Питање од 5.000 PSI појављује се у скоро свакој енергетској ревизији бризгања пластова коју спроводим са европским купцима. Руководилац постројења жели ниже рачуне за струју. Руководилац одржавања жели да задржи постојећу инфраструктуру пумпи. Финансијски директор жели прорачун поврата инвестиције. Свака заинтересована страна поставља питање другачије, а одговор зависи од података који нису увек очигледни само из спецификација система.

Овај чланак сажето износи оно што сам научио из пројеката ретрофитације VSD-а у ћелијама за бризгање пластике, хидраулици машинских алата и апликацијама мобилне опреме. Оквир се примењује без обзира да ли процењујетеТ7-Е високопритисна крилна пумпанадоградња или навођење новогсерво хидраулични системПраг од 5.000 PSI није произвољан; он одражава криву ефикасности где се економија VSD-а помера од принудне до маргиналне.

Како заправо функционише уштеда енергије са ВСД-ом

Технологија погона са променљивом брзином смањује потрошњу енергије пумпе усклађивањем брзине мотора са потребним протоком. У систему пумпе са фиксном брзином, пумпа обезбеђује пун проток кад год мотор ради, а вишак протока се испушта преко вентила за смањење притиска. Тај испуштени проток представља чисто отпад: мотор црпи пуну снагу за компресовање уља које се одмах претвара у топлоту.

За купце који процењујуПумпе серије VПоред платформи T6/T7, методологија израчунавања уштеде енергије примењује се идентично на обе породице.

VSD елиминише губитак услед демпфирања успоравањем мотора када потражња за протоком падне. Пумпа испоручује само оно што је систему потребно, а преливни вентил остаје углавном затворен. Однос између брзине мотора и потрошње енергије је отприлике кубни, што значи да смањење брзине од 20 процената смањује потрошњу енергије за приближно 50 процената.

За купце који процењују реконструкцију погона са променљивом брзином, критично мерење је профил радног циклуса стварне инсталације, а не теоретска максимална уштеда. Пумпа која ради на 80 процената номиналног притиска 16 сати дневно и у празном ходу 8 сати имаће другачију економичност од пумпе која континуирано ради на 95 процената номиналног притиска. Први сценарио пружа велики повраћај инвестиције. Други не.

Праг од 5.000 PSI и зашто је важан

Бројка од 5.000 PSI (350 бара) се стално појављује у студијама изводљивости за додатну уградњу VSD-а јер се налази на тачки прегиба криве ефикасности пумпе. Испод овог притиска, крилне пумпе са фиксном брзином пружају разумну ефикасност чак и када се пригушују кроз сигурносни вентил. Изнад овог притиска, запремински и механички губици се акумулирају, а изгубљена енергија постаје много већи удео улазне снаге.

У пракси, већина ћелија за бризгање ради испод 5.000 PSI током већег дела циклуса. Фаза високог притиска се одвија током стезања калупа и бризгања, што заједно може представљати 20 до 35 процената времена циклуса. Преосталих 65 до 80 процената је фаза хлађења, пластификације и избацивања, која ради на 800 до 1.800 PSI. VSD у овом радном циклусу доноси значајне уштеде јер пумпа проводи већину времена на ниском притиску.

Економска слика се мења за примене високог притиска као што су ливење под притиском, штанцање и одређене операције хидрауличних преса. Ови системи могу континуирано радити на 4.000 до 5.000 PSI, остављајући мало простора за оптимизацију VSD-а. Пумпа ради близу своје тачке максималне ефикасности без обзира на VSD, тако да погонска електроника повећава трошкове без пропорционалне користи.

Спецификације крилне пумпе компатибилне са VSD-ом

Не могу све крилне пумпе да раде са VSD-ом. Минимално ограничење брзине је најважније. Крилне пумпе захтевају довољну брзину ротације да би центрифугалном силом извукле крилца уз брегасти прстен. Испод овог минимума, крилца се не извуку у потпуности, унутрашње цурење се повећава, а хабање се драматично убрзава.

