レーザー切断用空気供給システムで最も見落とされやすい故障の原因は、スクリューエアコンプレッサーです。

レーザー切断ワークショップでは、異常なダウンタイムの半分以上がレーザーや切断ヘッドではなく、圧縮空気システムに起因しています。

弊社では東南アジア、中東、アフリカの工場を含め、数多くのレーザー切断協力事例があり、様々な構成のレーザー切断ワークショップを見てきました。場所に関係なく、圧縮空気によって引き起こされる問題はほぼ同じです。今日は、エアコンプレッサーができることや工場が抱えている懸念については説明しません。その代わりに、真夜中に電話を受けたときに最も頭を悩ませる問題について説明します。

問題点1：切断面にバリやノロが発生しており、調査の結果、ガス圧の不安定が原因であることが判明しました。

これは最も誤診されやすい障害です。切断面が黄色くなりバリが増えます。最初の直感は、焦点を調整し、ノズルを交換し、レンズをチェックすることです。しかし、多くの作業を行った結果、それは役に立たないことが判明しました。本当の理由は、供給ガス圧力の変動により補助ガスの流れが不安定になるためです。

レーザー切断には、安定した乾燥した継続的な補助ガスが必要です。

タイの自動車部品工場でフィールドテストを実施：工業用標準周波数スクリューエアコンプレッサー、ガスタンク出口圧力を 0.8MPa に設定した場合、ロードおよびアンロードサイクル中に実際の圧力変動は 0.72 ～ 0.85MPa でした。同じ切断パラメータの下で、低圧力期間中に切断された部品のバリ高さは、高圧期間よりも 0.15 mm 高かった。シート全体から切り出された部品の品質にはばらつきがあり、その後のバリ取りプロセスの作業負荷が 2 倍になりました。

その後、永久磁石周波数可変型に変更し、圧力変動を±0.01MPa以内に抑え、切断面の均一性が大幅に向上しました。このレベルの圧力制御は、エントリーレベルと産業グレードを区別するための重要な指標です。スクリューエアコンプレッサー.

問題 2: 夏の湿気の多い条件下で頻繁にレンズが損傷するのは、圧縮空気の水分含有量が原因です。

この問題は、世界中の熱帯および亜熱帯地域で特に顕著です。インドネシアの顧客は、雨季にはレンズ交換の頻度が 2 週間に 1 回から 2 日に 1 回に減り、場合によっては 1 日に 2 ～ 3 枚のレンズを交換する必要があることもあります。

理由は明らかです。圧縮空気が完全に乾燥していないからです。しかし問題は、気温が10℃上昇するごとに飽和含水率が2倍になるという事実です。同じ乾燥機でも冬と夏では性能が大きく異なります。

見落とされやすいもう 1 つの要因は、エンジンの排気温度です。スクリューエアコンプレッサー自体。中東の顧客から、カッティングヘッドの内部に錆が発生していると報告がありました。分解してみると、レンズマウントに明らかな水垢が見つかりました。問題の最終的な原因はエアコンプレッサーでした。古いモデルでは常に排気温度が 110°C 以上に維持されていましたが、下流の冷却システムではこれに対処できませんでした。

スクリューコンプレッサーは、排気温度が比較的低いため、この点で構造上の利点があります。ただし、長時間の低周波動作も問題を引き起こす可能性があります。 PMS シリーズは、この動作条件を念頭に置いて特別に設計されており、ベクトル周波数変換制御を使用してローター温度を適切に維持し、オイルガス タンク内で凝縮水が沈殿するのを防ぎます。

問題 3: 計画外のダウンタイム、エアコンプレッサーの過負荷トリップ、生産ラインの強制停止

最も困った事態は、外注の注文が納期に追われ、夜勤中に切断途中でスクリューエアコンプレッサーが突然トリップしてしまうというものでした。再起動後、数枚のボードが切断され、再びトリップします。

この種の問題は世界中の工場でよく見られますが、その理由は基本的に 2 つあります。

特大のコンプレッサーを選択したため、軽負荷での長時間運転が可能になりました。多くの人はエアコンプレッサーは大きければ大きいほど良いと信じており、実際の空気消費量をはるかに上回るモデルを選択します。その結果、コンプレッサーはほとんどの時間を無負荷状態で過ごし、モーターの頻繁な負荷と負荷解除により深刻な熱が蓄積し、過負荷保護が作動します。

トランスミッションシステムの故障。ベルト駆動モデルでは、ベルトの経年劣化により摩擦が減少し、滑りが発生します。これにより、制御システムが負荷の増加を誤って解釈し、過負荷保護がトリガーされます。ポーランドの生産ラインで、3 か月以内にシステムが 5 回トリップするという状況に遭遇しました。最終的に原因はプーリーの溝の著しい摩耗であり、伝達効率の急激な低下につながっていることが判明した。

