آناتومی موتور HPU و نحوه اتصال آن به سیستم
قبل از مقایسه انواع موتور یا اجرای محاسبات اندازه، به درک دقیق اینکه کدام بخش از موتور HPU برای عملکرد مهم است و کدام قسمت فقط برای نصب مهم است کمک می کند. موتور HPU یک موتور الکتریکی عمومی نیست که روی مخزن هیدرولیک پیچ شده است. در اطراف مجموعهای از رابطهای مکانیکی و الکتریکی که مخصوص انتقال نیروی هیدرولیک هستند، انتخاب و پیکربندی میشود.
01 شفت و کلید
شفت خروجی موتور دارای یک کلید یا اسپلاین است که باید دقیقاً با کوپلینگ ورودی پمپ مطابقت داشته باشد. عدم تطابق در اینجا تنها شایع ترین علت تاخیر در نصب در ساخت های جدید HPU است.
02 فلنج نصب
موتورهای قاب NEMA و IEC از پایههای استاندارد شده C-face یا D-flange استفاده میکنند، بنابراین موتور مستقیماً بدون براکتهای سفارشی به محفظه زنگ میپیچد و تراز را در سرتاسر ساختار ثابت نگه میدارد.
03 کلاس سیم پیچ و عایق
کلاس عایق، که معمولاً دارای درجه بندی B، F یا H است، تعیین می کند که سیم پیچ ها چه مقدار گرما را قبل از تخریب تحمل می کنند. کلاس F استاندارد واقعی برای اکثر وظایف HPU صنعتی امروزی است.
04 نوع محوطه
محفظههای TEFC (با فن کاملا محصور شده) و TENV (بدون تهویه کاملاً محصور) از سیمپیچها در برابر غبار روغن، گرد و غبار و اسپری شستشوی رایج در اطراف تجهیزات هیدرولیک محافظت میکنند.
انواع موتورهای مورد استفاده در طرح های واحد قدرت هیدرولیک
انتخاب نوع موتور مناسب برای یونیت برق هیدرولیک به چرخه کار، منبع تغذیه موجود، شرایط محیطی و تعداد دفعات شروع و توقف دستگاه در یک شیفت بستگی دارد. در زیر مقایسه ای از چهار دسته موتور که معمولاً با پمپ های هیدرولیک در تجهیزات صنعتی و متحرک جفت می شوند، ارائه شده است و به دنبال آن نگاهی دقیق تر به جایی است که هر کدام جایگاه خود را به دست آورده اند.
| نوع موتور | محدوده توان معمولی | مورد استفاده رایج | محدودیت کلیدی |
| القایی AC سه فاز | 1 تا 500 اسب بخار | HPU های صنعتی ثابت | نیاز به تامین سه فاز دارد |
| AC تک فاز | 0.5 تا 10 اسب بخار | پرس مغازه کوچک، آسانسور | گشتاور راه اندازی کمتر |
| موتور DC | 0.5 تا 20 اسب بخار | موبایل، واحدهای باتری دار | عمر کار مداوم محدود |
| موتور محرک (PTO) | 10 تا 1000 اسب بخار | آفرود، کشاورزی، دریایی | بدون وابستگی به شبکه برق، اما به تدارکات سوخت نیاز دارد |
مقایسه انواع موتورهای مورد استفاده برای راه اندازی واحدهای برق هیدرولیک در برنامه های ثابت و موبایل.
موتورهای القایی سه فاز AC
موتورهای سه فاز بر واحدهای برق هیدرولیک صنعتی ثابت غالب هستند زیرا گشتاور راه اندازی بالایی ارائه می دهند، با سرعت ثابت کار می کنند و دهه ها قابلیت اطمینان ثابت شده در محیط های کارخانه دارند. یک موتور سه فاز معمولی با فریم NEMA در این نقش با سرعت 1800 یا 3600 دور در دقیقه کار می کند و 1800 دور در دقیقه برای طول عمر پمپ بسیار رایج تر است زیرا سرعت پایین شفت باعث کاهش سایش در مهر و موم شفت پمپ و یاتاقان ها می شود.
موتورهای AC تک فاز
موتورهای تک فاز شکاف مغازه ها و تاسیسات کوچکتری را که هرگز برق سه فاز نصب نشده بود پر می کنند. آنها برای پرس های سبک، بالابرها و ایستگاه های آزمایشی کوچک با قدرت تقریباً 10 اسب بخار به خوبی کار می کنند، اما گشتاور شروع کمتر آنها به این معنی است که آنها با بارهای اینرسی بالا یا برنامه هایی که باید تحت فشار کامل راه اندازی شوند، دست و پنجه نرم می کنند.
