锻压厂的控制改进产生了巨大的影响

Metaldyne Performance Group（本文中称为MPG）位于印第安纳州哥伦布的1号工厂（以前称为Impact Forge）对其压缩空气系统进行了显著的效率改进。在其服务提供商IAC Air Compression的帮助下，MPG对其现有的空气压缩机实施了一些创新控制，添加了具有可变容量控制的新空气压缩机，并使用现代中央控制器将所有设备连接在一起。该装置因其电力公用事业公司Duke Energy对电力的明智使用而得到认可。

图1:MPG哥伦布工厂1为汽车工业锻造零件。由于环境和缺乏可用的地板空间，最新的空压机安装在室外，在背景中可以看到寒冷天气的包装。

背景

MPG为汽车工业生产零部件。1厂有5台大型落锤锻压机和9台锻锤，以及各种压缩空气操作的生产机器，用来生产他们的零件。该工厂在2011年拥有3台大型400马力风冷润滑空气压缩机，1台水冷500马力机组和1台300马力机组。该设施的工程经理参加了2011年的压缩空气挑战培训，因此，MPG意识到他们的系统具有很高的节能潜力。他们邀请IAC空气压缩公司进入他们的工厂进行压缩空气审计，并提出一份建议报告。“当我们搬到印第安纳州中部地区时，MPG参加了我们的第一届压缩空气挑战赛——压缩空气系统基础工作坊，并留下了许多需要研究的东西。很难找到真正愿意改善压缩空气系统的企业。我们很高兴能帮助他们完成这个过程，”IAC的史蒂夫·布里斯科说。

基线调查结果

IAC通过记录空气压缩机的能量输入并计算流量输出，制定了能量和流量基线。数据显示，尽管压缩机上安装了较旧型号的中央控制器，但压缩空气的生产效率低下，因为控制策略的问题允许一次加载和卸载多台压缩机。一些机组空载运行数小时，不产生空气，但消耗大量电力。同时，在瞬态电厂峰值期间，压缩空气压力从高121 psi波动到低68 psi。

图2:压缩机的平均负载百分比非常低。今天，MPG系统的平均负载为92.5%，本文后面将展示。

多年来，工厂扩大了生产，增加了与现有压缩机控制器没有连接的新空压机。结果，效率较低的压缩机运行时，更新更高效的压缩机可以提供负载。

图3:在2012年的审计中发现了每个压缩机的功率和压缩机系统控制效率低下的证据。——点击在这里放大。

改进

多年来，一些老旧的空气压缩机达到了它们的使用寿命。自2012年以来，MPG已经更新了他们的三个压缩机更高效的两级可变容量单元，以提高效率。两个新的400马力的单位和一个新的350马力位于室外，冷却是使用变速风扇控制。一个300马力的压缩机与锥阀控制加上一个旧的400马力的单位在待机仅能力留在工厂内。

具有可变容量控制的新空气压缩机无法连接到现有压缩机控制器中，而不会失去部分负载效率优势。设施工程部召集了两个压缩空气审核员小组，对系统关键参数进行另一项基线检查，并提出改进方案。

一个团队代表一家大型国家压缩机制造商，该制造商提供了一个控制器，但该控制器与具有可变容量控制的压缩机不兼容。另一个团队，IAC Air Compression，正在与Airreader合作，后者是一家创新型空气压缩机控制装置的供应商，其模块可用于非常有效地控制任何类型的压缩机。

通常，压缩机公司会推荐安装一个或多个VSD压缩机的中央控制系统，作为有效的微调单元运行，以优化压缩空气系统的能耗。在正常的环境下，这可以完成工作，然而，热锻压厂的条件通常不干净和凉爽的地方，与变频器相关的电子设备将持续，所以这个选项不被认为是好的解决方案。另外一个问题是电站负荷的变化非常大，从低至1100 cfm到高至8000 cfm，通常在几分钟内发生。这种类型的特点需要特殊的快速和智能控制，能够保持调节压力，同时保持压缩机高效运行。

图4：快速的需求变化使得难以控制和维持稳定的压力和高效的空气系统（蓝色=流量，黑色=压力，红色=功率）-点击在这里放大。

修改控件

实现的解决方案使用了一个特殊的接口，所有的可变容量压缩机，将允许远程控制锥管和螺旋阀压缩机。这并不是空气压缩机制造商提供的标准选择，因此必须进行一些设计和创新。IAC与Airleader一起实现了一个可变位移控制器接口，该接口安装在每个压缩机内，并与中央控制器绑定。这种运行模式现在运行类似于变速压缩机系统，随着流量减少功率下降良好，但是一个更强大的系统，适合这种具有挑战性的环境。

