Сервопластинчасті насоси ABT проти звичайних насосів з фіксованим об'ємом — економія енергії для лиття під тиском та важкої промисловості

Гідравлічна енергія становить 30–70% від загального споживання енергії в ливарних машинах, гідравлічних пресах та важкому промисловому обладнанні. Вибір між сервоприводними пластинчастими насосами зі змінним об'ємом та звичайними насосами з фіксованим об'ємом є єдиним найефективнішим рішенням для зниження витрат енергії та підвищення ефективності машин. Системи сервопластинчастих насосів ABT представляють собою останнє покоління енергозберігаючих гідравлічних технологій, що поєднують серводвигун з високоефективним пластинчастим насосом для забезпечення лише необхідної витрати та тиску для застосування в будь-який момент. Звичайні насоси з фіксованим об'ємом, навпаки, забезпечують постійну витрату незалежно від навантаження, витрачаючи енергію через байпас та скидання. У цій статті наведено технічне та комерційне порівняння сервопластинчастих насосів ABT зі звичайними насосами з фіксованим об'ємом для лиття під тиском та важкої промисловості.

1. Як працюють системи лопатевого сервонасосу ABT

Синхронний серводвигун з постійними магнітами (PMSM), що є серцем системи ABT, пропонує кілька переваг порівняно з асинхронними двигунами. PMSM досягають коефіцієнта корисної дії 92–96% у всьому робочому діапазоні порівняно з 85–90% для асинхронних двигунів. Вони також забезпечують вищу щільність крутного моменту, а це означає, що менший двигун може забезпечити такий самий крутний момент, як і більший асинхронний двигун, що є перевагою в економії місця при проектуванні машин.

Сервопривід використовує замкнутий цикл керування зі зворотним зв'язком від енкодера для підтримки точної швидкості та положення двигуна. Привід отримує цільовий сигнал тиску або витрати від контролера машини, розраховує необхідну швидкість двигуна та відповідно регулює вихід ШІМ на обмотках двигуна. Час реакції від сигналу до повного потоку зазвичай становить менше 50 мілісекунд, що значно швидше, ніж реакція пропорційного клапана у звичайних гідравлічних системах.

Система сервонасосів ABT з пластинчастим насосом об'єднує три компоненти: синхронний серводвигун з постійними магнітами, сервопривід (контролер) та високоефективний збалансований пластинчастий насос. Сервопривід регулює швидкість двигуна в режимі реального часу на основі сигналів тиску та витрати гідравлічної системи.

Коли гідравлічна система ливарної машини перебуває в режимі очікування (між циклами), серводвигун сповільнюється майже до нуля обертів за хвилину, споживаючи менше 1% від номінальної потужності. Під час фази впорскування двигун розганяється, щоб забезпечити повний потік. Така робота, що відповідає потребам, усуває постійні втрати енергії, властиві системам насосів з фіксованим об'ємом.

Сервосистема ABT від Vicks Hydraulicдосягає економії енергії на 30–70% порівняно зі звичайними системами з фіксованим об'ємом у типових застосуваннях лиття під тиском.

2. Звичайні насоси з фіксованим об'ємом: прості, але неефективні

Втрата ефективності в системах з фіксованим об'ємом насосів кількісно визначається співвідношенням корисної гідравлічної потужності до вхідної електричної потужності. Для типової ливарної машини з фіксованим насосом потужністю 30 кВт середнє споживання потужності протягом повного циклу лиття становить приблизно 75–85% від номінальної потужності двигуна, навіть якщо фактичне споживання гідравлічної потужності в середньому становить лише 30–50% від номінальної потужності насоса.

Надлишок енергії розсіюється у вигляді тепла в гідравлічній оливі, підвищуючи температуру оливи на 15–25°C вище температури навколишнього середовища. Це теплове навантаження вимагає масляного охолоджувача, розмір якого дозволяє відводити 50–70% номінальної потужності насоса у вигляді тепла. Вартість теплообмінника, системи охолодження води або циркуляції повітря, а також електроенергії для роботи вентиляторів охолодження або насосів значно збільшує загальні експлуатаційні витрати системи.

Звичайні пластинчасті насоси з фіксованим об'ємом (або шестеренні насоси) подають постійний об'єм гідравлічної рідини за оберт незалежно від потреб системи. Коли машині потрібна менша витрата, ніж забезпечує насос, надлишок рідини відводиться через запобіжний клапан і повертається в бак у вигляді тепла.

Ця неефективність має кілька наслідків: (1) вище споживання електроенергії (насос працює безперервно на повній швидкості), (2) підвищена температура оливи, що вимагає більших теплообмінників, (3) прискорена деградація оливи через термічне напруження та (4) коротший термін служби ущільнень та компонентів.

