Wydajne sterowanie odpylaczami do natryskiwania termicznego

Prawidłowy projekt systemu

Większe operacje natryskiwania termicznego zazwyczaj obejmują zamkniętą przestrzeń, w której następuje rzeczywiste natryskiwanie. Nieużywane związki do opryskiwania są następnie wentylowane z obudowy, gdy jest do niej zasysane świeże powietrze. W zależności od konstrukcji obudowy i kształtu natryskiwanego celu można określić optymalną objętość powietrza dla właściwej kontroli uciążliwych cząstek. Na przykład obudowa może wymagać 10 000 stóp sześciennych na minutę (cfm) do prawidłowej kontroli zapylenia. Więcej byłoby marnotrawstwem, a mniej byłoby niewystarczające.

Od tego momentu można zaprojektować odpowiedni system odpylania. Zwykle będzie to obejmować kanał do transportu pyłu, filtr do usuwania pyłu z powietrza oraz wentylator zapewniający energię do wytworzenia przepływu powietrza. Wentylator wyciągowy dla systemu 10 000 cfm może wymagać 30–40 koni mechanicznych. Wymóg przepływu powietrza jest ogólnie ustalony i nie powinien się zmieniać, chyba że obudowa zostanie przeprojektowana. Powszechnie przyjmuje się, że prędkość 3500–4000 fpm jest optymalna do transportu pyłu w okrągłym kanale¹. Wolniejszy ruch powietrza pozwoli na opadnięcie pyłu i osadzenie się na dnie kanału — stwarzając zagrożenie pożarowe i potencjalnie blokując kanał. Szybszy ruch powietrza marnuje energię wentylatora i powoduje niepotrzebne zużycie kanałów. W naszym przykładzie przemieszczanie 10 000 stóp sześciennych na minutę z prędkością 3500–4000 stóp na minutę wymaga wyboru okrągłego kanału o średnicy 22 cali. Ten wybór ma pole przekroju 2,6398 stóp kwadratowych, co daje prędkość 3788 stóp na minutę.

Wentylatory a ciśnienie statyczne

Przemysłowe wentylatory wentylacyjne wytwarzają częściowe podciśnienie, które wciąga powietrze przez system. To częściowe podciśnienie jest określane jako ciśnienie statyczne i jest zwykle mierzone w „calach słupa wody”. Projektanci systemów używają różnych modeli matematycznych do szacowania ciśnienia statycznego potrzebnego do osiągnięcia pożądanego przepływu powietrza. Czynniki w systemie wpływające na wymagane ciśnienie statyczne obejmują między innymi:

• Rozmiar i geometrię obudowy natrysku termicznego
• Liczbę i promień kolan (lub zakrętów) w kanale
• Całkowitą długość kanałów w systemie
• Średnicę zastosowanego kanału i prędkość powietrza
• Dobór odpylacza
• Elementy filtra końcowego (takie jak filtr HEPA lub tłumik wydechowy)

Wiele z tych czynników nie zmienia się w trakcie działania systemu. Wyjątkiem są filtry odpylaczy i filtry HEPA. W miarę gromadzenia się pyłu na filtrach wzrasta spadek ciśnienia lub opór na filtrach. System wymaga dodatkowego ciśnienia statycznego, aby przezwyciężyć gromadzenie się pyłu na powierzchni filtrów.

Wentylatory są zazwyczaj wybierane, aby zapewnić odpowiedni przepływ powietrza przez cały okres użytkowania filtrów, włączając wystarczające ciśnienie statyczne, aby utrzymać przepływ powietrza, gdy filtry osiągną koniec okresu użytkowania. Filtry zbliżające się do końca okresu użytkowania będą wykazywać większy spadek ciśnienia niż nowe filtry. Aby przedłużyć ich żywotność, filtry w odpylaczu termicznym są zaprojektowane do czyszczenia na linii podczas pracy systemu. Powtarzające się nagromadzenie pyłu, po którym następuje cykl samoczyszczenia kolektora pyłu, powoduje niewielkie wahania zapotrzebowania na ciśnienie statyczne w systemie. Jeśli nie zostanie to rozwiązane, w systemie może wystąpić spadek i wzrost przepływu powietrza z towarzyszącymi problemami osiadania pyłu w kanale lub w obudowie natrysku termicznego.

Nadmierny przepływ powietrza przez obudowę natrysku termicznego może wpłynąć na jakość powłoki, odciągając rozpylony materiał od docelowej części. Aby uniknąć tych potencjalnych problemów, należy kontrolować objętość powietrza. Najpopularniejszym urządzeniem używanym do sterowania wentylatorem jest przepustnica, która wytwarza sztuczne obciążenie wentylatora w celu „wybrania” go z powrotem do pożądanego przepływu powietrza. Aby utrzymać przepływ powietrza, przepustnica musiałaby być otwierana lub zamykana w razie potrzeby, aby utrzymać pożądaną prędkość w kanale². Rzadko odbywa się to z dokładnością wymaganą do ciągłego osiągania zalecanego przepływu powietrza przez system, a gdyby było to wykonane ręcznie, wymagałoby to stałego nadzoru wykwalifikowanej osoby. Byłoby to kosztowne i trudne, co tłumaczy, dlaczego większość operacji natryskiwania termicznego wybiera mentalność „ustaw i zapomnij” w odniesieniu do sterowania wentylatorem.

