ایستگاه پمپ موتور DC
Cat:واحد برق هیدرولیک سری DC
این ایستگاه پمپ هیدرولیک از یک سری پمپ های دنده ای ورودی و خروجی جانبی و موتورهای DC 4.5 یا 5 اینچی تشکیل شده است. اغلب به عنوان منبع انرژی هیدرولی...
See Detailsالف واحد قدرت هیدرولیک (HPU) برای یک هدف اساسی وجود دارد: برای تبدیل انرژی الکتریکی یا مکانیکی به نیروی هیدرولیک کنترل شده - سیال تحت فشار - قابل انتقال، هدایت و استفاده برای انجام کارهای مکانیکی مفید در فاصله. این منبع انرژی مرکزی هر سیستم هیدرولیکی است که جریان و فشاری را ایجاد میکند که محرکها، موتورها و سیلندرها برای جابجایی بارها، نگه داشتن موقعیتها یا اعمال نیروهای غیرعملی یا غیرممکن با وسایل صرفاً مکانیکی یا الکتریکی به آن نیاز دارند.
در عمل، یک واحد نیرو هیدرولیک نیروی الکتریکی را از یک موتور دریافت می کند، از یک پمپ برای تحت فشار قرار دادن سیال هیدرولیک استفاده می کند، و آن سیال را از طریق دریچه های کنترل به هر جایی که باید انجام شود، می رساند - خواه بلند کردن یک پرس 500 تنی، هدایت یک بیل مکانیکی، بستن یک قطعه ماشین کاری شده، یا گسترش ارابه فرود تجاری. HPU خود کار را انجام نمی دهد. زیرساخت قدرت و کنترل را فراهم می کند که کار را ممکن می کند.
بدون واحد قدرت هیدرولیک، محرک ها، سیلندرها و موتورهای هیدرولیک در یک سیستم هیچ منبع انرژی ندارند. HPU برای یک مدار هیدرولیک همان چیزی است که منبع تغذیه برای یک سیستم الکترونیکی است - این منبع تغذیه موجود را تعریف می کند، محدوده فشار عملیاتی را تنظیم می کند و تعیین می کند که سیستم چقدر سریع و دقیق می تواند پاسخ دهد.
هدف یک واحد قدرت هیدرولیک را می توان به چندین نقش عملکردی متمایز تقسیم کرد که به طور همزمان در هر سیستم هیدرولیکی انجام می دهد.
وظیفه اصلی HPU تبدیل انرژی است. یک موتور الکتریکی - به طور معمول در هر نقطه از 0.5 کیلو وات برای واحدهای نیمکت کوچک تا بیش از 1000 کیلووات برای سیستم های صنعتی بزرگ - یک پمپ هیدرولیک را به حرکت در می آورد. پمپ انرژی مکانیکی چرخشی موتور را به صورت جریان در فشار به انرژی هیدرولیک تبدیل می کند. سپس این انرژی میتواند از طریق شیلنگها و لولهها در فواصل قابلتوجهی منتقل شود و هر جا که لازم باشد به کارهای مکانیکی تبدیل شود.
مخزن ادغام شده در واحد برق هیدرولیک سیال کار را ذخیره می کند - معمولاً بین 10 و 2000 لیتر بسته به اندازه سیستم - و اجازه می دهد تا قبل از ورود مجدد به پمپ سرد، هوازدایی و ته نشین شود. HPU همچنین دارای سیستم فیلتراسیونی است که سیال را تمیز نگه می دارد و اغلب یک مبدل حرارتی برای حفظ دمای مطلوب سیال است. این نقش تهویه بسیار مهم است: تمیزی سیال و دما به طور مستقیم بر عمر مفید هر جزء پایین دست تأثیر می گذارد.