メンテナンス記録によると、ダイレクトドライブ モデルはこの点で故障率が大幅に低いことがわかります。このため、産業用スクリューエアコンプレッサーは一般的にダイレクトドライブ構造を採用し、設計を通じてトランスミッション部品を減らし、潜在的な故障点を減らします。 PMS シリーズは、ローターに直接接続された永久磁石モーターを使用しており、ベルトやギアボックスが不要です。この簡素化された構造により、信頼性が向上します。

課題4：電気代が高すぎる、生産ラインで最もエネルギーを消費するのはエアコンプレッサー

これは新しい話題ではありません。多くの工場では、圧縮空気システムが総電気コストの 15% ～ 25% を占めています。レーザー切断ワークショップでは、稼働時間が長く、空気量が多いため、この割合はさらに高くなります。

しかし、多くの人の計算には欠陥があります。彼らは機器の銘板の電力定格のみを考慮し、実際の動作効率を無視しています。

37kWの定格産業用周波数スクリューエアコンプレッサー年間 8,000 時間連続稼働した場合、世界平均の産業用電力料金が 0.12 ドル/kWh の場合、年間電力コストは約 37 × 0.12 × 8000 = 35,520 ドルになります。

グレード 1 のエネルギー効率の高い永久磁石インバーター コンプレッサーは、同じ動作条件下で年間約 30% ～ 35% の電力を節約し、年間 10,000 ～ 12,000 ドルの節約に相当します。 2 年間で節約できる電力量は、新しいマシンを購入するのに十分です。

ここで最も見落とされやすいコストは、荷降ろしによる損失です。線周波ガスタービンが負荷および負荷を解除しているとき、モータは負荷を解除している間も回転し続け、全負荷と比較して無負荷電流の約 30% ～ 40% を消費します。このエネルギーは完全に無駄になります。ただし、永久磁石可変周波数モデルは、ガス消費量に応じてリアルタイムで速度を調整するため、除荷損失がほぼゼロになります。

問題 5: 頻繁な軽度の故障とメンテナンス作業の受注の滞りが、設備全体の効率に影響を与えます。

これは複雑な問題です。圧縮空気システムには、スクリュー空気圧縮機、乾燥機、フィルター、空気タンク、配管が含まれます。これらのコンポーネントのいずれかに問題があると、切断品質に影響します。

私たちは、2023 年から 2024 年の間にサービスを提供した世界中の 32 人のレーザー切断ユーザーからのデータを分析しました。一般的なスクリュー空気圧縮機関連の問題を、発生頻度順に並べると次のとおりです。

■ ベルトの滑りまたは破損 (29%)

■ オイルセパレーターの詰まりによる過剰な圧力差 (24%)

■ 温度調節弁の故障による高温停止（16%）

■吸気バルブの故障（13％）

■モーターベアリングの磨耗と異音（10％）

■ コントローラー関連の問題 (8%)

ベルトとバルブの問題がその半分以上を占めています。これらの問題は、より単純な永久磁石ダイレクトドライブ モデルではほとんど発生しません。

上記の問題は、さまざまな国や地域の生産ラインで繰り返し発生しています。現在、業界で最も成熟したソリューションは、旧式の固定周波数またはトラクションドライブのハウジングを、エネルギー効率の高い永久磁石可変周波数ダイレクトドライブに置き換えることです。スクリューエアコンプレッサー.

これは、このシリーズのハウジングに完全に欠陥がないという意味ではなく、その設計により、トラクションドライブの排除、可変周波数制御によるアンロードの排除、排気の安定性を維持するためのインテリジェントメンテナンス制御の使用など、いくつかの主要な障害点が回避されているということです。 IE5 エネルギー効率グレードの永久磁石モーターは、それ自体の発熱はほとんどありませんが、故障率が比較的高くなります。

当社は、ベトナム、メキシコ、トルコの 3 つのレーザー切断生産ラインについて、同一の動作条件で比較研究を実施しました。永久磁石可変周波数ハウジングの使用後、計画外の圧縮空気関連の事故は少なくとも 76% 減少し、年間電気代は 30% ～ 34% 減少し、切断品質関連の苦情は 60% 以上減少しました。

この記事のデータは、複数のオンサイト測定とユーザー フィードバック統計に基づいています。結果は、動作条件や環境状況によって異なる場合があります。

現在圧縮空気の問題が発生している場合は、現在の動作パラメータ (空気消費量、圧力要件、既存の装置モデル、切断機の数) をお送りください。当社の技術チームは、無料のエネルギー消費分析とトラブルシューティングを提供します。連絡先情報はこのページのフォームから入手できます。解決策は 24 時間以内に提供されます。