Комплетна спецификација Т7-Е је доступна уцентар за техничко преузимање, укључујући криве номиналне ефикасности у опсегу радних брзина.

Серија T7-E коју препоручујемо за VSD примене је предвиђена за континуирани рад између 200 и 1.800 обртаја у минути. Овај опсег омогућава значајно смањење брзине за периоде ниског протока, уз очување интегритета продужетка лопатица. Рад испод 200 обртаја у минути је технички могућ у кратком временском периоду, али убрзава хабање и не препоручује се за континуирани рад.

Спецификација мотора је подједнако важна као и спецификација пумпе. Стандардни асинхрони мотори нису пројектовани за скокове напона и хармонични садржај које производе типични погони са променљивом фреквенцијом. За поуздан рад VSD-а потребни су инверторски мотори са појачаном изолацијом, нижим номиналним порастом температуре и често засебним вентилатором за хлађење. Коришћење стандардног мотора на VSD напајању је чест извор превременог квара мотора.

Када VSD не штеди енергију

Сам профил притиска не одређује економију VSD-а. Три додатна фактора могу претворити теоретски атрактиван VSD пројекат у реконструкцију која расипа енергију.

Прво, електрични губици мотора и погона надокнађују део уштеде пумпе. Фреквентни погони обично раде са ефикасношћу од 95 до 98 процената, а инверторски мотори додају губитке од 2 до 5 процената у поређењу са стандардним моторима. Када се ови електрични губици додају добитцима ефикасности пумпе, нето побољшање система се смањује. Код веома малих пумпи, електрични трошкови могу у потпуности премашити уштеде пумпе.

Друго, апликације са брзим променама притиска онемогућавају оптимизацију VSD-а. Ако се притисак у систему колеба између 500 и 4.500 PSI сваких неколико секунди, погон не може довољно брзо да реагује да би оптимизовао брзину за сваку фазу. Пумпа на крају ради скоро максималном брзином како би се носила са пролазним вршним вредностима, што поништава већину потенцијала за уштеду енергије.

Треће, VSD на системима са неадекватним управљањем температуром може произвести горе резултате него рад са фиксном брзином. Мотори са променљивом брзином стварају више топлоте при малим брзинама због смањеног протока ваздуха за хлађење. Ако мотор није предвиђен за радни циклус или ако инсталацији недостаје додатно хлађење, температуре намотаја мотора расту, а век трајања мотора се драматично скраћује.

VSD наспрам сензора оптерећења: Избор праве технологије

Хидраулика са сензором оптерећења пружа упоредиве уштеде енергије са VSD-ом путем другачијег механизма. Уместо промене брзине пумпе, сензор оптерећења мења запремину пумпе како би се ускладио са захтевима притиска. Излаз пумпе се континуирано подешава на основу повратних информација о притиску система, при чему угао нагибне плоче пумпе контролише проток.

Сензор оптерећења реагује брже од VSD-а на промене притиска, што га чини погодним за примене са брзим променама потражње. Компромис је сложеност: пумпе са сензорима оптерећења захтевају компензаторе притиска, контролне вентиле и повратне водове који повећавају трошкове и захтевају софистицираније одржавање. VSD користи стандардне пумпе фиксног померања, што поједностављује хидраулично коло по цену сложеније електричне инфраструктуре.

За дизајн новог система, избор се често своди на постојећу инфраструктуру и стручност оператера. Постројења са јаким могућностима за одржавање електричних уређаја и преференцијом за стандардне хидрауличне компоненте фаворизују VSD. Постројења са јаким хидрауличним стручним знањем и постојећом инфраструктуром за детекцију оптерећења фаворизују детекцију оптерећења на новим инсталацијама. Накнадна уградња једне технологије у систем дизајниран за другу ретко има економског смисла.

Контролна листа имплементације за VSD на системима са крилним пумпама

За купце који су спремни да процене VSD на постојећој инсталацији крилне пумпе, следећа контролна листа од шест корака спречава најчешће грешке у имплементацији које сам видео у теренској служби.

Референце из индустрије, као што суЕвропска федерација за руковање материјалимапружају додатне смернице о интеграцији VSD-а са хидрауличним погонским јединицама у индустријским условима.

