Vane vs. Gear Motors: Избор на погон на транспортер од 50 милиони Сао Паоло Sugar Mills

Беше средината на март кога го добив повикот. Менаџер на уреди во мелница за шеќерна трска во Ралаторио, Сао Паоло - околу 180 километри северозападно од градот - се соочуваше со одлука што ќе одреди дали неговата мелница ќе ја заврши сезоната на берба силно или ќе влезе во меѓусезоната со скапи дефекти.

Транспортерот за трска од 50 метри на мелницата бил управуван од парзапчанициво последните четири години. Секоја сезона на дробење (榨季), тие мотори се прегреваа под континуирано оптоварување. Секоја сезона надвор од сезона, екипата за одржување ги обновуваше заптивките, ги заменуваше истрошените страни на запчаниците и се молеше. Шест месеци помеѓу дефектите беше норма. Во фабрика што преработува 12.000 тони трска дневно, еден час непланиран застој чинеше околу 500 тони изгубен проток - а по тековни цени, тоа се пари што ниту еден сопственик на фабрика не сака да ги остави на полето.

Тој разговор стана почетна точка за еден од технички најинтересните проекти на кои сум работел во секторот за преработка на шеќер. Она што следува е детален опис на причините.Моторите со крилца се подобри од запчаниците кај погоните на транспортерите од 50 метри— не како маркетиншки разговор, туку како оперативна реалност поткрепена со реални податоци за дефекти од бразилските мелници.

Посебните услови на транспортер во мелница за шеќер во Сао Паоло

Пред да се нурнете во технологијата на моторите, треба да разберете што всушност прави транспортерот од шеќерна трска со хидрауличниот мотор. Ова не е чист, климатски контролиран фабрички под. Ова е една од најнепријателските средини на кои сум наишол за прецизна хидраулична опрема.

Абразивна прашина од багаса

Преработката на шеќерна трска генерира огромни количини на влакнест багас. Овој материјал не стои само таму - тој станува прашина што се шири низ воздухот и се инфилтрира во секој отвор, заптивка и куќиште на лежиштето што може да го најде. Кај запчаниците, каде што мрежестите запчаници создаваат празнини од само неколку микрони, прашината од багас делува како абразивно соединение. Во текот на повеќе од еден период на континуирана работа, фините честички се пробиваат во жлебовите на заптивките, забрзувајќи ги стапките на абење што производителите обично не ги земаат предвид во нивните идеално-лабораториски спецификации.

Извештајот А2022 одUNICA (Здружение на бразилската индустрија за шеќерна трска)забележано е дека навлегувањето на честички е водечка причина за предвремено откажување на хидрауличниот систем во мелниците анкетирани низ Сао Паоло и Гојаш - одговорно за 34% од сите пријавени дефекти. Кога се работи за запчаник, таа патека на навлегување е директна: вентилираната заптивка на вратилото на запчаникот е по природа поизложена од затворената комора на дизајнот со балансирани крила.

Тропска влажност и термички циклус

Внатрешноста на Сао Паоло редовно доживува утринска релативна влажност над 90% во текот на месеците на жетва, од април до ноември. Ова не е крајбрежна магла - тоа е заситен топол воздух што се кондензира во куќиштата на моторот за време на циклусот на ладење по исклучувањето. Запчаниците, со нивните надворешни монтажни аранжмани и изложени заптивки на вратилото, се особено ранливи на корозија предизвикана од влага на изложените бокови на запчаниците и лежиштата.

Моторите со крилца, со нивната позатворена конфигурација на ротор-лопатка, одржуваат подобра рамнотежа на внатрешниот притисок и се помалку склони кон акумулација на кондензација за време на периоди на мирување. Комората на ротор-лопатка кај правилно одржуван мотор со крилца останува под мал позитивен притисок од влезното коло, што делува како природна бариера против навлегување на влага низ заптивките.

24-часовна континуирана работа за време на бербата

Мелницата за шеќерна трска нема луксуз на планирано застојно време за време на бербата. Откако трска ќе почне да пристигнува од полето, транспортерот мора да работи - континуирано - во текот на целата сезона. Во Сао Паоло, мелниците обично преработуваат шеќерна трска од април до ноември. Тоа се осум месеци непрекинато работење, 24 часа на ден, седум дена во неделата.

Импликациите врз изборот на мотор се сериозни. Мотор кој е маргинално соодветен во номиналните услови ќе откаже предвреме кога работи со 110% од номиналниот вртежен момент за време на периодите на максимална испорака на трска - што е токму она што се случува кога теренските камиони се редат, а мелницата го зголемува протокот за да го надомести изгубеното време по доцнење поради дожд.