图5:该控制器在满负荷时以最佳效率运行空压机，并通过可变容量控制来改变压缩机的流量。

图6:为了更好地控制另一个品牌的压缩机，IAC集成了一个Sullair微处理器，Airleader直接控制提升阀来控制该机组的部分负载。

图7：自定义控件允许中央控制器有效操作此压缩机上的提升阀。

执行结果

该控制的实施，以及部分排水和泄漏的消除，使系统的能耗从2012年的7690229 kWh降低到目前的4759,000 kWh，降低了38%，每年节省MPG约29万美元的能源成本。更令人惊讶的是，由于产品销售和需求的增加，该工厂的生产能力自2012年以来增加了45%。2012年该设施的平均需求为4277 cfm。如今，在解决压缩空气使用不当、降低设备压力和处理一些重大泄漏问题后，该设备在生产期间的平均需求接近3,500 cfm。这意味着他们生产更多的部件，用更少的空气，更少的动力，并提高了发电效率。作为一个例子,新压缩机和Airleader控制器的实现在2014年提高了系统具体的电源(输入功率(kW / 100 cfm)从100年的高点22.3千瓦/ cfm当前16.5 kW / 100 cfm, 26%的改善。应该指出的是，这种改进是在没有增加大的存储接收器的情况下进行的，主要是由于缺乏空间，但即使有这个限制，控制的快速反应仍然保持了足够的压力，而且效率很高。

附加福利

空中指挥控制的一个好处是它的web界面和报告功能。这是工厂人员用来跟踪系统的效率，甚至故障排除的工具。“当我们想要检查我们系统的效率时，我们不再需要找一个审计团队。设备工程师说。“拥有网页界面和报告功能就像在做一个持续的审计，当我们想要做一些事情，比如在一个较低的系统压力下做实验，我们可以立即看到结果。以前，我们对压缩空气系统知之甚少，直到有东西坏了，但现在，我们有了工具，可以不断检查系统的健康状况，并做一些先发制人的维修工作。”

图8:控制器维护一个系统读数数据库，每天、每周、每月或每年都可以生成这样的效率报告。——点击在这里放大。

Airleader也是一种工具，可提供易于理解的趋势数据，使设施工程成为核电厂减少泄漏的冠军。其中一名工程师经常监视空气泄漏。他每天检查他的系统流量，当他发现问题时，他会到车间去查找。“有一次，我休了几个星期的病假。当我回来时，我检查了我离开几天的泄漏水平，因为没有人观察泄漏水平，泄漏水平明显增加。每个系统都需要流程工程师的关注，以确保其高效运行，我们现在有能力持续监控我们的压缩空气生产系统”。

图9:即使在流量波动较大的情况下，系统压力仍能保持在91 - 101 psi之间，这是一种快速评估整个系统性能的好方法。——点击在这里放大。

“Airleader是我们为客户提供的一款优秀产品。我们安装的每一个系统都为客户带来了巨大的节约。MPG拥有最独特的系统，在运行的五台压缩机中，有四台可变排量压缩机由Airleader控制，效果非常好。他们的系统是不断被用作我们的展品，”IAC空气压缩公司的Steve Briscoe说。

定制压缩空气干燥器

另一项改进措施是安装整个装置的压缩空气过滤和一个冷却系统来干燥空气。由于工厂有巨大的压力机在生产轮班期间运行，每个压力机操作的振动转化为辅助设备(如标准冷冻干燥机)的高冲击振动。这些装置在极端条件下可以迅速分解，因此不能被视为解决工厂中糟糕的压缩空气质量的适当方案。

为MPG设计了一个定制的冷却系统，并位于主楼外。这冷却和泵冷却剂到壳和管式热交换器与水分离器位于压缩机排出。经过水分离器后，干燥的冷风通过预冷器再热交换器，以提高空气进入系统的温度。空气的干燥有助于防止水在工厂管道中形成，在过去，由于不断的冷凝物排放，导致工厂关闭。

结论

该项目是一个例子，说明了对压缩空气成本的认识如何成为变革的催化剂。电厂人员根据这一知识采取行动，向压缩空气服务供应商寻求帮助，这些供应商可以为他们的挑战提供创新解决方案。他们的控制系统不仅提高了效率，而且允许他们不断检查和修正系统，以保持最佳效率。manbetx客户端12-5下载

欲了解更多信息，请联系Ron Marshall, Marshall压缩空气咨询公司，电话:204-806-2085，邮箱:ronm@mts.net．

了解更多关于IAC压缩访问www.iacserv.com．

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