Urządzenia bez części ruchomych w przemyśle - kiedy zwiększają niezawodność procesu?
Silnik, łożysko, pasek czy wirnik mogą być niezbędnymi elementami maszyny, ale każdy element wykonujący ruch mechaniczny jest również kolejnym punktem, który z czasem może wymagać kontroli, regulacji, smarowania lub wymiany. W przypadku urządzeń pracujących bezpośrednio przy linii produkcyjnej awaria niewielkiego podzespołu może mieć konsekwencje znacznie większe niż koszt samej naprawy.
Dlatego przy projektowaniu instalacji warto zadać sobie nie tylko pytanie: jak łatwo będzie serwisować dane urządzenie?, ale także: czy tę samą funkcję można zrealizować w prostszy sposób, ograniczając liczbę elementów podlegających mechanicznemu zużyciu?
W niektórych aplikacjach przemysłowych taką możliwość daje wykorzystanie sprężonego powietrza. Odmuch, chłodzenie miejscowe, transport materiałów czy wytwarzanie podciśnienia można w określonych warunkach realizować za pomocą urządzeń pozbawionych silników, łożysk, pasków i innych ruchomych elementów.
Dlaczego ruchome elementy zwiększają wymagania serwisowe?
Sama obecność części ruchomych nie oznacza, że urządzenie będzie awaryjne. Wentylatory, pompy czy przenośniki mechaniczne są podstawą wielu procesów przemysłowych i w odpowiednio dobranych aplikacjach pozostają właściwym rozwiązaniem.
Trzeba jednak uwzględnić, że ruch mechaniczny wiąże się ze zużyciem.
Łożyska pracują pod obciążeniem, paski mogą wymagać kontroli napięcia i okresowej wymiany, silniki mogą ulegać przegrzaniu, a elementy mechaniczne mogą wymagać smarowania, regulacji lub okresowych przeglądów. Im więcej takich elementów znajduje się w urządzeniu, tym więcej potencjalnych punktów wymagających uwagi utrzymania ruchu.
Dlatego jednym ze sposobów projektowania instalacji z myślą o niezawodności jest upraszczanie konstrukcji tam, gdzie charakter procesu na to pozwala.
Nie chodzi więc o zasadę „części ruchome są złe”, lecz o bardziej praktyczne pytanie:
Czy do wykonania konkretnego zadania wszystkie te elementy są rzeczywiście potrzebne?
Czy brak części ruchomych oznacza urządzenie bezobsługowe?
Nie całkowicie. Brak części ruchomych usuwa część typowych mechanicznych punktów zużycia, ale nie oznacza, że można pominąć warunki prawidłowej eksploatacji urządzenia.
W przypadku urządzeń pneumatycznych kluczowe pozostają parametry instalacji sprężonego powietrza. Powietrze powinno mieć odpowiednią jakość, a urządzenie musi być zasilane właściwym ciśnieniem i przepływem.
Zanieczyszczenia w instalacji, niewystarczająca wydajność sprężarki, duże spadki ciśnienia czy nieprawidłowo dobrane przewody mogą pogorszyć działanie nawet bardzo prostego urządzenia pneumatycznego.
Brak silnika, łożysk czy pasków może więc ograniczyć liczbę elementów podlegających mechanicznemu zużyciu, ale nie zwalnia z prawidłowego zaprojektowania instalacji.
To ważne rozróżnienie, szczególnie gdy jednym z celów modernizacji jest ograniczenie nieplanowanych czynności serwisowych.
Gdzie można wykorzystać sprężone powietrze zamiast układu mechanicznego?
Nie każde urządzenie mechaniczne można lub warto zastępować rozwiązaniem pneumatycznym. Istnieje jednak kilka typowych procesów, w których brak części ruchomych może być istotną zaletą konstrukcyjną.
Odmuch i suszenie – noże powietrzne
Usuwanie wody, chłodziwa, pyłu czy innych zanieczyszczeń z powierzchni produktu często wymaga wytworzenia równomiernego strumienia powietrza na określonej szerokości.
Jednym z rozwiązań są noże powietrzne, które wykorzystują sprężone powietrze do wytworzenia ciągłej kurtyny powietrznej. W urządzeniach EXAIR przepływ dodatkowo zasysa powietrze z otoczenia, zwiększając całkowitą objętość strumienia.