Прво, забележите стварни профил радног циклуса током најмање две недеље репрезентативне производње. Бележите притисак на излазу пумпе, потражњу за протоком и струју мотора у интервалима од једне секунде. Добијени скуп података покреће прорачун уштеде енергије и потврђује да ли радни циклус подржава економију VSD-а.

Друго, проверите да ли је пумпа оцењена за рад са променљивом брзином унутар планираног опсега брзине. T7-E и већина модерних платформи крилних пумпи су оцењене у складу са тим, али старије пумпе можда нису. Рад пумпе која није оцењена при променљивој брзини доводи до убрзаног хабања и превременог кварa.

Треће, наведите мотор са инверторским радом, изолацијом класе F или више и сервисним фактором 1,15 или бољим. Стандардни мотори ће отказати у року од 12 до 24 месеца под употребом VSD-а. Трошкове надоградње мотора треба укључити у прорачун исплате VSD-а.

Четврто, конфигуришите погон са профилима брзине специфичним за пумпу. Минимална брзина треба да буде подешена на најмање 300 о/мин како би се одржао интегритет продужетка лопатица. Рампе убрзања и успоравања треба да буду подешене на 5 до 10 секунди како би се спречио хидраулични удар. Фреквенције прескакања које побуђују механичке резонанције треба програмирати искључивање.

Пето, инсталирајте претвараче притиска са одговарајућим временом одзива. Стандардни индустријски предајници притиска са временом одзива од 100 милисекунди су адекватни за већину VSD апликација. Предајници са бржим одзивом (10 милисекунди) су потребни за високодинамичке системе, али повећавају трошкове.

Шесто, планирајте ублажавање хармоника на електричној страни. Фреквентни погони производе хармонијска изобличења која могу утицати на другу опрему на истој електричној мрежи. Линијски реактори или хармонијски филтери су често потребни за усклађеност са IEEE 519 стандардима, а трошкови би требало да буду укључени у буџет пројекта VSD-а.

Пример израчунавања уштеде енергије

Типична ћелија за бризгање пластике која ради у две смене пружа корисну референцу за прорачун уштеде енергије помоћу VSD-а. Пумпа са фиксном брзином ради са номиналном снагом од 15 kW, док мотор ради континуирано. Просечна потрошња енергије током циклуса, узимајући у обзир губитке на сигурносном вентилу током фаза ниског притиска, износи приближно 9,5 kW.

Додавање VSD-а са одговарајућим профилисањем брзине смањује просечну потрошњу енергије на приближно 5,8 kW. Уштеда енергије износи 3,7 kW континуирано, или око 31.000 kWh годишње при 8.400 радних сати. По индустријској цени електричне енергије од 0,10 УСД по kWh, годишња уштеда износи приближно 3.100 УСД.

Трошкови VSD система, укључујући погон, инверторски мотор, радну снагу на инсталацији и хармонијске филтере, обично износе од 6.000 до 9.000 америчких долара за реконструкцију од 15 kW. Једноставан период поврата инвестиције је стога 24 до 36 месеци, у зависности од специфичности инсталације и локалних цена електричне енергије. Рад у три смене смањује исплату за половину, а рад у једној смени је продужава за 50 до 100 процената.

VSD на крилним пумпама у односу на серво хидрауличне системе

Серво хидраулични системи, који интегришу пумпу, мотор, погон и управљачку електронику у један пакет, представљају врхунску алтернативу VSD-у на стандардној крилној пумпи. Серво системи пружају бржи одзив, већу прецизност и уштеду енергије упоредиву или бољу од VSD-а, али уз знатно веће капиталне трошкове.

За примене које захтевају прецизну контролу притиска и протока, као што је напредно бризгање са контролом процеса затворене петље, серво хидраулични системи су одговарајући избор. Уштеда енергије често премашује VSD за 5 до 15 процентних поена јер серво системи истовремено оптимизују и брзину и померање.