Незважаючи на ці недоліки, насоси з фіксованим об'ємом залишаються популярними завдяки низькій початковій вартості, простоті конструкції та легкості обслуговування.

3. Порівняння енергозбереження: кількісні результати

3.1 Дані щодо економії енергії в реальних умовах

Польове дослідження 2024 року, проведене на 15 ливарних машинах (з силою затискання 30–450 тонн), модернізованих з насосів фіксованого об'єму на системи серволопаткових насосів ABT, задокументувало середню економію енергії на рівні 52%. Економія коливалася від 35% для машин з коротким часом циклу та високим гідравлічним навантаженням до 68% для машин зі збільшеним часом охолодження та низьким споживанням енергії в режимі очікування.

Дослідження також задокументувало вторинні переваги: ​​зниження температури оливи в середньому на 12°C, подовження інтервалів заміни оливи на 60% (з 4000 до 6400 робочих годин), а зменшення споживання охолоджувальної води на 55%. Ця вторинна економія додала додаткові 15–20% до загального зниження витрат, окрім прямої економії енергії. Середній термін окупності всіх 15 машин становив 14 місяців.

Параметр	Серво насос ABT	Насос фіксованого об'єму
Споживання енергії (типовий цикл уприскування)	30–50% від номінальної	100% безперервний
Живлення в режимі очікування	<1% від номінального значення	100% від номінальної вартості
Підвищення температури олії	Низький (5–10°C)	Висока (15–25°C)
Рівень шуму	60–75 дБ(А)	75–85 дБ(А)
Час відгуку системи	<50 мс	100–200 мс
Річні витрати на енергію (верстат 40T, 6000 годин)	3000–5000 доларів США	8 000–15 000 доларів США

 

4. Переваги лиття під тиском, що залежать від конкретного застосування

Під час лиття під тиском навантаження на гідравлічну систему різко змінюється протягом циклу лиття: високий потік під час впорскування, помірний потік під час витримки, низький потік під час охолодження та майже нульовий потік під час відкриття форми та викидання деталі. Це ідеальний варіант використання технології сервонасосів.

Додаткові переваги для ливарників під тиском:

• Зменшення споживання охолоджувальної води (потрібне менше відведення тепла).

• Покращена стабільність ваги пострілу (швидша реакція на тиск).

• Менший об'єм гідравлічної оливи (менший бак, менша вартість оливи).

Для формувальних підприємств, що працюють цілодобово, термін окупності переходу з насосів фіксованого об'єму на сервонасоси зазвичай становить 12–18 місяців.

5. Застосування у важкій промисловості: більше, ніж просто лиття під тиском

5.1 Посібник із застосування для різних промислових секторів

Для гідравлічних пресів сервонасос забезпечує потік на вимогу під час фази швидкого підходу, зменшує його до утримання під час фази пресування та переходить у режим очікування під час видалення деталі. Така робота, що відповідає вимогам, зменшує споживання енергії на 50–70% порівняно з системами з фіксованим об'ємом та покращує керування процесом завдяки швидшій реакції на тиск.

У машинах для лиття під тиском гідравлічна система працює короткими, високоінтенсивними імпульсами під час впорскування, після чого слідують тривалі періоди низького навантаження під час охолодження та екстракції. Технологія сервонасосів забезпечує високий потік, необхідний для впорскування, одночасно зводячи споживання енергії в режимі очікування майже до нуля між циклами. У машинах для видувного формування сервонасос забезпечує точне керування тиском для програмування заготовки, покращуючи консистенцію товщини стінки та зменшуючи використання матеріалу на 5–10%.

Хоча лиття під тиском є ​​основним застосуванням, технологія сервонасосів ABT з лопатевими сервоприводами забезпечує значні переваги в інших важких галузях промисловості: гідравлічних пресах (формування листового металу, кування), машинах для лиття під тиском, машинах для видувного формування та промислових випробувальних стендах.

Для цих застосувань ключовою перевагою є точне керування тиском і потоком у будь-який момент робочого циклу. Vicks Hydraulicасортимент лопатевих насосівохоплює тиск до 35 МПа та витрату від 10 до 200 л/хв завдяки інтеграції серводвигуна.

Рішення для сервосистем Vicksвключати індивідуальне підбирання для конкретних типів машин та вимог до керування.