Przy doborze produktu należy znać m.in. szerokość procesu, rodzaj wykonywanego zadania, odległość od powierzchni oraz dostępne ciśnienie sprężonego powietrza.
Chłodzenie punktowe – rurki wirowe Vortex
Nie każda aplikacja chłodnicza wymaga instalowania układu chłodniczego bezpośrednio przy chłodzonym elemencie.
Rurka wirowa Vortex wykorzystuje sprężone powietrze do wytworzenia dwóch strumieni: zimnego i gorącego. Samo urządzenie nie posiada ruchomych części ani czynnika chłodniczego.
Technologia znajduje zastosowanie przede wszystkim tam, gdzie potrzebne jest miejscowe chłodzenie określonego elementu lub procesu – np. podczas obróbki, przy chłodzeniu elektroniki, narzędzia albo wybranego fragmentu produktu.
Nie oznacza to jednak, że rurka Vortex jest zamiennikiem klasycznej klimatyzacji lub agregatu chłodniczego w każdej aplikacji. Jej sens zależy przede wszystkim od wymaganej mocy chłodniczej, czasu pracy oraz dostępnej ilości sprężonego powietrza.
Duży przepływ powietrza – wzmacniacze przepływu
W części aplikacji nie potrzebujemy wysokiego ciśnienia na powierzchni, lecz przede wszystkim przemieszczania dużej objętości powietrza.
Wzmacniacze przepływu Air Amplifier wykorzystują niewielki strumień sprężonego powietrza do zasysania znacznie większej ilości powietrza z otoczenia. Nie wymagają przy tym wirnika ani silnika elektrycznego w samym urządzeniu.
Mogą być wykorzystywane między innymi do wentylacji miejscowej, chłodzenia, suszenia czy przemieszczania powietrza.
Przed wyborem rozwiązania należy jednak zestawić potrzebny przepływ i czas pracy z dostępną wydajnością instalacji sprężonego powietrza. Przy bardzo dużych przepływach i ciągłej pracy klasyczny wentylator może być rozwiązaniem bardziej uzasadnionym.
Transport materiałów – Line Vac
Transport granulatu, tworzyw, drobnych elementów czy odpadów produkcyjnych nie zawsze wymaga stosowania przenośnika z napędem mechanicznym.
Przenośniki pneumatyczne Line Vac wykorzystują sprężone powietrze do wytworzenia przepływu w rurze lub przewodzie i transportowania materiału. Sam przenośnik nie zawiera silnika, łożysk ani innych ruchomych elementów napędowych.
Rozwiązanie może być szczególnie interesujące w przypadku lokalnego transportu materiału pomiędzy stanowiskami, zasypywania zbiorników czy odprowadzania odpadów powstających podczas procesu.
Dobór wymaga jednak znacznie więcej informacji niż sama średnica przewodu. Istotne są m.in. rodzaj i gęstość materiału, jego wielkość, wymagana wydajność transportu, długość trasy, różnica wysokości oraz liczba łuków.
Wytwarzanie podciśnienia – eżektory E-Vac
Podciśnienie wykorzystywane do chwytania, podnoszenia czy pozycjonowania elementów może być wytwarzane nie tylko przez mechaniczną pompę próżniową.
Eżektory E-Vac wykorzystują efekt Venturiego i energię sprężonego powietrza do lokalnego generowania podciśnienia. Nie mają ruchomych elementów podlegających mechanicznemu zużyciu, a dzięki kompaktowej konstrukcji mogą być montowane blisko punktu, w którym podciśnienie jest potrzebne.
Rozwiązanie znajduje zastosowanie m.in. w systemach pick-and-place, mocowaniu, podnoszeniu i pozycjonowaniu elementów.
Do prawidłowego doboru potrzebne są jednak informacje o wymaganym poziomie podciśnienia, przepływie oraz rodzaju podnoszonego materiału. Inne wymagania ma szczelna powierzchnia, np. blacha lub szkło, a inne materiał porowaty, taki jak karton.
Kiedy rozwiązanie pneumatyczne bez części ruchomych ma sens?
Największe znaczenie ma nie sama konstrukcja urządzenia, lecz charakter konkretnego procesu. Rozwiązanie pneumatyczne warto rozważyć szczególnie wtedy, gdy:
- sprężone powietrze jest już dostępne w pobliżu stanowiska,
- zadanie ma charakter lokalny,
- ważna jest kompaktowa konstrukcja,
- urządzenie musi szybko reagować na uruchomienie procesu,
- chcemy ograniczyć liczbę elementów mechanicznych wymagających okresowej obsługi,
- w miejscu pracy nie chcemy instalować dodatkowego napędu elektrycznego.