„Разликата помеѓу мотор што трае една жетва и мотор што трае три не е спецификацискиот лист - туку дали дизајнот грациозно се справува со преоптоварувања без катастрофално откажување на заптивките.“

Фактор на сезонскост: Роковите за одржување се кратки

Еден од најпотценетите аспекти на одржувањето на мелниците за шеќерна трска е колку е скратен временскиот период надвор од сезоната. Откако ќе заврши бербата кон крајот на ноември, повеќето мелници имаат временски период од 10 до 16 недели пред да започне следната полска сезона. Тимовите за одржување мора да ги реновираат не само транспортерите, туку и котлите, мелниците, испарувачите и центрифугите - сите тие се натпреваруваат за истата ограничена работна сила и буџет.

Ова значи дека дефект на моторот на транспортерот за кој е потребно повеќе од четири недели време за замена на делови е всушност дефект што ќе предизвика одложување на следната жетва. За мелница што веќе работи со мали маржи, ова не е прифатливо.Достапноста и одржливоста се важни исто колку и суровите спецификации за перформанси.

Структурна споредба: Мотори со крила наспроти мотори со запчаници

Како работи моторот со крилеста крила

Хидрауличниот мотор со крилца користи ротор со засеци поставен во кружна празнина (прстенот на брегастата оска). Роторот е монтиран ексцентрично - што значи дека не седи во центарот на куќиштето. Хидрауличната течност што влегува под притисок ги притиска крилцата - обично 7 до 12 по мотор во зависност од дизајнот - радијално нанадвор наспроти прстенот на брегастата оска, создавајќи линија за запечатување помеѓу врвот на секој крилце и внатрешниот ѕид на куќиштето.

Како што роторот се врти, крилата се лизгаат во и надвор од своите отвори. Секое крило создава индивидуална комора за притисок што наизменично се поврзува со влезните и излезните отвори, генерирајќи вртежен момент. Геометријата на прстенот на брегастата оска го одредува поместувањето по вртење. Бидејќи крилата лебдат на филм од хидраулична течност, запечатувањето е динамично и самокомпензирано - како што се јавува абење, крилата едноставно се протегаат понатаму за да одржат контакт.

Овој дизајн произведува неколку својства кои се директно релевантни за апликациите на погонот на транспортерот:

• Повисоки брзини на ротација— обично од 400 до 2.600 вртежи во минута за стандардни модели, при што некои дизајни достигнуваат и над 4.000 вртежи во минута. Ова значи дека моторот често може директно да го погонува транспортерот без меѓуредуктор, намалувајќи ја механичката сложеност на погонскиот систем.
• Непречено испорачување на вртежен момент— течното амортизирање помеѓу крилата значи помалку бучава и помалку вибрации во споредба со поврзувањето на запчаниците.
• Самокомпензирано абење— како што се абеат крилцата, линијата за заптивање се прилагодува, наместо нагло да се влошува. Ова им дава на моторите на крилцата постепена крива на перформанси во текот на нивниот работен век.
• Понизок праг на почетен вртежен момент— моторите со крилца обично можат да стартуваат под оптоварување при помал притисок од запчаниците, што е важно за рестартирање на транспортерот по отстранување на застој.

Како работи запчаник

Хидрауличниот запчаник користи два меѓусебно поврзани запчаници - погонски запчаник и рамномерен запчаник - сместени во прецизно обработена комора. Течноста што влегува во влезниот отвор се заробува помеѓу запците на запчаникот додека тие се спојуваат на влезната страна, а потоа се носи околу куќиштето до излезната страна каде што запците се одврзуваат, ослободувајќи ја течноста и генерирајќи вртежен момент.

Едноставноста на овој дизајн е воедно негова сила и слабост. Со само две ротирачки компоненти, запчаниците се механички едноставни и релативно ефтини за производство. Тие се добро прилагодени за апликации што бараат висок почетен вртежен момент при мали брзини. Сепак, тие имаат вродени компромиси:

• Пониска максимална брзина— обично од 400 до 1.800 вртежи во минута, што ги ограничува конфигурациите со директен погон.
• Фиксен клиренс— растојанијата на запците на запчаниците се поставени при склопувањето и не можат сами да се прилагодат. Како што напредува абењето, истекувањето покрај боковите на запчаникот се зголемува, што предизвикува намалување на волуметриската ефикасност.
• Поголема чувствителност на контаминација— забите на запчаниците во блиска мрежа дејствуваат како стапица за честички. Едно влакно од багаса заглавено помеѓу боковите на запчаникот може да го забрза абењето низ целата површина на забот.
• Пониска волуметриска ефикасност под променливо оптоварување— запчаниците доживуваат поизразено протекување од бајпас кога работат подалеку од нивната проектирана точка на притисок.

