【壓縮機(jī)網(wǎng)】在當(dāng)前工業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)中,能源浪費(fèi)主要表現(xiàn)為泄漏偏大,空壓機(jī)配置及運(yùn)行僅以保壓為目的,供氣壓力不合理、氣槍噴嘴低效、設(shè)備用氣存在浪費(fèi)、現(xiàn)場(chǎng)工人用氣節(jié)能意識(shí)淡薄等問題。但表現(xiàn)最為明顯、問題最為嚴(yán)重的是壓縮空氣的泄漏。
在泄漏問題上,國(guó)內(nèi)工廠中的泄漏量通常占供氣量的20%-40%,泄漏在現(xiàn)場(chǎng)廣泛存在,主要產(chǎn)生在橡膠軟管接頭、三聯(lián)件、快換接頭、電磁轉(zhuǎn)向閥、螺紋連接、氣缸前端蓋和其它各種元件等處,有時(shí)一個(gè)汽車焊接車間的泄漏點(diǎn)就有數(shù)萬個(gè)。
一.常見泄漏點(diǎn)
壓縮空氣的泄漏源主要是氣動(dòng)元器件在使用過程中因老化、受到外力而破損等形成的,如各種氣動(dòng)管道的裂紋、漏孔、管接頭磨損、閥類元件密封損壞、氣缸密封圈磨損等。但泄漏同樣會(huì)產(chǎn)生于設(shè)備安裝、操作維護(hù)、元件制造及設(shè)計(jì)過程中,如:材料選擇,密封形式設(shè)計(jì)不合理;制造中的加工工序不標(biāo)準(zhǔn),加工精度不達(dá)標(biāo);安裝中裝配不當(dāng),螺紋連接處沒擰緊等,都會(huì)導(dǎo)致泄漏發(fā)生。
此外,現(xiàn)場(chǎng)還存在內(nèi)泄漏現(xiàn)象,比如,螺桿式空壓機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后,其排氣量往往有所下降,主要就是由于內(nèi)部轉(zhuǎn)子之間,以及轉(zhuǎn)子和內(nèi)壁之間的間隙變大發(fā)生了氣體內(nèi)泄漏導(dǎo)致的;而氣缸的活塞和內(nèi)壁間的間隙也會(huì)由于磨損發(fā)生內(nèi)泄。這些氣體的內(nèi)泄漏不易察覺,長(zhǎng)期泄漏會(huì)產(chǎn)生巨大的損耗浪費(fèi)。
壓縮空氣的使用成本高,泄漏占比大,泄漏導(dǎo)致的損失往往超出大部分人的想象,例如:汽車點(diǎn)焊工位的一個(gè)焊渣在氣管上導(dǎo)致的一個(gè)直徑1mm的小孔,每年導(dǎo)致泄漏損失高達(dá)約3525kw·h。除了這樣直接的能源浪費(fèi)外,壓縮空氣泄漏使氣動(dòng)工具和執(zhí)行元件的工作效率降低,影響工作的正常進(jìn)行,間接導(dǎo)致更多的能量損失。例如:泄漏導(dǎo)致系統(tǒng)壓力下降,影響噴嘴的噴吹力、氣缸的執(zhí)行力以及動(dòng)作速度等。這時(shí)常用的補(bǔ)償措施就是提高系統(tǒng)的供氣壓力,使空壓機(jī)組容量不必要增加,消耗更多的電能,或使氣動(dòng)系統(tǒng)需要更頻繁地工作,增加設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)成本。
現(xiàn)場(chǎng)的泄漏多數(shù)不是與生俱來的,而是在使用過程中隨著零部件的老化或破損而形成的?,F(xiàn)場(chǎng)泄漏量的60%-70%是壽命泄漏,來自使用了5年以上的設(shè)備;10%-30%是源于使用1-4年的設(shè)備中;而在設(shè)備安裝階段,由于安裝不當(dāng)或產(chǎn)品允許泄漏等造成的泄漏,僅占全部泄漏的5%-10%。
二.泄漏檢測(cè)
?。ㄒ唬┬孤┑亩繖z測(cè)
對(duì)壓縮空氣泄漏問題的防治應(yīng)以氣動(dòng)元件設(shè)計(jì)、部件生產(chǎn)、氣動(dòng)回路安裝、設(shè)備調(diào)試、系統(tǒng)使用和維護(hù)等多個(gè)方面同時(shí)著手,但針對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的泄漏問題,主要是在系統(tǒng)使用過程中做好泄漏監(jiān)測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理的工作。簡(jiǎn)言之,監(jiān)測(cè)技術(shù)就是發(fā)現(xiàn)泄漏的手段,定量檢測(cè)就是為了測(cè)量壓縮空氣系統(tǒng)、設(shè)備的泄漏量,判斷泄漏是否超出容許的范圍。
泄漏的概念是相對(duì)的,事實(shí)上沒有氣動(dòng)系統(tǒng)或單個(gè)氣動(dòng)元件是絕對(duì)“不泄漏”的。不同應(yīng)用的氣動(dòng)回路工作壓力不同,所能容忍的泄漏大小也不同。所以泄漏檢測(cè)要先確定氣動(dòng)系統(tǒng)或元件測(cè)定時(shí)的壓力,最大允許泄漏量,然后采取適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法。而影響泄漏的因素主要包括泄漏的形狀、大小,泄漏內(nèi)側(cè)與外側(cè)的壓差,壓縮空氣的溫度和環(huán)境溫度等。
1.單個(gè)元件的泄漏量檢測(cè)
?。?)氣泡泄漏檢測(cè)法
當(dāng)被測(cè)元件泄漏位置內(nèi)外兩側(cè)存在壓差時(shí),若低壓側(cè)有顯示用的液體,泄漏的氣體便會(huì)在低壓側(cè)吹出氣泡,既可以依此判斷泄漏位置,也可以從氣泡的大小和出現(xiàn)率判斷泄漏量。在實(shí)際工作中,被測(cè)元件做好封堵工藝后接至氣源,打開截止閥向其內(nèi)部充氣加壓,使壓力達(dá)到測(cè)試壓力;將被測(cè)元件浸入顯示用液體中,一段時(shí)間后,觀察氣泡溢出的情況。另外,可用集氣容器放在泄漏位置收集氣泡,以一段時(shí)間內(nèi)的泄漏氣體體積判斷泄漏量。