Nie oznacza to jeszcze, że będzie to rozwiązanie najlepsze. Kolejnym krokiem powinno być sprawdzenie zapotrzebowania urządzenia na sprężone powietrze i porównanie go z możliwościami istniejącej instalacji.
Kiedy lepiej zastosować wentylator, pompę lub rozwiązanie mechaniczne?
Brak części ruchomych jest zaletą konstrukcyjną, ale nie powinien być jedynym kryterium wyboru technologii.
Sprężone powietrze jest nośnikiem energii, którego wytworzenie wymaga pracy sprężarki. Dlatego szczególnie przy dużych, ciągłych przepływach należy ocenić, czy wykorzystanie pneumatyki jest uzasadnione dla konkretnego procesu.
Przykładowo, jeżeli potrzebny jest bardzo duży przepływ powietrza przez całą dobę, właściwie dobrany wentylator może być lepszym rozwiązaniem. Podobnie centralna pompa próżniowa może być bardziej odpowiednia w instalacji wymagającej ciągłego podciśnienia w wielu punktach.
Problemem może być również sama infrastruktura. Jeżeli instalacja ma duże spadki ciśnienia albo sprężarka pracuje już blisko swojej maksymalnej wydajności, dołożenie kolejnego odbiornika może pogorszyć warunki pracy innych urządzeń.
Dlatego pytanie nie powinno brzmieć:
„Czy możemy zastosować urządzenie bez części ruchomych?”
lecz:
„Które rozwiązanie najlepiej wykona zadanie w danych warunkach procesu i jakie będą wymagania jego eksploatacji?”
Jakie dane sprawdzić przed wyborem rozwiązania?
Pierwszym krokiem nie powinien być wybór modelu z katalogu, lecz zebranie informacji o samym procesie. W większości aplikacji potrzebne będą:
- dostępne ciśnienie sprężonego powietrza,
- możliwości przepływowe instalacji,
- sposób i czas pracy urządzenia,
- wymagany efekt procesu,
- warunki otoczenia,
- miejsce dostępne na montaż.
Następnie potrzebne są dane charakterystyczne dla konkretnego zadania.
Dla odmuchu i suszenia będą to np. szerokość powierzchni, rodzaj usuwanego medium, prędkość linii i odległość dyszy od produktu.
Dla chłodzenia – temperatura początkowa i docelowa, czas dostępny na schłodzenie, materiał, masa elementu i warunki otoczenia.
Dla transportu pneumatycznego – rodzaj materiału, wielkość i masa cząstek, wymagana wydajność, długość transportu i różnica wysokości.
Dla podciśnienia – rodzaj powierzchni, jej szczelność, wymagana siła chwytu, poziom podciśnienia i czas cyklu.
Dopiero na tej podstawie można ocenić, czy zastosowanie rozwiązania pneumatycznego jest technicznie i eksploatacyjnie uzasadnione.
Niezawodność zaczyna się od właściwego projektu
Ograniczenie liczby ruchomych części może usunąć z urządzenia niektóre typowe elementy podlegające zużyciu: silniki, łożyska, paski czy wirniki. Nie oznacza jednak automatycznie braku obsługi ani przewagi pneumatyki w każdej aplikacji.
Największą korzyść uzyskujemy wtedy, kiedy prostsza konstrukcja jest jednocześnie dobrze dopasowana do zadania.
Dlatego przy projektowaniu odmuchu, chłodzenia, transportu materiału czy systemu podciśnienia warto spojrzeć nie tylko na wymagany efekt procesu, lecz także na sposób jego osiągnięcia. Czasem ograniczenie liczby elementów mechanicznych pozwala uprościć stanowisko i zmniejszyć liczbę potencjalnych punktów wymagających interwencji utrzymania ruchu.
Jeśli chcesz sprawdzić, czy w Twojej aplikacji można zastosować rozwiązanie pneumatyczne bez części ruchomych, prześlij nam opis procesu, wymagany efekt, dostępne ciśnienie i przepływ sprężonego powietrza oraz warunki pracy. Na tej podstawie możemy ocenić możliwości rozwiązania i dobrać odpowiedni wariant.