Криви на ефикасност: Зона на вртежен момент од 60–80%

За погони на транспортери од шеќерна трска, типичната работна точка е помеѓу 60% и 80% од номиналниот вртежен момент на моторот за време на нормална работа - со кратки врвови до 110% за време на преоптоварување. Ова е местото каде што кривите на ефикасност на моторите со крилца и запчаници најзабележително се разликуваат.

Запчаниците имаат тенденција да ја постигнат својата максимална волуметриска ефикасност близу до нивната проектна точка на притисок - обично од 150 до 200 бари за индустриски модели со среден притисок. При 60–80% вртежен момент (приближно 100–150 бари), запчаникот може да работи со 82–87% волуметриска ефикасност. Во истата работна точка, добро дизајниран мотор со крила обично одржува 88–93% волуметриска ефикасност поради самозаптивниот распоред на крилата.

Во текот на осуммесечна сезона на берба, која трае 24 часа на ден, овој јаз во ефикасноста од 5–6 процентни поени се преведува во значајни разлики во потрошувачката на енергија - особено на ниво на мелница што преработува 12.000 тони дневно, каде што моќноста на погонот на транспортерот може да надмине 75 kW по мотор.

Типична споредба на ефикасноста: мотор со крилести влакна наспроти мотор со запчаник на работните точки на транспортерот

Работна состојба	Ефикасност на моторот на крилата	Ефикасност на менувачот
60% од номиналниот вртежен момент (100 бари)	90–93%	82–87%
80% од номиналниот вртежен момент (150 бари)	91–94%	85–89%
110% преоптоварување (180 бари)	88–91%	79–84%
Стартување под оптоварување (ладно, 60 бари)	78–84%	68–75%

Управување со транспортер од 50 метри: Зошто е важна конфигурацијата на погонот

Едностран погон наспроти двостран погон

Транспортер од 50 метри во мелница за шеќерна трска претставува структурен предизвик без оглед на типот на моторот. Ременот, целосно натоварен со трска, создава значителен затегнувачки стрес на погонската макара. Конфигурациите на погон со еден крај го ставаат целото затегнување на ременот на еден мотор и еден сет лежишта - тежок распоред што го забрзува абењето и на моторот и на структурата на транспортерот.

Двостран погон — со мотор на секој крај од транспортерот — го распределува товарот помеѓу две единици. Ова го преполови потребниот вртежен момент по мотор, го продолжува животниот век на лежиштата на макарите на транспортерот и обезбедува редундантност: ако еден мотор откаже за време на бербата, мелницата може да продолжи да работи со намален проток, наместо целосно запирање.

Повеќето фабрики во Сао Паоло со кои соработувам претпочитаат двоен погон за транспортери подолги од 30 метри. Капиталните трошоци за додавање втор мотор се компензираат со подобрувањето на сигурноста и намалувањето на структурниот стрес на рамката на транспортерот.

Предноста на моторите со крила при голема брзина во пракса

Способноста за работа со голема брзина на моторите со крилца (до 2.600 вртежи во минута кај стандардните модели) има практична последица за погоните на транспортерите: честопати ја елиминира потребата од менувач за намалување на брзината. Транспортерот што работи со брзина на лента од 800 вртежи во минута може да биде управуван директно од мотор со крилца со соодветна брзина - без загубите на ефикасност, барањата за одржување и проблемите со потрошувачката на масло како кај менувачот.

Запчаниците, со нивните пониски максимални брзини, обично бараат планетарен или спирален менувач за да ги задоволат барањата за брзина на транспортерот. Секоја фаза на менувачот воведува загуба на ефикасност од 2–4%, додава елемент за одржување (промена на масло, замена на заптивки) и создава потенцијална точка на дефект. Елиминирањето на менувачот од погонскиот склоп е една од највлијателните одлуки што може да ги донесе мелницата за долгорочна сигурност.

Пулсација на вртежниот момент и век на траење на ременот

Еден занемарен фактор при изборот на погон на транспортерот е пулсирањето на вртежниот момент. Запчаниците, по својата природа на запчаници, генерираат суптилни бранувања на вртежниот момент на фреквенцијата на вмрежување на забите на запчаникот. При големи брзини, овие бранувања можат да возбудат резонантни фреквенции во структурата на транспортерот, особено во системи со челични ленти со долг распон.

