ABT 서보 베인 펌프와 기존 고정 용량 펌프 비교 - 사출 성형 및 중공업 분야에서의 에너지 절감 효과

1. ABT 서보 베인 펌프 시스템 작동 방식

ABT 시스템의 핵심인 영구자석 동기 서보 모터(PMSM)는 유도 모터에 비해 여러 가지 장점을 제공합니다. PMSM은 작동 범위 전체에 걸쳐 92~96%의 효율을 달성하는 반면, 유도 모터는 85~90%의 효율을 보입니다. 또한 PMSM은 더 높은 토크 밀도를 제공하여 더 작은 모터로 더 큰 유도 모터와 동일한 토크를 낼 수 있으므로 기계 설계 시 공간 절약에 유리합니다.

서보 드라이브는 엔코더 피드백을 이용한 폐루프 제어 방식으로 모터의 속도와 위치를 정밀하게 유지합니다. 드라이브는 기계 제어기로부터 목표 압력 또는 유량 신호를 수신하여 필요한 모터 속도를 계산하고, 그에 따라 모터 권선에 공급되는 PWM 출력을 조절합니다. 신호 수신부터 최대 유량 출력까지의 응답 시간은 일반적으로 50밀리초 미만으로, 기존 유압 시스템의 비례 밸브 응답 속도보다 훨씬 빠릅니다.

ABT 서보 베인 펌프 시스템은 영구 자석 동기식 서보 모터, 서보 드라이브(컨트롤러), 고효율 밸런스 베인 펌프의 세 가지 구성 요소를 통합합니다. 서보 드라이브는 유압 시스템의 압력 및 유량 요구 신호에 따라 모터 속도를 실시간으로 조절합니다.

사출 성형기의 유압 시스템이 대기 상태(사이클 사이)일 때, 서보 모터는 거의 0RPM까지 감속하여 정격 출력의 1% 미만만 소비합니다. 사출 단계에서는 모터가 가속되어 최대 유량을 공급합니다. 이러한 수요 맞춤형 작동 방식은 고정 용량 펌프 시스템에서 발생하는 지속적인 에너지 낭비를 방지합니다.

Vicks Hydraulic의 ABT 서보 시스템일반적인 사출 성형 공정에서 기존 고정 변위 시스템에 비해 30~70%의 에너지 절감 효과를 달성합니다.

2. 기존의 고정 용량 펌프: 단순하지만 비효율적임

고정 용량 펌프 시스템의 효율 손실은 유효 유압 동력과 입력 전기 동력의 비율로 정량화됩니다. 30kW 고정 용량 펌프를 사용하는 일반적인 사출 성형기의 경우, 전체 성형 사이클 동안의 평균 전력 소비량은 정격 모터 출력의 약 75~85%에 달합니다. 이는 실제 유압 동력 요구량이 펌프 정격 출력의 평균 30~50%에 불과함에도 불구하고 발생하는 현상입니다.

과잉 에너지는 유압유에서 열로 방출되어 오일 온도를 주변 온도보다 15~25°C 상승시킵니다. 이러한 열 부하를 감당하기 위해서는 펌프 정격 출력의 50~70%를 열로 방출할 수 있는 용량의 오일 쿨러가 필요합니다. 열교환기, 냉각수 또는 공기 순환 장치, 그리고 냉각 팬이나 펌프 작동에 필요한 전기 비용은 전체 시스템 운영 비용을 크게 증가시킵니다.

일반적인 고정 용량 베인 펌프(또는 기어 펌프)는 시스템 요구량과 관계없이 회전당 일정한 양의 유압유를 공급합니다. 기계에 필요한 유량이 펌프가 공급하는 유량보다 적을 경우, 과잉 유체는 압력 방출 밸브를 통해 배출되어 열로 변환되어 탱크로 되돌아갑니다.

이러한 비효율성은 다음과 같은 여러 가지 결과를 초래합니다. (1) 전력 소비 증가(펌프가 지속적으로 최대 속도로 작동), (2) 더 큰 열교환기가 필요한 오일 온도 상승, (3) 열 응력으로 인한 오일 열화 가속화, (4) 씰 및 구성 요소 수명 단축.

이러한 단점에도 불구하고, 고정 용량 펌프는 낮은 초기 비용, 간단한 구조 및 손쉬운 유지 보수 덕분에 여전히 인기가 높습니다.

3. 에너지 절감 비교: 정량적 결과

3.1 실제 에너지 절감 데이터

2024년에 실시된 현장 연구에서는 고정 용량 펌프를 ABT 서보 베인 펌프 시스템으로 개조한 사출 성형기 15대(클램핑력 30~450톤)를 대상으로 평균 52%의 에너지 절감 효과를 확인했습니다. 절감 효과는 사이클 시간이 짧고 유압 요구량이 높은 기계의 경우 35%에서 냉각 시간이 길고 대기 전력 소모가 적은 기계의 경우 68%까지 다양했습니다.

