5000 PSI küsimus kerkib esile peaaegu igas survevaluvormide energiaauditis, mida ma Euroopa klientidele teen. Tehasejuhataja soovib madalamaid elektriarveid. Hooldusjuht soovib säilitada olemasolevat pumpade infrastruktuuri. Finantsjuht soovib tasuvusaja arvutust. Iga sidusrühm sõnastab küsimuse erinevalt ja vastus sõltub andmetest, mis ei ole alati ainuüksi süsteemi spetsifikatsioonidest ilmsed.

See artikkel võtab kokku kõik minu õpitud VSD moderniseerimisprojektidest survevalukambrites, tööpinkide hüdraulika ja mobiilsete seadmete rakendustes. Raamistik kehtib olenemata sellest, kas hindate...T7-E kõrgsurve-labapumpuuendada või uue määramineservohüdrauliline süsteem5000 PSI lävi ei ole suvaline; see peegeldab efektiivsuskõverat, kus sagedusmuunduri ökonoomsus nihkub mõjuvast marginaalseks.

Kuidas VSD energiasääst tegelikult toimib

Muutuva kiirusega ajamitehnoloogia vähendab pumba energiatarbimist, sobitades mootori kiiruse vooluvajadusega. Fikseeritud kiirusega pumbasüsteemis annab pump mootori töötamise ajal täisvoolu ja liigne vool suunatakse ülerõhuventiili. See väljavoolav vool kujutab endast puhast raiskamist: mootor kasutab õli kokkusurumiseks täisvõimsust, mis koheselt soojuseks muutub.

Ostjatele, kes hindavadV-seeria pumbadLisaks T6/T7 platvormidele kehtib energiasäästu arvutamise metoodika mõlema tooteperekonna puhul identselt.

VSD kõrvaldab tühjenduskao, aeglustades mootorit vooluvajaduse langedes. Pump annab ainult seda, mida süsteem vajab, ja ülerõhuventiil jääb enamasti suletuks. Mootori kiiruse ja energiatarbimise vaheline seos on ligikaudu kuupmeetriline, mis tähendab, et kiiruse 20-protsendiline vähendamine vähendab energiatarbimist ligikaudu 50 protsenti.

Muutuva kiirusega ajamite moderniseerimist hindavate ostjate jaoks on kriitilise tähtsusega tegeliku paigaldise töötsükli profiil, mitte teoreetiline maksimaalne kokkuhoid. Pump, mis töötab 16 tundi päevas 80 protsendi nimirõhul ja seisab 8 tundi jõudeolekus, pakub teistsugust ökonoomsust kui pump, mis töötab pidevalt 95 protsendi nimirõhul. Esimene stsenaarium pakub head tasuvust. Teine mitte.

5000 PSI lävi ja miks see on oluline

Rõhk 5000 PSI (350 baari) ilmub sagedusmuundurite moderniseerimise teostatavusuuringutes pidevalt, kuna see asub pumba efektiivsuskõvera murdepunktis. Sellest rõhust madalamal pakuvad fikseeritud kiirusega labapumbad mõistlikku efektiivsust isegi ülerõhuklapi kaudu tagasivoolu korral. Sellest rõhust kõrgemal mahulised ja mehaanilised kaod summeeruvad ning raisatud energia moodustab sisendvõimsusest palju suurema osa.

Praktikas töötab enamik survevaluvorme suurema osa tsüklist rõhul alla 5000 PSI. Kõrgsurvefaas toimub vormi kinnitamise ja sissepritse ajal, mis kokku võivad moodustada 20–35 protsenti tsükliajast. Ülejäänud 65–80 protsenti on jahutamise, plastifitseerimise ja väljutamise faas, mis toimib rõhul 800–1800 PSI. Selle töötsükli sagedusmuundur annab märkimisväärse kokkuhoiu, kuna pump töötab suurema osa ajast madalal rõhul.

Majanduslik pilt muutub kõrgsurverakenduste, näiteks survevalu, stantsimise ja teatud hüdrauliliste presside puhul. Need süsteemid võivad pidevalt töötada rõhul 4000–5000 PSI, jättes sagedusmuunduri optimeerimiseks vähe ruumi. Pump töötab oma maksimaalse efektiivsuse punkti lähedal olenemata sagedusmuundurist, seega lisab ajami elektroonika kulusid ilma proportsionaalse kasuta.

