Серволопастные насосы ABT против традиционных насосов с фиксированным рабочим объемом — экономия энергии в литье под давлением и в тяжелой промышленности.

Гидравлическая энергия составляет 30–70% от общего энергопотребления в машинах для литья под давлением, гидравлических прессах и тяжелом промышленном оборудовании. Выбор между сервоприводными лопастными насосами с регулируемым рабочим объемом и традиционными насосами с фиксированным рабочим объемом является наиболее важным решением для снижения затрат на электроэнергию и повышения эффективности работы оборудования. Системы сервоприводных лопастных насосов ABT представляют собой последнее поколение энергосберегающих гидравлических технологий, сочетающих серводвигатель с высокоэффективным лопастным насосом, обеспечивающим подачу только необходимого расхода и давления в любой момент времени. Традиционные насосы с фиксированным рабочим объемом, напротив, обеспечивают постоянный расход независимо от потребности, расходуя энергию на байпас и сброс давления. В данной статье представлено техническое и коммерческое сравнение сервоприводных лопастных насосов ABT с традиционными насосами с фиксированным рабочим объемом для применения в литье под давлением и тяжелой промышленности.

1. Принцип работы серволопастных насосных систем ABT

Синхронный серводвигатель с постоянными магнитами (PMSM), лежащий в основе системы ABT, обладает рядом преимуществ перед асинхронными двигателями. PMSM достигают КПД 92–96% во всем диапазоне рабочих оборотов, по сравнению с 85–90% у асинхронных двигателей. Они также обеспечивают более высокую плотность крутящего момента, что означает, что двигатель меньшего размера может развивать тот же крутящий момент, что и более крупный асинхронный двигатель — преимущество в плане экономии места при проектировании машин.

Сервопривод использует замкнутую систему управления с обратной связью от энкодера для поддержания точной скорости и положения двигателя. Привод получает целевой сигнал давления или расхода от контроллера машины, вычисляет необходимую скорость двигателя и соответствующим образом регулирует ШИМ-выход на обмотки двигателя. Время отклика от сигнала до полного потока обычно составляет менее 50 миллисекунд, что значительно быстрее, чем отклик пропорционального клапана в обычных гидравлических системах.

Система сервоприводного лопастного насоса ABT объединяет три компонента: синхронный серводвигатель с постоянными магнитами, сервопривод (контроллер) и высокоэффективный сбалансированный лопастной насос. Сервопривод регулирует скорость вращения двигателя в реальном времени на основе сигналов давления и расхода гидравлической системы.

Когда гидравлическая система литьевой машины находится в режиме ожидания (между циклами), серводвигатель замедляется почти до нуля оборотов в минуту, потребляя менее 1% от номинальной мощности. Во время фазы впрыска двигатель разгоняется, обеспечивая полный поток. Такая работа, согласованная с потребностью, исключает постоянные потери энергии, присущие системам насосов с фиксированным рабочим объемом.

Сервосистема ABT от Vicks HydraulicОбеспечивает экономию энергии на 30–70% по сравнению с традиционными системами с фиксированным объемом вытеснения в типичных областях применения литья под давлением.

2. Традиционные насосы с фиксированным рабочим объемом: простые, но неэффективные.

Потери эффективности в системах с насосами постоянного объема количественно оцениваются отношением полезной гидравлической мощности к потребляемой электрической мощности. Для типичной машины для литья под давлением с насосом постоянного объема мощностью 30 кВт среднее энергопотребление за полный цикл литья составляет приблизительно 75–85% от номинальной мощности двигателя, даже несмотря на то, что фактическая потребность в гидравлической мощности в среднем составляет лишь 30–50% от номинальной мощности насоса.

Избыточная энергия рассеивается в виде тепла в гидравлическом масле, повышая его температуру на 15–25 °C выше температуры окружающей среды. Эта тепловая нагрузка требует установки маслоохладителя, рассчитанного на отвод 50–70% номинальной мощности насоса в виде тепла. Стоимость теплообменника, охлаждающей воды или циркуляции воздуха, а также электроэнергии для работы охлаждающих вентиляторов или насосов значительно увеличивает общие эксплуатационные расходы системы.

Традиционные лопастные насосы с фиксированным рабочим объемом (или шестеренчатые насосы) подают постоянный объем гидравлической жидкости за один оборот независимо от потребности системы. Когда машине требуется меньший поток, чем подает насос, избыток жидкости отводится через предохранительный клапан и возвращается в бак в виде тепла.