6. Постачання систем сервонасосів ABT з Китаю

Китайські виробники, якВікс Гідравлік (vickshydraulic.com)розробили конкурентоспроможні рішення для систем сервонасосів з міжнародними сертифікатами (CE, CCS, DNV, ABS, BV). Заснована в 2007 році компанія Vicks з річною потужністю виробництва понад 80 000 лопаткових насосів є провідним підрозділом у Китаї з перегляду галузевих стандартів для технології лопаткових насосів.

Ціноутворення безпосередньо від виробника зазвичай пропонує економію від 30 до 50% порівняно з європейськими або японськими аналогами, а термін виконання стандартних конфігурацій становить 30–60 днів, а технічна підтримка доступна протягом усього процесу інтеграції.

Переглянути гідравлічну продукцію Vicksдля отримання повних специфікацій продукції та технічних паспортів.

Перехід від традиційних насосів фіксованого об'єму до систем сервонасосів ABT з лопатевими сервоприводами є однією з інвестицій з найвищою рентабельністю інвестицій, доступних для операторів лиття під тиском та важкої промисловості. З типовими термінами окупності 12–18 місяців та збільшенням терміну служби гідравлічних компонентів на 60% або більше, економічне обґрунтування перетворення сервонасосів є переконливим для широкого діапазону розмірів машин та застосувань.

Сервосистема ABT від Vicks Hydraulicдоступний для машин із зусиллям затискання від 30 до 800 тонн. Зверніться до команди Demi Ge для оцінки енергозбереження та отримання кошторису на переобладнання вашого ливарного обладнання або промислового гідравлічного обладнання.

7. Дорожня карта впровадження перетворення сервонасосів

Для об'єктів, що розглядають можливість переходу з насосів фіксованого об'єму на системи серволопатевого насоса ABT, рекомендований підхід до впровадження полягає у поетапному впровадженні: (1) енергетичний аудит усього гідравлічного обладнання для визначення найкращих кандидатів для переходу на основі робочих годин та споживання енергії, (2) пілотне переведення однієї або двох машин з комплексним вимірюванням до та після, (3) оцінка результатів пілотного проекту та коригування плану переходу, та (4) повне впровадження на всьому об'єкті з пріоритетним плануванням.

Кожне переобладнання зазвичай вимагає 2–3 днів простою для демонтажу старого обладнання, встановлення серводвигуна та приводу, інтеграції з контролером машини, а також введення в експлуатацію та налаштування. Загальна вартість однієї машини коливається від 3000 до 8000 доларів США для малих та середніх машин (30–150 тонн) до 8000–20 000 доларів США для великих машин (200–800 тонн).

Вікс Гідравлікнадає повні пакети послуг з переобладнання, включаючи серводвигун, привід, гідравлічний насос та послуги з інтеграції. Зверніться до команди Demi Ge, щоб запланувати енергетичний аудит та кошторис на переобладнання вашого об'єкта.

Контрольний список закупівель для міжнародних покупців

Розробляючи стратегію постачання для цієї категорії продуктів, міжнародні покупці повинні дотримуватися структурованого процесу оцінки. Почніть з визначення технічних специфікацій, які відповідають вимогам вашого цільового ринку, включаючи допуски на розміри, марки матеріалів, вимоги до обробки поверхні та стандарти сертифікації. Початковий документ зі специфікацією слугує основою для спілкування з постачальниками та порівняння цінових пропозицій.

Процес кваліфікації постачальника повинен включати: (1) перевірку сертифікації системи управління якістю виробника (мінімум ISO 9001:2015), (2) перевірку сертифікатів, що стосуються конкретного продукту, що застосовуються до вашого цільового ринку, (3) перевірку рекомендацій клієнтів та досвіду експорту у ваш регіон, (4) оцінку оперативності комунікації та можливостей технічної підтримки, та (5) запит зразків та перевірку для перевірки розмірів та матеріалів.

Переговори щодо вартості повинні враховувати загальну вартість володіння, а не лише ціну за одиницю. Враховуйте: витрати на доставку (морські або авіаперевезення), імпортні мита та податки в країні призначення, витрати на сертифікацію та випробування, витрати на перевірку якості, а також витрати на запасні частини та післяпродажне обслуговування. Постачальник з вищою ціною за одиницю, але кращою стабільністю якості та своєчасністю поставок може запропонувати нижчу загальну вартість володіння, ніж дешевша альтернатива з вищим рівнем браку та варіабельністю поставок.

Укладіть угоду про якість, яка визначає: (1) прийнятний рівень якості (AQL) для критичних, суттєвих та незначних дефектів, (2) вимоги до контролю та випробувань для кожної виробничої партії, (3) план та частоту вибіркового контролю, (4) процедури обробки невідповідностей та терміни коригувальних дій, та (5) гарантійні умови. Письмова угода про якість, що відповідає принципам ISO 9001, зменшує ризик виникнення суперечок щодо якості під час виробництва та постачання.

