Прашањето за 5.000 PSI се појавува во речиси секоја енергетска ревизија на лиење со инјектирање што ја спроведувам со европски клиенти. Менаџерот на фабриката сака пониски сметки за електрична енергија. Надзорникот за одржување сака да ја задржи постојната инфраструктура на пумпите. Финансискиот директор сака пресметка за враќање на инвестицијата. Секој засегнат го поставува прашањето различно, а одговорот зависи од податоци што не се секогаш очигледни само од спецификациите на системот.

Оваа статија ги дестилира она што го научив од проектите за ретрофитирање на VSD кај ќелии за лиење со вбризгување, хидраулика на машински алати и апликации за мобилна опрема. Рамката се применува без разлика дали оценуватеПумпа со крила под висок притисок T7-Eнадградба или специфицирање на новсерво хидрауличен системПрагот од 5.000 PSI не е произволен; тој ја одразува кривата на ефикасност каде што економијата на VSD се менува од убедлива кон маргинална.

Како всушност функционираат заштедите на енергија со VSD

Технологијата на погон со променлива брзина ја намалува потрошувачката на енергија на пумпата со усогласување на брзината на моторот со побарувачката на проток. Во систем на пумпа со фиксна брзина, пумпата испорачува целосен проток секогаш кога моторот работи, а вишокот проток се испушта низ вентилот за ослободување на притисокот. Тој исфрлен проток претставува чист отпад: моторот троши целосна моќност за да компресира масло кое веднаш се претвора во топлина.

За купувачи кои проценуваатПумпи од V-серијатаЗаедно со платформите T6/T7, методологијата за пресметка на заштедите на енергија се применува идентично во обете семејства.

VSD го елиминира губитокот на енергија со забавување на моторот кога побарувачката за проток се намалува. Пумпата испорачува само она што му е потребно на системот, а вентилот за ослободување на воздух останува претежно затворен. Односот помеѓу брзината на моторот и потрошувачката на енергија е приближно кубен, што значи дека намалувањето на брзината од 20 проценти ја намалува потрошувачката на енергија за приближно 50 проценти.

За купувачите кои ги оценуваат реконструкциите на погоните со променлива брзина, клучното мерење е профилот на работниот циклус на самата инсталација, а не теоретските максимални заштеди. Пумпа што работи на 80 проценти од номиналниот притисок 16 часа на ден и работи во мирување 8 часа ќе има различна економска ефикасност од пумпа што работи на 95 проценти од номиналниот притисок континуирано. Првото сценарио дава силна повратна инвестиција, а второто не.

Прагот од 5.000 PSI и зошто е важен

Бројката од 5.000 PSI (350 бари) постојано се појавува во студиите за изводливост за ретрофитирање на VSD бидејќи се наоѓа на точката на пресвртница на кривата на ефикасноста на пумпата. Под овој притисок, пумпите со фиксна брзина на крилата испорачуваат разумна ефикасност дури и кога се враќаат назад преку вентилот за олеснување. Над овој притисок, волуметриските и механичките загуби се зголемуваат, а потрошената енергија станува многу поголем дел од влезната моќност.

Во пракса, повеќето ќелии за лиење со вбризгување работат под 5.000 PSI во поголемиот дел од циклусот. Фазата на висок притисок се јавува за време на стегањето и инјектирањето на калапот, што заедно може да претставува 20 до 35 проценти од времето на циклусот. Останатите 65 до 80 проценти се фазата на ладење, пластифицирање и исфрлање, која работи на 800 до 1.800 PSI. VSD во овој работен циклус овозможува значителни заштеди бидејќи пумпата го поминува поголемиот дел од своето време под низок притисок.

Економската слика се менува за апликации под висок притисок, како што се леење со калапи, штанцање и одредени операции со хидраулична преса. Овие системи можат да работат континуирано со притисок од 4.000 до 5.000 PSI, оставајќи малку простор за оптимизација на VSD. Пумпата работи близу до својата точка на максимална ефикасност без оглед на VSD, така што електрониката на погонот додава трошоци без пропорционална корист.

Спецификации за пумпа со крила компатибилна со VSD

Не секоја пумпа со крилца може да работи со VSD. Ограничувањето на минималната брзина е најважно. На пумпите со крилца им е потребна доволна брзина на ротација за да ги протегнат крилцата кон брегастата осовина со центрифугална сила. Под овој минимум, крилцата не се протегаат целосно, внатрешното протекување се зголемува, а абењето драматично се забрзува.