VSD-ühilduva labapumba spetsifikatsioonid

Mitte iga labapump ei sobi sagedusmuunduriga (VSD) töötamiseks. Kõige olulisem on minimaalse kiiruse piirang. Labapumbad vajavad piisavat pöörlemiskiirust, et tsentrifugaaljõu abil labasid nukkvõlli vastu pikendada. Sellest miinimumist madalamal kiirusel labad täielikult välja ei pikendata, sisemine leke suureneb ja kulumine kiireneb järsult.

Täielik T7-E spetsifikatsioon on saadaval aadressiltehniline allalaadimiskeskus, sealhulgas nimivõimsuse kõverad kogu töökiiruse vahemikus.

Meie soovitatud T7-E seeria sagedusmuundurid on ette nähtud pidevaks tööks kiirusevahemikus 200–1800 p/min. See vahemik võimaldab madala vooluvajaduse korral oluliselt kiirust vähendada, säilitades samal ajal labade pikenduse terviklikkuse. Lühiajaliselt on alla 200 p/min töötamine tehniliselt võimalik, kuid see kiirendab kulumist ja ei ole soovitatav pidevaks tööks.

Mootori spetsifikatsioon on sama oluline kui pumba spetsifikatsioon. Standardsed asünkroonmootorid ei ole projekteeritud tüüpiliste muudetava sagedusega ajamite tekitatud pingeimpulsside ja harmooniliste sisu jaoks. Usaldusväärse sagedusmuunduri töö tagamiseks on vaja tugevdatud isolatsiooniga invertermootoreid, madalama temperatuuritõusu nimiväärtusega ja sageli eraldi jahutusventilaatorit. Standardmootori kasutamine sagedusmuunduril on mootori enneaegse rikke tavaline põhjus.

Kui sagedusmuundur ei säästa energiat

Ainult rõhuprofiil ei määra sagedusmuunduri majanduslikku kasu. Kolm täiendavat tegurit võivad muuta teoreetiliselt atraktiivse sagedusmuunduri projekti energiat raiskavaks renoveerimiseks.

Esiteks kompenseerivad mootori ja ajami elektrikaod osa pumba säästust. Muutuva sagedusega ajamid töötavad tavaliselt 95–98 protsendilise efektiivsusega ja invertermootorid lisavad standardmootoritega võrreldes 2–5 protsenti kadusid. Kui need elektrikaod liita pumba efektiivsuse kasvule, siis süsteemi netoparandus väheneb. Väga väikeste pumpade puhul võivad elektrilised üldkulud pumba säästu täielikult ületada.

Teiseks, kiirete rõhumuutustega rakendused nurjavad VSD optimeerimise. Kui süsteemi rõhk kõigub iga paari sekundi tagant 500 ja 4500 PSI vahel, ei suuda ajam piisavalt kiiresti reageerida, et iga faasi kiirust optimeerida. Pump hakkab üleminekutippudega toimetulekuks tööle peaaegu maksimaalse kiirusega, mis nullib suurema osa energiasäästupotentsiaalist.

Kolmandaks, ebapiisava soojushaldusega süsteemides võivad sagedusmuundurid anda halvemaid tulemusi kui fikseeritud kiirusega töötamine. Muutuva kiirusega mootorid tekitavad madalatel kiirustel rohkem soojust vähenenud jahutusõhuvoolu tõttu. Kui mootoril pole töötsükli jaoks nimivõimsust või kui paigaldisel puudub täiendav jahutus, tõuseb mootori mähise temperatuur ja mootori kasutusiga lüheneb dramaatiliselt.

VSD versus koormusandur: õige tehnoloogia valimine

Koormustundlik hüdraulika pakub VSD-ga võrreldavat energiasäästu tänu teistsugusele mehhanismile. Pumba kiiruse muutmise asemel muudab koormustundlik hüdraulika pumba töömahtu vastavalt rõhuvajadusele. Pumba väljund reguleeritakse pidevalt süsteemi rõhu tagasiside põhjal, kusjuures pumba kaldenurga abil reguleeritakse vooluhulka.

