Използването на енергия във въздушните компресори, повлияно от ефективността на 3 филтъра
Въздушеният филтър, масленият филтър и въздушно-масленият сепаратор работят като „Екосистема“
От Скот Галоуей, глобален мениджър продажби, Donaldson Company, Inc.
Сгъстеният въздух е ключов източник на енергия в промишлените съоръжения. Често наричан „четвъртата енергия“, заедно с водата, електричеството и газта, сгъстеният въздух управлява машини, пренася материал, създава налягане в хидравличните системи и изпълнява безброй други функции.
Всичко това изисква енергия. Според Министерството на енергетиката на САЩ генерирането на сгъстен въздух представлява средно 10 до 30 процента от разходите за електроенергия на завода.¹ С това значително въздействие върху разходите мениджърите на съоръжения имат голям интерес да намалят енергийните нужди на своите компресори, и производителите на компресори отговарят с усилия да проектират оборудване, което осигурява максимална ефективност. В допълнение, правителствата по целия свят въвеждат законодателни изисквания за по-висока ефективност за оборудването със сгъстен въздух.
Филтриращата система на компресора може да окаже значително влияние върху ефективността на системата. Производството на сгъстен въздух на ниска цена изисква три отделни филтъра, които работят в синхрон, филтрирайки частиците и отделяйки маслената мъгла от въздушния поток, без да са твърде ограничаващи за движението на въздуха през системата. Ефективността на филтрация на едно място пряко влияе върху производителността на другите две. Прилагайки водеща технология за филтриране в цялата система, производителите на компресори могат да подкрепят пестенето на енергия и също така да помогнат за ограничаване разхода на масла, изисквани от тяхното оборудване.
Следва въведение в ролята на всеки компресорен филтър и технологиите, които могат да помогнат за оптимизиране на производителността на системата.
Филтърната екосистема: Общ преглед
Ротационните винтови въздушни компресори с масло, най-често използваната технология в индустрията, имат три основни филтриращи компонента: входящ въздушен филтър, маслен или „смазочен“ филтър и въздушно-маслен сепаратор, както е показано на фигура 1.
Фигура 1: Схема на потпоен в масло ротационен винтов въздушен компресор
Въздушният филтър на всмукване е проектиран да филтрира частици с максимална ефективност. Масленият филтър е проектиран да улавя възможно най-много прахови частици в маслото. Въздушно-масления сепаратор е проектиран да отделя останалата маслена мъгла, преди сгъстеният въздух да навлезе в системата. Заедно тези три компонента съставят филтриращата екосистема, както е показано на фигура 2.
Какво представлява висококачествен всмукателен въздушен филтър?
Като първа линия на филтрационна защита за поддържане на чист въздух в компресорната система, работата на въздушния филтър е да предотврати навлизането на въздушни частици в компресора с оптимална ефективност и минимално ограничение. Това обикновено се постига чрез някакъв тип влакнеста медия, поставена в корпус, както е показано на Фигура 3.
Фигура 2: Екосистемата за филтриране зависи от трите компонента за оптимална производителност.
Фигура 3: Всмукателният въздушен филтър е проектиран да задържа частици носещи се във въздуха извън компресора.
Фигура 4: Tехнологията Ultra-Web образува фина влакнеста мрежа, която улавя прах върху повърхността на медията.
Докато типичните традиционни целулозни филтри осигуряват ефективност от приблизително 99 процента, технологията с фини влакна може да осигури ефективност от 99,99 процента, както е показано на фигура 5.
Дори целулозните филтри да могат да генерират ефективност, по-голяма от 99 процента, те могат да станат неприемливо ограничаващи за компресорни приложения поради плътната си конструкция от влакна.
По-конкретно, филтрите с фини влакна осигуряват висока „първоначална ефективност“, което се отнася до ефективността на въздушния филтърен елемент, когато се използва за първи път. Това премахва частиците от въздушния поток и удължава живота на филтъра, като улавя прах върху повърхността на медията, а не в дълбочина.
Фигура 5: Ultra-Web технологията може да осигури ефективност на филтриране до 99,99 процента.
Технологията за повърхностно натоварване е доказала, че осигурява нисък спад на работното налягане за продължителен период от време, което допринася за дълъг живот на филтър и изисква по-малко енергия.
Както е показано на Фигура 6, при въздушни потоци от 200 кубически фута в минута (CFM), Ultra-Web филтрите създават ограничения, еквивалентни на по-малко от 7 инча вода, срещу 10 инча за конкурентен филтър.