?。?)氣壓檢測(cè)法
先向被檢測(cè)元件內(nèi)部充入壓縮空氣,再通過檢測(cè)內(nèi)部氣體壓力的變化來達(dá)到檢測(cè)泄漏量的目的。氣壓檢測(cè)法又可以分為絕對(duì)壓力法和差壓法。
a.絕對(duì)壓力法。
該方法常用于測(cè)量壓力容器的總漏率,其工作原理是向被檢元件內(nèi)充氣,使壓力達(dá)到一定值(工作壓力值),將被檢容器隔離,測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)元件內(nèi)氣壓的下降值,以此計(jì)算出泄漏量。若測(cè)試壓力過高,需使用大量程的壓力表,因而測(cè)量精度受限。同時(shí),因測(cè)量過程中溫度的變化,會(huì)引起測(cè)量誤差。
b.差壓法。
其方法是設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)物,用差壓傳感器連接基準(zhǔn)元件和被檢元件。測(cè)量時(shí)首先向被檢元件和基準(zhǔn)元件同時(shí)充入壓縮空氣達(dá)到相同的測(cè)試壓力(工作壓力),使差壓傳感器兩側(cè)氣壓平衡。再將基準(zhǔn)元件和被測(cè)檢元件與氣源隔離,一段時(shí)間后,由于被檢元件的氣體泄漏,差壓傳感器兩側(cè)產(chǎn)生壓力差,根據(jù)傳感器的信號(hào)得出泄漏量。
?。?)氦質(zhì)譜檢測(cè)法
該方法是用氦氣做示漏的氣體,充入被檢元件內(nèi),并將被檢元件置于真空容器中,若發(fā)生泄漏,氦元素便通過真空容器被質(zhì)譜檢漏儀檢測(cè)到,通過測(cè)量氦元素量計(jì)算泄漏量。其方法精度較高,一般用于密封要求苛刻的場(chǎng)合。
2.現(xiàn)場(chǎng)管路系統(tǒng)泄漏量檢測(cè)
在壓縮空氣系統(tǒng)的工作現(xiàn)場(chǎng),常常需要判斷系統(tǒng)的總泄漏量,而不是將每個(gè)疑似泄漏的元件或設(shè)備都拆下來檢測(cè),這就需要對(duì)管路系統(tǒng)進(jìn)行整體或局部的測(cè)量。
?。?)流量監(jiān)控法
流量監(jiān)控法是評(píng)估壓縮空氣系統(tǒng)泄漏量的最直接和最精確的方法,該方法可實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)泄漏量,但事先需要在管路系統(tǒng)適當(dāng)?shù)奈恢貌贾昧髁坑?jì)或流量傳感器,操作不夠靈活。
直接通過流量計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)的流量來判斷系統(tǒng)泄漏量,可以在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)將流量傳感器通過預(yù)先安裝好的閥門插入到管道中。利用數(shù)據(jù)記錄儀對(duì)泄漏量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試,也可以對(duì)系統(tǒng)正常生產(chǎn)時(shí)的系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)情況進(jìn)行連續(xù)記錄,進(jìn)而得知系統(tǒng)的泄漏量,以及占空壓機(jī)產(chǎn)氣量的比例。
對(duì)于帶有加、卸載功能的空壓機(jī)的系統(tǒng),可以在系統(tǒng)停產(chǎn)期間運(yùn)行一臺(tái)空壓機(jī),通過記錄空壓機(jī)功率的方法來評(píng)估系統(tǒng)的泄漏量。
?。?)系統(tǒng)壓力測(cè)試法
這種方法是通過測(cè)量管路系統(tǒng)內(nèi)壓縮空氣的壓力變化來檢測(cè)泄漏量。使用這種方法先要估算系統(tǒng)的總體積,包括所有的儲(chǔ)氣罐和系統(tǒng)管路的體積。測(cè)試在生產(chǎn)設(shè)備停止時(shí)進(jìn)行,先啟動(dòng)空壓機(jī)供氣至現(xiàn)場(chǎng)管路,使壓縮空氣從各個(gè)泄漏點(diǎn)排出,當(dāng)壓力升高至測(cè)試初始?jí)毫Σ⒎€(wěn)定后,停止空壓機(jī)運(yùn)行并開始計(jì)時(shí),記錄系統(tǒng)壓力下降至一定測(cè)試終止壓力值的時(shí)間,最終通過限定時(shí)間內(nèi)壓力的變化計(jì)算出現(xiàn)場(chǎng)管路的總泄漏量。
?。?)基于基準(zhǔn)流量的并聯(lián)接入式檢測(cè)法