Napędy o zmiennej częstotliwości i systemy kontroli przepływu powietrza

Lepszym sposobem sterowania wentylatorem i utrzymywania stałego przepływu powietrza w systemie jest przemiennik częstotliwości (VFD). VFD napędza silnik wentylatora z określoną prędkością obrotową w oparciu o regulację częstotliwości w hercach. Podczas gdy normalne zasilanie trójfazowe w Ameryce Północnej zwykle działa z częstotliwością 60 Hz, VFD pozwala operatorowi na wybranie określonej częstotliwości obniżającej lub podnoszącej prędkość obrotową wentylatora. W systemie idealnym system działałby z pełną prędkością tylko wtedy, gdy wymagałoby tego obciążenie statyczne zanieczyszczonych filtrów. Przez resztę czasu wentylator pracowałby z mniejszą prędkością, aby wygenerować dokładnie wymaganą wartość statyczną. Ta metoda działania zapewnia korzyści w postaci oszczędności kosztów. W porównaniu z operatorami, którzy stosują podejście „ustaw i zapomnij”, w którym zawsze uruchamiają swoje systemy odpylania z prędkościami wyższymi niż to konieczne (aby zapewnić całkowitą wentylację obudowy natrysku termicznego), podejście VFD wykorzystuje inteligentny system działający z dokładnie wymaganym przepływem powietrza prędkość oszczędzająca energię.

Istnieją modele matematyczne, które mogą to wykazać, wykorzystując kilka prostych założeń i niektóre zmienne systemowe. Ogólnie rzecz biorąc, modernizacja do VFD i systemu kontroli przepływu powietrza może się zwrócić w ciągu mniej niż dwóch lat, a co ważniejsze, system odpylania będzie działał z odpowiednią prędkością. Może to zaoszczędzić zużycie systemu, a zwłaszcza wysokiej klasy filtrów powierzchniowych wymaganych do natryskiwania termicznego. Każda decyzja o przejściu na VFD i system kontroli przepływu powietrza powinna uwzględniać następujące oszczędności jako czynniki:

• Koszty filtrów
• Koszty robocizny
• Koszty utylizacji
• Koszty zapasów
• Koszty wysyłki (w przypadku nowych filtrów i utylizacji starych filtrów)
• Proces kontroli jakości
• Stabilność działania układu i prawidłowe utrzymanie przepływu powietrza w układzie

Kontrolowanie VFD

Po podjęciu decyzji o zastosowaniu VFD następnym krokiem jest określenie metody zapewniania ciągłego wkładu. Celem jest utrzymanie pożądanego przepływu powietrza niezależnie od wahań ciśnienia statycznego w systemie. Korzystając z urządzenia do pomiaru przepływu powietrza zainstalowanego w systemie kanałów, sterownik może regulować prędkość wentylatora, aby skorygować zmiany. Instrumenty te najlepiej nadają się do środowisk z czystym powietrzem, dlatego zwykle instaluje się je w kanale w miejscu po przefiltrowaniu powietrza. Może to być kanał na wylocie wentylatora o długości potrzebnej do zapewnienia płynnego, niezawodnego wskazania całkowitego przepływu powietrza przepływającego przez system.

Alternatywną metodą jest pomiar ciśnienia statycznego w systemie, a nie rzeczywistego przepływu powietrza w punkcie systemu kanałów tuż przed wejściem powietrza do odpylacza. Przy zalecanym przepływie powietrza niezbędna ilość energii statycznej jest funkcją czynników, które powinny pozostać niezmienione, dopóki układ nie zostanie zmieniony mechanicznie. Filtry ulegną zanieczyszczeniu, a następnie zostaną poddane czyszczeniu impulsowemu, ale ciśnienie statyczne niezbędne na wlocie odpylacza pozostanie takie samo, jeśli system pracuje z zalecanym przepływem powietrza. Sterownik, który utrzymuje tę wartość statyczną, jest najprostszym sposobem skutecznego sterowania VFD w systemie odpylania. Gdy filtry zwiększają opór, przepływ powietrza dostarczany przez wentylator spada. Ta redukcja przepływu powietrza powoduje niższe wymagania statyczne w kanale przed kolektorem, więc sterownik nakazuje VFD zwiększenie mocy w celu utrzymania ciśnienia statycznego. I odwrotnie, gdy filtry są czyszczone impulsowo, opór w systemie spada, a VFD zmniejsza moc, aby utrzymać ten sam poziom statyczny. Rezultatem jest płynny przepływ powietrza z powiązanymi z tym korzyściami i oszczędnościami.

Uwagi

Istnieją sytuacje, w których korzystanie z VFD i systemu kontroli przepływu powietrza przyniesie ograniczone korzyści. Gdy pojedynczy odpylacz (i pojedynczy wentylator) jest używany do naprzemiennego serwisowania tylko jednego lub dwóch komór jednocześnie w systemie wielu komór natryskiwania termicznego, nie ma prostego sposobu skutecznego wykorzystania zmiennej mocy wentylatora. Jest to ograniczenie systemu kanałów — nie ograniczenie VFD.

Wniosek

Technologia natryskiwania termicznego ewoluuje, a nowe podejścia często stwarzają większe wyzwania dla powiązanych komponentów, takich jak układy wyciągowe. Ewentualnie postępy w podzespołach mogą pomóc w udoskonaleniu ogólnych operacji natryskiwania termicznego, a praktycznie każdy istniejący system odpylania natryskiwania termicznego może skorzystać z zastosowania przemiennika częstotliwości. Coraz bardziej oczywiste staje się, że ważna jest precyzyjna kontrola przepływu powietrza, a oszczędność energii może być dodatkową korzyścią.