Najłatwiej przeoczyć źródło awarii w układach zasilania powietrzem do cięcia laserowego: sprężarka śrubowa.

W warsztatach zajmujących się wycinaniem laserowym ponad połowa nietypowych przestojów nie wynika z działania lasera lub głowicy tnącej, ale z układu sprężonego powietrza.

Mamy wiele przypadków współpracy w zakresie cięcia laserowego, w tym fabryki w Azji Południowo-Wschodniej, na Bliskim Wschodzie i w Afryce, a także widzieliśmy warsztaty cięcia laserowego o różnych konfiguracjach. Niezależnie od lokalizacji problemy powodowane przez sprężone powietrze są niemal identyczne. Dzisiaj nie będziemy omawiać możliwości sprężarek powietrza ani obaw, jakie mają fabryki; zamiast tego porozmawiamy o problemach, które przyprawiają Cię o największy ból głowy, gdy odbierasz telefon w środku nocy.

Problem 1: Zadziory i żużel na powierzchni cięcia. Po zbadaniu ustalono, że przyczyną jest niestabilne ciśnienie gazu.

Jest to usterka, którą najłatwiej błędnie zdiagnozować. Powierzchnia cięcia zmienia kolor na żółty i zwiększają się zadziory; pierwszym odruchem jest wyregulowanie ostrości, zmiana dyszy i sprawdzenie obiektywu. Jednak po wielu pracach okazuje się to bezużyteczne – prawdziwą przyczyną jest to, że wahania ciśnienia gazu zasilającego powodują niestabilny przepływ gazu pomocniczego.

Cięcie laserowe wymaga stabilnego, suchego i ciągłego gazu pomocniczego.

Przeprowadziliśmy test terenowy w fabryce części samochodowych w Tajlandii: standardowa częstotliwość przemysłowaśrubowa sprężarka powietrza, przy ciśnieniu wylotowym zbiornika gazu ustawionym na 0,8 MPa, doświadczył rzeczywistych wahań ciśnienia w zakresie 0,72–0,85 MPa podczas cyklu załadunku i rozładunku. Przy tych samych parametrach cięcia wysokość zadziorów w częściach ciętych w okresach niskiego ciśnienia była o 0,15 mm większa niż w okresach wysokiego ciśnienia. Jakość części wycinanych z całego arkusza była nierówna, co podwajało nakład pracy związany z późniejszym procesem gratowania.

Później zastąpiliśmy go modelem o zmiennej częstotliwości z magnesem trwałym, kontrolującym wahania ciśnienia w zakresie ±0,01 MPa, co znacznie poprawiło spójność powierzchni cięcia. Ten poziom kontroli ciśnienia jest ważnym wskaźnikiem umożliwiającym rozróżnienie pomiędzy klasą podstawową a klasy przemysłowejsprężarki śrubowe.

Problem 2: Częste uszkodzenia soczewek podczas wilgotnych warunków letnich wynikają z zawartości wilgoci w sprężonym powietrzu.

Problem ten jest szczególnie wyraźny w regionach tropikalnych i subtropikalnych na całym świecie. Indonezyjscy klienci doświadczają spadku częstotliwości wymiany soczewek z jednej na dwa tygodnie do jednej na dwa dni w porze deszczowej, a czasami nawet muszą wymieniać dwie lub trzy soczewki dziennie.

Powód jest jasny: sprężone powietrze nie jest całkowicie suche. Problem polega jednak na tym, że zawartość wilgoci w stanie nasycenia podwaja się przy każdym wzroście temperatury powietrza o 10°C. Ten sam sprzęt suszący działa znacząco inaczej zimą i latem.

Kolejnym czynnikiem, który łatwo przeoczyć, jest temperatura spalinśrubowa sprężarka powietrzasię. Klient z Bliskiego Wschodu zgłosił rdzę wewnątrz głowicy tnącej; po demontażu na mocowaniu obiektywu stwierdzono widoczne ślady wody. Ostatecznie problem wynikał ze sprężarki powietrza — starsze modele stale utrzymywały temperaturę spalin powyżej 110°C, czego nie był w stanie obsłużyć umieszczony za nią układ chłodzenia.

