Przedsiębiorstwa i zakłady produkcyjne stają dzisiaj przed wyzwaniem polegającym na zwiększeniu wydajności operacyjnej, przy jednoczesnym obniżeniu tzw. śladu węglowego (emisji gazów cieplarnianych). Presja zarówno ze strony coraz bardziej rygorystycznych przepisów, jak i klientów poszukujących możliwości ograniczenia kosztów eksploatacji powoduje, że zakłady produkcyjne we wszystkich gałęziach przemysłu coraz częściej potrzebują skutecznych rozwiązań z zakresu oszczędnego zarządzania energią.
Systemy napędowe o zmiennej prędkości (Variable Speed Drive – VSD) są stosowane od wielu już lat w celu poprawy wydajności urządzeń elektroenergetycznych, takich jak wtryskarki. Przemysł formowania wtryskowego był pierwszym, w którym wykorzystano połączenie napędów VSD z tradycyjnymi pompami hydraulicznymi o stałej i zmiennej wydajności, co pozwoliło klientom na zwiększenie skuteczności sterowania w całym cyklu pracy.
Integracja rozwiązań hydraulicznych i elektrycznych
Serwomechanizmy elektryczne już od pewnego czasu torowały sobie drogę do zastosowania w automatyce zakładowej ze względu na ich zauważalną energooszczędność, szybszy czas reakcji oraz lepszą precyzję działania i powtarzalność operacji. Jednakże ceny wtryskarek elektrycznych były znacznie wyższe od cen podobnych maszyn hydraulicznych.
Dzięki przystępnej cenie i funkcjonalności wtryskarek hydraulicznych, a jednocześnie oszczędności energii uzyskanej dzięki maszynom elektrycznym, hydraulika może wnieść wartościowy wkład w zastosowanie technologii elektronicznych. Wzbogacenie o napęd VSD niesie większe korzyści niż tylko poprawa wydajności silnika i pozwala na usprawnienie działania urządzeń hydraulicznych, takich jak tańsze pompy o stałej prędkości.
Systemy VSD przetwarzają energię elektryczną pobieraną z sieci, poprawiając jej parametry jakościowe i zwiększając tym samym wydajność silnika. Napędy VSD regulują przepływ przez zmianę prędkości obrotowej wału, co powoduje, że w większości wypadków nie jest konie-czne zastosowanie zaworu dławiącego. Zmniejszenie strat związanych z dławieniem przepływu jest główną przyczyną większej wydajności urządzeń z napędem VSD. W niewielkim stopniu oszczędność energii jest też wynikiem poprawy wydajności samego silnika elektrycznego.
Zastosowanie pomp z napędem VSD skutkuje oszczędnością energii do 70% (w zależności od trybu pracy) w porównaniu z tradycyjnymi pompami. Pompy z napędem VSD zapewniają również znaczną redukcję hałasu, gdyż prędkość silnika i pompy nie pozostaje stała, lecz zmienia się w trakcie cyklu pracy.
Wykorzystanie napędu VSD pozwala na usprawnienie działania pompy łopatkowej o stałej wydajności, co umożliwia producentom zakup tańszej pompy, która będzie osiągać podobne rezultaty.
W niektórych przypadkach technologia VSD wykorzystuje silniki elektryczne serwo do regulacji strumienia objętości przy zmieniającej się prędkości obrotowej wału. W rezultacie uzyskuje się pompę z regulacją mocy, bez strat wynikających z dławienia, które zwykle jest przyczyną znacznej utraty mocy. Dynamika serwomotorowa umożliwia także sterowanie układem hydraulicznym o obiegu zamkniętym, upraszczając w ten sposób konstrukcję układu.
Zwiększanie wydajności produkcji
Przed przemysłem produkcyjnym okres zmian, a przedsiębiorstwa muszą dostosować się do nowych przepisów. Nowe normy z zakresu energetyki, których proces wdrażania podjęto w ostatnich latach w Europie i na całym świecie, powodują, że zwiększenie wydajności silników jest rozwiązaniem nie tylko sprzyjającym generowaniu nowych oszczędności, ale wręcz wymaganym przez prawo. Przepisy domagają się zwiększenia wydajności silników elektrycznych, a czasami nie wystarczy do tego po prostu sprawniejszy silnik elektryczny.