Koormustundlik pump reageerib rõhumuutustele kiiremini kui sagedusmuundur (VSD), mistõttu sobib see rakenduste jaoks, kus nõudlus muutub kiiresti. Kompromissiks on keerukus: koormustundlikud pumbad vajavad rõhukompensaatoreid, juhtventiile ja tagasisideliine, mis lisavad kulusid ja nõuavad keerukamat hooldust. VSD kasutab standardseid fikseeritud töömahuga pumpasid, mis lihtsustab hüdraulilist ahelat keerukama elektrilise infrastruktuuri arvelt.

Uute süsteemide projekteerimisel taandub valik sageli olemasolevale infrastruktuurile ja operaatori oskusteabele. Tehased, millel on tugevad elektrilised hooldusvõimalused ja eelistus standardsete hüdrauliliste komponentide suhtes, eelistavad sagedusmuundurit (VSD). Tehased, millel on tugev hüdraulikaalane oskusteave ja olemasolev koormusanduriga infrastruktuur, eelistavad uutes paigaldistes koormusanduriga süsteemi. Ühe tehnoloogia moderniseerimine teise jaoks loodud süsteemi on harva majanduslikult mõttekas.

VSD rakendamise kontroll-leht tiivikpumpadega süsteemidele

Ostjatele, kes on valmis hindama VSD-d olemasoleval labapumba paigaldisel, aitab järgmine kuueastmeline kontroll-leht vältida kõige levinumaid rakendusvigu, mida olen välitöödel näinud.

Tööstusharu viited, näiteksEuroopa Materjalikäitluse Föderatsioonanda lisajuhiseid sagedusmuunduri integreerimise kohta hüdrauliliste jõuseadmetega tööstuskeskkonnas.

Esmalt tuleb jäädvustada tegelik töötsükli profiil vähemalt kahe nädala representatiivse tootmise jooksul. Logige pumba väljundrõhk, voolutarve ja mootori voolutugevus ühesekundiliste intervallidega. Saadud andmestik juhib energiasäästu arvutamist ja kinnitab, kas töötsükkel toetab sagedusmuunduri ökonoomsust.

Teiseks veenduge, et pump on ette nähtud muutuva kiirusega töötamiseks kavandatud kiirusevahemikus. T7-E ja enamik tänapäevaseid labapumpasid on vastavalt ette nähtud, kuid vanemad pumbad ei pruugi seda olla. Mitteetteantud pumba töötamine muutuva kiirusega põhjustab kiiremat kulumist ja enneaegset riket.

Kolmandaks, valige invertermootor, millel on F-klass või kõrgem isolatsiooniklass ja vähemalt 1,15 teenindustegur. Standardmootorid lähevad sagedusmuunduriga töötades rikki 12–24 kuu jooksul. Mootori uuendamise kulud tuleks sagedusmuunduriga töötamise tasuvusaja arvutamisel arvesse võtta.

Neljandaks, konfigureerige ajam pumbaspetsiifiliste kiirusprofiilidega. Minimaalne kiirus ei tohiks olla madalam kui 300 p/min, et säilitada labade pikenemise terviklikkus. Kiirendus- ja aeglustusrambid tuleks hüdraulilise löögi vältimiseks seadistada 5–10 sekundile. Mehaanilisi resonantse tekitavad vahelejätmissagedused tuleks välja programmeerida.

Viiendaks, paigaldage sobiva reageerimisajaga rõhuandurid. Enamiku sagedusmuundurite rakenduste jaoks sobivad standardsed tööstuslikud rõhuandurid, mille reageerimisaeg on 100 millisekundit. Kiirema reageerimisajaga (10 millisekundit) saatjaid on vaja suure dünaamilise kiirusega süsteemide jaoks, kuid need lisavad kulusid.

Kuuendaks, planeerige elektrilise poole harmooniliste leevendamist. Muutuva sagedusega ajamid tekitavad harmoonilisi moonutusi, mis võivad mõjutada teisi sama elektrivõrgu seadmeid. IEEE 519 standardite järgimiseks on sageli vaja liinireaktoreid või harmoonilisi filtreid ning nende maksumus tuleks lisada sagedusmuunduri projekti eelarvesse.

