Motorji z lopaticami proti zobnikom: izbira 50-metrskega transportnega pogona São Paulo Sugar Mills

Sredi marca sem prejel klic. Vodja naprav v mlinu za sladkorni trs v Ralatóriu v São Paulu – približno 180 kilometrov severozahodno od mesta – se je soočal z odločitvijo, ki bi določila, ali bo njegov mlin sezono žetve končal dobro ali pa bo v medsezonsko obdobje vstopil z dragimi okvarami.

50-metrski transporter za trs v mlinu je poganjal parzobniški motorjizadnja štiri leta. Vsako sezono drobljenja (榨季) so se ti motorji pod dolgotrajno obremenitvijo pregrevali. Vsako izven sezone je vzdrževalna ekipa obnavljala tesnila, menjavala obrabljene boke zobnikov in servisirala. Šest mesecev med okvarami je bilo norma. V mlinu, ki predeluje 12.000 ton trsa na dan, je ena ura nenačrtovanega izpada stala približno 500 ton izgubljene pretočnosti – in pri trenutnih cenah je to denar, ki ga noben lastnik mlina ne želi pustiti stati na polju.

Ta pogovor je postal izhodišče za enega tehnično najbolj zanimivih projektov, na katerih sem delal v sektorju predelave sladkorja. Sledi podroben opis, zakaj.Lopatični motorji prekašajo zobniške motorje pri pogonih 50-metrskih transporterjev– ne kot marketinške govorice, temveč kot operativna realnost, podprta s podatki o dejanskih okvarah iz brazilskih mlinov.

Posebni pogoji tekočega traku tovarne sladkorja v São Paulu

Preden se poglobimo v tehnologijo motorjev, morate razumeti, kaj transporter sladkornega trsa dejansko počne s hidravličnim motorjem. To ni čista, klimatsko nadzorovana tovarniška hala. To je eno najbolj neprijaznih okolij, s katerimi sem se srečal za precizno hidravlično opremo.

Abrazivni prah iz bagase

Pri predelavi sladkornega trsa nastanejo ogromne količine vlaknastih odpadkov sladkornega trsa. Ta material ne ostane kar tam – postane prah v zraku, ki prodre v vsako režo, tesnilo in ohišje ležaja, ki ga najde. V zobniških motorjih, kjer zobje zobnikov, ki se medsebojno prepletajo, ustvarjajo razmike le nekaj mikronov, prah odpadkov sladkornega trsa deluje kot abrazivna spojina. Med neprekinjenim delovanjem se drobni delci prebijejo v utore tesnil in pospešijo obrabo, česar proizvajalci običajno ne upoštevajo v svojih idealnih laboratorijskih specifikacijah.

Poročilo A2022 izUNICA (Brazilsko združenje sladkorne trske)ugotovil, da je bil vdor delcev glavni vzrok za prezgodnjo odpoved hidravličnega sistema v mlinih, ki so bili anketirani v São Paulu in Goiásu – odgovoren za 34 % vseh prijavljenih napak. Pri zobniškem motorju je ta pot vdora neposredna: odzračevalno tesnilo gredi na zobniškem motorju je po naravi bolj izpostavljeno kot zaprta komora uravnotežene zasnove lopatic.

Tropska vlažnost in termični cikli

V notranjosti São Paula je jutranja relativna vlažnost med žetvijo od aprila do novembra redno nad 90 %. To ni obalna megla – gre za nasičen topel zrak, ki se kondenzira v ohišjih motorjev med hladilnim ciklom po zaustavitvi. Zobniški motorji z zunanjimi pritrdilnimi elementi in izpostavljenimi tesnili gredi so še posebej občutljivi na korozijo zaradi vlage na izpostavljenih bokih zobnikov in ležajnih obročih.

Lopatični motorji z bolj zaprto konfiguracijo rotorja in lopatic vzdržujejo boljše ravnovesje notranjega tlaka in so manj nagnjeni k kopičenju kondenzacije med mirovanjem. Komora rotorja in lopatic v pravilno vzdrževanem lopatičnem motorju ostane pod rahlim pozitivnim tlakom zaradi dovodnega tokokroga, ki deluje kot naravna ovira proti vdoru vlage skozi tesnila.