موتورهای DC برای واحدهای موبایل و باتری
موتورهای DC انتخاب استاندارد برای واحدهای برق هیدرولیک با باتری هستند که در بالابرهای قیچی، سکوهای متحرک و کامیون های کار الکتریکی استفاده می شوند. ولتاژهای متداول 12 ولت، 24 ولت و 48 ولت هستند، با سیستم های ولتاژ بالاتر عموماً توان بیشتری برای مصرف جریان کمتر و بنابراین گرمای کمتری در سیم کشی ارائه می دهند.
واحدهای برخاست نیروی موتور محور
هنگامی که یک واحد قدرت هیدرولیک نیاز به کار به دور از هر شبکه الکتریکی دارد، یک آرایش PTO با موتور هدایت می شود. این تنظیمات در تجهیزات کشاورزی، دکلهای حفاری و ماشینهای عرشه دریایی رایج است، جایی که موتورهای دیزلی یا بنزینی برای مقاصد دیگر وجود دارند و پمپ هیدرولیک به سادگی به نیروی شفت موجود میخورد.
کوچک کردن موتور HPU یکی از رایج ترین و گران ترین اشتباهات در طراحی سیستم های هیدرولیک است. موتوری که نمی تواند گشتاور کافی را در هنگام راه اندازی ارائه دهد، حفاظت اضافه بار را به طور مکرر قطع می کند، بیش از حد گرم می شود و قبل از عمر کاری نامی خود از کار می افتد. از طرف دیگر، بزرگ شدن بیش از حد، انرژی را هدر می دهد و هزینه اولیه را بدون افزودن عملکرد قابل استفاده افزایش می دهد و همچنین می تواند باعث شود موتور در بار جزئی کارایی کمتری داشته باشد.
نمونه کار شده
یک واحد برق هیدرولیک را در نظر بگیرید که برای کار با پرس هیدرولیک نیاز به 15 گالن در دقیقه با 2000 PSI دارد. با استفاده از فرمول: 15 ضرب در 2000 برابر با 30000 تقسیم بر 1714 برابر است. 17.5 اسب بخار . در عمل، اکثر طراحان اندازه قاب موتور استاندارد بعدی را که یک موتور 20 اسب بخاری است، جمع میکنند تا تلفات راندمان پمپ را در نظر بگیرند و فضایی برای افزایش فشار در طول چرخه کار ایجاد کنند.
چک لیست اندازه
- همیشه اندازه برای تقاضای اوج فشار، نه فشار عملیاتی متوسط
- عامل در چرخه وظیفه، زیرا وظیفه متناوب اجازه می دهد تا موتورهای کوچکتر از کار مداوم
- دمای محیط را در نظر بگیرید، زیرا موتورها در محیط های بسته یا گرم کاهش می یابند
- برای جلوگیری از کاویتاسیون یا سایش بیش از حد، RPM موتور را با رتبه RPM پمپ مطابقت دهید
- حداقل 10 تا 15 درصد فضای سر را بالاتر از حداقل اسب بخار محاسبه شده بگذارید
چرخه وظیفه و تأثیر آن بر اندازه
چرخه وظیفه توصیف می کند که موتور چه کسری از ساعت کار را تحت بار کامل سپری می کند. پرس که 8 ثانیه می چرخد و 22 ثانیه استراحت می کند دارای چرخه کاری نزدیک به 27 درصد است که به موتور کوچکتر از کاربرد مداوم مانند گیره قالب گیری تزریق پلاستیک اجازه می دهد تا فشار را برای چند دقیقه در یک زمان نگه دارد. پلاکهای موتور رتبهبندی وظیفه را بهعنوان S1 برای کار مداوم یا S3 برای کار متناوب ذکر میکنند، و تطبیق این رتبهبندی با مشخصات کاربردی واقعی، هم از گرمای بیش از حد مزاحم و هم از بزرگسازی بیش از حد غیرضروری جلوگیری میکند.
