La source de défaillance la plus facilement négligée dans les systèmes d’alimentation en air de découpe laser : le compresseur d’air à vis.

Dans les ateliers de découpe laser, plus de la moitié des temps d'arrêt anormaux ne proviennent pas du laser ou de la tête de découpe, mais du système d'air comprimé.

Nous avons de nombreux cas de coopération en matière de découpe laser, notamment des usines en Asie du Sud-Est, au Moyen-Orient et en Afrique, et avons vu des ateliers de découpe laser avec diverses configurations. Quel que soit le lieu, les problèmes provoqués par l’air comprimé sont presque identiques. Aujourd’hui, nous ne discuterons pas de ce que les compresseurs d’air peuvent faire ni des préoccupations des usines ; nous parlerons plutôt des problèmes qui vous causent les plus gros maux de tête lorsque vous recevez un appel au milieu de la nuit.

Problème 1 : Bavures et scories sur la surface coupée. Après enquête, la cause s'est avérée être une pression de gaz instable.

C’est le défaut le plus facilement mal diagnostiqué. La surface coupée jaunit et les bavures augmentent ; le premier réflexe est d'ajuster la mise au point, de changer la buse et de vérifier l'objectif. Mais après beaucoup de travail, cela s'avère inutile. La véritable raison est que les fluctuations de la pression du gaz d'alimentation provoquent un débit de gaz auxiliaire instable.

La découpe laser nécessite un gaz auxiliaire stable, sec et continu.

Nous avons effectué un test sur le terrain dans une usine de pièces automobiles en Thaïlande : une fréquence industrielle standardcompresseur d'air à vis, avec la pression de sortie du réservoir de gaz réglée à 0,8 MPa, a connu des fluctuations de pression réelles entre 0,72 et 0,85 MPa pendant le cycle de chargement et de déchargement. Sous les mêmes paramètres de coupe, la hauteur des bavures des pièces coupées pendant les périodes de basse pression était 0,15 mm plus élevée que pendant les périodes de haute pression. La qualité des pièces découpées dans une tôle entière était inégale, doublant la charge de travail du processus d'ébavurage ultérieur.

Plus tard, nous l'avons remplacé par un modèle à fréquence variable à aimant permanent, contrôlant la fluctuation de pression à ±0,01 MPa, et la cohérence de la surface coupée a été considérablement améliorée. Ce niveau de contrôle de la pression est un indicateur important pour distinguer les produits d'entrée de gamme des produits industriels.compresseurs d'air à vis.

Problème 2 : Les dommages fréquents aux lentilles pendant les conditions humides de l'été proviennent de la teneur en humidité de l'air comprimé.

Ce problème est particulièrement prononcé dans les régions tropicales et subtropicales du monde. Les clients indonésiens constatent que la fréquence de remplacement des lentilles passe d'une fois toutes les deux semaines à une fois tous les deux jours pendant la saison des pluies, et doivent parfois même remplacer deux ou trois lentilles par jour.

La raison est claire : l’air comprimé n’est pas complètement sec. Cependant, le problème réside dans le fait que la teneur en humidité de saturation double pour chaque augmentation de 10°C de la température de l’air. Le même équipement de séchage fonctionne de manière très différente en hiver et en été.

Un autre facteur facilement négligé est la température des gaz d'échappement ducompresseur d'air à vislui-même. Un client du Moyen-Orient a signalé de la rouille à l'intérieur de la tête de coupe ; lors du démontage, des taches d'eau évidentes ont été trouvées sur la monture d'objectif. Le problème provenait finalement du compresseur d'air : les modèles plus anciens maintenaient constamment des températures d'échappement supérieures à 110 °C, ce que le système de refroidissement en aval ne pouvait pas gérer.

Les compresseurs à vis présentent un avantage structurel à cet égard, avec des températures d'échappement relativement plus basses. Cependant, un fonctionnement prolongé à basse fréquence peut également entraîner des problèmes. La série PMS est spécialement conçue pour répondre à ces conditions de fonctionnement, en utilisant un contrôle de conversion de fréquence vectorielle pour maintenir une température raisonnable du rotor et empêcher les condensats de précipiter dans le réservoir de pétrole et de gaz.

Problème 3 : Temps d'arrêt imprévus, déclenchement en cas de surcharge du compresseur d'air, arrêt forcé de la ligne de production

La situation la plus problématique : les commandes sous-traitées se précipitent pour respecter les délais et, pendant le travail de nuit, le compresseur d'air à vis se déclenche soudainement à mi-chemin de la découpe. Après redémarrage, il coupe quelques planches, puis trébuche à nouveau.

Ce type de problème est courant dans les usines du monde entier, et les raisons sont essentiellement doubles :

Le choix d'un compresseur surdimensionné a conduit à un fonctionnement prolongé sous faible charge. Beaucoup de gens pensent que plus le compresseur d’air est gros, mieux c’est et choisissent des modèles dépassant de loin leur consommation d’air réelle. En conséquence, le compresseur passe la plupart de son temps dans un état déchargé, les chargements et déchargements fréquents du moteur provoquant une forte accumulation de chaleur et déclenchant la protection contre les surcharges.

Dysfonctionnement du système de transmission. Dans les modèles entraînés par courroie, le vieillissement de la courroie réduit la friction, provoquant un glissement. Cela conduit le système de contrôle à mal interpréter la charge accrue, déclenchant ainsi la protection contre les surcharges. Nous avons rencontré une situation sur une ligne de production en Pologne où le système s'est déclenché cinq fois en trois mois ; la cause s'est finalement avérée être une usure drastique des rainures des poulies, entraînant une forte baisse de l'efficacité de la transmission.