Эта неэффективность имеет несколько последствий: (1) более высокое потребление электроэнергии (насос работает на полной скорости непрерывно), (2) повышение температуры масла, требующее теплообменников большего размера, (3) ускоренное разрушение масла из-за термического напряжения и (4) сокращение срока службы уплотнений и компонентов.

Несмотря на эти недостатки, насосы с фиксированным рабочим объемом остаются популярными благодаря низкой начальной стоимости, простой конструкции и легкости обслуживания.

3. Сравнение экономии энергии: количественные результаты

3.1 Данные о реальной экономии энергии

В ходе полевого исследования 2024 года, проведенного на 15 термопластавтоматах (с усилием смыкания 30–450 тонн), модернизированных с насосов с фиксированным рабочим объемом на сервоприводные лопастные насосные системы ABT, была зафиксирована средняя экономия энергии в 52%. Экономия варьировалась от 35% для машин с коротким циклом и высокой потребностью в гидравлической энергии до 68% для машин с длительным временем охлаждения и низким потреблением энергии в режиме ожидания.

Исследование также задокументировало вторичные преимущества: снижение температуры масла в среднем на 12°C, увеличение интервалов замены масла на 60% (с 4000 до 6400 часов работы) и снижение потребления охлаждающей воды на 55%. Эта вторичная экономия добавила еще 15–20% к общему снижению затрат помимо прямой экономии энергии. Средний срок окупаемости для всех 15 машин составил 14 месяцев.

Параметр	Серволопастной насос ABT	Насос с фиксированным рабочим объемом
Энергопотребление (типичный цикл впрыска)	30–50% от номинала	100% непрерывно
Резервное питание	<1% от номинального	100% от номинала
Повышение температуры масла	Низкая температура (5–10°C)	Высокая температура (15–25°C)
Уровень шума	60–75 дБ(А)	75–85 дБ(А)
Время отклика системы	<50 мс	100–200 мс
Годовые затраты на электроэнергию (машина 40 тонн, 6000 часов работы)	3000–5000 долларов США	8 000–15 000 долларов США

 

4. Преимущества литья под давлением, специфичные для конкретных областей применения

В литье под давлением потребность в гидравлической системе резко меняется на протяжении всего цикла формования: высокий расход во время впрыска, умеренный расход во время выдержки, низкий расход во время охлаждения и практически нулевой расход во время открытия пресс-формы и извлечения детали. Это идеальный сценарий применения технологии сервонасосов.

Дополнительные преимущества для производителей изделий методом литья под давлением:

• Снижение потребления охлаждающей воды (меньше требуется отвод тепла).

• Улучшена стабильность веса дроби (более быстрая реакция на давление).

• Меньший объем гидравлического масла (меньший бак, меньшие затраты на масло).

Для предприятий, работающих круглосуточно, срок окупаемости перехода от насосов с фиксированным рабочим объемом к сервонасосам обычно составляет 12–18 месяцев.

5. Применение в тяжелой промышленности: за пределами литья под давлением.

5.1 Руководство по применению в различных отраслях промышленности

В гидравлических прессах сервонасос подает поток по требованию на этапе быстрого приближения, снижает поток до поддерживающего на этапе прессования и переходит в режим ожидания на этапе снятия детали. Такая работа в соответствии с потребностью снижает энергопотребление на 50–70% по сравнению с системами с фиксированным рабочим объемом и улучшает управление процессом за счет более быстрой реакции давления.

В машинах для литья под давлением гидравлическая система работает короткими, высокоинтенсивными импульсами во время впрыска, за которыми следуют длительные периоды низкой нагрузки во время охлаждения и извлечения. Технология сервонасоса обеспечивает высокий расход, необходимый для впрыска, одновременно снижая потребление в режиме ожидания практически до нуля между циклами. В машинах для выдувного формования сервонасос обеспечивает точное регулирование давления для программирования заготовки, повышая стабильность толщины стенок и снижая расход материала на 5–10%.

Хотя основным направлением применения является литье под давлением, технология серволопастных насосов ABT обеспечивает значительные преимущества и в других отраслях тяжелой промышленности: гидравлические прессы (формовка листового металла, ковка), машины для литья под давлением, машины для выдувного формования и промышленные испытательные стенды.

Для таких применений ключевым преимуществом является точное регулирование давления и расхода в любой точке рабочего цикла. Компания Vicks HydraulicsАссортимент лопастных насосовРассчитан на давление до 35 МПа и расход от 10 до 200 л/мин благодаря интеграции сервомотора.

Решения для сервосистем VicksВключает в себя возможность индивидуального подбора параметров для конкретных типов машин и требований к управлению.