بهره وری انرژی و درایوهای فرکانس متغیر
یک موتور با سرعت ثابت که یک پمپ هیدرولیک را با سرعت کامل به طور مداوم اجرا می کند، حتی زمانی که سیستم فقط به جریان جزئی نیاز دارد، مقدار قابل توجهی از انرژی را به عنوان گرما در سراسر شیر تسکین هدر می دهد. جفت کردن موتور HPU با یک درایو فرکانس متغیر به سرعت موتور اجازه می دهد تا به جای اینکه در یک دور در دقیقه ثابت در سراسر ساعت کار کند، تقاضای واقعی سیستم را ردیابی کند.
| شرایط عملیاتی | موتور با سرعت ثابت | موتور کنترل شده با VFD |
| بیکار / آماده به کار | مصرف برق کامل حفظ شد | سرعت به صفر نزدیک شد |
| بار جزئی | جریان اضافی از طریق شیر تسکین تخلیه می شود | جریان مستقیماً با تقاضا مطابقت داشت |
| راه اندازی Inrush | هر بار شروع به جریان بالا می رسد | سطح شیب دار نرم باعث کاهش سرعت جریان می شود |
| سطح نویز | نویز ثابت با سرعت کامل | با کاهش سرعت سقوط می کند |
تفاوت انرژی و کنترل بین موتورهای HPU با سرعت ثابت و کنترل شده با VFD.
دادههای میدانی جمعآوریشده در چندین تأسیسات پرس صنعتی و قالبگیری تزریقی نشان دادهاند صرفه جویی در انرژی بین 30 تا 60 درصد پس از مقاوم سازی موتورهای HPU با سرعت ثابت با درایوهای فرکانس متغیر، بسته به اینکه چه مقدار از چرخه کاری در بار جزئی در مقابل بار کامل صرف شده است. برنامههایی با دورههای بیکاری یا ماندگاری طولانی، مانند ایستگاههای گیره قالبگیری تزریق پلاستیک، بیشترین سود را مشاهده میکنند، در حالی که برنامههایی که در نزدیکی بار کامل اجرا میشوند، به طور مداوم صرفهجویی کوچکتر اما همچنان معنیدار دارند.
جایی که VFD ها بیشترین ارزش را دارند
عملیات پرس و بستن، پایه های تست با نیاز جریان متغیر، و هر HPU که زمان قابل توجهی را در بیکاری بین چرخه ها صرف می کند، قوی ترین نامزدها برای مقاوم سازی VFD هستند. برنامههای کاربردی پیوسته که با یک نرخ جریان ثابت در سراسر ساعت کار میکنند، مزایای کمتری دارند، زیرا موتور در اکثر مواقع نزدیک به کارآمدترین نقطه خود کار میکند.
کوپلینگ و تراز موتور به پمپ
اتصال بین شفت موتور و شفت پمپ یک منبع مکرر خرابی زودرس است که ربطی به درجه بندی الکتریکی موتور ندارد. ناهماهنگی بین موتور و محور پمپ، بار شعاعی را بر یاتاقانهایی که برای حمل آن طراحی نشدهاند، وارد میکند و آببندی و عمر بلبرینگ را در هر دو جزء کاهش میدهد، حتی زمانی که خود موتور دقیقاً مطابق با مشخصشده عمل میکند.
- از یک کوپلینگ انعطاف پذیر استفاده کنید که برای گشتاور و سرعت موتور تعیین شده است، نه فقط اسب بخار آن
- تراز زاویه ای و موازی را با نشانگر شماره گیری یا ابزار تراز لیزری قبل از پیچ و مهره نهایی بررسی کنید.
- اطمینان حاصل کنید که محفظه زنگ یا فلنج نصب SAE با اندازه قاب موتور و استاندارد نصب پمپ مطابقت دارد.
- بعد از 100 ساعت اول کار، تراز را دوباره بررسی کنید، زیرا پیچها و کوپلینگهای الاستومری میتوانند ته نشین شوند.
- درج کوپلینگ یا عنصر الاستومری را سالیانه از نظر ترک خوردگی بررسی کنید، زیرا این مورد حتی در یک سیستم به درستی تراز شده نیز سایش دارد.
استانداردهای نصب SAE، مانند فلنج های SAE A، B، C و D، به طور خاص وجود دارد تا موتورها و پمپ های تولید کنندگان مختلف بدون ماشینکاری سفارشی جفت شوند. تأیید اندازه فلنج SAE و ابعاد محور کلیددار یا شیاردار قبل از خرید، از عدم تطابق جلوگیری می کند که در غیر این صورت به یک آداپتور سفارشی نیاز دارد، که هم هزینه و هم یک نقطه اضافی از ناهماهنگی احتمالی را به پیشرانه اضافه می کند.
