Inadequate compressed air distribution systems will lead to high energy bills, low productivity, and poor air tool performance. There are three demands which must be met to avoid inefficiency.
In this article, we'll explain how to meet such factors for optimal performance.
The three demands mentioned above primarily apply to the main pipes for current and planned compressed air consumption. If you need to install a larger pipe at a later date, the cost is relatively low compared to rebuilding the entire distribution system. Routing, design, and dimensioning are important for the efficiency, reliability and cost of compressed air production.
Sometimes, compensation for large pressure drops is attempted by increasing a compressor’s working pressure from 7 bar(e) to 8 bar(e) (for example). This approach offers inferior efficiency, and can cause the point of consumption to rise above the allowed level. Instead, it's recommended to evaluate the fittings.
Fixed compressed air distribution networks should be dimensioned, so pressure drops in the pipes don’t exceed 0.1 bar. This measurement is in relation to a compressor's most remote point of consumption. When calculating pressure, connected flexible hoses, couplings, and other fittings must be considered. The largest drop frequently occurs at these connections.
The longest permitted length in the pipe network for a specific pressure drop is calculated using the following equation.
l = overall pipe length (m)
∆p = permitted pressure drop (bar)
p = absolute inlet pressure (bar(a))
qc = compressor Free Air Delivery, FAD (l/s)
d = internal pipe diameter (mm).
The best solution involves designing a closed loop ring pipe system. From this starting point, branch pipes can run to various consumption points. This approach provides uniform compressed air supply, as air is led to the consumption point from two directions.
To maintain ideal pressure, all air compressor installations should use this system. The only exception is if there's a great distance between the machine and point of consumption, where a separate main pipe is added.
One or more air receivers are included in each compressor installation. Their size is related to the compressor capacity, regulation system, and the consumer's air requirement pattern. The air receiver creates a buffer storage area for compressed air, balances pulsations, and cools and collects condensation.
Consequently, the air receiver must be fitted with a condensate drainage device. The following equation applies when dimensioning the receiver's volume. Note that this calculation only applies for compressors with offloading/loading regulation.
V = air receiver volume (l)
qC = compressor FAD (l/s)
p1 = compressor inlet pressure (bar(a))
T1 = compressor maximum inlet temperature (K)
T0 = compressor air temperature in receiver (K)
(pU -pL) = set pressure difference between Load and Unload
fmax = maximum loading frequency (1 cycle every 30 seconds applies to Atlas Copco compressors).
For variable speed drivel (VSD) compressors, the required air receiver volume is substantially reduced. When using the above formula, qc should be considered as the FAD at minimum speed. It's also worth noting that it is not advised to dimension the compressor/pipe network for high air demand in short periods of time.
In the scenario above, a separate air receiver should be dimensioned for maximum output and placed near the consumer point. In more extreme cases, a smaller, high pressure compressor is used with a larger receiver. This set up meets short-term, high volume air requirements at long intervals.
Keeping in mind your overall usage, the following equation is used to meet mean consumption.
V = air receiver volume (l)
q = air flow during emptying phase (l/s)
t = length of the emptying phase (s)
p1 = normal working pressure in the network (bar)
p2 = minimum pressure for the consumer's function (bar)
L = filling phase air requirement (1/work cycle).
This formula does not take into consideration how a compressor can still supply air during the emptying phase. Learn more about air receivers and how to size them.
When designing and dimensioning a compressed air network, it's good to start with an equipment list detailing all consumption points and their locations. It's ideal to group these points into logical units and use the same distribution pipe for air supply from air compressor plant risers.
A large compressed air network is typically divided into four main parts.
The risers transport compressed air from the compressor plant to the consumption area. Distribution pipes split air across the distribution area. Service pipes route air from distribution pipes to workplaces/consumption points.
Distribution of compressed air generates pressure losses caused by friction in the pipes. With this in mind, the pressure generated directly by the compressor is usually not fully ready for utilization. In addition, throttling effects and changes in the direction of flow occur in valves and pipe bends. Losses, which are converted to heat, result in pressure drops.
As an alternative to the above formula, a nomogram (shown below) can be used to find the most appropriate pipe diameter. The flow rate, pressure, allowed pressure drop and the pipe length must be known in order to make this calculation. Standard pipe of the closest, largest diameter is then selected for the installation.
