Новая технология синхронных двигателей с реактивным ротором способствует снижению энергопотребления и акустического шума экструдера, а также снижению затрат на сервисное обслуживание.
Radius Systems (входит в состав группы компаний Polyplastic) разрабатывает и производит системы пластмассовых трубопроводов для предприятий коммунального хозяйства и строительной промышленности.
Монтаж комплектов от компании AББ, состоящих из синхронных двигателей с реактивным ротором и частотных преобразователей со специальным программным обеспечением (SynRM), в установки со сдвоенным экструдером позволяет снизить энергопотребление до 15%, существенно сократить операционные затраты на сервисное обслуживание и снизить акустический шум.
На предприятии компании Radius Systems в Дербишире (Великобритания) действует 14 экструзионных линий, каждая из которых производит полиэтиленовые трубы диаметром от 16 до 1200 мм, а также работает цех литьевого прессования, где изготавливаются соответствующие фитинги для коммунальных предприятий, занимающихся перекачкой газа и воды.
На восьми линиях установлены двигатели постоянного тока, многие из которых эксплуатируются уже более 20 лет. Например, сильно загруженная линия 12 оснащена двигателем постоянного тока мощностью 182 кВт, который регулярно выходит из строя, что приводит к увеличению простоев и затрат на сервисное обслуживание. По оценкам специалистов компании ежегодные траты на статические и динамические испытания, замену щеток и другие сервисные работы, выполняемые сторонними организациями, составляют приблизительно 2000 фунтов стерлингов на каждую машину.
В компании Radius Systems на смену традиционным двигателям постоянного тока, используемым в экструзионных линиях, постепенно приходят двигатели переменного тока, что позволяет снизить энергопотребление, расходы на техническое обслуживание и уровень шума.
Контроль «до и после»
Компания Inverter Drive Systems (IDS) — уполномоченный поставщик услуг AББ в графстве Дербишир — получила запрос на проведение контроля показателей двигателя постоянного тока линии 12 в формате «до и после». Такой формат позволяет посчитать экономию электроэнергии, а также подтвердить, что инвестиции на замену оборудования соответствуют политике Radius Systems, которая требует, чтобы срок окупаемости капиталовложений не превышал трех лет. «Контроль системы критически важен для успешного внедрения любого оборудования, — поясняет Фил Найтингейл (Phil Nightingale), инженер по сбыту в компании IDS. — В результате мы можем точно определить реальный потенциал экономии электроэнергии и, следовательно, правильно подобрать параметры синхронного двигателя и привода. Зачастую нам удается уменьшить типоразмер электропривода и в то же время превысить контрольные производственные показатели».
Осуществив детальный контроль, компания IDS определила диапазон регулирования работающего на линии двигателя постоянного тока. В результате было выявлено, что типоразмер двигателя превышает потребности системы, а, следовательно, фактическое потребление энергии превышает необходимое расчетное значение. Кроме того, несмотря на регулярное сервисное обслуживание, КПД двигателя, который находится в непрерывной эксплуатации на протяжении 20 лет, значительно отличается от заявленного в паспортных данных.
Основанная в 1969 г. компания Radius Systems — единственный поставщик решений для всех этапов жизненного цикла трубопроводов
Диапазон экономии энергии
Результаты анализа показывают, что экономия электроэнергии после внедрения комплекта SynRM на линии 12 может составить от 8 до 15 % при сроке окупаемости капиталовложений не более двух лет. К тому же отпадает потребность в дополнительных ежегодных операционных затратах (2000 фунтов стерлингов) на сервисное обслуживание двигателя постоянного тока.
«Диапазон от 8 до 15 % объясняется тем, что очень сложно в точности определить цикл производства конечной продукции для измерения энергопотребления, — поясняет Роб Беттс (Rob Betts), директор производства в компании Radius Systems. — Фактическая экономия электроэнергии зависит от нескольких параметров технологического процесса: видов сырья, типов и профилей изделий, температуры в матрице и цилиндре, а также внешних условий. Например, в холодный день энергопотребление повышается, поскольку для нагрева технологического оборудования требуется больше энергии».