HPU حاوی یک شیر کاهش فشار است که حداکثر فشار سیستم را می پوشاند و از آسیب اضافه بار به پمپ، سوپاپ ها، محرک ها و لوله کشی جلوگیری می کند. در اکثر سیستم های هیدرولیک صنعتی، این حداکثر فشار بین تنظیم می شود 150 و 350 بار اگرچه سیستمهای پرفشار در هوافضا، آزمایشها و کاربردهای تخصصی میتوانند از آن فراتر بروند 700 بار . عملکرد تنظیم فشار تضمین می کند که سیستم بدون توجه به آنچه مدار پایین دستی نیاز دارد نمی تواند از محدودیت های طراحی خود تجاوز کند.
واحدهای برق هیدرولیک مدرن دارای شیرهای کنترل جهت، شیرهای تناسبی یا شیرهای سروو هستند که سیال تحت فشار را در توالی های خاص و با نرخ جریان کنترل شده به محرک های خاص توزیع می کنند. این تابع کنترل سرعت، نیرو و جهت هر حرکت در سیستم را تعیین می کند. یک HPU منفرد میتواند به طور همزمان چندین مدار را تامین کند که هر یک نیاز به فشار و جریان مستقل دارند، با استفاده از بلوکهای منیفولد و مجموعههای شیر که مستقیماً روی واحد نصب شدهاند.
هدف یک واحد قدرت هیدرولیک زمانی واضحتر میشود که بدانید چرا هیدرولیک به جای محرکهای الکتریکی، پنوماتیک یا محرکهای صرفاً مکانیکی برای کاربردهای خاص انتخاب میشود. هر فناوری حوزه خود را دارد و هیدرولیک - به ویژه سیستم مبتنی بر HPU - در هر جایی که چگالی نیروی بالا، کنترل دقیق و قابلیت اطمینان تحت بار سنگین به طور همزمان مورد نیاز است، غالب است.
سیستم های هیدرولیک نیروهایی تولید می کنند که تطبیق آنها با موتورهای الکتریکی در اندازه و وزن مشابه دشوار یا غیرعملی است. یک سیلندر هیدرولیک با یک سوراخ 100 میلی متری که در 250 بار کار می کند تقریباً 196 کیلو نیوتن (حدود 20 تن) نیرو تولید می کند. از قطعه ای به وزن چند کیلوگرم. یک محرک خطی الکتریکی که همان نیرو را تولید می کند، به طور قابل ملاحظه ای سنگین تر و بزرگتر خواهد بود. این چگالی نیرو به همین دلیل است که واحدهای قدرت هیدرولیک در کاربردهایی مانند پرس فلزی، ماشینهای قالبگیری تزریقی و تجهیزات سنگین ساختمانی استاندارد هستند.
الف hydraulic cylinder with a blocked port holds its load indefinitely without consuming energy, because incompressible fluid cannot escape through a closed valve. This capability is essential in applications like clamping fixtures, lifting platforms, and hydraulic jacks that must hold a load for extended periods. An electric servo motor holding the same load would require continuous current — generating heat and consuming power even when stationary.
شیر کاهش فشار در یک واحد قدرت هیدرولیک حفاظت ذاتی اضافه بار را فراهم می کند. اگر سیستم با باری بیش از فشار تنظیم شده مواجه شود، شیر تخلیه باز می شود و محرک به سادگی متوقف می شود - هیچ جزء آسیب نمی بیند. موتورهای الکتریکی و درایوهای مکانیکی معمولاً به طرحهای حفاظتی پیچیدهتری برای رسیدن به همان سطح تحمل خطا نیاز دارند.
یک HPU میتواند محرکهایی را که در فاصله چند متری قرار دارند، از طریق شیلنگهای منعطف تغذیه کند و این امکان را فراهم میآورد که منبع تغذیه را در مکانی مناسب و محافظتشده قرار دهد، در حالی که محرکها در محیطهای سخت، غیرقابل دسترس یا در معرض خطر انفجار کار میکنند. برای مثال، در دکلهای حفاری دریایی، یک واحد نیرو هیدرولیک در عرشه اصلی ممکن است دریچهها و محرکها را در بستر دریا کنترل کند. صدها متر زیر سطح از طریق شیلنگ های بلند نافی
واحد قدرت هیدرولیک یکی از جهانی ترین قطعات تجهیزات صنعتی است که تقریباً در هر بخش از آن استفاده می شود که شامل ماشین آلات سنگین، حرکت دقیق یا تولید نیروی زیاد است. درک مکان استقرار HPU ها روشن می کند که چرا هدف آنها بسیار مرتبط است.