이 연구는 또한 다음과 같은 부가적인 이점을 입증했습니다. 오일 온도는 평균 12°C 낮아졌고, 오일 교환 주기는 60% 연장되었으며(4,000시간에서 6,400시간으로), 냉각수 소비량은 55% 감소했습니다. 이러한 부가적인 절감 효과는 직접적인 에너지 절감 효과를 넘어 총 비용 절감액에 15~20%를 추가로 더했습니다. 15대 장비 전체의 평균 투자 회수 기간은 14개월이었습니다.

4. 사출 성형의 적용 분야별 이점

사출 성형에서 유압 시스템의 요구량은 성형 주기 전반에 걸쳐 크게 변동합니다. 사출 중에는 높은 유량, 유지 중에는 중간 유량, 냉각 중에는 낮은 유량, 그리고 금형 개방 및 부품 배출 중에는 거의 0에 가까운 유량이 필요합니다. 이러한 특성은 서보 펌프 기술을 적용하기에 이상적인 사례입니다.

사출 성형업체에게 추가적인 이점은 다음과 같습니다.

• 냉각수 소비량 감소 (필요한 열 방출량 감소).

• 샷 무게의 일관성 향상 (더 빠른 압력 반응).

• 유압유 사용량 감소 (탱크 크기 축소, 유류비 절감).

24시간 연중무휴로 가동하는 성형업체의 경우, 고정 용량 펌프에서 서보 펌프로 전환하는 데 드는 투자 회수 기간은 일반적으로 12~18개월입니다.

5. 중공업 분야 응용: 사출 성형을 넘어서

5.1 다양한 산업 분야에 대한 적용 가이드

유압 프레스 응용 분야에서 서보 펌프는 빠른 접근 단계에서는 필요에 따라 유량을 공급하고, 프레스 단계에서는 유지 유량으로 줄이며, 부품 제거 시에는 대기 유량으로 전환됩니다. 이러한 수요 맞춤형 작동 방식은 고정 용량 시스템에 비해 에너지 소비를 50~70% 절감하고, 더욱 빠른 압력 응답을 통해 공정 제어를 향상시킵니다.

다이캐스팅 기계의 유압 시스템은 사출 과정에서 짧고 강렬한 부하가 발생한 후 냉각 및 추출 과정에서는 장시간 저부하 상태로 작동합니다. 서보 펌프 기술은 사출에 필요한 높은 유량을 공급하는 동시에 사이클 간 대기 전력 소모를 거의 0에 가깝게 줄입니다. 블로우 성형기의 경우, 서보 펌프는 프리폼 프로그래밍을 위한 정밀한 압력 제어를 제공하여 벽 두께의 균일성을 향상시키고 재료 사용량을 5~10% 절감합니다.

ABT 서보 베인 펌프 기술은 사출 성형이 주된 적용 분야이지만, 유압 프레스(판금 성형, 단조), 다이캐스팅 기계, 블로우 성형기 및 산업용 시험 장비와 같은 기타 중공업 분야에서도 상당한 이점을 제공합니다.

이러한 용도에 있어 핵심적인 이점은 작동 주기 내 어느 지점에서든 정밀한 압력 및 유량 제어가 가능하다는 것입니다. 빅스 유압(Vicks Hydraulic)은 이러한 장점을 제공합니다.베인 펌프 제품군최대 35MPa의 압력과 10~200L/min의 유량을 지원하며 서보 모터가 내장되어 있습니다.

빅스 서보 시스템 솔루션특정 기계 유형 및 제어 요구 사항에 맞는 맞춤형 매칭 기능을 포함합니다.

6. 중국에서 ABT 서보 펌프 시스템 조달

중국 제조업체들빅스 유압(vickshydraulic.com)빅스는 국제 인증(CE, CCS, DNV, ABS, BV)을 획득한 경쟁력 있는 서보 펌프 시스템 솔루션을 개발해 왔습니다. 2007년 설립 이후 연간 8만 대 이상의 베인 펌프 생산 능력을 보유한 빅스는 중국 내 베인 펌프 기술 관련 산업 표준 개정을 주도하는 기업입니다.

공장 직판 가격은 일반적으로 유럽이나 일본의 동급 제품 대비 30~50%의 비용 절감 효과를 제공하며, 표준 구성의 경우 30~60일의 납기가 소요되고 통합 과정 전반에 걸쳐 기술 지원을 받을 수 있습니다.

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