24-urno neprekinjeno delovanje med žetvijo

Mlin za sladkorni trs si med žetvijo ne more privoščiti načrtovanega izpada. Ko trs začne prihajati s polja, mora tekoči trak neprekinjeno delovati celotno sezono. V São Paulu mlini običajno predelujejo trs od aprila do novembra. To je osem mesecev neprekinjenega delovanja, 24 ur na dan, sedem dni v tednu.

Posledice za izbiro motorja so resne. Motor, ki je pri nazivnih pogojih le delno zadosten, bo prezgodaj odpovedal, če bo deloval s 110 % nazivnega navora med obdobji največje dobave sladkornega trsa – prav to se zgodi, ko se poljski tovornjaki postavijo v vrsto in mlin poveča prepustnost, da bi nadomestil izgubljeni čas po deževju.

»Razlika med motorjem, ki zdrži eno žetev, in motorjem, ki zdrži tri, ni v specifikacijah, temveč v tem, ali zasnova elegantno obvladuje preobremenitve brez katastrofalne okvare tesnil.«

Sezonski dejavnik: Vzdrževalna obdobja so kratka

Eden najbolj podcenjenih vidikov vzdrževanja mlinov za sladkorni trs je, kako skrajšano je obdobje izven sezone. Po končani žetvi konec novembra ima večina mlinov od 10 do 16 tednov časa, preden se začne naslednja poljska sezona. Vzdrževalne ekipe morajo prenoviti ne le tekoče trakove, temveč tudi kotle, mline, uparjalnike in centrifuge – vsi pa tekmujejo za enako omejeno delovno silo in proračun.

To pomeni, da je okvara motorja tekočega traku, ki zahteva več kot štiri tedne časa za nadomestne dele, dejansko okvara, ki bo povzročila zamudo pri naslednji žetvi. Za mlin, ki že posluje z majhnimi dobički, to ni sprejemljivo.Razpoložljivost in vzdrževanje sta prav tako pomembni kot surove specifikacije zmogljivosti.

Strukturna primerjava: krilni motorji v primerjavi z zobniškimi motorji

Kako deluje krilni motor

Hidravlični lamelni motor uporablja rotor z utori, nameščen v krožno votlino (odmični obroč). Rotor je nameščen ekscentrično – kar pomeni, da ni na sredini ohišja. Hidravlična tekočina, ki vstopa pod tlakom, sili lamele – običajno od 7 do 12 na motor, odvisno od zasnove – radialno navzven proti odmičnemu obroču, kar ustvari tesnilno linijo med vsako konico lamele in notranjo steno ohišja.

Ko se rotor vrti, se lopatice premikajo v in iz svojih rež. Vsaka lopatica ustvari individualno tlačno komoro, ki se izmenično povezuje z vstopnimi in izstopnimi odprtinami, kar ustvarja navor. Geometrija odmičnega obroča določa premik na vrtljaj. Ker lopatice plavajo na filmu hidravlične tekočine, je tesnjenje dinamično in samokompenzirajoče – ko pride do obrabe, se lopatice preprosto podaljšajo, da ohranijo stik.

Ta zasnova zagotavlja več lastnosti, ki so neposredno pomembne za uporabo pri pogonu tekočih trakov:

• Višje hitrosti vrtenja— običajno od 400 do 2600 vrt/min za standardne modele, nekatere izvedbe pa dosegajo 4000+ vrt/min. To pomeni, da lahko motor pogosto poganja transporter neposredno brez vmesnega menjalnika, kar zmanjša mehansko kompleksnost pogonskega sistema.
• Gladka dobava navora— blaženje s tekočino med lopaticami pomeni manj hrupa in manj vibracij v primerjavi z zobniškim zapiranjem.
• Samokompenzirajoča obraba— tesnilna linija se z obrabo lopatic prilagaja in ne nenadoma slabša. To daje lopaticam motorjev počasnejšo krivuljo delovanja skozi njihovo življenjsko dobo.
• Nižji prag zagonskega navora— lamelni motorji se običajno lahko zaženejo pod obremenitvijo pri nižjih tlakih kot zobniški motorji, kar je pomembno za ponovni zagon transporterja po odpravi zastoja.