Фигура 6: Ultra-Web може да намали рестрикцията спрямо конкурентните филтри.
Подобрената филтрация на входящия въздух също удължава и живота на компонентите след филтъра – масления филтър и въздушно-масления сепаратор. Замърсяването с прах и други частици е основният фактор, ограничаващ живота на масления филтър и въздушно-масления сепаратор. Като поддържат частиците извън въздушния поток, останалите филтри могат да функционират по-дълго и по-ефективно. Чрез намаляване на замърсяването надолу по веригата и произтичащото от това увеличение на ограниченията във въздушно-масления сепаратор и масления филтър, компресорът ще изисква по-малко електроенергия за да достави даден обем сгъстен въздух, което помага за намаляване на общите разходи за експлоатация.
Пример за запушена медия на въздушно-маслен сепаратор е показана в увеличените изображения на Фигура 7. При чиста медия на въздушно-маслен сепаратор 100 процента от повърхността е достъпна за коалесценция. При среда, заредена с частици, е налична по-малка повърхност за коалесценция и въздушно-масления сепаратор става по-малко ефективен.
Фигура 7: Чиста медия за въздушно-маслен сепаратор (вляво) спрямо замърсена медия (вдясно).
Следващият по ред във филтриращата екосистема е масленият филтър или „смазoчният“ филтър. Тъй като маслото се смесва с въздуха, докато въздухът се компресира, се въвеждат нови замърсители, така че мисията на масления филтър е да филтрира тези частици от маслото. Това помага да се предпазят лагерите в края на въздушния поток, както и да се предотврати преминаването на частици надолу по варигата, където могат да задръстят въздушно-масления сепаратор.
Маслените филтри трябва да бъдат проектирани с достатъчен капацитет за прах и ефективност. Те обикновено представляват навиващи се филтри, донякъде подобни на външен вид на автомобилните маслени филтри, както е показано на Фигура 8.
Фигура 8: Маслените филтри са проектирани да улавят частици в маслото.
Капацитетът на смазочния филтър може да бъде разширен или чрез увеличаване на размера, или чрез подобряване на филтриращата медия. Тъй като увеличаването на размера на филтъра често консумира ценно пространство и води до допълнителни разходи, подобряването на медията осигурява по-ефективен подход.
Медията Donaldson Synteq™ XP е доказал своята висока ефективност при маслените филтри за компресор. Тя осигурява еднородна среда с повече отвори за пори от целулозната медия, което повишава ефективността и капацитета. Нейните патентовани двукомпонентни влакна осигуряват силна връзка, както е показано на Фигура 9.
Synteq е медия без смола, която осигурява по-ниски ограничения на потока в сравнение със стандартните целулозни медии, както е показано на Фигура 10. Освен това осигурява по-дълъг живот в сравнение с традиционните свързани със смола целулозни медии, като същевременно увеличава капацитета за натоварване и задържане на замърсители.
Фигура 9: Медията Donaldson Synteq™ XP използва двукомпонентни влакна за осигуряване на силна връзка.
Фигура 10: Synteq осигурява по-нисък спад на налягането от целулозната медия.
Въздушно-масления сепаратор : Последна спирка
Като последна стъпка, преди въздухът да напусне компресора, въздушно-масленият сепаратор често е първото съображение при оптимизация на компресорната екосистема. Докато лошо функциониращите въздушни филтри или маслени филтри може да не бъдат забелязани веднага, когато работата на въздушно-масления сепаратора е компрометирана, ефектите са по-очевидни. Въздухът, излизащ от компресора, може да съдържа прекомерно количество маслена мъгла.
Фигура 11: Въздушно-маслените сепаратори представляват последната стъпка на филтриране, преди въздухът да напусне компресора.
Тъй като въздушно-масления сепаратор е проектиран да отделя останалото количество маслена мъгла от сместа въздух-масло, преди въздухът да напусне компресора, неговата производителност е от решаващо значение за екосистемата на компресора. Както при другите компоненти на филтъра, ефективността на медията е от ключово значение за правилното представяне. Обвитите Donaldson въздушно-маслени сепаратори, както е показано на фигура 11, са идеални за повечето типове компресори и се предлагат стандартно със собствената Donaldson Synteq™ медия. Плисирани въздушно-маслени сепаратори също се предлагат от Donaldson, като те предоставят допълнителна гъвкавост на дизайна чрез увеличена повърхност, позволяваща по-голям въздушен поток.
