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:

1. 专用存储器，用于提高应用程序的速度、推力或扭矩。
2. 专用存储，保护关键应用免受压力波动。
3. 专用存储将高流量应用速率应用于系统。
4. 一般或高架存储器在传输时间到供应方面支持应用程序，并在应用程序之间创建透明度。
5. 控制存储在允许压力下降中支持系统中的事件。
6. 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。专用存储器，用于提高应用程序的速度、推力或扭矩。

存在许多气动应用，其致力于稳压器可以反应。结果是物品压力下降，其降低了可以递送所需质量的空气的速度。当有人谈到这种类型的应用需要一定的压力工作正常时，它们通常指的是起始压力不是终端压力。然而，终止压力是最终的制品压力，并且是支撑应用的实际压力。致动速度小于1秒，几乎所有物品所需的质量都将来自储存。具有较长的致动循环，储存的质量将控制压降，同时在调节器上建立流量以支持应用。控制压降量将改善应用的可重复性以及适用的速度，推力或扭矩。施加储存或电容的替代方案是通过将调节器开放来增加终止物品压力以增加起始压力。如果性能仍然是不可接受的，则系统压力增加。任何一种溶液都会增加可用质量，但增加压力具有显着的运营成本惩罚，并将增加文章压力波动的量。 Applying storage reduces the pressure fluctuation and will allow you to reduce the header pressure if you are working on those applications which are dictating the operating pressure for the system. Remember, this is one of our fundamental principles: you can increase the capacity to store or you can increase the useful pressure differential. The additional capacitance should be located down stream of the regulator as depicted in DIAGRAM #1. The required storage can be calculated by using a variation of the primary formula:

(事件的大小，立方英尺)X(大气压力)/(允许压降)=(所需储存立方英尺)X (7.48 scf/gal) =(所需储存加仑)

例如，控制0.01 SCF的压降所需的储存量将计算为0.01 SCF×14.5psia / 5psi = .029 scf或.22加仑。这将是典型的封装或组装应用中的小型高速气缸。

应用程序# 2。专用存储，保护关键应用免受压力波动。

另一种可以引起高系统压力的气动应用是一种关键应用，必须保护远压中的波动。通常，这种类型的应用需要相对低的压力，例如60psig，但整个系统压力将升高到95或100 psig以确保临界使用压力将保持在标题中经历的最小压力之上。更好的解决方案是增加本地存储的能力，并将额外的体积专用于带有止回阀的关键应用。例如，故障关闭阀上的隔膜致动器可能需要60 psig的1立方英尺。使用主要公式，控制压力下降到2 psi所需的存储卷是：

（1 scf x 14.5 psia / 2 psi）= 7.25 scf x 7.48 gal / scf = 54.3加仑每个致动

储罐应位于调节器上游，并根据图2所示的系统进行检查。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。在本例中，集管压力可降至72 psig，这允许FRL上的压力为10 psid，并且仍然为致动器提供所需的质量和压力。

应用程序＃3。专用存储将高流量应用速率应用于系统。

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。一般或高架存储器在传输时间到供应方面支持应用程序，并在应用程序之间创建透明度。

要理解一般储存的价值，你必须记住时间的成分。当大用户进入系统时，空气向应用程序流动，从而降低了周围集管的压力。增加的空气需求以每秒250英尺的速度向外移动，直到到达压缩机信号位置。当压缩机响应有足够的动力和增加的输送，压力衰减将停止。在集管中可以看到的压降量直接与集管中的存储体积、事件的大小以及事件到供气的距离有关。假设最大的事件是一个600 scfm的应用程序的启动，该应用程序位于距压缩机室1000英尺的集箱距离。该应用程序将以10 scf/sec (600 scfm / 60 sec)的速度从头部清除空气4秒(1000英尺/ 250 fps)。在这一点上，事件将到达压缩机室和供应可以响应存储或电源。假设我们想将压力降控制在2psi以下，存储要求是(4 sec x 10 scf/s) = 40 scf x 14.5 psia / 2 psi = 290 scf x 7.48 gal/scf = 2169加仑。如果这个数字是重要的，您可以从这个数字中减去总管管道中包含的现有体积。 Adding receivers to the header is the most economical means of increasing the storage volume. These receivers should be spooled in near the large events; it is not necessary to "flow through" the tank. In many systems the largest coincidental event will be shift start up when most users hit the system at very close to the same time. The alternative to adequate general storage is to raise the header pressure until the largest pressure fluctuations don't impact the highest critical use pressure. Unfortunately, as the pressure increases so does the demand for air in all unregulated uses such as leaks, open blowing, and users with the regulator cranked all the way open. This phenomenon is called artificial demand and it prevents the compressors from being able to equalize the pressure throughout the header. Eventually, the pressure rises to the modulation or unload setpoint on the compressor or in systems with high levels of artificial demand, the system actually absorbs the increased flow and the pressure stabilizes before the compressor unloads.

