Насосы с регулируемым приводом - основа эффективной и экологической техники

Saturday, February 15, 2020 by Parker Russia Team

PAREU759_DCP_HRES_2 В основе современного промышленного оборудования лежит сложный компромисс, который изо дня в день занимает умы инженеров. С одной стороны, гидравлические решения нужно делать тише и эффективнее, а также сокращать их воздействие на окружающую среду. С другой стороны, эти усовершенствования не должны влиять на множество иных показателей производительности, таких как удельная мощность, надежность и возможности управления. Здесь нужно найти золотую середину.

Широкий спектр узлов и компонентов гидроагрегатов, которые должны оптимально сочетаться друг с другом, лишь усугубляет проблему. Не существует двух одинаковых систем. Эффективная интеграция требует глубокого понимания гидроагрегатов, гидравлических насосов, технологий электродвигателей и алгоритмов управления, не говоря уже об их взаимодействии.

К счастью, для этой задачи существует решение — насосы с регулируемым приводом. Эта инновационная технология позволяет собирать гидроагрегаты с беспрецедентными возможностями индивидуальной настройки. Она пользуется спросом во многих важных промышленных отраслях, таких как судостроение, автомобильная промышленность, металлорежущие станки и оборудование для литья под давлением — то есть там, где существует постоянная потребность в снижении размеров, уровня шума и энергопотребления гидравлических систем с сохранением или продлением срока их службы.

Более рациональный подход

Однако прежде чем подробно разбирать различные технологические преимущества насосов с регулируемым приводом, стоит взглянуть на недостатки обычных гидравлических станций. Время показало, что таким системам необходимы насосы и двигатели избыточного размера, чтобы обеспечить производительность при пиковых нагрузках. В давние годы, когда стоимость энергии была низкой и предсказуемой, а экологическим стандартам уделялось меньше внимания, нерациональный расход энергии и выбросы CO2 не считались проблемой. Теперь это не так.

Когда экологическим соображениям придается первостепенное значение, возникает сильное желание перейти на системы с возможностью точной регулировки сложнейших гидроагрегатов под конкретные задачи. И здесь на выручку приходит технология насосов с регулируемым приводом. При таком синергетическом подходе электронные приводы, электродвигатели и гидравлические насосы объединяются в одно целое, что позволяет подстроить гидроагрегат под любую локальную нагрузку. В частности, приводы с регулируемой частотой/скоростью вращения управляют рабочим крутящим моментом и скоростью электродвигателя, что обеспечивает точное переменное давление и расход, необходимые для работы любого компонента машины или для выполнения рабочего цикла. Управление приводом реализовано с использованием опробованных в реальных условиях алгоритмов, которые обеспечивают стандартизованную и настраиваемую работу гидравлической системы.

Такая универсальность позволяет удовлетворить множество требований к системе. При применении гидравлических насосов с постоянным рабочим объемом в условиях удержания давления эффективность гидравлической станции стремится к нулю. За счет снижения частоты вращения с помощью функции регулировки расхода возможно на 90% сократить потери производительности для насосов с регулируемым приводом. Для таких применений насосы с регулируемым приводом хорошо сочетаются с аксиально-поршневыми насосами регулируемого рабочего объема.

При использовании с насосами регулируемого рабочего объема, управление которыми обычно осуществляется с помощью пилотных устройств с гидроприводом, возможно на 50% сократить потери производительности при снижении скорости в условиях низкого расхода или холостого хода. Функция управления в насосах с регулируемым приводом расширяет возможности системы. Работа насосов/двигателей с постоянным и переменным рабочим объемом регулируется с помощью управления давлением на основе обратной связи в системе с замкнутым контуром. Помимо наиболее распространенных функций, технология насосов с регулируемым приводом позволяет инженерам-конструкторам гидроагрегатов применять разнообразные специфические и стандартизированные функции управления.

Удовлетворение любых отраслевых потребностей

Новый подход набирает все большую популярность в отраслях, где экологической безопасности теперь уделяется особое внимание. Например, в секторе морской техники, где регламенты о выбросах стали строже, нерациональное использование энергии на борту и высокий уровень выбросов CO2 представляют все большую проблему, особенно вблизи от берега. Все это заставляет переключаться на использование более эффективных систем, в которых мощность точно регулируется в зависимости от конкретных задач. Насосы с регулируемым приводом можно оптимизировать для работы с аккумулятором, что позволяет получить энергоэффективное решение с низким уровнем шума.

В промышленности, например в металлорежущих станках, эта технология может сократить потребление энергии на основное движение и перенаправить ее на быстрые фиксирующие действия и вспомогательные движения, что позволяет оптимизировать размеры насоса. В оборудовании для литья под давлением эту технологию можно использовать для регулировки расхода и давления в соответствии с разнообразными требованиями к направляющим для закрытия и впрыска. Это позволяет использовать различные сочетания насосов и сократить требуемые размеры двигателей. А в процессах по формовке металла эта технология используется для сокращения энергопотребления, шума и требуемого размера компонентов благодаря расширенному диапазону частот электродвигателя.

Расчет окупаемости инвестиций

Очевидно, что технология насосов с регулируемым приводом представляет собой инновационный подход к проектированию гидроагрегатов, при котором режимы работы насосов с переменной частотой вращения точно регулируются в соответствии с функциональными требованиями каждого процесса в сложной гидравлической системе. Если говорить об экономическом обосновании, то быстрее всего окупятся инвестиции в гидроагрегаты, спроектированные традиционным образом с использованием компонентов избыточного размера для удовлетворения требований к максимальному расходу и давлению.

Проще говоря, если гидроагрегату требуется охлаждение, значит он работает недостаточно эффективно. При предварительной оценке потенциальной экономии энергии учитывается напряжение источника питания и мощность электродвигателя. Помимо этого, учитываются количество и типы используемых насосов, продолжительность и частота холостой работы, необходимость разгрузки насоса во время простоя, требования к управлению давлением, давление масла и внешнее давление системы, требования к охлаждению ГСУ и требуемый уровень шума.

Ожидается, что в силу быстрой окупаемости инвестиций использование приводов с регулируемой частотой вращения для распределения мощности гидравлических систем к 2019 году вырастет более чем вдвое. Самый удобный способ внедрить решение с регулируемым приводом — разработать индивидуализированный процесс, при котором многопрофильная группа инженеров по приводам, системам перемещения, гидравлике и технологиям управления выполняет различные задачи. К таким задачам относится проведение аудита по энергопотреблению, прогнозный анализ экономии энергии, а также оценка и замена отдельных компонентов на более компактные и эффективные варианты (при необходимости). Кроме того, сюда входит интеграция приводов с регулировкой частоты вращения и крутящего момента в соответствии с конкретными требованиями к расходу и давлению с помощью индивидуальной настройки режимов, а также возможность запуска системы и отслеживания производительности для проверки окупаемости инвестиций.

Michael Gundlach, Product Manager, Parker Hannifin_2.jpg"