Sprężarki śrubowe mają pod tym względem przewagę konstrukcyjną w postaci stosunkowo niższych temperatur spalin. Jednak długotrwała praca przy niskiej częstotliwości może również prowadzić do problemów. Seria PMS została specjalnie zaprojektowana z myślą o takich warunkach pracy, wykorzystując sterowanie wektorową konwersją częstotliwości w celu utrzymania rozsądnej temperatury wirnika i zapobiegania wytrącaniu się kondensatu w zbiorniku oleju i gazu.

Problem 3: Nieplanowany przestój, wyłączenie przeciążeniowe sprężarki powietrza, wymuszone wyłączenie linii produkcyjnej

Najbardziej kłopotliwa sytuacja: Zlecenia zewnętrzne spieszą się z terminami, a podczas nocnej zmiany sprężarka śrubowa nagle wyłącza się w połowie cięcia. Po ponownym uruchomieniu przecina kilka desek, po czym ponownie się potyka.

Tego typu problemy są powszechne w fabrykach na całym świecie, a przyczyny są zasadniczo dwojakie:

Wybór zbyt dużej sprężarki doprowadził do długotrwałej pracy przy niewielkim obciążeniu. Wiele osób uważa, że ​​im większa sprężarka powietrza, tym lepiej i wybiera modele znacznie przekraczające ich rzeczywiste zużycie powietrza. W rezultacie sprężarka spędza większość czasu w stanie nieobciążonym, a częste ładowanie i rozładowywanie silnika powoduje znaczne gromadzenie się ciepła i wyzwalanie zabezpieczenia przed przeciążeniem.

Awaria układu transmisji. W modelach z napędem pasowym starzenie się paska zmniejsza tarcie, powodując poślizg. Prowadzi to do błędnej interpretacji zwiększonego obciążenia przez system sterowania, uruchamiając zabezpieczenie przed przeciążeniem. Na linii produkcyjnej w Polsce spotkaliśmy się z sytuacją, w której w ciągu trzech miesięcy system zadziałał pięć razy; Ostatecznie ustalono, że przyczyną było drastyczne zużycie rowków koła pasowego, prowadzące do gwałtownego spadku wydajności przekładni.

Z dokumentacji serwisowej wynika, że ​​modele z napędem bezpośrednim charakteryzują się pod tym względem znacznie niższą awaryjnością. Właśnie dlatego przemysłowe sprężarki śrubowe zazwyczaj przyjmują konstrukcję z napędem bezpośrednim, co pozwala na redukcję elementów przekładni i zmniejszenie potencjalnych punktów awarii poprzez konstrukcję. Seria PMS wykorzystuje silnik z magnesami trwałymi podłączony bezpośrednio do wirnika, eliminując paski i skrzynie biegów; ta uproszczona konstrukcja przekłada się na większą niezawodność.

Zagadnienie 4: Zbyt wysokie koszty energii elektrycznej, sprężarki powietrza stają się najbardziej energochłonnymi urządzeniami na linii produkcyjnej

To nie jest nowy temat. W wielu fabrykach systemy sprężonego powietrza odpowiadają za 15–25% całkowitych kosztów energii elektrycznej. W warsztatach cięcia laserowego, ze względu na dłuższy czas pracy i większe ilości powietrza, odsetek ten jest jeszcze wyższy.

Jednak obliczenia wielu osób są błędne. Patrzą jedynie na moc znamionową urządzenia, ignorując rzeczywistą wydajność operacyjną.

Częstotliwość przemysłowa o mocy znamionowej 37 kWśrubowa sprężarka powietrza, pracująca nieprzerwanie przez 8000 godzin w roku, przy średniej globalnej cenie energii elektrycznej dla przemysłu wynoszącej 0,12 USD/kWh, roczny koszt energii elektrycznej wyniósłby w przybliżeniu: 37 × 0,12 × 8000 = 35 520 USD.

Energooszczędna sprężarka z inwerterem z magnesami trwałymi klasy 1, w tych samych warunkach pracy, pozwala zaoszczędzić około 30–35% energii elektrycznej rocznie, co przekłada się na oszczędności od 10 000 do 12 000 dolarów rocznie. Oszczędności energii elektrycznej w ciągu dwóch lat wystarczyłyby na zakup nowej maszyny.

