системы выбираются из-за их высокой скорости, надежности, чистоты и высокой удельной мощности. Однако, поскольку пневматические системы просты в установке, их зачастую плохо оптимизируют. Это приводит к колоссальным потерям энергии в нескольких областях:

• Единое давление на ходах без выполнения полезной работы: стандартный пневматический цилиндр цилиндр предназначен для выполнения основной работы (например, зажима, прессования или перемещения тяжелой коробки) при его рабочем ходе. Для этого требуется высокое давление — обычно 6 бар. Однако при обратном ходе цилиндр просто возвращается в исходное положение и не перемещает никакой нагрузки. Несмотря на это, в стандартных конфигурациях одинаковое давление сжатого воздуха — 6 бар — подается как на рабочую, так и на обратную сторону цилиндра, что приводит к потере энергии при обратном ходе.
• Избыточное давление воздуха: конструкторы оборудования зачастую задают более высокое рабочее давление, чем это необходимо, чтобы обеспечить запас прочности. Если оборудование может работать идеально при давлении 4 бар, но на предприятии подаётся давление 6 бар, система тратит огромное количество сжатого воздуха при каждом цикле.
• Избыточный мёртвый объём: объём воздуха, содержащийся в трубопроводе между управляющим клапаном и цилиндром, называется «мёртвым объёмом». При каждом цикле этот воздух сжимается, а затем выпускается в атмосферу без выполнения полезной работы. Если длина трубопровода чрезмерно велика или его диаметр больше необходимого, такой мёртвый объём приводит к значительным потерям воздуха.
• Постоянные потери при выпуске: при обычном переключении клапанов стандартные электромагнитные клапаны выпускают сжатый воздух непосредственно в атмосферу, теряя ценную энергию давления, которую можно было бы рекуперировать.

Для промышленных предприятий B2B и OEM-производителей упаковочного оборудования эти неэффективности ежегодно обходятся в тысячи долларов из-за потраченной впустую электроэнергии. Оптимизация пневмоэнергии больше не является лишь экологической целью — это критически важное требование для сохранения ценовой конкурентоспособности.

Вопрос: Как клапаны экономии воздуха и двухуровневые пневматические контуры оптимизируют энергопотребление в упаковочных приложениях?

Наиболее эффективный способ сократить потери сжатого воздуха в упаковочном оборудовании — внедрение передовых клапанов экономии воздуха и двухуровневых пневматических контуров. Эти технологии направлены на устранение основной причины пневматических потерь — нерабочий ход.

AIRWORK разработала специализированные решения на основе клапанов экономии воздуха, работающих по принципу оптимизации давления и рециркуляции воздуха:

• Двухуровневые пневматические контуры: клапан экономии воздуха может быть настроен так, чтобы подавать высокое давление (например, 6 бар) при рабочем ходе цилиндра и низкое давление (например, 2 или 3 бар) при обратном ходе. Снижая давление при обратном ходе до минимального уровня, необходимого для возврата поршня, цилиндр потребляет на 50 % меньше воздуха при обратном ходе. За миллионы циклов это обеспечивает общее снижение расхода воздуха на 25–35 % для данного исполнительного механизма.
• Встроенные регуляторы давления: энергосберегающие коллекторы AIRWORK оснащены компактными высокоточными регуляторами, интегрированными непосредственно в корпус клапана. Это позволяет инженерам точно настраивать рабочее давление отдельных цилиндров в соответствии с их конкретными нагрузочными требованиями, предотвращая избыточное давление во всей машине.
• Рециркуляция выхлопного воздуха: некоторые передовые клапаны AIRWORK для экономии воздуха оснащены внутренним обводным контуром. Когда цилиндр завершает рабочий ход вперед под высоким давлением, вместо выпуска всего сжатого воздуха в атмосферу клапан перенаправляет часть этого воздуха для создания давления на противоположном конце цилиндра, необходимого для обратного хода. Благодаря этой системе рециркуляции обратный ход выполняется за счет «бесплатного» отработанного воздуха, что дополнительно снижает нагрузку на воздушный компрессор.
• Технология маломощных соленоидов: соленоидные клапаны сами по себе потребляют электрическую энергию. Энергосберегающие катушки AIRWORK потребляют всего 0,5–1,5 Вт электроэнергии по сравнению со стандартными катушками мощностью 4–5 Вт. Это снижает тепловыделение в электрических шкафах и уменьшает общее энергопотребление.

