La fonte di guasto più facilmente trascurata nei sistemi di alimentazione dell'aria per il taglio laser: il compressore d'aria a vite.

Nelle officine di taglio laser, oltre la metà dei tempi di fermo macchina anomali non deriva dal laser o dalla testa di taglio, ma dal sistema di aria compressa.

Abbiamo numerosi casi di cooperazione sul taglio laser, comprese fabbriche nel sud-est asiatico, nel Medio Oriente e in Africa, e abbiamo visto laboratori di taglio laser con varie configurazioni. Indipendentemente dal luogo, i problemi causati dall’aria compressa sono quasi identici. Oggi non discuteremo di cosa possono fare i compressori d'aria o delle preoccupazioni delle fabbriche; parleremo invece dei problemi che ti danno i maggiori grattacapi quando ricevi una chiamata nel cuore della notte.

Problema 1: Bave e scorie sulla superficie tagliata, dopo un'indagine, la causa è risultata essere la pressione del gas instabile.

Questo è il difetto più facilmente diagnosticabile. La superficie tagliata diventa gialla e le bave aumentano; il primo istinto è regolare la messa a fuoco, cambiare l'ugello e controllare l'obiettivo. Ma dopo tanto lavoro si rivela inutile: il vero motivo è che le fluttuazioni nella pressione del gas di alimentazione causano un flusso di gas ausiliario instabile.

Il taglio laser richiede gas ausiliario stabile, secco e continuo.

Abbiamo condotto un test sul campo presso una fabbrica di componenti automobilistici in Tailandia: una frequenza industriale standardcompressore d'aria a vite, con la pressione di uscita del serbatoio del gas impostata su 0,8 MPa, ha riscontrato fluttuazioni di pressione effettive tra 0,72 e 0,85 MPa durante il ciclo di carico e scarico. Con gli stessi parametri di taglio, l'altezza della bava delle parti tagliate durante i periodi di bassa pressione era maggiore di 0,15 mm rispetto ai periodi di alta pressione. La qualità delle parti tagliate da un intero foglio era incoerente, raddoppiando il carico di lavoro del successivo processo di sbavatura.

Successivamente, lo abbiamo sostituito con un modello a frequenza variabile a magnete permanente, che controlla la fluttuazione della pressione entro ±0,01 MPa e la consistenza della superficie tagliata è notevolmente migliorata. Questo livello di controllo della pressione è un indicatore importante per distinguere tra entry-level e di livello industrialecompressori d'aria a vite.

Problema 2: I frequenti danni alle lenti durante le condizioni di umidità estiva derivano dal contenuto di umidità dell'aria compressa.

Questo problema è particolarmente pronunciato nelle regioni tropicali e subtropicali di tutto il mondo. I clienti indonesiani riscontrano che la frequenza di sostituzione delle lenti diminuisce da una volta ogni due settimane a una volta ogni due giorni durante la stagione delle piogge, a volte necessitano addirittura di sostituire due o tre lenti al giorno.

Il motivo è chiaro: l'aria compressa non è completamente secca. Il problema però sta nel fatto che il contenuto di umidità satura raddoppia per ogni aumento di 10°C della temperatura dell’aria. La stessa attrezzatura di essiccazione funziona in modo significativamente diverso in inverno e in estate.

Un altro fattore facilmente trascurato è la temperatura di scarico delcompressore d'aria a vitesi. Un cliente del Medio Oriente ha segnalato ruggine all'interno della testa di taglio; allo smontaggio sono state riscontrate evidenti macchie d'acqua sull'attacco dell'obiettivo. Il problema alla fine derivava dal compressore d'aria: i modelli più vecchi mantenevano costantemente temperature di scarico superiori a 110°C, che il sistema di raffreddamento a valle non era in grado di gestire.

I compressori a vite presentano un vantaggio strutturale a questo riguardo, con temperature di scarico relativamente più basse. Tuttavia, anche un funzionamento prolungato a bassa frequenza può causare problemi. La serie PMS è stata progettata specificatamente tenendo presente questa condizione operativa, utilizzando il controllo della conversione della frequenza vettoriale per mantenere una temperatura del rotore ragionevole e impedire la precipitazione di condensa nel serbatoio del gasolio.

Problema 3: tempi di inattività non pianificati, intervento per sovraccarico del compressore d'aria, arresto forzato della linea di produzione

La situazione più problematica: gli ordini esternalizzati si affrettano a rispettare le scadenze e durante il turno di notte il compressore d'aria a vite scatta improvvisamente a metà del taglio. Dopo il riavvio, taglia alcune assi, poi inciampa di nuovo.

Questo tipo di problema è comune nelle fabbriche di tutto il mondo e le ragioni sono essenzialmente due:

La scelta di un compressore sovradimensionato ha portato ad un funzionamento prolungato con carico leggero. Molte persone credono che più grande è il compressore d’aria, meglio è, e scelgono modelli che superano di gran lunga il loro consumo d’aria effettivo. Di conseguenza, il compressore trascorre la maggior parte del tempo in uno stato scarico, con frequenti operazioni di caricamento e scaricamento del motore che causano un grave accumulo di calore e attivano la protezione da sovraccarico.

Malfunzionamento del sistema di trasmissione. Nei modelli con trasmissione a cinghia, l'invecchiamento della cinghia riduce l'attrito, causando slittamento. Ciò porta il sistema di controllo a interpretare erroneamente l'aumento del carico, attivando la protezione da sovraccarico. Abbiamo riscontrato una situazione su una linea di produzione in Polonia in cui il sistema è intervenuto cinque volte in tre mesi; alla fine si è scoperto che la causa era un'usura drastica delle gole della puleggia, che portava a un forte calo dell'efficienza della trasmissione.