Kako deluje zobniški motor

Hidravlični zobniški motor uporablja dva medsebojno povezana zobnika – pogonski zobnik in prosti zobnik – ki sta nameščena v natančno obdelani komori. Tekočina, ki vstopi v dovodno odprtino, se ujame med zobnike zobnikov, ko se ti ujamejo na dovodni strani, nato pa se po ohišju prenese na izhodno stran, kjer se zobje sprostijo, sprostijo tekočino in ustvarijo navor.

Preprostost te zasnove je hkrati njena prednost in slabost. Z le dvema vrtečima se komponentama so zobniški motorji mehansko preprosti in relativno poceni za izdelavo. Primerni so za aplikacije, ki zahtevajo visok zagonski navor pri nizkih hitrostih. Vendar pa imajo tudi svoje pomanjkljivosti:

• Nižja največja hitrost— običajno od 400 do 1800 vrtljajev na minuto, kar omejuje konfiguracije z neposrednim pogonom.
• Fiksna razdalja— razmiki med zobmi zobnikov so nastavljeni pri montaži in se ne morejo samodejno nastaviti. Z naraščajočo obrabo se puščanje mimo bokov zobnika povečuje, kar povzroči zmanjšanje volumetričnega izkoristka.
• Večja občutljivost na kontaminacijo— zobje zobnikov v tesni mreži delujejo kot lovilec delcev. Eno samo vlakno sladkornega trsa, ujeto med bokoma zobnika, lahko pospeši obrabo celotne površine zoba.
• Nižji volumetrični izkoristek pri spremenljivi obremenitvi— motorji z zobniki imajo izrazitejše puščanje obvoda, ko delujejo zunaj svoje projektne tlačne točke.

Krivulje učinkovitosti: območje navora 60–80 %

Pri pogonih transporterjev za sladkorni trs je tipična delovna točka med 60 % in 80 % nazivnega navora motorja med normalnim delovanjem – s kratkotrajnimi konicami do 110 % med preobremenitvami. Tukaj se krivulje učinkovitosti krilnih in zobniških motorjev najbolj opazno razlikujejo.

Zobniški motorji običajno dosežejo svoj največji volumetrični izkoristek blizu svoje konstrukcijske tlačne točke – običajno od 150 do 200 barov za industrijske modele s srednjim tlakom. Pri 60–80 % navora (približno 100–150 barov) lahko zobniški motor deluje z 82–87 % volumetričnim izkoristkom. Pri isti delovni točki dobro zasnovan motor z lopaticami običajno vzdržuje 88–93 % volumetrični izkoristek zaradi samotesnilne razporeditve lopatic.

V osemmesečni žetveni sezoni, ki poteka 24 ur na dan, se ta razlika v učinkovitosti 5–6 odstotnih točk prevede v znatne razlike v porabi energije – zlasti v obsegu mlina, ki predeluje 12.000 ton na dan, kjer lahko moč pogona tekočega traku preseže 75 kW na motor.

Tipična primerjava učinkovitosti: krilni motor v primerjavi z zobniškim motorjem na delovnih točkah transporterja

Delovno stanje	Učinkovitost krilnega motorja	Učinkovitost motorja z zobnikom
60 % nazivnega navora (100 barov)	90–93 %	82–87 %
80 % nazivnega navora (150 barov)	91–94 %	85–89 %
110 % preobremenitev (180 barov)	88–91 %	79–84 %
Zagon pod obremenitvijo (hladen, 60 barov)	78–84 %	68–75 %

Vožnja 50-metrskega transporterja: Zakaj je konfiguracija pogona pomembna

Enosmerni pogon v primerjavi z dvosmernim pogonom

50-metrski transporter v mlinu za sladkorni trs predstavlja strukturni izziv ne glede na vrsto motorja. Trak, ki je popolnoma naložen s trsom, ustvarja znatno natezno napetost na pogonski jermenici. Konfiguracije z enojnim pogonom prenašajo celotno napetost jermena na en motor in en sklop ležajev – zahtevna ureditev, ki pospešuje obrabo tako motorja kot konstrukcije transporterja.