Energiasäästu arvutamise näide

Tüüpiline kahes vahetuses töötav survevaluvorm pakub kasulikku võrdlusalust VSD energiasäästu arvutamiseks. Fikseeritud kiirusega pump töötab nimivõimsusel 15 kW ja mootor töötab pidevalt. Keskmine energiatarve kogu tsükli jooksul, arvestades kaitseklapi kadusid madalrõhufaasides, on ligikaudu 9,5 kW.

VSD lisamine koos õige kiiruse profileerimisega vähendab keskmist energiatarbimist ligikaudu 5,8 kW-ni. Energiasääst on pidevalt 3,7 kW ehk umbes 31 000 kWh aastas 8400 töötunni juures. Tööstusliku elektrienergia hinnaga 0,10 USA dollarit kWh kohta on aastane kokkuhoid ligikaudu 3100 USA dollarit.

VSD-süsteemi maksumus, mis hõlmab ajamit, invertermootorit, paigaldustööjõudu ja harmoonilisi filtreid, on 15 kW moderniseerimise puhul tavaliselt 6000–9000 USA dollarit. Lihtne tasuvusaeg on seega 24–36 kuud, olenevalt paigalduse eripäradest ja kohalikest elektrihindadest. Kolmes vahetuses töötamine vähendab tasuvusaega poole võrra ja ühes vahetuses töötamine pikendab seda 50–100 protsenti.

VSD labapumpadel versus servohüdraulilised süsteemid

Servohüdraulilised süsteemid, mis integreerivad pumba, mootori, ajami ja juhtelektroonika ühte pakendisse, esindavad VSD tipptasemel alternatiivi standardse labapumba puhul. Servosüsteemid pakuvad kiiremat reageerimisaega, suuremat täpsust ja energiasäästu, mis on võrreldav või parem kui VSD, kuid oluliselt kõrgemate kapitalikuludega.

Rakenduste jaoks, mis nõuavad täpset rõhu ja vooluhulga juhtimist, näiteks täiustatud survevaluvormimine suletud ahelaga protsessi juhtimisega, on sobiv valik servohüdraulilised süsteemid. Energiasääst ületab sageli sagedusmuundurit 5–15 protsendipunkti võrra, kuna servosüsteemid optimeerivad samaaegselt nii kiirust kui ka nihet.

Rakenduste puhul, kus olemasolev labapumpade infrastruktuur toimib piisavalt hästi ja eesmärk on energiakulude vähendamine, on sagedusmuunduri moderniseerimine tavaliselt kulutõhusam lahendus. Kapitalikulu on 40–60 protsenti madalam kui täielikul servohüdraulilisel süsteemil ning energiasääst katab suurema osa saadaolevast efektiivsuse paranemisest.

Viis töötingimust, mille korral sagedusmuundur ei tööta

Kõikide minu poolt üle vaadatud VSD-seadmete moderniseerimisel esinevad tõrked koonduvad viieks korduvaks mustriks. Nende mustrite eelnev mõistmine säästab kliente investeerimisest süsteemi, mis ei anna prognoositud kokkuhoidu. Iga mustrit saab tuvastada ühe kuni kahe nädala pikkuse töötsükli andmete kogumisega, mis on palju odavam kui probleemi avastamine pärast VSD-seadmete paigaldamist.

VSD energiatõhususe standardid on dokumenteeritudISO 50001 energiahalduse standard, mis annab raamistiku säästuväidete kvantifitseerimiseks ja kontrollimiseks.

Esimene muster: pidev kõrgsurvetöö. Survevalukambrid ja suure mahutavusega hüdraulilised pressid töötavad sageli üle 4000 PSI rõhul 80 protsenti või rohkem töötsüklist. Pump töötab pidevalt oma maksimaalse efektiivsuse lähedal, jättes VSD optimeerimiseks vähe ruumi. VSD lisamine sellistele süsteemidele annab tavaliselt ühekohalise protsendilise energiasäästu, mis ei õigusta kapitaliinvesteeringut.