За примене где постојећа инфраструктура крилних пумпи функционише адекватно и циљ је смањење трошкова енергије, реконструкција VSD-а је обично исплативији пут. Капитални трошкови су 40 до 60 процената нижи од комплетног серво хидрауличног система, а уштеде енергије обухватају већину расположивог побољшања ефикасности.

Пет радних услова у којима VSD не успева

У свим реконструкцијама VSD-а које сам прегледао, кварови се групишу у пет понављајућих образаца. Разумевање ових образаца на почетку штеди купце од улагања у систем који неће остварити пројектоване уштеде. Сваки образац се може открити након једне до две недеље прикупљања података о радном циклусу, што је далеко јефтиније него откривање проблема након што је VSD опрема инсталирана.

Стандарди за енергетску ефикасност VSD-а су документовани уСтандард ISO 50001 за управљање енергијом, који пружа оквир за квантификацију и верификацију тврдњи о уштедама.

Први образац: рад под константним високим притиском. Ћелије за ливење под притиском и хидрауличне пресе велике тонаже често раде изнад 4.000 PSI током 80 процената или више радног циклуса. Пумпа ради близу своје тачке максималне ефикасности континуирано, остављајући мало простора за оптимизацију VSD-а. Додавање VSD-а таквим системима обично доноси једноцифрене процентуалне уштеде енергије, што не оправдава капитална улагања.

Образац два: брзи прелазни процеси притиска. Операције штанцања и одређене примене на испитном столу мењају притисак од празног хода до максимума за мање од једне секунде. Погон са променљивом брзином не може да реагује довољно брзо да оптимизује брзину за сваки прелазни процес, тако да мотор на крају ради скоро максималном брзином све време. Уштеда енергије нестаје, а електроника погона додаје електричне губитке.

Трећи образац: продужени периоди мировања. Примене где пумпа ради у празном ходу сатима без значајног протока већ имају ниску просечну потрошњу енергије. Додавање VSD-а смањује снагу у празном ходу успоравањем мотора, али су апсолутне уштеде мале јер је основна потрошња снаге већ ниска. Периоди поврата новца продужавају се дуже од животног века опреме.

Четврти образац: окружења са јаком контаминацијом. Ливнице, рударски радови и одређени погони за хемијску прераду излажу хидрауличне системе нивоима контаминације који прелазе толеранцију филтрације крилне пумпе. Рад VSD-а при смањеним брзинама повећава унутрашње цурење и убрзава хабање у контаминираним условима. Смањење века трајања кертриџа често надокнађује уштеду енергије.

Пети образац: застареле платформе пумпи. Дизајни крилних пумпи пре 2000. године нису били предвиђени за рад са променљивом брзином. Минималне ознаке брзине, зазори врхова крилних пумпи и конфигурације лежајева претпостављали су рад са фиксном брзином. Додавање VSD-а овим застарелим пумпама убрзава хабање и смањује век трајања, чак и када би профил радног циклуса иначе подржао економију VSD-а.

Више од енергије: Секундарне предности ВСД-а

Уштеда енергије је главна предност VSD-а, али секундарне користи су често важније оператерима постројења од рачуна за струју. Три секундарне користи се стално појављују у интервјуима са купцима Vicks Hydraulic-а након инсталације.

Купци који процењују квалитет VSD компоненти могу се позвати наISO стандарди хидрауличних системаза протоколе испитивања перформанси и методе мерења номиналне ефикасности.

Прва предност коју желим да истакнем је смањење буке. Пумпе са фиксном брзином које раде под растерећујућим притиском производе значајну буку која се шири кроз хидраулични систем и структуру зграде. VSD успорава мотор током периода ниског оптерећења, смањујући ниво буке за 5 до 15 dB на типичним тачкама мерења. У производним окружењима осетљивим на буку, као што су чисте собе или линије за паковање, ово смањење често оправдава инвестицију у VSD независно од уштеде енергије.

Друго је смањено стварање топлоте. Енергија уштеђена избегавањем пригушивања сигурносног вентила не нестаје; она остаје у уљу као топлота. Мање стварање топлоте значи мање хладњаке, смањену потрошњу расхладне воде и спорије разградње уља. Уштеде на одржавању у погледу интервала замене уља и одржавања хладњака често додају додатних 10 до 15 процената укупној користи VSD-а, поред директних уштеда електричне енергије.