Целосната спецификација на T7-E е достапна вотехнички центар за преземање, вклучувајќи ги и кривите на номиналната ефикасност низ целиот опсег на работна брзина.

Серијата T7-E што ја препорачуваме за VSD апликации е оценета за континуирана работа помеѓу 200 и 1.800 вртежи во минута. Овој опсег овозможува значително намалување на брзината за периоди со низок проток, додека се одржува интегритетот на продолжувањето на крилата. Работата под 200 вртежи во минута е технички можна за кратки периоди, но го забрзува абењето и не се препорачува за континуирана работа.

Спецификацијата на моторот е важна исто колку и спецификацијата на пумпата. Стандардните индукциски мотори не се дизајнирани за напонските скокови и хармоничната содржина произведени од типични погони со променлива фреквенција. За сигурно VSD сервисирање потребни се инвертерски мотори со зајакната изолација, пониски номинални вредности за зголемување на температурата и често посебен вентилатор за ладење. Користењето на стандарден мотор на VSD напојување е чест извор на предвремено откажување на моторот.

Кога VSD не заштедува енергија

Само профилот на притисок не ја одредува економичноста на VSD. Три дополнителни фактори можат да го претворат теоретски привлечен проект за VSD во ретрофит што троши енергија.

Прво, електричните загуби на моторот и погонот компензираат дел од заштедите на пумпата. Погоните со променлива фреквенција обично работат со ефикасност од 95 до 98 проценти, а моторите со инвертер додаваат загуби од 2 до 5 проценти во споредба со стандардните мотори. Кога овие електрични загуби ќе се додадат на придобивките од ефикасноста на пумпата, нето подобрувањето на системот се намалува. За многу мали пумпи, електричните трошоци можат целосно да ги надминат заштедите на пумпата.

Второ, апликациите со брзи транзиенти на притисокот ја поништуваат оптимизацијата на VSD. Ако притисокот во системот се менува помеѓу 500 и 4.500 PSI на секои неколку секунди, погонот не може да реагира доволно брзо за да ја оптимизира брзината за секоја фаза. Пумпата на крајот работи со речиси максимална брзина за да се справи со транзиентните врвови, што го поништува поголемиот дел од потенцијалот за заштеда на енергија.

Трето, VSD кај системи со несоодветно термичко управување може да произведе полоши резултати од работењето со фиксна брзина. Моторите со променлива брзина генерираат повеќе топлина при мали брзини поради намален проток на воздух за ладење. Ако моторот не е оценет за работниот циклус или ако инсталацијата нема дополнително ладење, температурите на намотките на моторот се зголемуваат и работниот век на моторот драматично се скратува.

VSD наспроти сензор за оптоварување: Избор на вистинската технологија

Хидрауликата со сензор за оптоварување овозможува споредливи заштеди на енергија со VSD преку различен механизам. Наместо да ја менува брзината на пумпата, сензорот за оптоварување го менува поместувањето на пумпата за да одговара на барањата за притисок. Излезот на пумпата континуирано се прилагодува врз основа на повратните информации за притисокот во системот, при што аголот на ротациониот механизам на пумпата го контролира протокот.

Осетувачот на оптоварување реагира побрзо од VSD на минливите притисоци, што го прави погоден за апликации со брзи промени на побарувачката. Компромисот е комплексноста: пумпите со сензор за оптоварување бараат компензатори на притисок, контролни вентили и повратни линии што додаваат трошоци и бараат пософистицирано одржување. VSD користи стандардни пумпи со фиксно поместување, што го поедноставува хидрауличкото коло по цена на посложена електрична инфраструктура.

За дизајн на нов систем, изборот често се сведува на постоечката инфраструктура и експертизата на операторот. Постројките со силни можности за електрично одржување и претпочитање на стандардни хидраулични компоненти го претпочитаат VSD. Постројките со силна хидраулична експертиза и постоечка инфраструктура за мерење на оптоварување го претпочитаат мерењето на оптоварувањето кај новите инсталации. Модернизацијата на една технологија во систем дизајниран за другата ретко има економска смисла.

Контролна листа за имплементација на VSD на системи со крилести пумпи

За купувачите кои се подготвени да проценат VSD на постоечка инсталација на крилеста пумпа, следната листа за проверка од шест чекори ги спречува најчестите грешки во имплементацијата што сум ги видел при теренско сервисирање.

Индустриски референци како што сеЕвропска федерација за ракување со материјалида се обезбедат дополнителни упатства за интеграција на VSD со хидраулични енергетски единици во индустриски услови.

