压缩空气储存的六种应用
在压缩空气系统中有许多方法来使用存储来提高生产设备的性能和重复性。没有一种方法能完全解决问题。一些行业专业人士会告诉你，某些类型的压缩机不需要存储。然而，该系统承受不起对性能或运营成本的影响。应用存储的替代方案是在更高的压力和更大的功率下运行，以支持关键应用和系统中经历的峰值空气需求。在系统中，存储应该在六个基本领域进行适当的设计和应用。这些都是:
- 用于提高应用程序的速度、推力或扭矩的专用存储。
- 专用存储，保护关键应用免受压力波动影响。
- 专用存储，可将高流速的仪表应用到系统中。
- 通用或开销存储，用于在传输到供应端期间支持应用程序，并在应用程序之间创建透明度。
- 在允许的压降范围内控制存储以支持系统中的事件。
- 离线，储存更高压力的空气，以支持大型系统事件和减少高峰用电需求。
为了理解何时以及如何在系统中应用存储，必须讨论一些基本原则。首先，系统中的物品压力是设备实际入口连接处的终止压力。它不是在调节器或头部，所以当有人说他们必须有90 psig为一个特定的设备，这是非常重要的，知道他们在哪里监测压力。这似乎是一个很小的区别，但它在支持这篇文章所需的内容方面产生了巨大的差异。其次，该系统的目的是在规定的时间内将所需的空气量送达物品。压缩空气在系统内以有限的速度流动，这是由存在的压差决定的。在1 psid下，这个速度大约是250英尺/秒，这意味着如果压缩机距离超过250英尺，它们不会看到持续时间小于1秒的事件，直到事件完成。如果你忘记考虑时间，这些存储概念的价值将很难把握。第三，应用有用存储或电容的主要公式是存储容量乘以允许压降。例如,如果我有一个660加仑坦克和我可以允许的压力下降10 psi那么有用的计算存储:(660加仑/ 7.48加仑/立方英尺)/ 14.5 psia = 6.07 sscfψx 10ψ= 60.7自洽场的可用存储空气。 With these principles in mind, let's take a look at each of the six areas where we can apply storage and discuss the benefits of each case.
应用程序# 1。用于提高应用程序的速度、推力或扭矩的专用存储。
有许多气动应用的启动速度比调节器的反应速度快。其结果是物品压力下降，从而降低所需空气质量的输送速度。当有人谈到这种需要一定压力才能正常工作的应用时，他们通常指的是启动压力，而不是终止压力。然而，终止压力是最终产品压力，是支持应用的实际压力。在驱动速度小于1秒的情况下，物品所需的几乎所有质量都来自存储。对于更长的驱动周期，当流量通过调节器建立以支持应用时，来自存储器的质量将控制压降。控制压降量将提高应用的可重复性以及速度、推力或扭矩（如适用）。应用存储或电容的替代方法是通过打开调节器来增加启动压力，从而增加端接物品的压力。如果性能仍然不可接受，则系统压力增加。任何一种解决方案都会增加可用质量，但增加压力会带来显著的操作成本损失，并会增加物品压力波动量。应用存储功能可减少压力波动，并允许您在处理决定系统工作压力的应用程序时降低收割台压力。请记住，这是我们的基本原则之一：可以增加存储容量，也可以增加有用的压差。附加电容应位于调节器下游，如图1所示。所需的存储量可通过使用主公式的变化来计算：
（事件大小以立方英尺为单位）X（大气压力）/（允许压降）=（所需存储量以立方英尺为单位）X（7.48 scf/gal）=（所需存储量以加仑为单位）
例如，将0.01 scf使用的压降控制在5 psi所需的存储容量计算为0.01 scf x 14.5 psia/5 psi=.029 scf或.22加仑。这是包装或组装应用中小型高速气缸的典型情况。
应用程序#2。专用存储，保护关键应用免受压力波动影响。
另一种可能导致系统压力高的气动应用是一种必须防止集管压力波动的关键应用。通常，此类应用需要相对较低的压力，如60 psig，但整个系统压力将升高至95或100 psig，以确保临界使用压力保持在集管中经历的最小压力以上。更好的解决方案是增加本地存储容量，并使用止回阀将额外的容量专用于关键应用。例如，故障关闭阀门上的隔膜致动器可能需要1立方英尺的空气，压力为60 psig。使用主要公式，将压降控制在2 psi所需的存储容量为：
（1 scf x 14.5 psia/2 psi）=7.25 scf x 7.48 gal/scf=每次驱动54.3加仑
油箱应该位于调节阀的上游，并按照图#2所示从系统进行检查。这种安排将防止瞬态系统问题影响应用所需空气的可用性。在这个例子中，封头压力可以降低到72 psig，允许在FRL中使用10 psid，同时仍然为执行器提供所需的质量和压力。
应用程序#3。专用存储器，用于测量进入系统的高流量应用。
这种存储方式的一种变体是保护整个系统不受间歇性应用的影响，这种应用会在启动时引起集管压力波动。在这种情况下，存储体积的计算和安装方式与保护关键应用相同，但与止回阀一起安装一个针阀。一旦启动，接收器就会提供所需的空气质量。调节针阀以控制接收压力的恢复速率，从而产生更恒定和更低的流量到系统。为了使这个应用程序工作良好，恢复时间必须等于或大于驱动时间。接收器的压力只需要在下一次驱动前恢复，因此使用体积可以在整个周期时间内分散。例如，打开时间小于0.25秒的螺线管上的反向脉冲袋式脉冲。虽然所需的空气总量大约只有2立方英尺，但产生的流速是480 scfm (2 scf x 60秒/ 0.25秒)。这种高流速将导致集管压力随着每一个脉冲下降，并可能导致附近更多关键用户需要更高的压力。脉冲每隔几分钟发生一次，因此接收器压力的恢复可以在15秒内轻松测量，这将减少流量到8 scfm (2 scf x 60秒/ 15秒)。 This significantly reduces the peak in air demand caused by such applications and will reduce the on line compressor horsepower correspondingly.