6. Поставка сервонасосных систем ABT из Китая.

Китайские производители, такие какГидравлическая компания Vicks (vickshydraulic.com)Компания Vicks разработала конкурентоспособные решения для сервонасосных систем, имеющие международные сертификаты (CE, CCS, DNV, ABS, BV). Основанная в 2007 году, компания Vicks с годовой производительностью более 80 000 лопастных насосов является ведущим подразделением в процессе пересмотра отраслевых стандартов для технологии лопастных насосов в Китае.

Цены, предлагаемые напрямую с завода, обычно обеспечивают экономию в 30–50% по сравнению с европейскими или японскими аналогами, сроки поставки стандартных конфигураций составляют 30–60 дней, а техническая поддержка доступна на протяжении всего процесса интеграции.

Ознакомьтесь с гидравлической продукцией Vicks.Полные технические характеристики и паспорта продукции см. в соответствующем разделе.

Переход от традиционных насосов с фиксированным рабочим объемом к сервоприводным лопастным насосам ABT представляет собой одно из наиболее выгодных вложений для предприятий литья под давлением и тяжелой промышленности. Типичный срок окупаемости составляет 12–18 месяцев, а срок службы гидравлических компонентов увеличивается на 60% и более, что делает экономическую целесообразность перехода на сервоприводные насосы весьма убедительной для широкого спектра размеров машин и областей применения.

Сервосистема ABT от Vicks HydraulicДоступно для машин с усилием смыкания от 30 до 800 тонн. Свяжитесь с командой Demi Ge для оценки экономии энергии и получения предложения по переоборудованию вашего оборудования для литья под давлением или промышленного гидравлического оборудования.

7. План реализации проекта по переоборудованию сервонасоса.

Для предприятий, рассматривающих возможность перехода с насосных систем с фиксированным рабочим объемом на серволопастные насосы ABT, рекомендуемый подход к внедрению заключается в поэтапном развертывании: (1) энергетический аудит всего гидравлического оборудования для выявления наиболее подходящих кандидатов для преобразования на основе количества отработанных часов и энергопотребления, (2) пилотное преобразование одной или двух машин с комплексными измерениями до и после, (3) оценка результатов пилотного проекта и корректировка плана преобразования, и (4) полное развертывание на всем предприятии с приоритетным планированием.

Обычно для каждой модернизации требуется 2–3 дня простоя на демонтаж старого оборудования, установку серводвигателя и привода, интеграцию с контроллером станка, а также ввод в эксплуатацию и настройку. Общая стоимость одной машины варьируется от 3000–8000 долларов США для малых и средних машин (30–150 тонн) до 8000–20000 долларов США для крупных машин (200–800 тонн).

Гидравлический ВиксКомпания предлагает комплексные пакеты услуг по модернизации, включая серводвигатель, привод, гидравлический насос и услуги по интеграции. Свяжитесь с командой Demi Ge, чтобы заказать энергетический аудит и получить коммерческое предложение по модернизации вашего предприятия.

Контрольный список для закупок для международных покупателей

При разработке стратегии закупок для данной категории продукции международным покупателям следует придерживаться структурированного процесса оценки. Начните с определения технических характеристик, соответствующих требованиям целевого рынка, включая допуски на размеры, марки материалов, требования к качеству поверхности и стандарты сертификации. Первоначальный документ со спецификациями служит основой для взаимодействия с поставщиками и сравнения цен.

Процесс квалификации поставщика должен включать: (1) проверку сертификации системы управления качеством производителя (минимум ISO 9001:2015), (2) проверку сертификатов, специфичных для продукции и применимых к целевому рынку, (3) проверку отзывов клиентов и истории экспорта в ваш регион, (4) оценку оперативности связи и возможностей технической поддержки, и (5) запрос образцов и их проверку на соответствие размерам и материалам.

При обсуждении цены следует учитывать общую стоимость владения, а не только цену за единицу товара. Необходимо принять во внимание: стоимость доставки (морской или воздушный транспорт), импортные пошлины и налоги в стране назначения, стоимость сертификации и испытаний, стоимость контроля качества, а также стоимость запасных частей и послепродажного обслуживания. Поставщик с более высокой ценой за единицу товара, но с более стабильным качеством и своевременной доставкой, может предложить более низкую общую стоимость владения, чем более дешевая альтернатива с более высоким уровнем брака и нестабильностью сроков поставки.