Прво, снимете го вистинскиот профил на работниот циклус во текот на најмалку две недели репрезентативно производство. Евидентирајте го притисокот на празнење на пумпата, побарувачката за проток и струјата на моторот во интервали од една секунда. Добиениот збир на податоци ја води пресметката на заштедите на енергија и потврдува дали работниот циклус ја поддржува економијата на VSD.

Второ, проверете дали пумпата е оценета за работа со променлива брзина во рамките на планираниот опсег на брзина. T7-E и повеќето модерни платформи за пумпи со крила се соодветно оценети, но постарите пумпи можеби не се. Работата на неоценета пумпа под променлива брзина предизвикува забрзано абење и предвремено откажување.

Трето, наведете мотор со инвертерска работа со класа F или повисока изолација и фактор на услуга од 1,15 или подобар. Стандардните мотори ќе откажат во рок од 12 до 24 месеци при работа со VSD. Трошоците за надградба на моторот треба да бидат вклучени во пресметката за отплата на VSD.

Четврто, конфигурирајте го погонот со профили на брзина специфични за пумпата. Минималната брзина треба да биде поставена не помала од 300 вртежи во минута за да се одржи интегритетот на продолжувањето на крилата. Рампите за забрзување и забавување треба да бидат поставени на 5 до 10 секунди за да се спречи хидрауличен шок. Прескокнувачки фреквенции што предизвикуваат механички резонанци треба да се програмираат исклучување.

Петто, инсталирајте преобразувачи на притисок со соодветно време на одзив. Стандардните индустриски преобразувачи на притисок со време на одзив од 100 милисекунди се соодветни за повеќето VSD апликации. Предаватели со побрз одзив (10 милисекунди) се потребни за високодинамични системи, но тие додаваат трошоци.

Шесто, планирајте ублажување на хармониците од електричната страна. Променливите фреквентни погони создаваат хармонична дисторзија што може да влијае на друга опрема на истата електрична услуга. Линиските реактори или хармониските филтри често се потребни за усогласување со стандардите IEEE 519, а трошоците треба да бидат вклучени во буџетот на проектот VSD.

Пример за пресметка на заштеда на енергија

Типична ќелија за лиење со инјектирање што работи во две смени обезбедува корисна референца за пресметка на заштедите на енергија од VSD. Пумпата со фиксна брзина работи со номинална моќност од 15 kW, при што моторот работи континуирано. Просечната потрошувачка на енергија во текот на циклусот, земајќи ги предвид загубите на вентилот за олеснување на притисокот за време на фазите на низок притисок, е приближно 9,5 kW.

Додавањето на VSD со соодветно профилирање на брзината ја намалува просечната потрошувачка на енергија на приближно 5,8 kW. Заштедата на енергија изнесува 3,7 kW континуирано, или околу 31.000 kWh годишно при 8.400 работни часови. По индустриска цена за електрична енергија од 0,10 американски долари за kWh, годишните заштеди се приближно 3.100 американски долари.

Цената на VSD системот, вклучувајќи го погонот, инвертерскиот мотор, работната сила за инсталација и хармониските филтри, обично се движи од 6.000 до 9.000 американски долари за ретрофит од 15 kW. Затоа, едноставниот период на отплата е од 24 до 36 месеци, во зависност од спецификите на инсталацијата и локалните тарифи за електрична енергија. Работата во три смени го намалува отплатата за половина, а работата во една смена ја продолжува за 50 до 100 проценти.

VSD на пумпи со крила наспроти серво хидраулични системи

Серво хидрауличните системи, кои ги интегрираат пумпата, моторот, погонот и контролната електроника во еден пакет, претставуваат врвна алтернатива на VSD на стандардна пумпа со крила. Серво системите овозможуваат побрз одзив, поголема прецизност и заштеда на енергија споредлива или подобра од VSD, но со значително повисоки капитални трошоци.

За апликации што бараат прецизна контрола на притисокот и протокот, како што е напредно лиење со вбризгување со контрола на процесот со затворен циклус, серво хидрауличните системи се соодветен избор. Заштедата на енергија често го надминува VSD за 5 до 15 процентни поени бидејќи серво системите истовремено ги оптимизираат и брзината и поместувањето.

За апликации каде што постојната инфраструктура на пумпи со крилести лопатки работи соодветно и целта е намалување на трошоците за енергија, ретрофитирањето на VSD е обично поекономичен пат. Капиталните трошоци се од 40 до 60 проценти пониски од целосен серво хидрауличен систем, а заштедите на енергија опфаќаат најголем дел од достапното подобрување на ефикасноста.