Equivalent pipe lengths for all parts of the installation are calculated with a list of fittings and pipe components. In addition, flow resistance is expressed by correlating pipe length. The network's selected dimensions are then recalculated to ensure pressure drop won't be significant. Individual sections (service pipe, distribution pipe and risers) should be calculated separately for large installations.
Strategically placed air flow meters facilitate internal debiting and economic allocation of compressed air utilization within the company. Compressed air is a production medium that is part of the production cost for individual departments within the company. From this viewpoint, all parties concerned could benefit from attempts at reducing consumption within the different departments.
Flow meters available on the market today provide everything from numerical values for manual reading to measurement data. This information is fed directly to a computer or debiting module. Flow meters are generally mounted close to shut-off valves. Ring measurement requires particular attention, as the meter needs to be able to measure both forward and backward flow.
We hope this article helps you evaluate your setup for optimal performance with minimal pressure drops and leakage. Using the equations mentioned is a good starting point. If you're still uncertain of the best approach, feel free to get in touch. Our team is happy to help.
Learn more about the process of installing a compressor system below.
Hệ thống phân phối khí nén không đủ sẽ dẫn đến chi phí năng lượng cao, năng suất thấp, hiệu suất thiết bị sử dụng khí kém. Có 3 yêu cầu đặt ra cho 1 hệ thống phân phối khí nén: mức tụt áp từ máy nén khí đến điểm tiêu thụ thấp, rò rỉ khí trên đường ống phân phối ở mức tối thiểu và bộ tách nước ngưng tụ hiệu quả nếu không lắp đặt máy sấy khí.
Mạng lưới phân phối khí nén cố định phải được đo đạc để việc giảm áp trong đường ống không vượt quá 0.1 bar giữa máy nén khí và điểm tiêu thụ ở xa. Áp suất giảm tại ống nối mềm, khớp nối ống và các đầu nối khác cũng phải được đưa vào. Cần phải đo kích thước của các bộ phận này chính xác, bởi vì mức giảm áp lớn nhất thường xảy ra tại các chỗ nối này.
Giải pháp tốt nhất liên quan đến thiết kế hệ thống ống như một vòng khép kín xung quanh khu vực nơi tiêu thụ khí. Các ống nhánh sẽ chạy từ vòng này đến nhiều điểm sử dụng khác nhau. Việc này giúp việc cung cấp khí nén đồng bộ, bất kể việc sử dụng tăng cao , giảm thấp, vì khí được dẫn đến điểm sử dụng thực tế từ 2 hướng.Hệ thống này nên được sử dụng cho mọi loại lắp đặt, trừ trường hợp nếu có vài điểm có mức sử dụng lớn đặt xa chỗ lắp đặt máy nén khí. Phải có 1 ống chính riêng biệt dẫn tới các điểm này.
Một hoặc nhiều bình chứa được bao gồm trong mỗi phần lắp đặt máy nén khí. Kích cỡ bình là 1 chức năng của công suất máy nén khí, hệ thống điều khiển và kiểu nhu cầu khí nén . Bình chứa tạo nên chỗ đệm lưu giữ khí nén, cân bằng độ rung của máy nén khí, làm mát khí và thu hồi nước ngưng tụ. Vì vậy, bình chứa phải được lắp thiết bị xả nước ngưng tụ. Mối tương quan sau đây được áp dụng để đo thể tích bình chứa. Nhớ là mối tướng quan này chỉ áp dụng cho các máy nén được điều khiển chạy tải/không tải.
Công thức không tính đến việc máy nén khí có thể cung cấp khí trong quá trình xả khí. Một ứng dụng thông thường đang khởi động động cơ tàu lớn, nơi mà áp suất nạp khí của bình chứa là 30 bar.
Điểm xuất phát khi thiết kế và định kích cỡ 1 hệ thống khí nén là danh mục thiết bị trong đó liệt kê chi tiết các điểm sử dụng, sơ đồ từng vị trí riêng biệt. Các điểm sử dụng được nhóm lại theo từng đơn vị theo logic và được cấp khí từ 1 đường ống phân phối. Đường ống khí, luân phiên, được cung cấp khí từ cụm ống tại phòng máy nén khí. Hệ thống khí nén rộng hơn có thể được chia làm 4 phần:
Cụm ống khí đưa khí nén từ phòng máy nén khí đến các điểm sử dụng. Các ống phân phối sẽ tách khí qua các khu vực phân phối. Các ống khí phục vụ sẽ dẫn khí từ ống phân phối đến các điểm sử dụng.