В: Какие методы проектирования должны применять инженеры-разработчики для минимизации мертвого объема пневматической системы в упаковочном оборудовании?

Хотя клапаны с функцией экономии воздуха обеспечивают немедленный результат, инженеры отделов исследований и разработок могут достичь дополнительной оптимизации энергопотребления, применяя интеллектуальные подходы к проектированию пневматических систем. Ключевой стратегией является минимизация мертвого объема:

• Установка клапанов в непосредственной близости от цилиндров: традиционно электромагнитные клапаны группируются вместе в центральном шкафу для удобства технического обслуживания. Хотя такой подход удобен, он требует прокладки длинных трубок до цилиндров, что приводит к значительному увеличению мертвого объема. Инженерам следует использовать децентрализованные клапанные коллекторы, например компактную серию AIRWORK, устанавливая их непосредственно на раму станка вблизи исполнительных механизмов, чтобы длина трубок не превышала 500 мм.
• Оптимизировать Рукав Диаметр: выбор диаметра трубок — это тонкий баланс. Слишком узкие трубки ограничивают поток и замедляют работу оборудования. В то же время чрезмерно широкие трубки увеличивают мертвый объем. Инженерам отделов исследований и разработок следует воспользоваться программным обеспечением AIRWORK для расчета расхода, чтобы подобрать минимальный диаметр трубок, удовлетворяющий требованиям к скорости перемещения поршня в цилиндре.
• Выберите компактные и интегрированные приводы: современные упаковочные машины выигрывают от использования интегрированных блоков цилиндр–клапан. Объединение управляющего клапана и цилиндра в единый физический блок полностью исключает необходимость в соединительных трубках, сводя к нулю мертвый объем.

Вопрос: какова совокупная стоимость владения (TCO) и рентабельность инвестиций (ROI) при модернизации до пневматических систем AIRWORK с экономией воздуха?

Для менеджеров по закупкам B2B оценка финансовой целесообразности перехода на энергоэффективные пневматические системы имеет первостепенное значение. Замена стандартных клапанов на пневматические системы AIRWORK с экономией воздуха требует лишь незначительных первоначальных капитальных затрат, однако обеспечивает чрезвычайно быстрый срок окупаемости:

• Быстрая рентабельность инвестиций (ROI): на типичном упаковочном предприятии, работающем круглосуточно, модернизация одной высокочастотной упаковочной линии с использованием клапанов AIRWORK с экономией воздуха позволяет сократить расходы на электроэнергию на 500–1500 долларов США в год на одну машину. Срок окупаемости заменяемых клапанов зачастую составляет менее 6 месяцев.
• Снижение затрат на техническое обслуживание компрессоров: снижение расхода сжатого воздуха уменьшает нагрузку на воздушные компрессоры предприятия. Компрессоры работают при более низкой температуре, изнашиваются медленнее и требуют реже дорогостоящего капитального ремонта, что увеличивает их общий срок службы.
• Снижение углеродного следа: минимизация потребления электроэнергии напрямую снижает выбросы парниковых газов на предприятии. Использование решений AIRWORK позволяет производственным компаниям документировать конкретные данные об энергосбережении, что помогает им достигать корпоративных целей в области устойчивого развития и соответствовать международным экологическим стандартам, таким как ISO 50001.

Партнерство с AIRWORK позволяет OEM-производителям упаковочного оборудования и производственным предприятиям преобразовать свои пневматические системы из дорогостоящих «потребителей» энергии в высокопроизводительные, устойчивые и экономически эффективные активы автоматизации.