Пет услови за работа кога VSD не успева

Низ сите ретрофити на VSD што ги разгледав, дефектите се групираат во пет повторувачки шеми. Разбирањето на овие шеми однапред ги спасува клиентите од инвестирање во систем кој нема да ги испорача проектираните заштеди. Секој шем се открива со собирање податоци од една до две недели во работниот циклус, што е многу поевтино од откривањето на проблемот откако ќе се инсталира опремата на VSD.

Стандардите за енергетска ефикасност на VSD се документирани воISO 50001 стандард за управување со енергија, што ја обезбедува рамката за квантифицирање и верификација на тврдењата за заштеди.

Прв модел: константно работење под висок притисок. Ќелиите за леење под капак и хидрауличните преси со голема тонажа често работат над 4.000 PSI во текот на 80 проценти или повеќе од работниот циклус. Пумпата работи континуирано близу до својата точка на максимална ефикасност, оставајќи малку простор за оптимизација на VSD. Додавањето на VSD на ваквите системи обично овозможува едноцифрена процентна заштеда на енергија, што не ја оправдува капиталната инвестиција.

Втор модел: брзи преодни промени на притисокот. Операции на штанцување и одредени апликации на тест-станица го менуваат притисокот од мирување до максимум за помалку од една секунда. Погонот со променлива брзина не може да реагира доволно брзо за да ја оптимизира брзината за секој преоден момент, па моторот на крајот работи со речиси максимална брзина во текот на целиот процес. Заштедата на енергија исчезнува, а електрониката на погонот ги зголемува електричните загуби.

Трет модел: продолжени периоди на мирување. Примените каде што пумпата работи во мирување со часови без значителна побарувачка на проток веќе имаат ниска просечна потрошувачка на енергија. Додавањето на VSD ја намалува моќноста на мирување со забавување на моторот, но апсолутните заштеди се мали бидејќи основната потрошувачка на енергија е веќе мала. Периодите на созревање се протегаат надвор од животниот век на опремата.

Четврта шема: средини со сериозна контаминација. Леарниците, рударските операции и одредени постројки за хемиска преработка ги изложуваат хидрауличните системи на нивоа на контаминација што ја надминуваат толеранцијата за филтрација на крилната пумпа. Работата на VSD со намалена брзина го зголемува внатрешното истекување и го забрзува абењето во контаминирани услови. Намалувањето на животниот век на кертриџот често ги компензира заштедите на енергија.

Шема пет: стари платформи за пумпи. Дизајните на пумпи со крилца пред 2000 година не беа оценети за работа со променлива брзина. Минималните оценки на брзината, растојанието до врвот на крилцата и конфигурациите на лежиштата претпоставуваа работа со фиксна брзина. Додавањето на VSD на овие стари пумпи го забрзува абењето и го намалува работниот век, дури и кога профилот на работниот циклус инаку би ја поддржал економијата на VSD.

Надвор од енергијата: Секундарни придобивки од VSD

Заштедата на енергија е главната придобивка од VSD, но секундарните придобивки честопати се поважни за операторите на постројките отколку сметката за електрична енергија. Три секундарни придобивки постојано се појавуваат во интервјуата по инсталацијата со клиенти на Vicks Hydraulic.

Купувачите кои го оценуваат квалитетот на компонентите на VSD можат да се повикаат наISO стандарди за хидрауличен системза протоколи за тестирање на перформансите и методи за мерење на номиналната ефикасност.

Првата придобивка што сакам да ја истакнам е намалувањето на бучавата. Пумпите со фиксна брзина што работат под притисок за олеснување произведуваат значителна бучава што патува низ хидрауличниот систем и градежната структура. VSD го забавува моторот за време на периоди со мала побарувачка, намалувајќи ги нивоата на бучава за 5 до 15 dB на типичните точки на мерење. Во производствени средини чувствителни на бучава, како што се чисти простории или линии за пакување, ова намалување често ја оправдува инвестицијата во VSD независно од заштедата на енергија.

Втората е намалено производство на топлина. Енергијата заштедена со избегнување на пригушување на вентилот за олеснување не исчезнува; таа останува во маслото како топлина. Помалото производство на топлина значи помали ладилници, намалена потрошувачка на вода за ладење и побавно разградување на маслото. Заштедите од одржување на интервалите за промена на маслото и одржувањето на ладилниците честопати додаваат уште 10 до 15 проценти на вкупната придобивка од VSD покрај директната заштеда на електрична енергија.