Áp suất đạt được ngay sau khi máy nén khí chạy, nói chung có thể không được sử dụng hết bởi vì việc phân phối khí nén tạo ra hao hụt áp, chủ yếu là hao hụt trong đường ống. Thêm vào đó, những ảnh hưởng của tiết lưu và đổi hướng của dòng khí xảy ra tại các van và ống nối cong. Hao hụt chuyển thành nhiệt tạo rớt áp.
Chiều dài ống cho các phần khác nhau của hệ thống (cụm ống khí, ống phân phối, ống hỗ trợ) đều được xác định. Bản vẽ sơ đồ hệ thống là cơ sở phù hợp cho việc đo đạc. Chiều dài ống được điều chỉnh thông qua việc thêm chiều dài các ống của van, ống khuỷu, rắc co.. như minh họa bên dưới.
Có thể thay công thức trên khi tính toán đường kính ống, sử dụng 1 ống lồng để tìm đường kính ống thích hợp. Tốc độ dòng, áp suất, mức rớt áp cho phép và chiều dài ống phải được biết để tính toán. Ống chuẩn có đường kính sát nhất, lớn nhất được chọn để lắp đặt.
Chiều dài ống tương đương của tất cả các phần lắp đặt được tính toán bằng cách sử dụng danh mục các đầu nối và phụ kiện ống, cũng như là sự kháng lưu trong chiều dài ống. Các chiều dài “dôi ra” này được thêm vào chiều dài ống thẳng ban đầu. Kích thước chọn cho hệ thống phải được tính toán để bảo đảm mức rớt áp không đáng kể. Từng bộ phận (ống phục vụ, ống phân phối và cụm ống từ máy nén) phải được tính toán riêng biệt cho việc lắp đặt chung.
Việc lắp bộ đo lưu lượng khí giúp việc phân phối và sử dụng khí kinh tế và hiệu quả trong công ty. Khí nén là phương tiện sản xuất nên phải được vào chi phí sản xuất của các phòng ban công ty. Từ qua điểm này, các bên liên quan đều có lợi trong việc cố gắng giảm tiêu thụ trong các phòng ban.
Bộ đo lưu lượng bán trên thị trường ngày nay có thể cung cấp các chỉ số hiện thị các dữ liệu đo đạc, nhập trực tiếp vào máy tính hoặc bộ điều khiển. Bộ đo lưu lượng này thường được lắp gần van shut-off. Việc đo vòng y/c lưu ý đặc biệt vì bộ đo cần phải đo được dòng đi và dòng về.
Tìm hiểu thêm về quá trình cài đặt một hệ thống máy nén khí dưới đây.
Cùng với điện, nước và khí, khí nén giúp thế giới của chúng ta vận hành. Chúng ta không phải lúc nào cũng nhìn thấy khí nén nhưng thành phần này luôn ở quanh ta. Vì có rất nhiều cách sử dụng (và nhu cầu) khác nhau về khí nén, máy nén ngày nay có tất cả các loại và cỡ khác nhau. Trong hướng dẫn này, chúng tôi trình bày chức năng của máy nén khí, lý do bạn cần máy này và có những loại máy nén khí nào để bạn chọn.
Bạn có thích hỗ trợ bổ sung không? Hãy nhấp nút bên dưới và một trong các chuyên gia của chúng tôi sẽ sớm liên hệ với bạn.
25 tháng tư, 2022
A number of decisions must be made when dimensioning compressed air installation for it to suit different needs, provide maximum operating economy and be prepared for future expansion. Learn more.
31 tháng năm, 2022
Installing a compressor system is easier than it used to be. There are still a few things to keep in mind though, most importantly where to place the compressor and how to organise the room around the compressor. Learn more here.
22 tháng hai, 2022
Bình chứa khí, đôi khi được gọi là bình khí nén, là một phần không thể thiếu của bất kỳ hệ thống khí nén nào. Tìm hiểu thêm về chúng ở đây.