روش های تعمیر و نگهداری که عمر موتور HPU را افزایش می دهد
یک موتور HPU که به خوبی نگهداری می شود در یک محیط صنعتی تمیز می تواند به مدت 15 تا 20 سال به طور قابل اعتماد کار کند، در حالی که موتور نادیده گرفته شده در محیط کثیف یا بیش از حد گرم می تواند در عرض 2 تا 3 سال از کار بیفتد. تفاوت تقریباً همیشه به تعداد انگشت شماری از عادات نگهداری مکرر برمی گردد تا هر مداخله چشمگیر.
چک های بلبرینگ و روغن کاری
یاتاقانهای موتور باید از نظر سر و صدای غیر معمول، لرزش یا گرما در فواصل زمانی منظم، با فواصل گریس مطابق با پلاک نام سازنده یا دفترچه راهنمای تعمیر و نگهداری به جای یک برنامه زمانی عمومی، بررسی شوند. روغن کاری بیش از حد به همان اندازه مضر است که کم گریس کاری می تواند باعث گرم شدن بیش از حد بلبرینگ و فوران آب بند شود.
مانیتورینگ حرارتی
دمای سیم پیچ موتور یکی از واضح ترین نشانه های اولیه مشکل قبل از وقوع خرابی است. دمای سیم پیچ پایدار 10 درجه سانتیگراد بالاتر از کلاس دمای نامی موتور تقریباً عمر عایق مورد انتظار آن را نصف می کند.
کیفیت تامین برق
عدم تعادل ولتاژ در سه فاز بیش از 1 درصد می تواند گرمایش موتور را به طور نامتناسبی افزایش دهد و عدم تعادل پایدار بالای 5 درصد یک پیشروی رایج برای خرابی زودرس سیم پیچ در موتورهای HPU صنعتی است.
کنترل آلودگی
پره های خنک کننده، دریچه ها و ناحیه اطراف موتور باید عاری از باقیمانده روغن هیدرولیک، ریزه های فلزی و گرد و غبار باشند، زیرا تجمع آلودگی جریان هوا را محدود می کند و یکی از دلایل اصلی گرمای بیش از حد آهسته و غیر قابل تشخیص است.
چک لیست نگهداری و تعمیرات فصلی
- باله ها و دریچه های خنک کننده را عاری از گرد و غبار و زباله نگه دارید
- بررسی کنید که ولتاژ منبع تغذیه در 10 درصد از رتبه پلاک نام باقی بماند
- پیچ های اتصال و نصب را از نظر شل بودن بررسی کنید
- آمپر موتور را در طول زمان ردیابی کنید تا زودتر سایش پمپ در حال توسعه را پیدا کنید
- برای مشاهده روندهای صعودی تدریجی، قرائت دمای سیم پیچ را ثبت کنید
تشخیص مشکلات رایج موتور HPU
اکثر مشکلات موتور HPU گزارش شده به یکی از سه علت اصلی باز می گردد: مشکلات تامین برق، مشکلات کوپلینگ مکانیکی، یا اشتباه گرفتن فشار برگشتی سیستم هیدرولیک با خطای موتور. جداسازی زودهنگام این موتورها از جایگزینی یک موتور کاملاً خوب در زمانی که مشکل واقعی در جای دیگری از مدار است، جلوگیری می کند.
| علامت | علت احتمالی | ابتدا بررسی کنید |
| موتور زمزمه می کند اما نمی چرخد | پمپ تک فاز از دست دادن یا توقیف شده | هر سه ولتاژ فاز را بررسی کنید |
| سفرهای مکرر اضافه بار | موتور کم حجم یا فشار بالای سیستم | تنظیم سوپاپ تسکین را در برابر درجه موتور بررسی کنید |
| لرزش بیش از حد | ناهماهنگی کوپلینگ یا یاتاقان های فرسوده | ابتدا تراز کوپلینگ را بررسی کنید |
| گرم شدن بیش از حد در طول کار عادی | تهویه مسدود شده یا ولتاژ پایین | دریچه ها را تمیز کنید و ولتاژ تغذیه را اندازه بگیرید |
| حرکت آهسته یا ضعیف سیلندر | پمپ فرسوده به جای مشکل موتور | خروجی جریان واقعی را با GPM رتبهبندی شده اندازهگیری کنید |
علائم رایج موتور HPU با علل احتمالی و اولین مرحله تشخیصی.