| صنعت | برنامه HPU معمولی | کلید مورد نیاز ارائه شده است |
|---|---|---|
| شکل دهی و مهر زنی فلز | پرس های هیدرولیک، ماشین های آهنگری | نیروی بسیار بالا، کنترل ضربه دقیق |
| تولید پلاستیک | ماشین های قالب گیری تزریقی | نیروی گیره بالا، زمان چرخه سریع |
| تجهیزات ساخت و ساز | بیل مکانیکی، جرثقیل، بولدوزر | حرکت چند محوره، قابلیت اطمینان ناهموار |
| الفerospace | ارابه فرود، سطوح کنترل پرواز | فشرده، فشار بالا، قابلیت اطمینان بالا |
| نفت و گاز | کنترل BOP، دریچه های سرچاهی، سیستم های زیر دریا | عملکرد از راه دور، رفتار بی خطر |
| دریایی و فراساحلی | جرثقیل های عرشه، وینچ های لنگر، رانشگرها | قدرت بالا، تحمل محیط آب شور |
| فولاد و معدن | گیره های آسیاب نورد، سنگ شکن | ظرفیت بار فوق العاده، وظیفه مداوم |
| الفutomotive Manufacturing | گیره های جوشکاری، خطوط پرس انتقال | تکرارپذیری، سرعت چرخه بالا |
| الفgriculture | کنترل پیاده سازی تراکتور، کمباین | چندین عملکرد همزمان، دوام میدان |
| زیرساخت های عمرانی | دروازه های سیل، دریچه های سد، بالابر پل | قابلیت اطمینان طولانی مدت، نیروهای محرک بزرگ |
واحد قدرت هیدرولیک از طریق مجموعه ای از قطعات به دقت یکپارچه به هدف خود می رسد. هر کدام نقش خاصی دارند و درک آنها به روشن شدن دلیل طراحی HPU به این شکل که هست کمک می کند.
موتور انرژی محرک اصلی را تامین می کند. اکثر HPU های صنعتی از موتورهای القایی AC سه فاز به دلیل قابلیت اطمینان، سادگی و در دسترس بودن در طیف وسیعی از توان استفاده می کنند. شفت خروجی موتور مستقیماً به پمپ جفت می شود. اندازه موتور حداکثر توان هیدرولیکی را که واحد می تواند ارائه دهد تعیین می کند. در طرح های مدرن کم مصرف، یک درایو با سرعت متغیر موتور را کنترل می کند تا خروجی را با تقاضای بلادرنگ مطابقت دهد و به طور قابل توجهی اتلاف انرژی در بارهای جزئی را کاهش می دهد.
پمپ قلب واحد برق هیدرولیک است. این سیال را از مخزن می کشد و تحت فشار آن را به مدار سیستم فشار می دهد. پمپ های دنده ای در کاربردهای کم فشار و حساس به هزینه استفاده می شوند. پمپ های پره ای عملکرد بی صداتری را ارائه می دهند. پمپ های پیستونی - هر دو نوع محوری و شعاعی - در کاربردهای فشار بالا، با راندمان بالا یا جابجایی متغیر استفاده می شوند. جابجایی پمپ بر حسب سانتی متر مکعب در هر دور (cc/rev) مشخص می شود و در یک سرعت شفت معین، این به طور مستقیم نرخ جریانی را که HPU می تواند تامین کند تعیین می کند.
این مخزن سیال هیدرولیک را ذخیره میکند و چندین هدف ثانویه را انجام میدهد: به حبابهای هوا اجازه خروج میدهد، یک بافر حرارتی برای جذب گرما از سیستم فراهم میکند، و زمان آلودگی ذرات را میدهد تا قبل از چرخش مجدد سیال، ته نشین شود. قاعده استاندارد سرانگشتی این است که اندازه مخزن در آن اندازه باشد 3 تا 5 برابر دبی پمپ در دقیقه ، اگرچه کاربردهای با حرارت بالا ممکن است به مخازن بزرگتر یا خنک کننده اضافی نیاز داشته باشند.