盡管測(cè)試流量是最直接和準(zhǔn)確的泄漏量檢測(cè)方法,但常用流量計(jì)都是串聯(lián)式的,當(dāng)需要串聯(lián)接入到被測(cè)管路中時(shí),安裝拆卸工作量大,在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)難以被采用;而使用系統(tǒng)壓力測(cè)試法的一個(gè)主要問題是,氣動(dòng)系統(tǒng)的總體積難以準(zhǔn)確估計(jì)。采用基于基準(zhǔn)流量的并聯(lián)接入式檢測(cè)方法即可避免這些問題,測(cè)試裝置只需要并聯(lián)接入到被測(cè)管道上,拆卸方便。其檢測(cè)原理是,測(cè)量回路是由基準(zhǔn)流量產(chǎn)生回路、壓力及壓力微分測(cè)量回路構(gòu)成,基準(zhǔn)流量產(chǎn)生回路的三個(gè)電磁換向閥分別控制著三個(gè)節(jié)流孔,它們的大小不同,在一定的壓力下能分別產(chǎn)生不同的基準(zhǔn)流量,其作用是匹配被測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際泄漏量。壓力及壓力微分測(cè)量回路通過壓力傳感裝置實(shí)時(shí)測(cè)量管路中的壓力值,根據(jù)基準(zhǔn)流量發(fā)生前后管路中的壓力變化計(jì)算出實(shí)際泄漏量。其步驟首先是向被測(cè)設(shè)備管路充氣至工作壓力,停止供氣,等待一段時(shí)間直到管路中溫度恒定,然后關(guān)閉基準(zhǔn)流量回路,測(cè)量設(shè)備管路中的壓力差和泄漏時(shí),最后打開基準(zhǔn)流量回路,測(cè)量設(shè)備管路中的壓力變化和泄漏時(shí)間來確定系統(tǒng)管路的泄漏量。這種方法現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單、高效,檢測(cè)儀器響應(yīng)迅速,只要使用的壓力傳感器精度高,該方法的測(cè)量精度就高。不但可以測(cè)量管路系統(tǒng)整體泄漏量,也可以并聯(lián)到局部管路上,對(duì)局部系統(tǒng)或單個(gè)設(shè)備進(jìn)行泄漏量的檢測(cè)。
?。ǘ┬孤c(diǎn)的定點(diǎn)檢測(cè)
用泄漏量檢測(cè)法判斷了壓縮空氣系統(tǒng)的泄漏后,接下來的任務(wù)就是要查找泄漏源,才能對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行處理。
1.傳統(tǒng)方法
?。?)涂液法
利用氣泡泄漏法的原理,通過壓差使涂刷的液體產(chǎn)生氣泡來顯示泄漏的位置,即將涂刷的液體(一般是肥皂水)涂刷在管路疑似泄漏的部位,觀察有無氣泡產(chǎn)生,從而判斷泄漏位置。在涂刷顯示液體時(shí),要讓液體慢慢流到被檢部位,以防止液體本身產(chǎn)生氣泡。對(duì)于法蘭連接處,必須將法蘭間的所有縫隙涂滿顯示液,以免漏檢。
?。?)聽聲法
在泄漏現(xiàn)場(chǎng)直接用耳朵辨別氣體泄漏發(fā)出聲音的位置,也可用木質(zhì)的探棒等簡(jiǎn)單工具放在耳邊和管路的外壁之間,監(jiān)聽聲音來源。聽聲法可能是最簡(jiǎn)單最普遍的方法,但當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境噪聲干擾很大,泄漏源較多、室內(nèi)環(huán)境較小或泄漏量比較小時(shí)都會(huì)使泄漏源可聽聲難以辨別,所以靈敏度很低。
2.聲發(fā)射泄漏檢測(cè)法
傳統(tǒng)的泄漏定位方法雖然操作簡(jiǎn)單,但自動(dòng)化程度低,效率低下,檢測(cè)也不夠準(zhǔn)確,聲發(fā)射泄漏檢測(cè)定位是目前最為行之有效的方法。
壓縮空氣在泄漏位置向外噴射時(shí),與泄漏孔或裂紋摩擦形成聲源,聲源向外輻射形成聲波。聲發(fā)射泄漏檢測(cè)便是根據(jù)這種連續(xù)的聲波信號(hào)來判斷泄漏的大小和泄漏源的位置。
聲發(fā)射泄漏檢測(cè)的是高頻的超聲波,作為被檢信號(hào),超聲波本質(zhì)上與可聽聲沒有區(qū)別,也是一種機(jī)械波,在傳播介質(zhì)中,泄漏點(diǎn)在某一瞬間所具有的壓力與沒有聲波存在時(shí)該點(diǎn)的壓力之差形成聲差,超聲波的聲壓在超聲波傳播的過程中會(huì)發(fā)生衰減現(xiàn)象。
泄漏的聲發(fā)射波頻帶范圍分布隨泄漏源大小、泄漏內(nèi)外壓差不同而不等,為避免環(huán)境中可聽聲的干擾,檢測(cè)中利用聲發(fā)射傳感器接收這些泄漏超聲波信號(hào),并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),電信號(hào)經(jīng)過電路中的濾波,放大等處理,再轉(zhuǎn)化成人能夠看到或聽到的信號(hào),如信號(hào)顯示燈或可聽聲。
聲發(fā)射傳感器為壓電傳感器,利用超聲波在壓電材料中傳播時(shí)的機(jī)械效應(yīng),產(chǎn)生感聲電極化,將聲波的振幅轉(zhuǎn)化為相應(yīng)比例的電壓信號(hào)。傳感信號(hào)與聲壓大小成正比,信號(hào)衰減與泄漏的聲源距離有關(guān),因此通過傳感器檢測(cè)到的信號(hào)大小便可以判斷泄漏源的位置。聲發(fā)射泄漏檢測(cè)法就是利用上述基本特性,在檢測(cè)中通過改變傳感器的方法和信號(hào)處理方法來達(dá)到泄漏定位的目的。
聲發(fā)射泄漏檢測(cè)的方法有:
?。?)按不同類型傳感器分類檢查方法有接觸式探頭測(cè)量法和定向探頭測(cè)量法。
接觸式探頭測(cè)量法是將接觸型傳感器探頭安裝在容器壁上,當(dāng)氣體泄漏時(shí)會(huì)通過泄漏位置產(chǎn)生應(yīng)力波,在管路或容器壁上以蘭姆波的形式傳播,而傳感器接收到這種應(yīng)力波,將其轉(zhuǎn)換成可檢測(cè)的電信號(hào)。
定向探頭測(cè)量法是使用空氣耦合型超聲波傳感器直接在空氣中檢測(cè)超聲波。雖然這種傳感器相對(duì)于接觸式傳感器靈敏度偏低,但該方法更適合于壓縮空氣系統(tǒng)的泄漏檢測(cè),因?yàn)闅鈩?dòng)現(xiàn)場(chǎng)管路復(fù)雜,泄漏位置也多出現(xiàn)在不便于安裝傳感器的位置。
?。?)按不同的定位技術(shù)分類檢查方法分為衰減定位法和時(shí)差定位法。