Моторите со крилца, со нивните повеќекратни отвори за крилцата и пренос на вртежен момент со флуидно перниче, произведуваат многу помазен излез. За транспортер од 50 метри со лента од челичен кабел - каде што заморот на спојувањето на лентата е вистинска грижа - намалувањето на торзионите вибрации на погонската макара може значително да го продолжи работниот век на спојувањето.

Реален проект за мелница во Сао Паоло: Податоци од теренот

Дозволете ми да ви ги наведам спецификите на проектот за мелницата Ралаторио што го споменав на отворањето, бидејќи бројките се она што го убеди менаџерот на уреди да го промени курсот.

Фабриката работеше на два запчаници од 15 kW (номинални на 180 бари, максимум 1.200 вртежи во минута) на нивниот 50-метарски транспортер за трска од 2021 година. Во секој случај, тие се соочија со следниов модел на дефекти:

• 2-ри месец од бербата— првиот мотор се прегрева за време на постојан период на висок проток. Тимот за одржување ја заменува заптивката на вратилото.
• Месец 4— вториот мотор покажува опаѓање на излезниот притисок. Излезот паѓа приближно за 12% од основната линија.
• Месец 6— на првиот мотор му е потребна целосна реконструкција. Абењето на страните на менувачот ја надминува толеранцијата. И двата мотори сега се во деградирана состојба за преостанатиот период на производство.
• Вонсезона— обновени се двата мотори. Вкупни трошоци за одржување по лице: приближно 38.000 бразилски реалии (делови + работна сила) само за системот за погон на транспортерот.

Просечно време помеѓу дефекти: 6 месеци. Тоа е еден целосен циклус на прекинување на брзината, што всушност не е лошо за моторите со запчаници во оваа примена - но исто така не е добро.

По нашиот технички преглед, фабриката инсталираше дваХидраулични мотори со крилца од серијата Vicks M4Cноминална моќност од 18 kW, максимум 2.000 вртежи во минута, во конфигурација со двоен погон. Моторите беа избрани без среден менувач - конфигурацијата со директен погон значително ја намали механичката сложеност на системот.

Еве што се случи во текот на следните три сезони на жетва:

Првата сезона помина без ниту еден застој поврзан со моторот. На крајот од сезоната, екипата за одржување ги провери двата мотори за време на вообичаениот период за ремонт вон сезона. Абењето на крилата беше во рамките на фабричката спецификација во рамките на 0,15 mm - занемарливо за цела сезона на континуирано работење. Не беше потребна замена на заптивките.

Менаџерот на уреди ми кажа нешто што ми остана во сеќавање:„Го предвидовме буџетот за дефекти на моторите на истиот начин како што го предвидуваме буџетот за доцнења поради дожд. По минатата жетва, моравме да ја отстраниме таа ставка од планот за одржување.“

Зошто Vicks Hydraulic за погони на транспортери за шеќерна мелница?

Во текот на седумнаесет години, „Викс Хидраулик“ изгради производствена инфраструктура која е наменски изградена за производство на хидраулични компоненти со голем обем и прецизност. Дозволете ми да ви ги дадам спецификите што се важни за одлуките за набавка на шеќерарниците.

Скала на производство

„Викс“ управува со шест водечки светски производствени линии со комбиниран годишен капацитет што надминува 80.000 крилести пумпи и мотори. Ова не е бутик производител - ова е производство на индустриско ниво со системи за управување со квалитет што им се потребни на големите купувачи.

Морски и индустриски сертификации

За шеќерните мелници кои исто така преработуваат багас за когенерација на енергија - растечка практика во Сао Паоло по примерот на БразилПрограмата RenovaBio—Компонентите може да бидат предмет на ист режим на инспекција како и морските апликации. Викс има одобренија за тип од пет главни класификациски друштва:

• CCS(Кинеско друштво за класификација)
• ДНВ(Дет Норске Веритас, Норвешка)
• АБС(Американско биро за превоз)
• BV(Биро Веритас, Франција)
• LR(Лојдс Регистер, Велика Британија)

Овие сертификати не се маркетиншки значки - тие бараат целосна верификација на дизајнот, ревизија на производствениот процес и тестирање на случајни примероци. За фабрика што купува хидраулични компоненти што ќе работат континуирано осум месеци во годината во корозивна средина, сознанието дека производителот работи под надзор на друштвото за класификација додава слој на доверба што оди подалеку од листот со податоци.

Лидерство во ревизијата на индустриските стандарди

„Викс Хидраулик“ учествува како претседавачка единица во ревизијата на индустриските стандарди за опрема за хидраулични крилца - што значи дека инженерскиот тим на компанијата е активно вклучен во дефинирањето што значи „прифатливи“ перформанси и квалитет за целиот сектор. Ова не е пасивен носител на сертификат; тоа е технички придонесувач кон стандардите што конкурентите исто така мора да ги исполнат.