این شیر اولین وسیله ایمنی سیستم است. هنگامی که فشار از حد از پیش تعیین شده فراتر رفت، به طور خودکار باز می شود و جریان اضافی را به مخزن منحرف می کند. بدون آن، محرک مسدود شده یا سیلندر متوقف میشود تا زمانی که لوله، شیلنگ یا قطعه از کار بیفتد، فشار بالا میرود. شیر تسکین یک جزء کنترلی نیست - یک وسیله حفاظتی است - و یک HPU با طراحی مناسب به ندرت باید آن را در طول کارکرد عادی فعال کند.
تمیزی سیال هیدرولیک یکی از مهم ترین عوامل در طول عمر سیستم است. فیلترهای موجود در HPU - معمولاً در خط برگشت، خط فشار یا هر دو - آلودگی ذرات را قبل از اینکه به قسمتهای داخلی پمپ، قرقرههای سوپاپ و سیل سیلندر آسیب برساند، حذف میکنند. اکثر HPU های صنعتی سطح تمیزی سیال را هدف قرار می دهند ISO 4406 کلاس 16/14/11 تا 18/16/13 با استفاده از فیلترهایی با درجه بندی 3 تا 10 میکرون مطلق.
تلفات انرژی در سیستم هیدرولیک به صورت گرما در سیال ظاهر می شود. بدون مبدل حرارتی، دمای سیال به طور مداوم افزایش مییابد تا زمانی که آببندیها تخریب شوند، ویسکوزیته کاهش یابد و سایش قطعات تسریع شود. مبدل های حرارتی با انفجار هوا یا آب خنک به اندازه ای هستند که بار حرارتی مورد انتظار را از بین ببرند - معمولا 25 تا 40 درصد برق ورودی در یک مدار پمپ ثابت معمولی - و دمای سیال را بین 40 تا 60 درجه سانتیگراد حفظ کنید.
شیرهای کنترل جهت، شیرهای تناسبی، شیرهای کاهش فشار و شیرهای کنترل جریان اغلب بر روی یک بلوک منیفولد یکپارچه در HPU نصب می شوند. این قطعات، سیال تحت فشار را با فشار و سرعت جریان صحیح بر اساس فرمان PLC، کنترل دستی یا کنترل کننده توالی خودکار به محرک صحیح هدایت می کنند. رویکرد منیفولد اتصالات لوله را کاهش می دهد، نقاط نشتی را به حداقل می رساند و سیستم را فشرده نگه می دارد.
فراتر از کاربردهای brute force، واحد قدرت هیدرولیک هدف دقیقی در تولید خودکار و کنترل فرآیند دارد. با فناوری سوپاپ نسبی یا سروو، سیستمهای HPU میتوانند موقعیت محرک را به داخل کنترل کنند 0.01 ± میلی متر و زور به درون 1٪ از نقطه تنظیم - سطوح عملکردی که هیدرولیک را با درایوهای سروو الکتریکی در بسیاری از کاربردهای نیروزا رقابت می کند.
در یک سیستم سروو هیدرولیک مدرن، یک کنترل کننده حلقه بسته به طور مداوم موقعیت واقعی محرک (اندازه گیری شده توسط مبدل خطی) را با موقعیت فرمان مقایسه می کند و باز شدن شیر سروو را مطابق با آن تنظیم می کند و اختلالات بار و تغییرات جریان را در زمان واقعی تصحیح می کند. این قابلیت حلقه بسته در موارد زیر استفاده می شود:
در هر یک از این کاربردها، واحد قدرت هیدرولیک چیزی است که نیرو و حرکت را ممکن می کند. سوپاپ سروو و کنترل کننده دقت را تعیین می کنند. HPU ظرفیت توان را تعیین می کند.