衰減定位法只需要單個(gè)傳感器,利用超聲波聲壓衰減具有方向性的規(guī)律,用超聲探頭在距離泄漏源較遠(yuǎn)的地方掃查,調(diào)整探頭方向直到尋找到信號(hào)的最大值,則探頭指向就是泄漏源位置。
時(shí)差定位法要用兩個(gè)以上的超聲波傳感器,可以較為準(zhǔn)確地確定泄漏源的位置,常用的有幅度衰減法,互相關(guān)法等?;ハ嚓P(guān)法是通過波形分析和頻譜分析,利用數(shù)學(xué)互相關(guān)的方法來確定泄漏源信號(hào)到達(dá)傳感器陳列個(gè)傳感器的時(shí)差,進(jìn)而確定泄漏源的位置。
?。?)聲發(fā)射泄漏檢測(cè)法的特點(diǎn)。
可遠(yuǎn)距離、非接觸式進(jìn)行檢測(cè)??梢蚤L(zhǎng)期、連續(xù)、整體監(jiān)測(cè)。其檢測(cè)的對(duì)象是直接的泄漏源信號(hào),而不是通過外部輸入對(duì)泄漏進(jìn)行掃查。
三.泄漏的防治
1.建立預(yù)防和治理的意識(shí)
泄漏的存在并不可怕,關(guān)鍵在于建立對(duì)泄漏的正確認(rèn)識(shí),以及對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)定期檢查和維護(hù)工作的具體實(shí)施。
在工廠,完全堵死泄漏不現(xiàn)實(shí),即使采取大規(guī)模的堵漏措施,半年后泄漏仍然會(huì)重新出現(xiàn)。所以,對(duì)企業(yè)而言,堵漏工作應(yīng)該常態(tài)化,必須將其作為一項(xiàng)日常工作來實(shí)施,這樣才能將泄漏動(dòng)態(tài)地控制在最低水平。一般而言,將壓縮空氣管路泄漏量控制在系統(tǒng)總供氣量10%以下作為必須達(dá)到的目標(biāo)。
對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員,應(yīng)結(jié)合泄漏的損失加強(qiáng)其泄漏防治意識(shí),進(jìn)行基本的泄漏檢測(cè)培訓(xùn),杜絕由于防漏意識(shí)淡薄而產(chǎn)生的不必要能耗損失。
2.泄漏控制技術(shù)
對(duì)泄漏的控制應(yīng)當(dāng)從氣動(dòng)元件和設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行及維護(hù)各方面開展,針對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)工作現(xiàn)場(chǎng),除了結(jié)合具體的泄漏定量檢測(cè)和定位檢測(cè)方法進(jìn)行排查工作外,還要應(yīng)用相應(yīng)的泄漏控制技術(shù)。
?。?)預(yù)防性泄漏檢測(cè)和維修
泄漏經(jīng)常發(fā)生在接頭盒連接部位,有時(shí)只需要擰緊管道連接部位就可以消除泄漏,有時(shí)則需要更換存在問題的部分,如聯(lián)軸節(jié)、管道附件、管段、軟管、接頭盒疏水器等,所以減少系統(tǒng)泄漏的第二步就是建立預(yù)防性泄漏檢測(cè)和維修機(jī)制。
(2)應(yīng)用節(jié)氣設(shè)備
通過應(yīng)用節(jié)氣設(shè)備降低壓縮空氣泄漏,例如:采用具有自動(dòng)控制功能的節(jié)氣型排水管,既可達(dá)到及時(shí)排除管道中冷凝水的目的,又可防止多余的壓縮空氣泄漏。
?。?)切斷不必要的氣源供應(yīng)
不再使用的用氣設(shè)備仍然連接在供氣管路上時(shí)潛在的泄漏源,應(yīng)該立即與管路隔離開。另外,當(dāng)用氣設(shè)備停止運(yùn)行時(shí)應(yīng)及時(shí)切斷該設(shè)備與氣源供應(yīng)的連接,這樣可以最大限度地降低用氣設(shè)備內(nèi)部的泄漏。
?。?)降低并穩(wěn)定系統(tǒng)供氣壓力
在保證用氣設(shè)備正常工作壓力的同時(shí),降低系統(tǒng)供應(yīng)壓力,因?yàn)樽饔迷谛】椎膲毫υ降?,通過該小孔泄漏的壓縮空氣流量就越小。
3.各部門相互配合,定期開展工作
?。?)必須整個(gè)工廠一起參與現(xiàn)場(chǎng)管路的改善活動(dòng),以明確泄漏點(diǎn)的位置。
?。?)定期進(jìn)行全面的泄漏檢查,每周管路維護(hù)工作中進(jìn)行漏氣檢查,白天車間休息的空間或下班后也可不定期地進(jìn)行泄漏檢測(cè)。
?。?)以科室、車間為單位,開展泄漏點(diǎn)檢查和泄漏知識(shí)培訓(xùn),定期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)防漏改善。
?。?)在節(jié)假日或長(zhǎng)假期間,檢查有無泄漏聲音,管道、設(shè)備設(shè)置場(chǎng)所的墻壁有無變色。
4.檢漏經(jīng)驗(yàn)
?。?)注意泄漏點(diǎn)的常見位置:軟管(75%)、過濾器(15%)、閥門(10%)。
(2)注意設(shè)備的內(nèi)部泄漏、聯(lián)結(jié)位置、閥門、電磁換向閥等處的少量泄漏。
(3)發(fā)出聲音的泄漏要立即處理。
(4)用手遮擋時(shí)能感到的氣流要引起注意。
(5)無負(fù)荷狀態(tài)下,空壓機(jī)短時(shí)間發(fā)生加載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)肯定有泄漏。
?。?)為減少維護(hù)開支,用肥皂水能檢查到的泄漏有時(shí)可以忽略。
?。?)埋設(shè)的管道無法檢查其是否泄漏,因此管道盡量不要埋設(shè)。