Компания Radius выпускает полиэтиленовые трубы диаметром от 16 до 1200 мм и фитинги для коммунальных предприятий, занимающихся перекачкой газа и воды
Передовая технология
Двигатель SynRM (200 кВт, 1500 об/мин, IE4) в сочетании с промышленным частотным преобразователем серии ACS880 обеспечивает значительно более высокий КПД, чем стандартные асинхронные электродвигатели с питанием от преобразователя частоты. Это объясняется тем, что синхронный двигатель с реактивным ротором изначально предназначен для запуска и работы от преобразователя частоты. Соответственно, для такого оборудования заявляется КПД приводной системы. В то время как установка преобразователя частоты для регулирования скорости асинхронного двигателя снижает класс энергоэффективности двигателя, указанный в его паспортных данных. Следует также отметить, что при работе новый электропривод с синхронным двигателем создает значительно меньше шума, чем прежний двигатель постоянного тока.
«Использование технологии SynRM позволило снизить акустический шум в производственном цеху. Об этом мы и мечтать не могли, — говорит Беттс. — И хотя мы не замеряли уровни, существенное уменьшение шума на предприятии заметили все. А это огромный плюс».
У прежнего двигателя постоянного тока существовала проблема, обусловленная его габаритами. «Двигатели постоянного тока чаще всего вытянуты в длину при небольшом диаметре станины, — объясняет Беттс,— Тогда как индукционные машины, как правило, короче, но диаметр у них больше». Между тем синхронный двигатель с реактивным ротором за счет плотности мощности может быть на один-два типоразмера меньше традиционного асинхронного электродвигателя, что является преимуществом при прямой замене двигателя постоянного тока.
Изделия Radius имеют небольшой вес, легко монтируются и оптимально подходят как для новой, так и для модернизируемой инфраструктуры. Изделия снабжены специальным покрытием и отличаются высокими барьерными свойствами. Они легко монтируются и обеспечивают оптимальное использование материалов.
Проблемы, обусловленные постоянным крутящим моментом
Синхронные двигатели с реактивным ротором изначально были спроектированы для управления механизмами с переменным моментом нагрузки, такими как центробежные насосы, вентиляторы и компрессоры. После получения положительной обратной связи от заказчиков, компания АББ решила расширить спектр применения таких двигателей для механизмов с постоянным крутящим моментом, в частности для экструдеров. В связи с чем, инженерами компании было создано специальное программное обеспечения для преобразователей частоты, учитывающее особенности работы синхронных двигателей с реактивным ротором в механизмах с постоянным моментом нагрузки на валу. Несмотря на немногочисленность примеров работающих установок с постоянным крутящим моментом, Беттс был уверен в принятом решении:
«У нас не было сомнений по поводу новой технологии. Она прошла масштабные испытания, и мы полностью доверяли авторитетной торговой марке АББ. Собственно, о каком-либо риске и мысли не возникало. Мы сумели тщательно спланировать процедуру замены двигателей постоянного тока на синхронные двигатели с реактивным ротором таким образом, чтобы работы по монтажу и вводу в эксплуатацию завершить всего за пять дней и минимизировать потери предприятия от простоя оборудования».
Двигатель SynRM (200 кВт, IE4) без труда заменил в экструдере
двигатель постоянного тока
В срок и без превышения сметы
Беттс подводит итоги: «Будем ли мы в дальнейшем рассматривать возможность использования комплектов SynRM? Безусловно. Высокий класс энергоэффективности двигателей и энергоэффективные решения в целом — это технологии завтрашнего дня. Конкурентоспособные цены, быстрая окупаемость капиталовложений и минимальные сроки поставки — все это позволяет нам не сомневаться в преимуществах комплектов SynRM.
На нашем предприятии установлено около 300 электродвигателей, приблизительно 20 % — двигатели с регулируемой скоростью. Исходя из опыта успешного внедрения и учитывая поддержку со стороны компании IDS, мы решили провести унификацию оборудования на предприятии и использовать исключительно электроприводы компании АББ. Тесные партнерские связи между корпорацией АББ и компанией IDS очень важны для нас, поскольку обеспечивают техническую и сервисную поддержку здесь, на месте».
Комплект, состоящий из двигателя SynRM и привода, хорошо зарекомендовал себя в условиях работы при постоянном крутящем моменте в экструзионной линии компании Radius Systems, а также в системах с квадратичным управлением крутящим моментом — в насосах и вентиляторах.