Kosztem, który najłatwiej przeoczyć, są straty związane z rozładunkiem. Kiedy turbina gazowa o częstotliwości sieciowej jest ładowana i rozładowywana, silnik nadal się obraca podczas rozładowywania, zużywając około 30% -40% prądu jałowego w porównaniu z pełnym obciążeniem; ta energia jest całkowicie marnowana. Jednakże modele o zmiennej częstotliwości z magnesami trwałymi dostosowują prędkość w czasie rzeczywistym do zużycia gazu, co skutkuje niemal zerowymi stratami podczas rozładunku.

Problem 5: Częste drobne awarie i zaległości w realizacji zleceń konserwacyjnych wpływają na ogólną wydajność sprzętu.

Jest to złożone zagadnienie. Układ sprężonego powietrza obejmuje sprężarkę śrubową, osuszacz, filtr, zbiornik powietrza i rurociągi; problem w którymkolwiek z tych elementów będzie miał wpływ na jakość cięcia.

Przeanalizowaliśmy dane od 32 użytkowników cięcia laserowego na całym świecie, obsługiwanych w latach 2023–2024. Typowe problemy związane ze sprężarkami śrubowymi, uszeregowane według częstotliwości występowania, to:

s Poślizg lub zerwanie paska (29%)

■ Zablokowanie separatora oleju prowadzące do nadmiernej różnicy ciśnień (24%)

■ Awaria zaworu regulacji temperatury powodująca wyłączenie przy wysokiej temperaturze (16%)

■ Awaria zaworu dolotowego (13%)

■ Zużycie łożysk silnika i nietypowy hałas (10%)

s Kwestie związane z kontrolerem (8%)

Problemy z paskiem i zaworami stanowią ponad połowę z nich. Problemy te są w dużej mierze nieobecne w prostszych modelach z napędem bezpośrednim z magnesami trwałymi.

Wymienione powyżej problemy wielokrotnie występowały na liniach produkcyjnych w różnych krajach i regionach. Obecnie najbardziej dojrzałym rozwiązaniem w branży jest zastąpienie starego typu obudów napędu stałoczęstotliwościowego lub trakcyjnego energooszczędnymi napędami bezpośrednimi o zmiennej częstotliwości z magnesami trwałymisprężarki śrubowe.

Nie oznacza to, że ta seria obudów jest całkowicie wolna od usterek, ale raczej, że jej konstrukcja pozwala uniknąć kilku głównych punktów awarii: wyeliminowanie napędu trakcyjnego, wyeliminowanie rozładunku za pomocą sterowania ze zmienną częstotliwością oraz wykorzystanie inteligentnej kontroli konserwacji w celu utrzymania stabilności spalin. Same silniki z magnesami trwałymi o klasie efektywności energetycznej IE5 wytwarzają niewiele ciepła, ale mają stosunkowo wysoki wskaźnik awaryjności.

Przeprowadziliśmy badanie porównawcze na trzech liniach produkcyjnych do cięcia laserowego w Wietnamie, Meksyku i Turcji w identycznych warunkach pracy: po zastosowaniu obudów o zmiennej częstotliwości z magnesami trwałymi, nieplanowane zdarzenia związane ze sprężonym powietrzem spadły o co najmniej 76%, roczne koszty energii elektrycznej spadły o 30%-34%, a reklamacje związane z jakością cięcia spadły o ponad 60%.

Dane zawarte w tym artykule pochodzą z wielu zestawów pomiarów na miejscu i statystyk opinii użytkowników; wyniki mogą się różnić w zależności od warunków pracy i środowiska.

Jeżeli obecnie występują problemy ze sprężonym powietrzem, prosimy o przesłanie nam bieżących parametrów pracy — zużycia powietrza, wymagań ciśnieniowych, istniejących modeli sprzętu i liczby maszyn do cięcia. Nasz zespół techniczny może zapewnić bezpłatną analizę zużycia energii i rozwiązywanie problemów. Dane kontaktowe dostępne są w formularzu na tej stronie; rozwiązanie zostanie dostarczone w ciągu 24 godzin.