?。?)用氣系統(tǒng)、設(shè)備不開機(jī)時(shí),用一次側(cè)的ON/OFF閥停止送氣。
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在泄漏問題上,國(guó)內(nèi)工廠中的泄漏量通常占供氣量的20%-40%,泄漏在現(xiàn)場(chǎng)廣泛存在,主要產(chǎn)生在橡膠軟管接頭、三聯(lián)件、快換接頭、電磁轉(zhuǎn)向閥、螺紋連接、氣缸前端蓋和其它各種元件等處,有時(shí)一個(gè)汽車焊接車間的泄漏點(diǎn)就有數(shù)萬個(gè)。
一.常見泄漏點(diǎn)
壓縮空氣的泄漏源主要是氣動(dòng)元器件在使用過程中因老化、受到外力而破損等形成的,如各種氣動(dòng)管道的裂紋、漏孔、管接頭磨損、閥類元件密封損壞、氣缸密封圈磨損等。但泄漏同樣會(huì)產(chǎn)生于設(shè)備安裝、操作維護(hù)、元件制造及設(shè)計(jì)過程中,如:材料選擇,密封形式設(shè)計(jì)不合理;制造中的加工工序不標(biāo)準(zhǔn),加工精度不達(dá)標(biāo);安裝中裝配不當(dāng),螺紋連接處沒擰緊等,都會(huì)導(dǎo)致泄漏發(fā)生。
此外,現(xiàn)場(chǎng)還存在內(nèi)泄漏現(xiàn)象,比如,螺桿式空壓機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后,其排氣量往往有所下降,主要就是由于內(nèi)部轉(zhuǎn)子之間,以及轉(zhuǎn)子和內(nèi)壁之間的間隙變大發(fā)生了氣體內(nèi)泄漏導(dǎo)致的;而氣缸的活塞和內(nèi)壁間的間隙也會(huì)由于磨損發(fā)生內(nèi)泄。這些氣體的內(nèi)泄漏不易察覺,長(zhǎng)期泄漏會(huì)產(chǎn)生巨大的損耗浪費(fèi)。
壓縮空氣的使用成本高,泄漏占比大,泄漏導(dǎo)致的損失往往超出大部分人的想象,例如:汽車點(diǎn)焊工位的一個(gè)焊渣在氣管上導(dǎo)致的一個(gè)直徑1mm的小孔,每年導(dǎo)致泄漏損失高達(dá)約3525kw·h。除了這樣直接的能源浪費(fèi)外,壓縮空氣泄漏使氣動(dòng)工具和執(zhí)行元件的工作效率降低,影響工作的正常進(jìn)行,間接導(dǎo)致更多的能量損失。例如:泄漏導(dǎo)致系統(tǒng)壓力下降,影響噴嘴的噴吹力、氣缸的執(zhí)行力以及動(dòng)作速度等。這時(shí)常用的補(bǔ)償措施就是提高系統(tǒng)的供氣壓力,使空壓機(jī)組容量不必要增加,消耗更多的電能,或使氣動(dòng)系統(tǒng)需要更頻繁地工作,增加設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)成本。
現(xiàn)場(chǎng)的泄漏多數(shù)不是與生俱來的,而是在使用過程中隨著零部件的老化或破損而形成的?,F(xiàn)場(chǎng)泄漏量的60%-70%是壽命泄漏,來自使用了5年以上的設(shè)備;10%-30%是源于使用1-4年的設(shè)備中;而在設(shè)備安裝階段,由于安裝不當(dāng)或產(chǎn)品允許泄漏等造成的泄漏,僅占全部泄漏的5%-10%。
二.泄漏檢測(cè)
?。ㄒ唬┬孤┑亩繖z測(cè)
對(duì)壓縮空氣泄漏問題的防治應(yīng)以氣動(dòng)元件設(shè)計(jì)、部件生產(chǎn)、氣動(dòng)回路安裝、設(shè)備調(diào)試、系統(tǒng)使用和維護(hù)等多個(gè)方面同時(shí)著手,但針對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的泄漏問題,主要是在系統(tǒng)使用過程中做好泄漏監(jiān)測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理的工作。簡(jiǎn)言之,監(jiān)測(cè)技術(shù)就是發(fā)現(xiàn)泄漏的手段,定量檢測(cè)就是為了測(cè)量壓縮空氣系統(tǒng)、設(shè)備的泄漏量,判斷泄漏是否超出容許的范圍。
泄漏的概念是相對(duì)的,事實(shí)上沒有氣動(dòng)系統(tǒng)或單個(gè)氣動(dòng)元件是絕對(duì)“不泄漏”的。不同應(yīng)用的氣動(dòng)回路工作壓力不同,所能容忍的泄漏大小也不同。所以泄漏檢測(cè)要先確定氣動(dòng)系統(tǒng)或元件測(cè)定時(shí)的壓力,最大允許泄漏量,然后采取適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法。而影響泄漏的因素主要包括泄漏的形狀、大小,泄漏內(nèi)側(cè)與外側(cè)的壓差,壓縮空氣的溫度和環(huán)境溫度等。
1.單個(gè)元件的泄漏量檢測(cè)
?。?)氣泡泄漏檢測(cè)法
當(dāng)被測(cè)元件泄漏位置內(nèi)外兩側(cè)存在壓差時(shí),若低壓側(cè)有顯示用的液體,泄漏的氣體便會(huì)在低壓側(cè)吹出氣泡,既可以依此判斷泄漏位置,也可以從氣泡的大小和出現(xiàn)率判斷泄漏量。在實(shí)際工作中,被測(cè)元件做好封堵工藝后接至氣源,打開截止閥向其內(nèi)部充氣加壓,使壓力達(dá)到測(cè)試壓力;將被測(cè)元件浸入顯示用液體中,一段時(shí)間后,觀察氣泡溢出的情況。另外,可用集氣容器放在泄漏位置收集氣泡,以一段時(shí)間內(nèi)的泄漏氣體體積判斷泄漏量。
?。?)氣壓檢測(cè)法