Dvostranski pogon – z motorjem na vsakem koncu tekočega traku – porazdeli obremenitev med dve enoti. To prepolovi potreben navor na motor, podaljša življenjsko dobo ležajev na jermenicah tekočega traku in zagotavlja redundanco: če med žetvijo odpove en motor, lahko mlin nadaljuje z delovanjem z zmanjšano pretočnostjo, namesto da se popolnoma ustavi.

Večina mlinov v São Paulu, s katerimi sodelujem, ima raje dvostranski pogon za transporterje, daljše od 30 metrov. Stroške dodajanja drugega motorja izravnava izboljšana zanesljivost in zmanjšanje strukturnih obremenitev okvirja transporterja.

Prednost visokohitrostnih lamelnih motorjev v praksi

Visoka hitrost lamelnih motorjev (do 2600 vrt/min pri standardnih modelih) ima praktične posledice za pogone transportnih trakov: pogosto odpravlja potrebo po reduktorju za zmanjšanje hitrosti. Transportni trak, ki deluje s hitrostjo traku 800 vrt/min, lahko neposredno poganja lamelni motor z ustrezno hitrostjo – brez izgub učinkovitosti, zahtev glede vzdrževanja in težav s porabo olja, ki jih povzroča reduktor.

Zobniški motorji z nižjimi najvišjimi hitrostmi običajno zahtevajo planetarni ali vijačni menjalnik, da ustrezajo zahtevam glede hitrosti tekočega traku. Vsaka stopnja menjalnika povzroči izgubo učinkovitosti za 2–4 ​​%, doda vzdrževalni element (menjava olja, zamenjava tesnila) in ustvari potencialno točko okvare. Odstranitev menjalnika iz pogonskega sklopa je ena najpomembnejših odločitev, ki jih lahko mlin sprejme za dolgoročno zanesljivost.

Pulziranje navora in življenjska doba jermena

Pri izbiri pogona tekočega traku se spregleda pulziranje navora. Zobniški motorji zaradi svoje narave zobatega ujetja ustvarjajo subtilne valove navora pri frekvenci ujetja zobnikov. Pri visokih hitrostih lahko ti valovi vzbudijo resonančne frekvence v strukturi tekočega traku, zlasti v sistemih z jeklenimi vrvmi z dolgim ​​razponom.

Lopatični motorji z več režami za lopatice in prenosom navora s fluidnim blaženjem zagotavljajo veliko bolj gladek izhod. Pri 50-metrskem transporterju z jeklenim kordnim trakom – kjer je utrujenost spoja jermena resnična skrb – lahko zmanjšanje torzijskih vibracij na pogonski jermenici znatno podaljša življenjsko dobo spoja.

Projekt pravega mlina v São Paulu: podatki s terena

Naj vam predstavim podrobnosti projekta mlina Ralatório, ki sem ga omenil na otvoritvi, saj so prav številke prepričale vodjo naprave, da je spremenil smer.

Mlin je od leta 2021 na svojem 50-metrskem transporterju za trs uporabljal dva 15 kW motorja z zobniškim pogonom (nazivnega tlaka 180 barov, največ 1200 vrt/min). Pri vsakem od njih so imeli naslednji vzorec okvar:

• 2. mesec žetve— prvi motor se pregreje med obdobjem dolgotrajne visoke pretočnosti. Vzdrževalna ekipa zamenja tesnilo gredi.
• 4. mesec— drugi motor kaže padajoči izhodni tlak. Izhodna moč pade za približno 12 % od izhodiščne vrednosti.
• 6. mesec— prvi motor zahteva popolno obnovo. Obraba zobniškega roba presega toleranco. Oba motorja sta zdaj v degradiranem stanju za preostalo žetev.
• Izven sezone— oba motorja obnovljena. Skupni stroški vzdrževanja na kos: približno 38.000 brazilskih realov (deli + delo) samo za pogonski sistem tekočega traku.

Povprečni čas med okvarami: 6 mesecev. To je en polni cikel delovanja motorja, kar za zobniške motorje v tej aplikaciji pravzaprav ni slabo – ni pa tudi dobro.