Teine muster: kiired rõhumuutused. Stantsimisoperatsioonid ja teatud katsestendi rakendused muudavad rõhu tühikäigult maksimumini vähem kui ühe sekundiga. Muutuva kiirusega ajam ei suuda iga ülemineku jaoks kiiruse optimeerimiseks piisavalt kiiresti reageerida, seega töötab mootor kogu aeg peaaegu maksimumkiirusel. Energiasääst kaob ja ajami elektroonika lisab elektrikadusid.

Kolmas muster: pikendatud jõudeoleku perioodid. Rakendustes, kus pump töötab tundide kaupa jõudeolekus ilma märkimisväärse vooluvajaduseta, on keskmine energiatarve juba madal. VSD lisamine vähendab jõudeoleku energiatarbimist mootori aeglustamise kaudu, kuid absoluutne kokkuhoid on väike, kuna baasenergiatarve on niigi madal. Tasuvusaeg ulatub seadme elueast kaugemale.

Neljas muster: tugevalt saastunud keskkonnad. Valukojad, kaevandustööd ja teatud keemiatöötlemistehased puutuvad hüdraulikasüsteemid kokku saastetasemetega, mis ületavad labapumba filtreerimistaluvust. VSD töötamine vähendatud kiirustel suurendab sisemist leket ja kiirendab kulumist saastunud tingimustes. Padruni eluea lühenemine kaalub sageli üles energiasäästu.

Viies muster: vananenud pumbaplatvormid. Enne 2000. aastat toodetud labapumpade konstruktsioonid ei olnud ette nähtud muutuva kiirusega töötamiseks. Minimaalsed kiirusenimed, labaotste vahed ja laagrite konfiguratsioonid eeldasid fikseeritud kiirusega töötamist. VSD lisamine nendele vananenud pumpadele kiirendab kulumist ja lühendab kasutusiga, isegi kui töötsükli profiil muidu toetaks VSD ökonoomsust.

Lisaks energiale: VSD sekundaarsed eelised

Energiasääst on VSD peamine eelis, kuid teisesed eelised on jaama operaatorite jaoks sageli elektriarvest olulisemad. Vicks Hydraulic klientidega pärast paigaldamist tehtud intervjuudes ilmnevad järjepidevalt kolm teisest eelist.

VSD-komponentide kvaliteeti hindavad ostjad saavad viidataISO hüdraulikasüsteemi standardidjõudluskontrolli protokollide ja nimitõhususe mõõtmise meetodite jaoks.

Esimene eelis, mida tahan esile tõsta, on müra vähendamine. Ülerõhul töötavad fikseeritud kiirusega pumbad tekitavad märkimisväärset müra, mis levib läbi hüdrosüsteemi ja hoone konstruktsiooni. VSD aeglustab mootorit madala koormuse ajal, vähendades mürataset tüüpilistes mõõtmispunktides 5–15 dB võrra. Müratundlikes tootmiskeskkondades, näiteks puhasruumides või pakendamisliinidel, õigustab see vähendamine sageli VSD investeeringut energiasäästust sõltumatult.

Teine on vähenenud soojuse teke. Ülerõhuklapi drosseldamise vältimisega säästetud energia ei kao kuhugi; see jääb õli soojusena. Väiksem soojuse teke tähendab väiksemaid jahuteid, väiksemat jahutusvee tarbimist ja aeglasemat õli lagunemist. Õlivahetusvälpade ja jahuti hoolduse kokkuhoid lisab lisaks otsesele elektrienergia kokkuhoiule sageli veel 10–15 protsenti VSD kogukasust.

Kolmas eelis, millele keskendun, on parem protsessijuhtimine. VSD võimaldab voolu täpset sobitamist protsessi nõudmistega, mis parandab survevalu tsükliaja järjepidevust ja vähendab detailide varieeruvust. Vormimisprotsesside puhul, mis on suunatud kitsastele mõõtmete tolerantsidele, annab järjepidevate vooluprofiilide abil saavutatav kvaliteedi paranemine sageli suuremat majanduslikku väärtust kui energiasääst ise.

Omandi kogukulu: viie aasta vaade

Kasulik sagedusmuunduri hindamisraamistik vaatleb mitte ainult energia tasuvusaega, vaid ka viieaastast kogukulu. Viieaastane vaade hõlmab hoolduskulusid, mootori ja ajami kasutusiga ning kõiki tootmiskvaliteedi eeliseid, mis jäävad väljapoole otsest elektrienergia arvutust.