应用程序#4。通用或开销存储，用于在传输到供应端期间支持应用程序，并在应用程序之间创建透明度。
要了解常规存储的价值，您必须记住时间部分。当大用户进入系统时，空气流向应用程序，降低周围集管中的压力。空气需求的增加以每秒250英尺的速度向外移动，直到到达压缩机信号位置。当压缩机以足够的功率和增加的输出响应时，压力衰减将停止。在集管中可以看到的压降量与集管中的存储容量、事件大小以及从事件到供应的距离直接相关。假设最大的事件是600 scfm应用程序的启动，该应用程序位于距离压缩机房1000英尺的收割台上。此应用程序将以10 scf/sec（600 scfm/60 sec）的速率从收割台排出空气4秒钟（1000 ft/250 fps）。此时，事件将到达压缩机房，电源可通过存储或电源进行响应。假设我们希望将压降控制在2 psi以下，则存储要求为（4秒x 10 scf/s）=40 scf x 14.5 psia/2 psi=290 scf x 7.48 gal/scf=2169加仑。如果集管中包含的现有体积较大，则可以从该图中减去该体积。向报头添加接收器是增加存储容量的最经济的方法。这些接收器应安装在大型活动附近；无需“流经”油箱。在许多系统中，最大的巧合事件是当大多数用户在非常接近同一时间触碰系统时，轮班启动。充足的一般储存的替代方法是提高集管压力，直到最大的压力波动不影响最高的临界使用压力。不幸的是，随着压力的增加，在所有不受管制的用途中对空气的需求也会增加，例如泄漏、露天吹气以及调节器一直打开的用户。这种现象称为人为需求，它阻止压缩机平衡整个集管的压力。最终，在压缩机或人工需求量较高的系统中，压力上升至调制或卸载设定点，系统实际吸收增加的流量，压力在压缩机卸载前稳定。
申请表#5。控制存储，以在允许的压降范围内支持系统中的事件。
如果你在压缩空气附近呆了很长时间，你会听到，“……这种类型的压缩机不需要油箱……”。压缩机可能不需要油箱，但系统确实需要！考虑一个典型的500 HP旋转螺杆压缩机系统，1500英尺的6个“头，3”子头和没有坦克在制造厂。总电容将小于19 scf/psi，其通过管道总体积除以大气压力计算得出（类似于上述存储公式）。如果系统运行两台200 hp和一台100 hp压缩机，200 hp基本负载装置的故障将导致约1000 scfm或16.7 scf/sec的电源损失。压力将以.88 psi/sec（16.7 scf/s/19 scf/psi）的速率下降，这意味着在20秒内压力将下降17 psi。第一次出现这种压力衰减时，生产将受到影响，备用压缩机将打开并保持打开状态，这是一个相当安全的赌注。为了在压缩机故障期间正确管理系统，我们必须在压缩机房中提供足够的存储空间，以允许备用压缩机自动启动。该控制允许时间从带全电压起动器的旋转螺钉的10秒到许多离心式压缩机的120秒不等。存储器必须支持的事件量将是以scf/sec为单位的流量乘以备用压缩机的控制允许时间。正如我们已经证明的，有效存储或电容是存储容量乘以允许的压降。但是，我们一直在尝试将系统压力降至最低，那么，我们如何在不增加系统压力和相应的更高运营成本的情况下提供足够的存储？我们需要的是一种将系统的需求端与供给端分离的方法。这是需求扩展器或流量控制器的功能。
流量控制器通过控制空气向下膨胀至较低的集管压力，使系统能够以最大效率运行。这样可以最大限度地减少浪费，并获得更加一致和可靠的结果。在供给侧，压缩机可在设计压力下运行，以达到每千瓦消耗的最大输送质量。两种压力之间的差异消除了人为需求，并在系统中创建了真正的可用存储。当系统中发生需求事件时，控制器将通过调节流量控制阀来响应，以匹配下游需求。这与调节器非常不同，因为它不会在系统中引入能量损失，而是控制通过阀门的膨胀以满足需求，并在需求侧保持固定压力。回顾500 hp系统示例，我们可以通过将供应增加到设计压力（例如125 psig），在流量控制器就位的情况下大幅增加接收器的值。如果我们向系统中添加一个5000加仑（668磅/平方英寸）的接收器，并在75磅/平方英寸的压力下运行需求，我们可以计算可用存储量为：（668磅/平方英寸/14.5磅/平方英寸）x（125-75磅/平方英寸）=2300磅/平方英寸。