Разработайте соглашение о качестве, определяющее: (1) допустимый уровень качества (AQL) для критических, основных и незначительных дефектов, (2) требования к проверке и испытаниям каждой производственной партии, (3) план и периодичность отбора проб, (4) процедуры обработки несоответствий и сроки корректирующих действий, и (5) условия гарантии. Письменное соглашение о качестве, соответствующее принципам ISO 9001, снижает риск возникновения споров по качеству в процессе производства и поставки.

Для покупателей, впервые работающих с китайскими поставщиками, рекомендуется начать с пробного заказа в объеме 10–20% от прогнозируемого годового объема. Пробный заказ позволит получить практический опыт работы с коммуникационными, производственными и логистическими процессами поставщика, не подвергая покупателя риску чрезмерного накопления запасов. Используйте пробный заказ для установления рабочих отношений и выявления необходимых улучшений процессов, прежде чем переходить к полномасштабным производственным заказам.

Услуги технической поддержки Vicks Hydraulic включают в себя энергетический аудит на месте, анализ проектной документации, контроль за установкой и поддержку при вводе в эксплуатацию. Для предприятий литья под давлением, переходящих на использование сервонасосной технологии на нескольких станках, Vicks предлагает оптовые цены и приоритетное планирование производства. Свяжитесь с командой Деми Ге, чтобы запланировать оценку вашего предприятия и обсудить требования к программе перехода.

Региональные стандарты энергоэффективности и правила регулирования гидравлических систем

Международные покупатели, закупающие товары в Китае, должны учитывать специфические нормативные и рыночные требования целевого региона. Каждый крупный рынок имеет свои собственные стандарты, требования к сертификации и ожидания в отношении соответствия, которые влияют на спецификации продукции и процессы квалификации поставщиков.

Североамериканский рынок (США и Канада) требует соответствия определенным стандартам безопасности, установленным UL, CSA и ANSI. Продукция, продаваемая на этом рынке, должна иметь сертификационные знаки от Национально признанных испытательных лабораторий (NRTL), таких как UL, Intertek (ETL) или CSA. Процесс сертификации включает в себя тестирование продукции, заводскую инспекцию и последующие инспекционные услуги для подтверждения постоянного соответствия требованиям.

Европейский рынок функционирует в соответствии с требованиями маркировки CE, охватывающими применимые директивы и стандарты ЕС для каждой категории продукции. Производитель или импортер должны выдать Декларацию соответствия и хранить техническую документацию, подтверждающую соответствие. Участие уполномоченного органа требуется для определенных категорий продукции и классов с более высоким уровнем риска.

Рынок Азиатско-Тихоокеанского региона характеризуется фрагментированной нормативно-правовой базой с требованиями, специфичными для каждой страны. В Китае для некоторых видов продукции требуется сертификация CCC (Китайская обязательная сертификация), в Японии — маркировка PSE для электротехнической продукции, в Корее — сертификация KC, а в Австралии — маркировка RCM для соответствия требованиям электробезопасности и электромагнитной совместимости.

Для покупателей, закупающих продукцию у китайских производителей, сотрудничество с поставщиком, имеющим опыт сертификации на нескольких рынках, предоставляет значительные преимущества. Производитель, уже прошедший процессы сертификации на основных рынках, может использовать этот опыт при разработке новых продуктов, сокращая сроки сертификации и избегая распространенных проблем с соблюдением нормативных требований. Запросите у поставщика документацию, подтверждающую наличие у него сертификатов на аналогичные продукты, в качестве доказательства его способности соответствовать требованиям.

Помимо соблюдения нормативных требований, региональные рыночные требования также включают: (1) требования к упаковке и маркировке, специфичные для каждого рынка, (2) требования к документации для таможенного оформления и рыночного надзора, (3) языковые требования к руководствам пользователя и инструкциям по технике безопасности, и (4) требования к послепродажному обслуживанию и доступности запасных частей. Учитывайте все эти элементы при разработке стратегии закупок и критериев выбора поставщиков.

Рынок промышленной гидравлики решительно движется в сторону энергоэффективных решений, чему способствуют рост цен на электроэнергию и корпоративные обязательства в области устойчивого развития. Технология серволопастных насосов ABT представляет собой передовое достижение в области энергосберегающих гидравлических систем, а продолжающиеся разработки в области двигателей и приводных систем будут способствовать повышению эффективности и снижению затрат.

По прогнозам, мировой рынок промышленной гидравлики будет расти со среднегодовым темпом роста в 3,5% до 2030 года, при этом наиболее быстрорастущим сегментом станут энергоэффективные гидравлические системы. Технология серволопастных насосов ABT находится в авангарде этой тенденции роста, предлагая ощутимую экономию энергии и быструю окупаемость, что соответствует целям устойчивого развития компаний.