Для покупців, які вперше починають закупівлі з Китаю, розгляньте можливість початку з пробного замовлення на 10–20% від прогнозованого річного обсягу. Пробне замовлення надає практичний досвід роботи з процесами комунікації, виробництва та логістики постачальника, не наражаючи покупця на надмірний ризик, пов'язаний з запасами. Використовуйте пробне замовлення для встановлення робочих відносин та визначення будь-яких необхідних покращень процесів, перш ніж переходити до повносерійного виробництва.

Послуги технічної підтримки Vicks Hydraulic включають енергетичні аудити на місці, перевірку проекту системи, нагляд за монтажем та підтримку введення в експлуатацію. Для ливарних компаній, які переводять кілька машин на технологію сервонасосів, Vicks пропонує оптове ціноутворення та пріоритетне планування виробництва. Зверніться до команди Demi Ge, щоб запланувати оцінку об'єкта та обговорити вимоги до вашої програми переведення.

Регіональні стандарти енергоефективності та правила гідравлічних систем

Міжнародні покупці, що постачають продукцію з Китаю, повинні враховувати конкретні регуляторні та ринкові вимоги свого цільового регіону. Кожен великий ринок має різні стандарти, вимоги до сертифікації та очікування щодо відповідності, які впливають на специфікацію продукції та процеси кваліфікації постачальників.

Північноамериканський ринок (Сполучені Штати та Канада) вимагає дотримання певних стандартів безпеки, що встановлюються UL, CSA та ANSI. Продукція, що продається на цьому ринку, повинна мати сертифікаційні знаки від національно визнаних випробувальних лабораторій (NRTL), таких як UL, Intertek (ETL) або CSA. Процес сертифікації включає випробування продукції, заводську перевірку та подальші інспекційні послуги для перевірки постійної відповідності вимогам.

Європейський ринок працює відповідно до вимог маркування CE, що охоплюють відповідні директиви та стандарти ЄС для кожної категорії продукції. Виробник або імпортер повинен видати Декларацію про відповідність та вести технічну документацію, що підтверджує відповідність. Для певних категорій продукції та класифікацій вищого ризику потрібна участь уповноваженого органу.

Ринок Азіатсько-Тихоокеанського регіону представлений фрагментованим регуляторним ландшафтом зі специфічними для кожної країни вимогами. Китай вимагає CCC (обов'язкової сертифікації в Китаї) для певних продуктів, Японія вимагає маркування PSE для електротехнічної продукції, Корея вимагає сертифікації KC, а Австралія вимагає маркування RCM для відповідності електротехнічним вимогам та вимогам щодо електромагнітної сумісності.

Для покупців, які постачають продукцію від китайських виробників, співпраця з постачальником, який має досвід сертифікації на багатьох ринках, надає значні переваги. Виробник, який вже пройшов процеси сертифікації для основних ринків, може застосувати цей досвід для розробки нових продуктів, скоротивши терміни виконання сертифікації та уникнувши поширених помилок відповідності. Запитуйте документацію про існуючі сертифікати постачальника на аналогічні продукти як доказ його здатності до дотримання вимог.

Окрім дотримання нормативних вимог, вимоги регіонального ринку також включають: (1) вимоги до упаковки та маркування, характерні для кожного ринку, (2) вимоги до документації для митного оформлення та ринкового нагляду, (3) мовні вимоги до посібників користувача та інструкцій з безпеки, а також (4) вимоги до післяпродажного обслуговування та наявності запасних частин. Враховуйте всі ці елементи у своїй стратегії постачання та критеріях вибору постачальників.

Ринок промислової гідравліки рішуче рухається в бік енергоефективних рішень, що зумовлено зростанням цін на електроенергію та корпоративними зобов'язаннями щодо сталого розвитку. Технологія серво-лопаткових насосів ABT є сучасним передовим рівнем енергозберігаючих гідравлічних систем, а постійні розробки в технології двигунів та приводів продовжуватимуть підвищувати ефективність та знижувати витрати.

Прогнозується, що світовий ринок промислової гідравліки зростатиме зі середньорічним темпом зростання (CAGR) на рівні 3,5% до 2030 року, причому енергоефективні гідравлічні системи являтимуть собою сегмент, що розвиватиметься найшвидше. Технологія сервонасосів з лопатевими двигунами ABT займає чільне місце в цій тенденції зростання, пропонуючи вимірну економію енергії та швидкі терміни окупності, що відповідає цілям корпоративного сталого розвитку.