I registri di manutenzione mostrano che i modelli a trasmissione diretta hanno un tasso di guasto significativamente più basso a questo riguardo. Questo è il motivo per cui i compressori d'aria a vite di livello industriale generalmente adottano una struttura ad azionamento diretto, riducendo i componenti di trasmissione e abbassando i potenziali punti di guasto attraverso la progettazione. La serie PMS utilizza un motore a magnete permanente collegato direttamente al rotore, eliminando cinghie e riduttori; questa struttura semplificata si traduce in una migliore affidabilità.

Problema 4: I costi dell’elettricità sono eccessivamente alti, i compressori d’aria diventano l’unità che consuma più energia sulla linea di produzione

Questo non è un argomento nuovo. In molte fabbriche, i sistemi di aria compressa rappresentano il 15%-25% dei costi totali dell’elettricità. Nelle officine di taglio laser, a causa dei tempi di funzionamento più lunghi e dei maggiori volumi d'aria, questa percentuale è ancora più elevata.

Tuttavia, i calcoli di molte persone sono errati. Guardano solo la potenza nominale dell'apparecchiatura, ignorando l'effettiva efficienza operativa.

Una frequenza industriale nominale di 37kWcompressore d'aria a vite, in funzione ininterrottamente per 8.000 ore all’anno, al prezzo medio globale dell’elettricità industriale di 0,12 dollari/kWh, avrebbe un costo annuale dell’elettricità di circa: 37 × 0,12 × 8.000 = 35.520 dollari.

Un compressore inverter a magnete permanente ad alta efficienza energetica di Grado 1, nelle stesse condizioni operative, consente di risparmiare circa il 30%-35% di elettricità all'anno, il che si traduce in un risparmio compreso tra $ 10.000 e $ 12.000 all'anno. Il risparmio energetico in due anni sarebbe sufficiente per acquistare una nuova macchina.

Il costo più facilmente trascurato in questo caso è lo scarico delle perdite. Quando una turbina a gas a frequenza di linea è in fase di carico e scarico, il motore continua a ruotare durante lo scarico, consumando circa il 30%-40% della corrente a vuoto rispetto al pieno carico; questa energia è completamente sprecata. I modelli a frequenza variabile a magnete permanente, tuttavia, regolano la velocità in tempo reale in base al consumo di gas, determinando perdite di scarico prossime allo zero.

Problema 5: frequenti malfunzionamenti minori e un arretrato di ordini di manutenzione influiscono sull'efficienza complessiva delle apparecchiature.

Questa è una questione complessa. Il sistema di aria compressa comprende il compressore d'aria a vite, l'essiccatore, il filtro, il serbatoio dell'aria e le tubazioni; un problema in uno qualsiasi di questi componenti influenzerà la qualità del taglio.

Abbiamo analizzato i dati di 32 utenti di taglio laser in tutto il mondo serviti tra il 2023 e il 2024. I problemi comuni relativi ai compressori d'aria a vite, classificati in base alla frequenza con cui si verificano, sono:

■ Slittamento o rottura della cinghia (29%)

■ Blocco del separatore d'olio con conseguente differenziale di pressione eccessivo (24%)

■ Malfunzionamento della valvola di controllo della temperatura che causa l'arresto per temperatura elevata (16%)

■ Malfunzionamento della valvola di aspirazione (13%)

■ Usura dei cuscinetti del motore e rumore anomalo (10%)

■ Problemi legati al controllore (8%)

I problemi alle cinghie e alle valvole rappresentano più della metà di questi. Questi problemi sono in gran parte assenti nei modelli più semplici a trazione diretta a magnete permanente.

I problemi sopra menzionati si sono verificati ripetutamente sulle linee di produzione in diversi paesi e regioni. Attualmente, la soluzione più matura nel settore è quella di sostituire i vecchi alloggiamenti a frequenza fissa o a trazione con azionamenti diretti a frequenza variabile a magneti permanenti ad alta efficienza energeticacompressori d'aria a vite.

Ciò non significa che questa serie di alloggiamenti sia completamente esente da difetti, ma piuttosto che il suo design evita diversi importanti punti di guasto: eliminazione della trazione, eliminazione dello scarico con controllo a frequenza variabile e utilizzo di un controllo di manutenzione intelligente per mantenere la stabilità dello scarico. Gli stessi motori a magneti permanenti con grado di efficienza energetica IE5 generano poco calore ma hanno un tasso di guasto relativamente alto.

Abbiamo condotto uno studio comparativo su tre linee di produzione di taglio laser in Vietnam, Messico e Turchia in condizioni operative identiche: dopo aver utilizzato alloggiamenti a frequenza variabile con magneti permanenti, gli incidenti non pianificati legati all'aria compressa sono diminuiti di almeno il 76%, i costi annuali dell'elettricità sono diminuiti del 30%-34% e i reclami relativi alla qualità del taglio sono diminuiti di oltre il 60%.

I dati contenuti in questo articolo provengono da più serie di misurazioni in loco e statistiche di feedback degli utenti; i risultati possono variare a seconda delle diverse condizioni operative e circostanze ambientali.

Se riscontri attualmente problemi con l'aria compressa, inviaci i tuoi parametri operativi attuali: consumo d'aria, requisiti di pressione, modelli di apparecchiature esistenti e numero di macchine da taglio. Il nostro team tecnico può fornire un’analisi gratuita del consumo energetico e la risoluzione dei problemi. Le informazioni di contatto sono disponibili nel modulo in questa pagina; una soluzione verrà fornita entro 24 ore.