Efektivní provoz pneumatických systémů
Položme si ale otázku. Víte, jaké jsou náklady na výrobu 1 m3 stlačeného vzduchu? Kolik stojí provoz pneumatických systémů? Jaké ztráty způsobují nežádoucí úniky stlačeného vzduchu? Je systém navržen efektivně? Neplýtváme zbytečně stlačeným vzduchem? Cílem tohoto článku je stručně představit největší problémy při návrhu a provozu pneumatických systémů, se kterými se setkávají technici firmy SMC Industrial Automation CZ, s. r. o., a nastínit možná řešení eliminace ztrát a zefektivnění provozu stlačeného vzduchu.
Pozor na úniky v rozvodech
Největším zdrojem ztrát při provozu pneumatických systémů jsou úniky v rozvodu stlačeného vzduchu. Některé jsou lehce zjistitelné, jiné hůře. Může jít o miniaturní neslyšitelné úniky v připojovacích závitech nebo o úniky opotřebovaným těsněním pneumatických válců. Je zajímavé, že ani v dnešní době nebývá eliminaci těchto ztrát věnovaná náležitá pozornost. Pro ilustraci si zkusme vypočítat, kolik stojí únik stlačeného vzduchu v rozvodu o tlaku 0,7 MPa dírou 1 mm a 10 mm. Pokud celý den uniká vzduch dírou o průměru 1 mm, unikne do atmosféry celkem 97,7 m3 stlačeného vzduchu, což je při orientační ceně 0,3 Kč za 1 m3 stlačeného vzduchu 29,3 Kč. Dírou o průměru 10 mm unikne denně 9 771,6 m3 stlačeného vzduchu, což už je denně 2 931,4 Kč!
Předimenzování navržených prvků
Únik stlačeného vzduchu je zřejmě nejviditelnějším, možná lépe vyjádřeno nejslyšitelnějším zdrojem ztrát při provozu pneumatických systémů. Ale zdaleka není jediným. Konstruktéři pneumatických systémů řeší při návrhu výrobních zařízení základní problém – jak správně navrhnout pneumatické prvky, aby pracovaly v požadovaném taktu, aby vyvinuly potřebnou sílu, popř. snesly požadovanou zátěž. Často ke svému úsudku používají pouze své zkušenosti a intuici, což však vede ke zbytečnému předimenzování prvků. Čím větší pneumatický válec se používá, tím větší jsou náklady na jeho provoz. Pro ilustraci porovnejme spotřebu pneumatického válce o průměru 50 mm, zdvihu 500 mm a o průměru 63 m a stejném zdvihu. Rozdíl v objemu válců je 0,58 dm3. Větší válec tedy spotřebuje na jeden cyklus navíc 1,16 dm3 stlačeného vzduchu. Pokud stroj pracuje v taktu 5 cyklů za minutu, 16 hodin denně, 251 dnů v roce, naroste spotřeba většího válce o celých 1398 m3 stlačeného vzduchu ročně.
Stlačený vzduch musí při vysouvání pístnice překonat třecí sílu mezi těsněním pístu a trubkou válce. Tato třecí síla je přímo úměrná minimálnímu operačnímu tlaku pneumatického válce. I v tomto případě platí, že levné je nakonec drahé. Nižší náklady na pořízení méně kvalitního válce s vyšším minimálním operačním tlakem se později draze zaplatí vyšším provozními náklady.
Výše uvedené příklady uvádějí, jak minimalizovat náklady standardních pneumatických prvků. Avšak existují i speciální prvky, které se aktivně podílejí na úspoře nákladů. Jde o prvky vyvinuté firmou SMC v rámci programu SMC Energy saving.
Mezi tyto produkty patří například pneumatický multiplikátor tlaku řady VBA. Ten dokáže pomocí dvou spojených pístů až čtyřnásobně zvýšit tlak stlačeného vzduchu. Pokud všechna zařízení pracují s provozním tlakem 0,5 MPa a pouze jedno vyžaduje vyšší provozní tlak, je neekonomické tlakovat celý systém rozvodu stlačeného vzduchu na vyšší tlak. Mnohem účinnější je systém provozovat s tlakem 0,5 MPa a pouze v místě lokální potřeby vyššího tlaku nasadit multiplikátor.