جداسازی عیوب موتور از عیوب هیدرولیک
یک بررسی ساده آمپراژ راه زیادی را برای جدا کردن یک مشکل واقعی موتور از یک مشکل سیستم هیدرولیک انجام می دهد. اگر موتور جریان معمولی می کشد اما سیستم ضعیف عمل می کند، مشکل تقریباً همیشه در پایین دست پمپ، سوپاپ ها یا محرک ها است. اگر موتور نسبت به امتیاز پلاک خود جریان بیش از حد داشته باشد، بار وارده به خود موتور، چه از طریق پمپ یا یک مشکل اتصال مکانیکی، مقصر بیشتر است.
سوالات متداول در مورد موتورهای HPU
چه اندازه موتوری برای واحد برق هیدرولیک نیاز دارم؟
اندازه موتور به سرعت جریان مورد نیاز و حداکثر فشار سیستم بستگی دارد، با استفاده از فرمول HP برابر است با GPM ضربدر PSI تقسیم بر 1714. پرس که به 15 GPM در 2000 PSI نیاز دارد تقریباً به 17.5 اسب بخار نیاز دارد که معمولاً به فریم موتور 20 اسب بخار گرد می شود تا حاشیه برای افزایش فشار باقی بماند.
آیا یک موتور تک فاز می تواند یک واحد برق هیدرولیک را راه اندازی کند؟
بله، موتورهای تک فاز میتوانند واحدهای برق هیدرولیک کوچکتر را تا حدود 10 اسب بخار راهاندازی کنند، اما معمولاً گشتاور راهاندازی کمتری نسبت به موتورهای سه فاز با همان رتبه دارند، که برای برنامههایی با بار راهاندازی بالا مانند پرسهایی که تحت فشار شروع به کار میکنند اهمیت دارد.
یک موتور HPU چقدر باید دوام بیاورد؟
یک موتور HPU با اندازه مناسب و نگهداری شده در یک محیط تمیز معمولاً بین 15 تا 20 سال کار می کند، در حالی که موتورهایی که در معرض گرما، گرد و غبار، عدم تعادل ولتاژ یا ناهماهنگی مزمن قرار می گیرند اغلب در عرض 2 تا 3 سال از کار می افتند.
چرا موتور HPU من تحت بار معمولی بیش از حد گرم می شود؟
شایعترین دلایل مسدود شدن دریچههای خنککننده است که جریان هوا را محدود میکند، ولتاژ منبع تغذیه کمتر از رتبهبندی پلاک نامگذاری شده است، یا پمپی که به دلیل تنظیمات بزرگ دریچه کمکی، گشتاور بیشتری نسبت به موتوری که برای تحویل مداوم در نظر گرفته شده است، میطلبد.
آیا افزودن VFD به موتور HPU واقعاً در مصرف انرژی صرفه جویی می کند؟
بله، نتایج میدانی در سراسر تاسیسات صنعتی پس از افزودن کنترل درایو فرکانس متغیر، صرفه جویی در انرژی را بین 30 تا 60 درصد نشان میدهد، که بیشترین سود در برنامههایی دیده میشود که دورههای طولانی بیکاری یا بار جزئی بین چرخههای کاری دارند.
تفاوت بین اسب بخار موتور و جابجایی پمپ چیست؟
اسب بخار موتور بیان می کند که موتور چقدر قدرت چرخشی می تواند ارائه دهد، در حالی که جابجایی پمپ توصیف می کند که پمپ چقدر حجم سیال در هر دور حرکت می کند. این دو مقدار با هم در یک RPM معین، نرخ جریان و قابلیت فشار واقعی سیستم را تعیین میکنند.
یک موتور HPU چه کلاس عایق باید داشته باشد؟
عایق کلاس F انتخاب استاندارد برای اکثر موتورهای HPU صنعتی امروزی است که تحمل دمای بالاتری را نسبت به طرحهای کلاس B قدیمیتر ارائه میکند و در عین حال به طور گسترده در مارکهای موتور و اندازههای فریم موجود است.
هر چند وقت یک بار باید تراز موتور HPU بررسی شود؟
همراستایی باید در هنگام نصب تأیید شود، پس از 100 ساعت اول کار با ته نشین شدن سخت افزار نصب، مجدداً بررسی شود، و سپس در طول تعمیر و نگهداری معمول سه ماهه، یا اگر لرزش یا نویز به طور محسوسی افزایش یابد، زودتر بررسی شود.