Straty energii w procesie produkcyjnym są wynikiem stosowania niewydajnych urządzeń oraz istniejących ograniczeń mechanicznych i termicznych. Optymalizacja wydajności tych systemów pozwoli na znaczne oszczędności w zakresie zużycia energii i redukcji kosztów.
W odpowiedzi na presję rynkową
Producenci pragną zmodernizować istniejące urządzenia w celu zwiększenia ich wydajności. Właściciele i menedżerowie fabryk mają dwie możliwości:
-> wyposażyć istniejące urządzenia w bardziej wydajne silniki elektryczne lub zainstalować nowe urządzenia z ulepszonymi silnikami;
-> wyposażyć urządzenia w napęd VSD, tak aby poprawić wydajność już wykorzystywanego silnika.
Połączenie tych dwóch rozwiązań przez dodanie napędu VSD do ulepszonego silnika elektrycznego daje większe korzyści i otwiera szersze możliwości wykorzystania układów hydraulicznych. Pozwala to osiągnąć efekty, które nie byłyby możliwe przy zastosowaniu pompy o stałej prędkości.
Napęd VSD w połączeniu z pompą hydrauliczną tworzy układ sterujący, który korzysta z najlepszych elektrycznych i hydraulicznych technologii sterowania. Napędy VSD pozwalają na dostosowanie mocy pompy, co powoduje znaczne oszczędności energii, przy jednoczesnym zapewnieniu wydajności, niezbędnej w wymagających procesach przemysłowych. Udoskonalenie za pomocą układów VSD sprawia, że tańsze pompy hydrauliczne stają się bardziej atrakcyjne dla przemysłu formowania wtryskowego. Układy hydrauliczne już od dawna zapewniały dużą prędkość, a obecnie mogą także przyczynić się do znacznych oszczędności energii.
Dzięki napędowi VSD układy pomp osiągają większą prędkość niż 1500 obr./min czy 1800 obr./min. Efektem jest bardziej wydajna eksploatacja, ogra-niczenie możliwości przemieszczenia układu pompy oraz obniżenie całkowitego śladu węglowego generowanego przez urządzenie.
Zgodnie z rozporządzeniem Komisji Europejskiej Nr 640/2009 wdrażającym Dyrektywę 2005/32/EC dotyczącą wymogów ekoprojektu dla silników elektrycznych, wszystkie silniki o mocy od 0,75 do 375 kW muszą spełniać międzynarodowe wymogi trzeciej klasy sprawności (IE3) lub co najmniej drugiej klasy sprawności w przypadku, gdy są wyposażone w napęd VSD. W rezultacie dla tych, którzy potrzebują silnika o stałych obrotach, silnik drugiej klasy sprawności (IE2) wyposażony w napęd VSD może się okazać doskonałą alternatywą dla droższego silnika klasy trzeciej (IE3).
Wdrażanie nowych osiągnięć
Urządzenia do formowania wtryskowego zyskują dzięki zastosowaniu napędu VSD, ale mogłyby na tym skorzystać także inne procesy produkcyjne, w których występują przestoje. Obrabiarki, prasy i systemy odlewnicze to jedynie kilka przykładów.
Obecnie w wielu branżach przemysłu dąży się do synergii pomiędzy systemami hydraulicznymi a elektrycznymi oraz poszukuje technologii, które poprawią wydajność realizowanych procesów oraz samych maszyn. Dzięki całościowemu spojrzeniu na konstrukcję urządzenia, a nie tylko na jego pojedyncze elementy, maszyny stosowane w przemyśle wytwórczym mogą skorzystać z wprowadzenia nowych rozwiązań. Producenci często poszukują sposobów modernizacji starych urządzeń, by zwiększyć ich efektywność, a zastosowanie napędu o zmiennej prędkości jest jedną z metod poprawy wydajności.
Autor: Lyle Meyer jest kierownikiem produktu w oddziale Eaton Industrial Drives.
Tekst pochodzi z dodatku „ENERGIA 2016”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