نحوه استقرار یک واحد قدرت هیدرولیک در یک تأسیسات یا ماشین بستگی به هدف خاصی دارد که باید در خدمت آن باشد. دو رویکرد اساسی معماری وجود دارد که هر کدام برای نیازهای متفاوتی مناسب است.
الف single large HPU serves multiple machines or workstations through a ring main or branched distribution system. This approach is used in large manufacturing plants where many machines need hydraulic power simultaneously. The advantage is that one unit, one set of controls, and one maintenance point serve the whole facility. A centralized HPU for an automotive body shop might be rated at 500 کیلو وات یا بیشتر ، تامین ده ها ایستگاه جوش و گیره. معاوضه این است که یک خرابی همه ماشینهای پایین دست را به طور همزمان تحت تأثیر قرار میدهد و کارکرد طولانی لوله باعث کاهش فشار میشود.
هر دستگاه یا سلول فرآیند دارای HPU اختصاصی خود است که به طور خاص برای نیازهای آن دستگاه اندازه می شود. این ترتیب متداولتر در تولید مدرن است زیرا استقلال را فراهم میکند - خرابی HPU یک ماشین روی ماشینهای دیگر تاثیر نمیگذارد - و به هر واحد اجازه میدهد تا برای چرخه کاری خاص و الزامات فشار خود بهینه شود. HPU های جمع و جور در این رده از محدوده واحدهای رومیزی 0.5 کیلوواتی برای وسایل تست کوچک تا واحدهای 200 کیلووات برای قالب گیری تزریقی بزرگ یا ماشین های ریخته گری.
HPU های قابل حمل هدف خاصی را در تعمیر و نگهداری، ساخت و ساز و پاسخ اضطراری انجام می دهند: ارائه نیروی هیدرولیک بر اساس تقاضا در جایی که هیچ نصب ثابتی وجود ندارد. ابزارهای نجات هیدرولیک ("فک های زندگی") توسط HPU های قابل حمل تغذیه می شوند. خدمه ساخت خط لوله از واحدهای قابل حمل برای راندن خم کننده ها و کرامپرهای لوله هیدرولیک استفاده می کنند. تیم های تعمیر و نگهداری از آنها برای کار با آچارهای گشتاور هیدرولیک در اتصالات فلنجی بزرگ که در آن برق در دسترس نیست استفاده می کنند. این واحدها معمولاً به جای برقی با موتورهای دیزلی یا بنزینی هدایت می شوند و امکان کار در مکان های دورافتاده یا خارج از شبکه را فراهم می کنند.
در کاربردهای حیاتی ایمنی، واحد نیرو هیدرولیک هدفی را دنبال می کند که فراتر از حرکت ساده است - باید عملکرد تضمین شده و ایمن در شرایط خطا را ارائه دهد. این امر به ویژه در سه زمینه اهمیت دارد.
واحدهای برق هیدرولیک در تاسیسات نفت و گاز سوپاپ های خاموش کننده اضطراری (ESD) و سیستم های جلوگیری از انفجار (BOP) را هدایت می کنند. این HPU ها باید بتوانند دریچه های بزرگ را به سرعت و با اطمینان تحت شرایط خطا فعال کنند - از جمله در هنگام قطع برق. بانکهای انباشتهای که توسط HPU شارژ میشوند، انرژی هیدرولیک کافی را ذخیره میکنند تا همه شیرهای اضطراری را چندین بار فعال کنند، حتی اگر منبع برق اولیه از بین برود. در تاسیسات دریایی، HPU های کنترل BOP به گونه ای طراحی شده اند که الفPI 16D یا استانداردهای معادل با افزونگی کامل.
هواپیماهای تجاری چندین واحد قدرت هیدرولیک مستقل را حمل می کنند - معمولاً دو یا سه سیستم، که هر کدام پمپ (موتوری، الکتریکی یا هوا محور)، مخزن و مدار خاص خود را دارند - به طوری که خرابی در یک سیستم کنترل پرواز را به خطر نمی اندازد. به عنوان مثال، بوئینگ 737 دارای دو سیستم هیدرولیک مستقل است که هر کدام می توانند کنترل های اولیه پرواز را به طور مستقل انجام دهند. هدف هر HPU در این زمینه به همان اندازه که در مورد افزونگی و تحمل شکست است، در مورد تولید برق است.