系统可以随时以任何流速访问存储的空气，而无需增加在线马力。如果200 hp压缩机发生故障，压力现在将降至0.36 psi/sec（16.7 scf/sec/668 scf/14.5 psia）。现在，在20秒后，膨胀机供应侧的压力将仅下降7.2 psi，而需求侧的压力将不会发生任何变化。在非自动系统中，自动启动设定点可设置为比膨胀机设定点高约10 psi。这将提供足够的时间，在需求压力受到影响之前，自动启动控制许可10-20秒的备用旋转螺杆压缩机。事实上，在200 hp压缩机损失超过2分钟（（125-75 psig）/0.36 psi/sec）后，在对需求侧压力产生任何影响之前，存储可以支持需求。
应用程序#6。离线、高压空气，支持大型系统事件，降低峰值电力需求。
还有另一种方法可以支持大型间歇性系统事件或压缩机故障。这涉及到使用高压离线存储，在概念上与水塔非常相似。水塔由马力较小的水泵提供，水泵不断地运转，将水抽到升高的水箱中。当需求达到峰值时，缸内的水可以以几乎任何流速添加到在线系统中，而无需打开大马力泵。每个离线,高压空气系统必须设计并应用于特定系统的需求但通常将包括两个10 - 20 hp空气压缩机提供> 200 psig 10000 - 20000加仑接收机是孤立的形式由控制阀头系统安排。一个流量控制器和一个基于PLC的自动化系统，不断监测系统的变化率，以使离线的高压空气功能正常。自动化系统将打开高压空气控制阀，并将储存的空气引入联箱以支持事件的发生。这一过程的控制是至关重要的，因为如果存储的空气导致压力上升，基负载压缩机将卸载，这将导致系统崩溃时，高压空气存储耗尽。在系统事件结束时，自动化系统将关闭控制阀，并开始回收20,000加仑接收器的压力，每个20马力的单元大约产生75 scfm。图#3中描述的200 psig压缩机是几个主要制造商提供的单级旋转螺杆单元的标准设备。
离线，高压空气是有用的，以保护系统是超临界由于财务或安全问题。然而，大多数系统的主要原因是避免运行大型、基本负载的压缩机来支持大需求事件或在压缩机故障期间支持大型系统。例如，在离心式系统中，当压缩机出现故障或突涌时，几乎总是有一个额外的压缩机运行以支持系统。这是由于控制许可可以是120秒，使控制存储不切实际。例如，如果压缩机在700hp和3000scfm或50scf /s时发生故障，存储将不得不支持6000立方英尺(120秒x 50 scf/s)。一个20,000加仑的接收器提供184.4 scf/psi(20,000加仑/ 7.48 scf/psi / 14.5 psia)。将6,000 scf要求除以184.4 scf/psi电容决定高压空气接收器的压力将下降32.5 psi至142.5 psig。备用压缩机启动，高压气阀关闭后，接收压力开始恢复。将6000 scf的总事件除以每台75 scfm的高压空气压缩机的输出表明，如果两台压缩机都运行，需要80分钟，如果一台压缩机运行，需要160分钟。该系统的初始成本将是一个零头的成本的备份700马力压缩机，并将明显更便宜的运行时，需要。
结论
通过应用压缩空气系统中涉及的基本存储原则，您可以立即提高生产设备的生产率和质量，并大幅降低压缩空气系统的运营成本。在系统中应用这些基本存储原则的替代方法是始终运行过大的压力和功率，以补偿存储不足。下次有人抱怨气压不足时，请记住，除了提高气压和购买或操作另一台压缩机外，还有其他选择。结束
迪安·史密斯是公司的总经理iZ系统，一家专门审计和设计压缩空气系统的咨询公司，曾任佐治亚州亚特兰大市空气管理局局长。他是技术核心小组的成员，该小组为能源部的压缩空气挑战编写了培训材料。他对1000多个工厂压缩空气系统进行了完整的系统审计，提供了在降低工厂运营成本的同时提高质量和生产率的建议。欲了解更多信息，请致电（404）307-6836或发送电子邮件至dsmith@izsystems.com.
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