Кога набавувате од Викс, соработувате со производител кој има директен глас во поставувањето на критериумите според кои се оценува целата опрема со крилца.

Големопродажен капацитет за големи проекти

За проекти од шеќерна фабрика за кои се потребни повеќе мотори — без разлика дали станува збор за изградба на нови транспортери или за надградби на погон со повеќе мотори — годишниот капацитет на Викс од над 80.000 единици значипрограми за набавки на големосе достапни за нарачки над 20 единици. Ова се преведува во економија на единиците што е конкурентна со добавувачите на стандардни мотори со запчаници, а воедно ги обезбедува предностите во перформансите наведени погоре.

Доколку сте EPC изведувач кој работи на фабрика за шеќер на отворено или на големо проширување, овој капацитет на снабдување и структурата на цените вреди да се дискутираат на почетокот на проектниот циклус.

Што вели ФАО за овој сектор прогнозата за шеќер

Се предвидува дека глобалното производство на шеќер ќе остане структурно цврсто до средината на 2020-тите, според...Серија извештаи на ФАО за прехранбените перспективиБразил ја задржува својата позиција како најголем производител на шеќерна трска во светот, при што државата Сао Паоло учествува со околу 55% ​​во националното производство. Бидејќи мелниците се соочуваат со притисок да ја подобрат ефикасноста на преработката по тон, економијата на сигурноста на хидрауличниот погон станува сè поакутна - а не помалку.

Мелница која преработува 12.000 тони дневно за време на осуммесечна жетва обработува приближно 2,88 милиони тони по сезона. Со конзервативна вредност на прометот од 28 американски долари по тон, секој час непланиран застој претставува над 800.000 американски долари изгубена вредност за преработка на трска по жетва. Ако надградбата на моторот ги намали непланираните застои дури и за еден настан по сезона, пресметката на поврат на инвестицијата за премиум мотори со крилца е едноставна.

Технички случај: Резиме

Еве го консолидираниот технички аргумент зошто хидрауличните мотори со крилца се правилниот избор за погони на транспортери за шеќерна трска од 50 метри во Сао Паоло:

1. Отпорност на контаминација— Механизмот за запечатување на крилата е потолерантен на навлегување на прашина од шеќерна трска отколку спојувањето на запците на запчаникот, со што се намалуваат стапките на дефекти во прашливата средина на мелницата.
2. Отпорност на влага— Затворената комора на крилата одржува позитивен внатрешен притисок, ограничувајќи ја корозијата предизвикана од влага за време на циклусите на тропска влажност.
3. Можност за директно возење— Високата максимална брзина го елиминира менувачот, отстранувајќи дел за одржување и подобрувајќи ја ефикасноста на системот.
4. Порамномерно испорачување на вртежен момент— Намалената торзиона пулсација го продолжува животниот век на спојувањето на транспортерската лента на долгите ленти со челични јажиња.
5. Самокомпензирано абење— Постепената крива на перформанси значи дека одржувањето е планирано, а не воведено во итни случаи.
6. Повисока ефикасност во работниот опсег од 60–80% вртежен момент— Вистинската работна зона на транспортер за шеќерна трска, каде што моторите со крила ги надминуваат запчаниците за 5–6 процентни поени.

---

За мелниците што моментално користат запчаници на своите транспортери, преминот кон мотори со крилца не е сложен инженерски проект - тоа е директна замена кај повеќето стандардни големини на рамки. Конфигурацијата на двоен погон што ја бараат повеќето транспортери од 50 метри е во рамките на опсегот на можности на стандардните модели на мотори со крилца, а жиците и хидрауличните врски се заменливи со стандардните индустриски моторни практики.

Инвестицискиот случај се потпира на едноставна споредба: годишни трошоци за одржување и застој кај запчаниците, во споредба со инсталираните трошоци и работниот век кај моторите со крилца. Според бројките што ги видов од фабриките во Сао Паоло, моторите со крилца се исплаќаат во рок од 18 до 24 месеци кај типична примена на погон на транспортер.

Доколку го оценувате ова за вашата мелница или проект на кој работите, би ми било драго да разговараме директно за техничката работа. Нашиот инженерски тим во Vicks Hydraulic може да обезбеди поддршка за избор на мотор врз основа на вашите специфични спецификации на транспортерот, вклучувајќи ја брзината на лентата, профилот на оптоварување и конфигурацијата на погонот.

Контактирајте не преку нашиотвеб-страницаили поврзете се директно со мене наФејсбук. Обично одговарам во рок од еден работен ден.