Pokud se jedná pouze o jeden válec, který se musí vysouvat silou větší, než je schopen tlak v systému vyvinout, může se použít válec s dvojnásobnou plochou pístu řady MGZ.Tento válec má širokou a dutou pístnici. Stlačený vzduch tlačí nejen na píst válce, ale otvorem v pístu se dostane i do prostoru pístnice a tlačí i na čelo pístnice. Tímto řešením se dosáhne přibližně dvojnásobné síla vysouvání oproti standardnímu válci o stejném průměru.
Ve velkém množství případů, například při lisování, je potřeba plná pracovní síla pouze v jednom směru pohybu. Ve druhém směru pohybu se může zmenšit tlak ve válci a tím snížit spotřeba stlačeného vzduchu. Pro tento účel slouží úsporné ventily řady ASR/ASQ firmy SMC. Ventil ASR se přímo montuje místo škrticího ventilu na vstup pneumatického válce, kde může pístem pohybovat stlačený vzduch o nižším tlaku. Skládá se z miniaturního regulátoru tlaku a zpětného ventilu paralelně zapojeného se škrticím ventilem a obráceným zpětným ventilem. Vzduch proudící do válce je regulátorem regulován na nižší tlak, v opačném směru proudí stlačený vzduch druhou větví přes škrticí ventil. Do druhého vstupu pneumatického válce se připojuje ventil ASQ. Je tvořen dvěma škrticími ventily vzájemně opačně zapojenými a rychloodvzdušňovacím ventilem. Ten se v případě proudícího vzduchu směrem z válce plně otevře a umožní rychlejší odvzdušnění komory pneumatického pístu. Po částečném odvzdušnění se uzavře a vzduch proudí přes škrticí ventil. Lze tak stále regulovat rychlost pohybu pístnice pneumatického válce. Toto řešení dokáže snížit spotřebu stlačeného vzduchu až o 40 %.
Významné úspory lze dosáhnout také ve vakuových aplikací. Použitím třístupňových vakuových ejektorů řady ZL112 a ZL212 dokážeme oproti standardnímu jednostupňovému ejektoru s průměrem trysky 1,3 mm zvýšit objem nasávaného vzduchu až o 250 %. Funkční princip tohoto ejektoru je jednoduchý, pracuje jako 3 jednostupňové ejektory zapojené v sérii za sebou. Stlačený vzduch se třikrát využije, než se vypustí do atmosféry.
Mezi další prvky programu Energy saving firmy SMC patří snímače tlaku, ofukové pistole s velkým poměrným průřezem, trysky s přisáváním okolního vzduchu, nízkopříkonové ventily a mnoho dalších zařízení.
Článek zdaleka nepopsal všechny možnosti, jak snížit náklady na provoz pneumatických systémů. Snaží se pouze ukázat cestu, že i jednoduchými konstrukčními či servisními zásahy jde uspořit nemalé náklady na provoz pneumatických systémů. Jen utěsnění netěsností v pneumatickém rozvodu dokáže ušetřit ročně až statisícové částky. Firma SMC Industrial Automation CZ, s. r. o., disponuje speciálním vybavením a týmem zkušených odborníků schopných v rámci programu SMC Energy saving zpracovat návrh optimalizace provozu pneumatických systémů pro své zákazníky. Více informací se můžete dovědět z nových internetových stránek firmy SMC Industrial Automation CZ v sekci „Energy saving“. Součástí těchto stránek je i možnost zdarma si stáhnout nejnovější verzi počítačového programu SMC Energy saving, který dokáže nejen spočítat ztráty při provozu pneumatických systémů, ale také pomoci s efektivním návrhem a provozem systémů na stlačený vzduch.
Ing. Jiří Zavřel
SMC Industrial Automation CZ
j.zavrel@smc.cz
www.smc.cz