Les dossiers de maintenance montrent que les modèles à entraînement direct ont un taux de défaillance nettement inférieur à cet égard. C'est pourquoi les compresseurs d'air à vis de qualité industrielle adoptent généralement une structure à entraînement direct, réduisant ainsi les composants de transmission et les points de défaillance potentiels grâce à leur conception. La série PMS utilise un moteur à aimant permanent directement connecté au rotor, éliminant les courroies et les boîtes de vitesses ; cette structure simplifiée se traduit par une fiabilité améliorée.

Problème 4 : Les coûts de l'électricité sont excessivement élevés, les compresseurs d'air deviennent la plus grande unité consommatrice d'énergie de la chaîne de production

Ce n'est pas un nouveau sujet. Dans de nombreuses usines, les systèmes d’air comprimé représentent 15 à 25 % des coûts totaux d’électricité. Dans les ateliers de découpe laser, en raison de temps de fonctionnement plus longs et de volumes d'air plus importants, ce pourcentage est encore plus élevé.

Cependant, les calculs de nombreuses personnes sont erronés. Ils ne regardent que la puissance nominale de l'équipement, ignorant l'efficacité opérationnelle réelle.

Une fréquence industrielle nominale de 37 kWcompresseur d'air à vis, fonctionnant en continu pendant 8 000 heures par an, au prix moyen mondial de l'électricité industrielle de 0,12 $/kWh, aurait un coût annuel d'électricité d'environ : 37 × 0,12 × 8 000 = 35 520 $.

Un compresseur inverseur à aimant permanent économe en énergie de catégorie 1, dans les mêmes conditions de fonctionnement, permet d'économiser environ 30 à 35 % d'électricité par an, ce qui se traduit par des économies de 10 000 $ à 12 000 $ par an. Les économies d'électricité sur deux ans suffiraient à acheter une nouvelle machine.

Le coût le plus facilement négligé ici est celui du déchargement des pertes. Lorsqu'une turbine à gaz à fréquence secteur est en charge et en décharge, le moteur continue de tourner pendant la décharge, consommant environ 30 à 40 % du courant à vide par rapport à la pleine charge ; cette énergie est complètement gaspillée. Les modèles à fréquence variable à aimant permanent ajustent cependant la vitesse en temps réel en fonction de la consommation de gaz, ce qui entraîne des pertes de déchargement quasi nulles.

Problème 5 : Des dysfonctionnements mineurs fréquents et un retard dans les ordres de travail de maintenance affectent l'efficacité globale de l'équipement.

Il s’agit d’une question complexe. Le système d'air comprimé comprend le compresseur d'air à vis, le sécheur, le filtre, le réservoir d'air et la tuyauterie ; un problème dans l’un de ces composants affectera la qualité de coupe.

Nous avons analysé les données de 32 utilisateurs de découpe laser dans le monde entier servis entre 2023 et 2024. Les problèmes courants liés aux compresseurs d'air à vis, classés par fréquence d'apparition, sont :

■ Glissement ou rupture de la courroie (29 %)

■ Obstruction du séparateur d'huile entraînant une différence de pression excessive (24 %)

■ Dysfonctionnement de la vanne de régulation de température provoquant un arrêt pour haute température (16 %)

■ Dysfonctionnement de la soupape d'admission (13%)

■ Usure des roulements du moteur et bruit anormal (10%)

■ Problèmes liés au contrôleur (8%)

Les problèmes de courroies et de valves représentent plus de la moitié de ces problèmes. Ces problèmes sont largement absents dans les modèles plus simples à entraînement direct à aimant permanent.

Les problèmes mentionnés ci-dessus se sont produits à plusieurs reprises sur les lignes de production dans différents pays et régions. Actuellement, la solution la plus aboutie du secteur consiste à remplacer les anciens boîtiers à fréquence fixe ou à entraînement par traction par un entraînement direct à fréquence variable et à aimant permanent économe en énergie.compresseurs d'air à vis.

Cela ne signifie pas que cette série de boîtiers est totalement exempte de défauts, mais plutôt que sa conception évite plusieurs points de défaillance majeurs : l'élimination de l'entraînement de traction, l'élimination du déchargement avec contrôle de fréquence variable et l'utilisation d'un contrôle de maintenance intelligent pour maintenir la stabilité des gaz d'échappement. Les moteurs à aimants permanents de classe d’efficacité énergétique IE5 génèrent eux-mêmes peu de chaleur mais ont un taux de défaillance relativement élevé.

Nous avons mené une étude comparative sur trois lignes de production de découpe laser au Vietnam, au Mexique et en Turquie dans des conditions de fonctionnement identiques : après avoir utilisé des boîtiers à fréquence variable à aimant permanent, les incidents imprévus liés à l'air comprimé ont diminué d'au moins 76 %, les coûts annuels d'électricité ont diminué de 30 à 34 % et les plaintes liées à la qualité de la découpe ont diminué de plus de 60 %.

Les données de cet article proviennent de plusieurs ensembles de mesures sur site et de statistiques de commentaires des utilisateurs ; les résultats peuvent varier selon les conditions de fonctionnement et les circonstances environnementales.

Si vous rencontrez actuellement des problèmes d'air comprimé, veuillez nous envoyer vos paramètres de fonctionnement actuels : consommation d'air, exigences de pression, modèles d'équipement existants et nombre de machines de découpe. Notre équipe technique peut fournir une analyse gratuite de la consommation d’énergie et un dépannage. Les coordonnées sont disponibles dans le formulaire sur cette page ; une solution sera apportée dans les 24 heures.