先向被檢測(cè)元件內(nèi)部充入壓縮空氣,再通過檢測(cè)內(nèi)部氣體壓力的變化來達(dá)到檢測(cè)泄漏量的目的。氣壓檢測(cè)法又可以分為絕對(duì)壓力法和差壓法。
a.絕對(duì)壓力法。
該方法常用于測(cè)量壓力容器的總漏率,其工作原理是向被檢元件內(nèi)充氣,使壓力達(dá)到一定值(工作壓力值),將被檢容器隔離,測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)元件內(nèi)氣壓的下降值,以此計(jì)算出泄漏量。若測(cè)試壓力過高,需使用大量程的壓力表,因而測(cè)量精度受限。同時(shí),因測(cè)量過程中溫度的變化,會(huì)引起測(cè)量誤差。
b.差壓法。
其方法是設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)物,用差壓傳感器連接基準(zhǔn)元件和被檢元件。測(cè)量時(shí)首先向被檢元件和基準(zhǔn)元件同時(shí)充入壓縮空氣達(dá)到相同的測(cè)試壓力(工作壓力),使差壓傳感器兩側(cè)氣壓平衡。再將基準(zhǔn)元件和被測(cè)檢元件與氣源隔離,一段時(shí)間后,由于被檢元件的氣體泄漏,差壓傳感器兩側(cè)產(chǎn)生壓力差,根據(jù)傳感器的信號(hào)得出泄漏量。
?。?)氦質(zhì)譜檢測(cè)法
該方法是用氦氣做示漏的氣體,充入被檢元件內(nèi),并將被檢元件置于真空容器中,若發(fā)生泄漏,氦元素便通過真空容器被質(zhì)譜檢漏儀檢測(cè)到,通過測(cè)量氦元素量計(jì)算泄漏量。其方法精度較高,一般用于密封要求苛刻的場(chǎng)合。
2.現(xiàn)場(chǎng)管路系統(tǒng)泄漏量檢測(cè)
在壓縮空氣系統(tǒng)的工作現(xiàn)場(chǎng),常常需要判斷系統(tǒng)的總泄漏量,而不是將每個(gè)疑似泄漏的元件或設(shè)備都拆下來檢測(cè),這就需要對(duì)管路系統(tǒng)進(jìn)行整體或局部的測(cè)量。
?。?)流量監(jiān)控法
流量監(jiān)控法是評(píng)估壓縮空氣系統(tǒng)泄漏量的最直接和最精確的方法,該方法可實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)泄漏量,但事先需要在管路系統(tǒng)適當(dāng)?shù)奈恢貌贾昧髁坑?jì)或流量傳感器,操作不夠靈活。
直接通過流量計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)的流量來判斷系統(tǒng)泄漏量,可以在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)將流量傳感器通過預(yù)先安裝好的閥門插入到管道中。利用數(shù)據(jù)記錄儀對(duì)泄漏量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試,也可以對(duì)系統(tǒng)正常生產(chǎn)時(shí)的系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)情況進(jìn)行連續(xù)記錄,進(jìn)而得知系統(tǒng)的泄漏量,以及占空壓機(jī)產(chǎn)氣量的比例。
對(duì)于帶有加、卸載功能的空壓機(jī)的系統(tǒng),可以在系統(tǒng)停產(chǎn)期間運(yùn)行一臺(tái)空壓機(jī),通過記錄空壓機(jī)功率的方法來評(píng)估系統(tǒng)的泄漏量。
?。?)系統(tǒng)壓力測(cè)試法
這種方法是通過測(cè)量管路系統(tǒng)內(nèi)壓縮空氣的壓力變化來檢測(cè)泄漏量。使用這種方法先要估算系統(tǒng)的總體積,包括所有的儲(chǔ)氣罐和系統(tǒng)管路的體積。測(cè)試在生產(chǎn)設(shè)備停止時(shí)進(jìn)行,先啟動(dòng)空壓機(jī)供氣至現(xiàn)場(chǎng)管路,使壓縮空氣從各個(gè)泄漏點(diǎn)排出,當(dāng)壓力升高至測(cè)試初始?jí)毫Σ⒎€(wěn)定后,停止空壓機(jī)運(yùn)行并開始計(jì)時(shí),記錄系統(tǒng)壓力下降至一定測(cè)試終止壓力值的時(shí)間,最終通過限定時(shí)間內(nèi)壓力的變化計(jì)算出現(xiàn)場(chǎng)管路的總泄漏量。
?。?)基于基準(zhǔn)流量的并聯(lián)接入式檢測(cè)法
盡管測(cè)試流量是最直接和準(zhǔn)確的泄漏量檢測(cè)方法,但常用流量計(jì)都是串聯(lián)式的,當(dāng)需要串聯(lián)接入到被測(cè)管路中時(shí),安裝拆卸工作量大,在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)難以被采用;而使用系統(tǒng)壓力測(cè)試法的一個(gè)主要問題是,氣動(dòng)系統(tǒng)的總體積難以準(zhǔn)確估計(jì)。采用基于基準(zhǔn)流量的并聯(lián)接入式檢測(cè)方法即可避免這些問題,測(cè)試裝置只需要并聯(lián)接入到被測(cè)管道上,拆卸方便。其檢測(cè)原理是,測(cè)量回路是由基準(zhǔn)流量產(chǎn)生回路、壓力及壓力微分測(cè)量回路構(gòu)成,基準(zhǔn)流量產(chǎn)生回路的三個(gè)電磁換向閥分別控制著三個(gè)節(jié)流孔,它們的大小不同,在一定的壓力下能分別產(chǎn)生不同的基準(zhǔn)流量,其作用是匹配被測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際泄漏量。