Po našem tehničnem pregledu je mlin namestil dvaHidravlični krilni motorji serije Vicks M4Cz nazivno močjo 18 kW in največ 2000 vrt/min v konfiguraciji z dvojnim pogonom. Motorji so bili izbrani brez vmesnega menjalnika – konfiguracija z neposrednim pogonom je znatno zmanjšala mehansko kompleksnost sistema.

Takole se je zgodilo v naslednjih treh sezonah žetve:

Prva sezona je minila brez ene same zaustavitve motorja. Ob koncu sezone je vzdrževalna ekipa pregledala oba motorja med običajnim obdobjem remonta izven sezone. Obraba lopatic je bila znotraj 0,15 mm tovarniških specifikacij – zanemarljivo za celotno sezono neprekinjenega delovanja. Zamenjava tesnil ni bila potrebna.

Upravitelj naprav mi je povedal nekaj, kar mi je ostalo v spominu:»Okvare motorjev smo načrtovali enako kot zamude zaradi dežja. Po zadnji žetvi smo morali to postavko odstraniti iz načrta vzdrževanja.«

Zakaj Vicks Hydraulic za pogone transportnih trakov v mlinih sladkorja?

Vicks Hydraulic je v sedemnajstih letih zgradil proizvodno infrastrukturo, ki je namensko zgrajena za velikoserijsko, precizno proizvodnjo hidravličnih komponent. Naj vam predstavim podrobnosti, ki so pomembne pri odločitvah o nabavi za sladkorne mline.

Proizvodni obseg

Vicks upravlja šest vodilnih proizvodnih linij na svetu s skupno letno zmogljivostjo več kot 80.000 lamelnih črpalk in motorjev. To ni butični proizvajalec – to je proizvodnja v industrijskem obsegu s sistemi vodenja kakovosti, ki jih zahtevajo veliki kupci.

Pomorski in industrijski certifikati

Za sladkorne mline, ki predelujejo tudi odpadni sladkorni but za soproizvodnjo energije – kar je v São Paulu vse bolj razširjena praksa po brazilskiProgram RenovaBio—Komponente so lahko predmet istega režima inšpekcijskih pregledov kot pomorske aplikacije. Vicks ima tipske odobritve petih glavnih klasifikacijskih zavodov:

• CCS(Kitajsko klasifikacijsko društvo)
• DNV(Det Norske Veritas, Norveška)
• ABS(Ameriški urad za ladijski promet)
• BV(Bureau Veritas, Francija)
• LR(Lloyd's Register, Združeno kraljestvo)

Ti certifikati niso marketinške značke – zahtevajo popolno preverjanje zasnove, revizijo proizvodnega procesa in naključno testiranje vzorcev. Za tovarno, ki kupuje hidravlične komponente, ki bodo neprekinjeno delovale osem mesecev na leto v korozivnem okolju, vedenje, da proizvajalec deluje pod nadzorom klasifikacijskega zavoda, doda plast zaupanja, ki presega podatkovni list.

Vodstvo pri reviziji industrijskih standardov

Vicks Hydraulic sodeluje kot predsedujoča enota pri reviziji industrijskih standardov za hidravlično krilno opremo – kar pomeni, da je inženirska ekipa podjetja aktivno vključena v opredelitev, kaj pomeni »sprejemljiva« zmogljivost in kakovost za celoten sektor. To ni pasivni imetnik certifikata; je tehnični sodelavec pri standardih, ki jih morajo izpolnjevati tudi konkurenti.

Ko nabavljate pri Vicksu, sodelujete s proizvajalcem, ki ima neposreden vpliv na določanje meril, po katerih se ocenjuje vsa oprema z lopaticami.

Veleprodajna zmogljivost za velike projekte

Za projekte sladkornih mlinov, ki zahtevajo več motorjev – bodisi za gradnjo novih tekočih trakov bodisi za nadgradnje večmotornih pogonov – Vicksova letna zmogljivost več kot 80.000 enot pomeniprogrami veleprodajnih nabavso na voljo za naročila nad 20 enot. To pomeni, da je ekonomičnost enote konkurenčna dobaviteljem običajnih zobniških motorjev, hkrati pa zagotavlja zgoraj opisane prednosti delovanja.