应用程序＃5。控制存储在允许压力下降中支持系统中的事件。

如果你在压缩空气中待了很长时间，你就会听到“……这种类型的压缩机不需要油箱……”。压缩机可能不需要油箱，但系统肯定需要!考虑一个典型的500马力旋转螺杆压缩机系统，该系统有1500英尺的6英寸集气阀，3英寸副集气阀，制造厂没有油箱。总电容将小于19 scf/psi，这是通过管道的总体积除以大气压力计算出来的(类似于上面的存储公式)。如果系统运行两个200马力和一个100马力的压缩机，一个200马力的基本负荷单元的故障将导致大约1000 scfm或16.7 scf/sec的供应损失。压力将以0.88 psi/秒(16.7 scf/s / 19 scf/psi)的速率下降，这意味着20秒内压力将下降17psi。第一次发生这种压力衰减时，生产将受到影响，备用压缩机将被打开并保持打开状态，这是相当安全的。在压缩机发生故障时，为了正确地管理系统，我们必须在压缩机室内提供足够的存储空间，以便备用压缩机自动启动。这种控制允许的时间从10秒的旋转螺钉与全电压启动器到120秒的许多离心压缩机。 The event volume that must be supported from storage will be the rate of flow in scf/sec times the control permissive time of the backup compressor. As we have demonstrated, useful storage or capacitance is the capacity to store times the allowable pressure drop. But we have been attempting to minimize system pressure, so how do we provide adequate storage without increasing the system pressure and incurring the associated higher operating cost? What we require is a means of separating the demand side from the supply side of the system. This is the function of a demand expander or flow controller.

流量控制器通过控制空气的膨胀，使系统以最高效率运行。这将最大限度地减少浪费，并获得更加一致和可靠的结果。在供应端，压缩机可以在设计压力下运行，达到每消耗kW的最大质量。这两种压力之间的差异消除了人为的需求，并在系统中创造了真正可用的存储空间。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，以匹配下游的需求。这与调节阀非常不同，它不会在系统中引入能量损失，而是控制整个阀门的膨胀，以匹配需求，并在需求侧保持固定的压力。回顾一下500hp系统的例子，我们可以通过增加设计压力(125psig)的供应，在适当的流量控制器的作用下，大幅提高接收器的价值。如果我们在系统中添加一个5000加仑(668 scf)的接收器，并以75 psig运行需求，我们可以计算出可用的存储为:(668 scf / 14.5 psia) x (125-75 psig) = 2300 scf。这种存储的空气可以在任何时间以任何流速被系统访问，而不增加在线马力。在200hp压缩机出现故障的情况下，压力将降至0.36 psi/sec (16.7 scf/sec / 668 scf/ 14.5 psia)。 Now in 20 seconds, the pressure will only drop 7.2 psi on the supply side of the expander and the demand side pressure will not have changed at all. In a non-automated system, the autostart set point could be set approximately 10 psi above the expander setpoint. This would provide ample time to autostart a backup rotary screw compressor with control permissives of 10-20 seconds before the demand pressure would be impacted. In fact, the storage can support the demand after the loss of the 200 hp compressor for over 2 minutes ((125-75 psig) / 0.36 psi/sec) before there would be any impact on the demand side pressure.

应用程序# 6。离线，更高压力的空气，以支持大系统事件和减少高峰用电需求。

还有另一种方法用于支持大型间歇性系统事件或压缩机故障。这涉及到使用与水塔概念非常相似的高压离线存储。水塔由较小马力的泵供应，该泵持续运行，将水泵送至高位水箱。当需求达到峰值时，水箱中的水几乎可以以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按照特定系统的要求进行设计和应用，但通常由两个10-20 hp压缩机组成，以>200 psig的压力将空气输送至10000-20000加仑的接收器，该接收器通过控制阀装置与集管系统隔离。需要一个流量控制器和一个基于PLC的自动化系统，不断监测系统中的变化率，以使离线高压空气正常工作。自动化系统将打开高压空气控制阀，并将储存的空气引入集管以支持事件。该过程的控制至关重要，因为如果储存的空气导致压力升高，基本负载压缩机将卸载，这将导致高压空气储存耗尽时系统崩溃。在系统事件结束时，自动化系统将关闭控制阀，并开始恢复20000加仑接收器中的压力，该接收器配备20个hp装置，每个装置产生约75 scfm。图#3所示的200 psig压缩机是几个主要制造商提供的标准设备，作为单级旋转螺杆装置。

离线高压空气有助于保护由于财务或安全问题而处于超临界状态的系统。然而，大多数系统的主要原因是避免运行大型基本负载压缩机，以支持大型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，当压缩机发生故障或喘振时，几乎总是有一个额外的压缩机运行以支持系统。这是由于控制允许时间为120秒，使得控制存储不切实际。例如，如果出现故障的压缩机为700 hp和3000 scfm或50 scf/s，则存储器必须支持6000立方英尺（120秒x 50 scf/s）。20000加仑的接收器提供184.4 scf/psi（20000加仑/7.48 scf/psi/14.5 psia）。将6000 scf要求除以184.4 scf/psi电容，确定高压空气储罐中的压力将下降32.5 psi至142.5 psig。备用压缩机启动且高压空气阀关闭后，将开始恢复接收器压力。将6000 scf的总事件除以75 scfm高压空气压缩机的输出，每一个都表明如果两台压缩机都运行，则需要80分钟，或者一台压缩机需要160分钟。该系统的初始成本仅为700 hp备用压缩机成本的一小部分，并且在需要时运行成本明显较低。

结论

通过应用压缩空气系统所涉及的基本存储原则，您可以立即提高生产设备在生产率和质量方面的性能，并大幅降低您的压缩空气系统的运行成本。在系统中应用这些基本存储原则的另一种选择是始终使用过多的压力和功率来弥补存储的不足。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系统该公司是一家专门从事审计和设计压缩空气系统的咨询公司，曾是佐治亚州亚特兰大air Management的负责人。他是技术核心小组的成员，该小组为美国能源部的压缩空气挑战赛编写培训材料。他对超过1000个工厂的压缩空气系统进行了完整的系统审计，提供了改进质量和生产率的建议，同时降低了工厂的运营成本。如欲了解更多信息，请致电(404)307-6836或电邮至dsmith@izsystems.com。

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