壓力及壓力微分測(cè)量回路通過壓力傳感裝置實(shí)時(shí)測(cè)量管路中的壓力值,根據(jù)基準(zhǔn)流量發(fā)生前后管路中的壓力變化計(jì)算出實(shí)際泄漏量。其步驟首先是向被測(cè)設(shè)備管路充氣至工作壓力,停止供氣,等待一段時(shí)間直到管路中溫度恒定,然后關(guān)閉基準(zhǔn)流量回路,測(cè)量設(shè)備管路中的壓力差和泄漏時(shí),最后打開基準(zhǔn)流量回路,測(cè)量設(shè)備管路中的壓力變化和泄漏時(shí)間來確定系統(tǒng)管路的泄漏量。這種方法現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單、高效,檢測(cè)儀器響應(yīng)迅速,只要使用的壓力傳感器精度高,該方法的測(cè)量精度就高。不但可以測(cè)量管路系統(tǒng)整體泄漏量,也可以并聯(lián)到局部管路上,對(duì)局部系統(tǒng)或單個(gè)設(shè)備進(jìn)行泄漏量的檢測(cè)。
?。ǘ┬孤c(diǎn)的定點(diǎn)檢測(cè)
用泄漏量檢測(cè)法判斷了壓縮空氣系統(tǒng)的泄漏后,接下來的任務(wù)就是要查找泄漏源,才能對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行處理。
1.傳統(tǒng)方法
?。?)涂液法
利用氣泡泄漏法的原理,通過壓差使涂刷的液體產(chǎn)生氣泡來顯示泄漏的位置,即將涂刷的液體(一般是肥皂水)涂刷在管路疑似泄漏的部位,觀察有無氣泡產(chǎn)生,從而判斷泄漏位置。在涂刷顯示液體時(shí),要讓液體慢慢流到被檢部位,以防止液體本身產(chǎn)生氣泡。對(duì)于法蘭連接處,必須將法蘭間的所有縫隙涂滿顯示液,以免漏檢。
?。?)聽聲法
在泄漏現(xiàn)場(chǎng)直接用耳朵辨別氣體泄漏發(fā)出聲音的位置,也可用木質(zhì)的探棒等簡(jiǎn)單工具放在耳邊和管路的外壁之間,監(jiān)聽聲音來源。聽聲法可能是最簡(jiǎn)單最普遍的方法,但當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境噪聲干擾很大,泄漏源較多、室內(nèi)環(huán)境較小或泄漏量比較小時(shí)都會(huì)使泄漏源可聽聲難以辨別,所以靈敏度很低。
2.聲發(fā)射泄漏檢測(cè)法
傳統(tǒng)的泄漏定位方法雖然操作簡(jiǎn)單,但自動(dòng)化程度低,效率低下,檢測(cè)也不夠準(zhǔn)確,聲發(fā)射泄漏檢測(cè)定位是目前最為行之有效的方法。
壓縮空氣在泄漏位置向外噴射時(shí),與泄漏孔或裂紋摩擦形成聲源,聲源向外輻射形成聲波。聲發(fā)射泄漏檢測(cè)便是根據(jù)這種連續(xù)的聲波信號(hào)來判斷泄漏的大小和泄漏源的位置。
聲發(fā)射泄漏檢測(cè)的是高頻的超聲波,作為被檢信號(hào),超聲波本質(zhì)上與可聽聲沒有區(qū)別,也是一種機(jī)械波,在傳播介質(zhì)中,泄漏點(diǎn)在某一瞬間所具有的壓力與沒有聲波存在時(shí)該點(diǎn)的壓力之差形成聲差,超聲波的聲壓在超聲波傳播的過程中會(huì)發(fā)生衰減現(xiàn)象。
泄漏的聲發(fā)射波頻帶范圍分布隨泄漏源大小、泄漏內(nèi)外壓差不同而不等,為避免環(huán)境中可聽聲的干擾,檢測(cè)中利用聲發(fā)射傳感器接收這些泄漏超聲波信號(hào),并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),電信號(hào)經(jīng)過電路中的濾波,放大等處理,再轉(zhuǎn)化成人能夠看到或聽到的信號(hào),如信號(hào)顯示燈或可聽聲。
聲發(fā)射傳感器為壓電傳感器,利用超聲波在壓電材料中傳播時(shí)的機(jī)械效應(yīng),產(chǎn)生感聲電極化,將聲波的振幅轉(zhuǎn)化為相應(yīng)比例的電壓信號(hào)。傳感信號(hào)與聲壓大小成正比,信號(hào)衰減與泄漏的聲源距離有關(guān),因此通過傳感器檢測(cè)到的信號(hào)大小便可以判斷泄漏源的位置。聲發(fā)射泄漏檢測(cè)法就是利用上述基本特性,在檢測(cè)中通過改變傳感器的方法和信號(hào)處理方法來達(dá)到泄漏定位的目的。
聲發(fā)射泄漏檢測(cè)的方法有:
?。?)按不同類型傳感器分類檢查方法有接觸式探頭測(cè)量法和定向探頭測(cè)量法。
接觸式探頭測(cè)量法是將接觸型傳感器探頭安裝在容器壁上,當(dāng)氣體泄漏時(shí)會(huì)通過泄漏位置產(chǎn)生應(yīng)力波,在管路或容器壁上以蘭姆波的形式傳播,而傳感器接收到這種應(yīng)力波,將其轉(zhuǎn)換成可檢測(cè)的電信號(hào)。
定向探頭測(cè)量法是使用空氣耦合型超聲波傳感器直接在空氣中檢測(cè)超聲波。雖然這種傳感器相對(duì)于接觸式傳感器靈敏度偏低,但該方法更適合于壓縮空氣系統(tǒng)的泄漏檢測(cè),因?yàn)闅鈩?dòng)現(xiàn)場(chǎng)管路復(fù)雜,泄漏位置也多出現(xiàn)在不便于安裝傳感器的位置。
?。?)按不同的定位技術(shù)分類檢查方法分為衰減定位法和時(shí)差定位法。
衰減定位法只需要單個(gè)傳感器,利用超聲波聲壓衰減具有方向性的規(guī)律,用超聲探頭在距離泄漏源較遠(yuǎn)的地方掃查,調(diào)整探頭方向直到尋找到信號(hào)的最大值,則探頭指向就是泄漏源位置。