Третата придобивка на која се фокусирам е подобрената контрола на процесот. VSD овозможува прецизно усогласување на протокот со побарувачката на процесот, што ја подобрува конзистентноста на времето на циклусот при лиење со инјектирање и ги намалува варијациите на деловите. За операции на лиење насочени кон тесни димензионални толеранции, подобрувањето на квалитетот од конзистентни профили на проток честопати обезбедува поголема економска вредност од самите заштеди на енергија.

Вкупни трошоци за сопственост: Петгодишен преглед

Корисна рамка за евалуација на VSD ги разгледува петгодишните вкупни трошоци за сопственост, а не само периодот на поврат на енергијата. Петгодишниот преглед ги опфаќа трошоците за одржување, работниот век на моторот и погонот, како и сите придобивки од квалитетот на производството што не спаѓаат во директната пресметка на електричната енергија.

За купувачите што споредуваат опции за мотор и погон,Каталог на пумпи со крила од Итонвклучува референтни материјали за спецификациите на моторите со инвертерско работење и барањата за ублажување на хармониците.

За ретрофит на ќелија за лиење со вбризгување од 15 kW, петгодишната слика обично вклучува: опрема и инсталација на VSD за 8.000 американски долари, надградба на моторот за 1.500 американски долари, електрична инфраструктура за 2.000 американски долари, ублажување на хармониците за 1.200 американски долари, вкупни капитални расходи од 12.700 американски долари. Заштедата на енергија од 3.100 американски долари годишно за пет години изнесува вкупно 15.500 американски долари. Заштедата за одржување при промена на маслото и сервисирање на ладилникот додава уште 1.800 американски долари во текот на пет години. Вредноста за подобрување на квалитетот е потешко да се квантифицира, но обично додава од 2.000 до 5.000 американски долари годишно за лиење со висока толеранција.

Петгодишната нето придобивка за овој типичен случај се движи од 7.000 до 30.000 американски долари, во зависност од проценката на подобрувањето на квалитетот. Едноставната отплата само на капиталот трае од 24 до 36 месеци, но вкупната економска придобивка во текот на пет години е два до три пати поголема од капиталните трошоци. Затоа ретрофитирањето на VSD во операциите за лиење со вбризгување во две и три смени е речиси секогаш оправдано кога работниот циклус ги поддржува.

Заклучок: Искрениот одговор на VSD

Открив дека прашањето од 5.000 PSI нема еден одговор што се однесува на секоја инсталација што ја разгледувам. Според моето искуство, искрениот одговор е да се соберат податоци за работниот циклус, да се пресметаат реалните заштеди на енергија и да се споредат тие заштеди со капиталните трошоци на погонскиот систем со соодветни надградби на моторот и инфраструктурата. Секогаш им велам на клиентите дека пресметката мора да вклучува трошоци за замена на моторот, електрична инфраструктура и ублажување на хармониците за да бидам искрен во врска со периодот на враќање. Подобро би се откажал од проект што нема економска смисла отколку да инсталирам опрема што не ги испорача проектираните заштеди.

За операции со лиење со вбризгување во две и три смени што работат далеку под номиналниот притисок, VSD обезбедува јасна економска принос. За операции во една смена или апликации со континуирано работење под висок притисок, инвестицијата во VSD е потешко да се оправда и можеби никогаш нема да се врати. Средната опција зависи од локалните тарифи за електрична енергија, ефикасноста на постојната пумпа и толеранцијата на операторот за капитални проекти со повеќегодишен период на отплата.

За купувачите кои се подготвени да извршат анализа на одредена инсталација, нашиот инженерски тим може да ги прегледа податоците за работниот циклус и да обезбеди проценка на изводливоста на VSD. Испратете ги снимените логови за притисок и проток прекуконтакт страницаи ќе ја извршиме пресметката во однос на тековните цени на компонентите на VSD и типичните цени за индустриска електрична енергија. Проценката обично трае неколку дена и им дава на купувачите податоци што им се потребни за да донесат информирана одлука за капитални инвестиции.

Техничките спецификации и упатствата за избор на пумпите и серво системите наведени во овој напис се достапни во нашатацентар за преземањеЗа купувачите кои споредуваат ретрофитирање на VSD со целосна замена на серво хидрауличниот систем, центарот за преземање исто така вклучува споредбени податоци и студии на случаи на примена.