Če ste izvajalec energetskih, energetskih in energetskih projektov (EPC), ki dela na novo zgrajenem sladkornem obratu ali večji širitvi, se je o tej dobavnih zmogljivostih in cenovni strukturi vredno pogovoriti že zgodaj v projektnem ciklu.

Kaj o tem sektorju pravi napoved FAO za sladkor

Svetovna proizvodnja sladkorja naj bi ostala strukturno omejena do sredine leta 2020, glede naSerija poročil FAO o prehranskih napovedihBrazilija ohranja svoj položaj največje svetovne proizvajalke sladkornega trsa, pri čemer zvezna država São Paulo predstavlja približno 55 % nacionalne proizvodnje. Ker se mlini soočajo s pritiskom, da izboljšajo učinkovitost predelave na tono, postaja ekonomija zanesljivosti hidravličnega pogona vse bolj pereča – ne manj.

Mlin, ki v osemmesečni žetvi predela 12.000 ton na dan, obdela približno 2,88 milijona ton na sezono. Pri konzervativni vrednosti pretoka 28 USD na tono vsaka ura nenačrtovanega izpada predstavlja več kot 800.000 USD izgubljene vrednosti predelave trsa na žetev. Če nadgradnja motorja zmanjša nenačrtovane zaustavitve samo za en dogodek na sezono, je izračun donosnosti naložbe za vrhunske lamelne motorje preprost.

Tehnični primer: Povzetek

Tukaj je konsolidiran tehnični argument, zakaj so hidravlični krilni motorji prava izbira za pogone 50-metrskih transporterjev sladkornega trsa v São Paulu:

1. Odpornost proti kontaminaciji— Mehanizem tesnjenja lopatic je bolj toleranten na vdor prahu iz sladkornega trsa kot na zatikanje zob zobnika, kar zmanjšuje stopnjo okvar v prašnem okolju mlina.
2. Odpornost na vlago— Zaprta komora z lopaticami vzdržuje pozitivni notranji tlak, kar omejuje korozijo zaradi vlage med tropskimi cikli vlažnosti.
3. Zmogljivost neposrednega pogona— Visoka največja hitrost odpravlja menjalnik, kar odpravlja vzdrževalni element in izboljšuje učinkovitost sistema.
4. Bolj gladko dovajanje navora— Zmanjšano torzijsko pulziranje podaljša življenjsko dobo spoja transportnega traku na dolgih jeklenih kordnih trakovih.
5. Samokompenzirajoča obraba— Postopna krivulja delovanja pomeni, da je vzdrževanje načrtovano in ne izvedeno v izrednih razmerah.
6. Višja učinkovitost v območju delovanja navora 60–80 %— Dejansko delovno območje transporterja za sladkorni trs, kjer krilni motorji za 5–6 odstotnih točk prekašajo zobniške motorje.

---

Za mlinove, ki trenutno uporabljajo zobniške motorje na svojih transporterjih, prehod na lamelne motorje ni zapleten inženirski projekt – gre za neposredno zamenjavo v večini standardnih velikosti okvirjev. Dvostranska konfiguracija pogona, ki jo zahteva večina 50-metrskih transporterjev, je znotraj zmogljivosti standardnih modelov lamelnih motorjev, ožičenje in hidravlične povezave pa so zamenljive s standardnimi industrijskimi praksami motorjev.

Investicijski argument temelji na preprosti primerjavi: letni stroški vzdrževanja in izpadi pri zobniških motorjih v primerjavi s stroški namestitve in življenjsko dobo lamelnih motorjev. Glede na številke, ki sem jih videl v mlinih v São Paulu, se lamelni motorji pri tipični uporabi pogona tekočega traku povrnejo v 18 do 24 mesecih.

Če to ocenjujete za svoj mlin ali projekt, na katerem delate, bi bil vesel neposrednega tehničnega pogovora. Naša inženirska ekipa pri Vicks Hydraulic vam lahko nudi podporo pri izbiri motorja na podlagi vaših specifičnih specifikacij transporterja, vključno s hitrostjo traku, profilom obremenitve in konfiguracijo pogona.

Stopite v stik z nami prek našihspletna stranali pa se povežite neposredno z mano naFacebookObičajno odgovorim v enem delovnem dnevu.