Трећа предност на коју се фокусирам је побољшана контрола процеса. VSD омогућава прецизно усклађивање протока са захтевима процеса, што побољшава конзистентност времена циклуса код бризгања и смањује варијације делова. За операције ливења које циљају на мале димензионалне толеранције, побољшање квалитета услед конзистентних профила протока често доноси већу економску вредност од саме уштеде енергије.

Укупни трошкови власништва: Петогодишњи поглед

Користан оквир за евалуацију VSD-а посматра петогодишње укупне трошкове власништва, а не само период поврата улагања у енергију. Петогодишњи поглед обухвата трошкове одржавања, век трајања мотора и погона, као и све предности квалитета производње које не спадају у директан прорачун електричне енергије.

За купце који упоређују опције мотора и погона,Каталог Eaton лопатних пумпиукључује референтне материјале о спецификацијама мотора са инверторским радом и захтевима за ублажавање хармоника.

За реконструкцију ћелије за бризгање пластике од 15 kW, петогодишња слика обично укључује: опрему и инсталацију VSD-а за 8.000 УСД, надоградњу мотора за 1.500 УСД, електричну инфраструктуру за 2.000 УСД, ублажавање хармоника за 1.200 УСД, укупне капиталне издатке од 12.700 УСД. Уштеда енергије од 3.100 УСД годишње током пет година износи укупно 15.500 УСД. Уштеде на одржавању за замену уља и сервисирање хладњака додају додатних 1.800 УСД током пет година. Вредност побољшања квалитета је теже квантификовати, али обично додаје 2.000 до 5.000 УСД годишње за ливење високе толеранције.

Петогодишња нето корист за овај типичан случај креће се од 7.000 до 30.000 америчких долара, у зависности од процене побољшања квалитета. Само једноставна отплата капитала траје 24 до 36 месеци, али је укупна економска корист током пет година два до три пута већа од капиталних трошкова. Због тога су додатне уградње VSD-а у операцијама бризгања у две и три смене готово увек оправдане када их радни циклус подржава.

Закључак: Искрен одговор VSD-а

Открио сам да питање од 5.000 PSI нема један одговор који се односи на сваку инсталацију коју прегледам. По мом искуству, искрен одговор је прикупљање података о радном циклусу, израчунавање реалних уштеда енергије и упоређивање тих уштеда са капиталним трошковима погонског система са одговарајућим надоградњама мотора и инфраструктуре. Увек кажем купцима да прорачун мора да укључи трошкове замене мотора, електричне инфраструктуре и ублажавања хармоника како бих био искрен у вези са периодом поврата инвестиције. Радије бих одустао од пројекта који нема економског смисла него инсталирао опрему која не успева да оствари пројектоване уштеде.

За рад у две и три смене под притиском знатно испод номиналног, VSD доноси јасну економску исплативост. За рад у једној смени или примене са континуираним радом под високим притиском, инвестицију у VSD је теже оправдати и можда се никада неће исплатити. Средње решење зависи од локалних цена електричне енергије, ефикасности постојеће пумпе и толеранције оператера за капиталне пројекте са вишегодишњим повраћајем инвестиције.

За купце који су спремни да изврше анализу на одређеној инсталацији, наш инжењерски тим може прегледати податке о радном циклусу и пружити процену изводљивости VSD-а. Пошаљите снимљене записе притиска и протока путемконтакт страницаи извршићемо прорачун у односу на тренутне цене компоненти VSD-а и типичне индустријске тарифе електричне енергије. Процена обично траје неколико дана и купцима даје податке који су им потребни да донесу информисану одлуку о капиталним улагањима.

Техничке спецификације и смернице за избор пумпи и серво система наведених у овом чланку доступне су у нашемцентар за преузимањеЗа купце који упоређују реконструкцију VSD-а са комплетном заменом серво хидрауличног система, центар за преузимање такође укључује упоредне податке и студије случајева примене.