Първокласните Donaldson въздушно-маслени сепаратори използват патентованата коалесцираща медия Synteq XP™ за да осигурят по-дълъг живот от традиционната медия, като същевременно максимално повишат производителността. Synteq медията помага да се изпълнят изискванията за пренос на масло, като същевременно се поддържа възможно най-нисък спад на налягането, както е показано на Фигура 12. Тази филтрираща медия, без смола, осигурява ефективен дренаж и свободен въздушен поток, което води до намалено ограничение и в допълнение, спестяване на енергия. Освен спестяването на енергия, осигуряването на малък пренос на масло запазва високотехнологичното и скъпо компресорно масло, където му е мястото. Това намалява обема на необходимото масло за доливане и допълнително намалява количеството масло надолу по веригата в системата за сгъстен въздух, където маслото може да доведе до проблеми в работата и до оплаквания на клиенти.
Фигура 12: Synteq медията помага на въздушно-маслените сепаратори да отговарят на изискванията за пренос на масло, като същевременно поддържат нисък спад на налягането.
Как компонентите на екосистемата работят заедно
Въздействието на филтриращите елементи един върху друг може да се види, като се наблюдава ефектът на въздушните филтри върху живота на въздушно-масления сепаратор. Както е показано на фигура 13, въздушните филтри Ultra-Web произвеждат по-бавно нарастване на ограниченията във въздушно-маслените сепаратори в сравнение с въздушните филтри с целулозна медия, увеличавайки повече от два пъти живота на въздушно-масления сепаратор в някои сличаи или увеличавайки го с приблизително 65 процента в други. Тези резултати са от два отделни компресора с мощност 600 к.с. в текстилен завод в Северна Каролина. Donaldson извърши базово тестване с напълно обслужени машини, използвайки целулозни оригинални елементи за първоначално вграждане (червените линии), след това обслужи компресорите отново със свежо масло и нови въздушно-маслени сепаратори, замени въздушните елементи с Ultra-Web версии и тества отново. Резултатът е по-дълъг живот на въздушно-маслените сепаратори в тези компресори (сини линии).
Фигура 13: Въздушните филтри Ultra-Web увеличиха живота на въздушно-маслените сепаратори и в двата казуса.
В крайна сметка спада на налягането отнема ефективността на компресорите. Същото количество електроенергия произвежда по-малко сгъстен въздух, когато се въвеждат спадове на налягането. Основното правило е, че спад на налягането от 1 psi по същество отнема от компресора 0.5 процента от работната мощност.
Заключение
Прилагайки екосистемния подход към компресорите, става ясно, че системата е толкова добра, колкото добро е нейното „най-слабо звено“. Ако се направят компромиси с един филтриращ елемент, това може да повлияе неблагоприятно на останалите филтри и в крайна сметка на цялата система. Тъй като компресорните масла са високотехнологични масла и са по-скъпи от стандартните смазочни прродукти, собствениците на компресорни системи имат убедителни причини да намалят до минимум загубите и да увеличат максимално ефективността. Повишената ефективност подпомага спестяването на разходи и по-малко главоболия за операторите/собствениците на компресори. С технологията и инженерната поддръжка на Donaldson собствениците на компресори могат да намерят продуктово решение, базирано на екосистеми, което правилно съчетава филтриращите елементи за да им помогне да оптимизират ефективността.
Регулации за ефективност на компресорите
Европейският съюз публикува директиви за екодизайн, като изискванията са висящи. Директивата гласи следното: „Действия трябва да се предприемат по време на фазата на проектиране на продукти, свързани с енергията, тъй като изглежда, че замърсяването, причинено по време на жизнения цикъл на продукта, се определя на този етап и повечето от свързаните разходи се поемат тогава…Намаляването на парниковите газове чрез повишена енергийна ефективност трябва да се счита за приоритетна екологична цел в очакване на приемането на работен план.” – Интегрирана продуктова политика: Надграждане на мисленето за жизнения цикъл на околната среда (Журнал на Европейския съюз).
Скот Галоуей управлява продажбите в световен мащаб за отдела за компресора филтрация на Donaldson. Той има 25-годишен опит в компресорната индустрия, като се фокусира върху енергоспестяващи решения и изграждане на дългосрочни стратегически партньорства.