Mootori ja ajami valikuid võrdlevatele ostjatele onEatoni labapumpade kataloogsisaldab teatmematerjale invertermootorite spetsifikatsioonide ja harmooniliste leevendamise nõuete kohta.

15 kW survevaluvormimiskambri moderniseerimise puhul hõlmab viieaastane pilt tavaliselt järgmist: sagedusmuunduri seadmed ja paigaldus 8000 USA dollarit, mootori uuendamine 1500 USA dollarit, elektriinfrastruktuur 2000 USA dollarit, harmooniliste leevendamine 1200 USA dollarit, kogukapitalikulu 12 700 USA dollarit. Energiasääst 3100 USA dollarit aastas viie aasta jooksul on kokku 15 500 USA dollarit. Õlivahetuse ja jahuti hoolduse pealt kokkuhoiu viie aasta jooksul lisandub veel 1800 USA dollarit. Kvaliteedi paranemise väärtust on raskem kvantifitseerida, kuid tavaliselt lisab see suure tolerantsiga vormimise puhul 2000–5000 USA dollarit aastas.

Selle tüüpilise juhtumi viieaastane puhaskasu jääb vahemikku 7000–30 000 USA dollarit, olenevalt kvaliteedi paranemise hindamisest. Ainuüksi kapitali lihtne tasuvusaeg on 24–36 kuud, kuid viie aasta jooksul saadav kogumajanduslik kasu on kaks kuni kolm korda suurem kui kapitalikulu. Seetõttu on kahe- ja kolmevahetusega survevaluseadmetes VSD moderniseerimine peaaegu alati õigustatud, kui töötsükkel seda toetab.

Kokkuvõte: aus VSD vastus

Olen avastanud, et 5000 PSI küsimusele pole ühest vastust, mis kehtiks iga minu poolt ülevaadatud paigaldise kohta. Minu kogemuse põhjal on aus vastus koguda töötsükli andmeid, arvutada realistlik energiasääst ja kaaluda seda säästu ajamisüsteemi kapitalikuludega koos sobivate mootori ja infrastruktuuri uuendustega. Ütlen klientidele alati, et arvutus peab sisaldama mootori väljavahetamise, elektriinfrastruktuuri ja harmooniliste leevendamise kulusid, et olla tasuvusaja osas aus. Pigem loobuksin projektist, mis ei ole majanduslikult mõttekas, kui paigaldaksin seadmeid, mis ei anna prognoositud kokkuhoidu.

Kahe- ja kolmevahetuseliste survevaluvormide puhul, kus rõhk on nimirõhust tunduvalt madalam, pakub sagedusmuundur selget majanduslikku tasuvust. Ühevahetuseliste või pideva kõrgsurve rakenduste puhul on sagedusmuunduri investeeringut raskem õigustada ja see ei pruugi kunagi end ära tasuda. Kesktee sõltub kohalikest elektrihindadest, olemasoleva pumba efektiivsusest ja operaatori taluvusest mitmeaastase tasuvusajaga kapitaliprojektide puhul.

Ostjatele, kes on valmis analüüsi konkreetsel paigaldisel läbi viima, saab meie insenerimeeskond töötsükli andmeid üle vaadata ja pakkuda VSD teostatavuse hinnangu. Saatke salvestatud rõhu- ja voolulogid läbikontaktlehtja me võrdleme arvutust VSD komponentide praeguste hindade ja tüüpiliste tööstuslike elektrienergia tariifidega. Hindamine võtab tavaliselt paar päeva ja annab ostjatele andmed, mida nad vajavad teadliku kapitaliinvesteeringu otsuse tegemiseks.

Selles artiklis viidatud pumpade ja servosüsteemide tehnilised kirjeldused ja valikujuhised on saadaval meie veebisaidil.allalaadimiskeskusOstjatele, kes võrdlevad VSD moderniseerimist täieliku servohüdraulilise süsteemi asendamisega, pakub allalaadimiskeskus ka võrdlusandmeid ja rakenduste juhtumianalüüse.