ترمزهای پرس هیدرولیک و ماشین های برش از HPU ها برای راندن قوچ ها با نیروهایی استفاده می کنند که در صورت کنترل نشدن می تواند باعث آسیب جدی شود. HPU در این ماشینها دارای سوپاپهای تعادل، سیستمهای شیر ایمنی دو کاناله و نظارت بر موقعیت است تا اطمینان حاصل شود که رام فقط با سرعتهای کنترلشده حرکت میکند و در صورت خرابی شیلنگ یا خرابی دریچه نمیتواند سقوط آزاد کند. عملکرد کنترل ایمنی HPU به اندازه عملکرد تحویل انرژی آن مهم است.
انتخاب یک واحد قدرت هیدرولیک برای یک هدف معین مستلزم تطبیق مشخصات واحد با نیازهای برنامه است. پارامترهای کلیدی که تعریف میکنند یک HPU چه چیزی را باید ارائه دهد عبارتند از:
دریافت درست این مشخصات برای HPU اساسی است که هدف خود را به طور قابل اعتماد انجام دهد. یک واحد کوچکتر گرم می شود و زود از موعد از کار می افتد. یک واحد بزرگ انرژی و سرمایه را هدر می دهد. مهندسی مناسب مشخصات HPU پایه و اساس یک سیستم هیدرولیک موفق است.
هدف واحد برق هیدرولیک ثابت باقی مانده است - تبدیل و ارائه نیروی هیدرولیک کنترل شده - اما روش تحقق این هدف با پیشرفت در الکترونیک، مواد و فناوری سیالات به طور قابل توجهی تکامل یافته است.
HPU های مدرن به طور فزاینده ای از حسگرهای مجهز به اینترنت اشیا استفاده می کنند که به طور مداوم دمای سیال، فشار، خروجی جریان پمپ، فشار دیفرانسیل فیلتر و جریان موتور را کنترل می کنند. این داده ها به الگوریتم های تعمیر و نگهداری پیش بینی می خورند که می توانند سایش پمپ، انسداد فیلتر یا آلودگی مایعات را هفته ها قبل از ایجاد خرابی تشخیص دهند. یک کارخانه با 50 واحد HPU که به یک سیستم نظارت مرکزی شبکه متصل شده اند می تواند دست یابد 40 تا 60 درصد کاهش در زمان توقف برنامه ریزی نشده در مقایسه با برنامه های تعمیر و نگهداری مبتنی بر زمان.
محرکهای الکتروهیدرولیک (EHAs) - واحدهای مستقل که یک موتور الکتریکی کوچک، پمپ و محرک را در یک بسته واحد ترکیب میکنند - شروع به جایگزینی مدارهای متداول تغذیهشده با HPU در برخی برنامهها، بهویژه در هوافضا و ماشینهای متحرک که وزن و فضای نصب در آنها بالا است، آغاز کردهاند. با این حال، برای کاربردهای صنعتی با توان بالا، چند محرک یا کار مداوم، واحد نیروگاه هیدرولیک متمرکز عملی ترین و مقرون به صرفه ترین راه حل باقی می ماند و انتظار می رود در آینده قابل پیش بینی نیز چنین باشد.
معرفی آب گلیکول، استر مصنوعی و سیالات هیدرولیک مقاوم در برابر آتش همچنین محیط هایی را که HPU ها می توانند با خیال راحت در آن کار کنند - به ویژه در ریخته گری، تاسیسات ریخته گری زیرزمینی و معدنکاری زیرزمینی که خطر آتش سوزی باعث می شود روغن معدنی نامناسب باشد، گسترش داده است. در این تنظیمات، HPU همان هدف اساسی را انجام می دهد، اما با مشخصات سیال انتخاب شده برای رعایت مقررات ایمنی بدون به خطر انداختن عملکرد.