時(shí)差定位法要用兩個(gè)以上的超聲波傳感器,可以較為準(zhǔn)確地確定泄漏源的位置,常用的有幅度衰減法,互相關(guān)法等?;ハ嚓P(guān)法是通過波形分析和頻譜分析,利用數(shù)學(xué)互相關(guān)的方法來確定泄漏源信號(hào)到達(dá)傳感器陳列個(gè)傳感器的時(shí)差,進(jìn)而確定泄漏源的位置。
?。?)聲發(fā)射泄漏檢測(cè)法的特點(diǎn)。
可遠(yuǎn)距離、非接觸式進(jìn)行檢測(cè)??梢蚤L(zhǎng)期、連續(xù)、整體監(jiān)測(cè)。其檢測(cè)的對(duì)象是直接的泄漏源信號(hào),而不是通過外部輸入對(duì)泄漏進(jìn)行掃查。
三.泄漏的防治
1.建立預(yù)防和治理的意識(shí)
泄漏的存在并不可怕,關(guān)鍵在于建立對(duì)泄漏的正確認(rèn)識(shí),以及對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)定期檢查和維護(hù)工作的具體實(shí)施。
在工廠,完全堵死泄漏不現(xiàn)實(shí),即使采取大規(guī)模的堵漏措施,半年后泄漏仍然會(huì)重新出現(xiàn)。所以,對(duì)企業(yè)而言,堵漏工作應(yīng)該常態(tài)化,必須將其作為一項(xiàng)日常工作來實(shí)施,這樣才能將泄漏動(dòng)態(tài)地控制在最低水平。一般而言,將壓縮空氣管路泄漏量控制在系統(tǒng)總供氣量10%以下作為必須達(dá)到的目標(biāo)。
對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員,應(yīng)結(jié)合泄漏的損失加強(qiáng)其泄漏防治意識(shí),進(jìn)行基本的泄漏檢測(cè)培訓(xùn),杜絕由于防漏意識(shí)淡薄而產(chǎn)生的不必要能耗損失。
2.泄漏控制技術(shù)
對(duì)泄漏的控制應(yīng)當(dāng)從氣動(dòng)元件和設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行及維護(hù)各方面開展,針對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)工作現(xiàn)場(chǎng),除了結(jié)合具體的泄漏定量檢測(cè)和定位檢測(cè)方法進(jìn)行排查工作外,還要應(yīng)用相應(yīng)的泄漏控制技術(shù)。
?。?)預(yù)防性泄漏檢測(cè)和維修
泄漏經(jīng)常發(fā)生在接頭盒連接部位,有時(shí)只需要擰緊管道連接部位就可以消除泄漏,有時(shí)則需要更換存在問題的部分,如聯(lián)軸節(jié)、管道附件、管段、軟管、接頭盒疏水器等,所以減少系統(tǒng)泄漏的第二步就是建立預(yù)防性泄漏檢測(cè)和維修機(jī)制。
(2)應(yīng)用節(jié)氣設(shè)備
通過應(yīng)用節(jié)氣設(shè)備降低壓縮空氣泄漏,例如:采用具有自動(dòng)控制功能的節(jié)氣型排水管,既可達(dá)到及時(shí)排除管道中冷凝水的目的,又可防止多余的壓縮空氣泄漏。
?。?)切斷不必要的氣源供應(yīng)
不再使用的用氣設(shè)備仍然連接在供氣管路上時(shí)潛在的泄漏源,應(yīng)該立即與管路隔離開。另外,當(dāng)用氣設(shè)備停止運(yùn)行時(shí)應(yīng)及時(shí)切斷該設(shè)備與氣源供應(yīng)的連接,這樣可以最大限度地降低用氣設(shè)備內(nèi)部的泄漏。
?。?)降低并穩(wěn)定系統(tǒng)供氣壓力
在保證用氣設(shè)備正常工作壓力的同時(shí),降低系統(tǒng)供應(yīng)壓力,因?yàn)樽饔迷谛】椎膲毫υ降?,通過該小孔泄漏的壓縮空氣流量就越小。
3.各部門相互配合,定期開展工作
?。?)必須整個(gè)工廠一起參與現(xiàn)場(chǎng)管路的改善活動(dòng),以明確泄漏點(diǎn)的位置。
?。?)定期進(jìn)行全面的泄漏檢查,每周管路維護(hù)工作中進(jìn)行漏氣檢查,白天車間休息的空間或下班后也可不定期地進(jìn)行泄漏檢測(cè)。
?。?)以科室、車間為單位,開展泄漏點(diǎn)檢查和泄漏知識(shí)培訓(xùn),定期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)防漏改善。
?。?)在節(jié)假日或長(zhǎng)假期間,檢查有無泄漏聲音,管道、設(shè)備設(shè)置場(chǎng)所的墻壁有無變色。
4.檢漏經(jīng)驗(yàn)
?。?)注意泄漏點(diǎn)的常見位置:軟管(75%)、過濾器(15%)、閥門(10%)。
(2)注意設(shè)備的內(nèi)部泄漏、聯(lián)結(jié)位置、閥門、電磁換向閥等處的少量泄漏。
(3)發(fā)出聲音的泄漏要立即處理。
(4)用手遮擋時(shí)能感到的氣流要引起注意。
(5)無負(fù)荷狀態(tài)下,空壓機(jī)短時(shí)間發(fā)生加載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)肯定有泄漏。
?。?)為減少維護(hù)開支,用肥皂水能檢查到的泄漏有時(shí)可以忽略。
?。?)埋設(shè)的管道無法檢查其是否泄漏,因此管道盡量不要埋設(shè)。
?。?)用氣系統(tǒng)、設(shè)備不開機(jī)時(shí),用一次側(cè)的ON/OFF閥停止送氣。
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