Miks hüdraulilised vintsid on pidevas töös rasketes kaevandusrakendustes elektrivintsidest paremad?

Mootori konstruktsiooni põhimõtteline erinevus – mis teeb hüdraulilised vintsid väärkasutuseks

Olen veetnud viisteist aastat Yining Hydraulicas kaevandus-, mere- ja ehitusrakenduste vintsisüsteeme projekteerides ning hüdrauliliste ja elektriliste vintside insenerifilosoofia erinevus on silmatorkav:Hüdraulilised mootorid on oma olemuselt ülekoormuse talumiseks üle ehitatud, samas kui elektrimootorid on täppisseadmed, mis kaitsevad end väljalülitumisega.See erinevus ei ole kummagi tehnoloogia konstruktsiooniviga – see on aluseks oleva füüsika tagajärg. Hüdraulilised mootorid kasutavad pöörleva kolbide või hammasrataste rühma ajamiseks survestatud vedelikku (tavaliselt 250–350 baari kaevandusvintside rakendustes). Vedelik ise toimib nii jõuülekandekeskkonnana kui ka jahutuskeskkonnana – kui vedelik ringleb läbi mootori, kannab see soojust süsteemi õlijahutisse. Kui mootor on ülekoormatud, avaneb süsteemi rõhukaitseklapp seatud rõhul (tavaliselt 315–350 baari) ja suunab voolu ümber, kaitstes mehaanilisi komponente ülekoormuse kahjustuste eest ilma süsteemi välja lülitamata.

Elektrimootorid seevastu muudavad elektrivoolu magnetvooguks, et tekitada pöördemomenti. Mootori mähised – F-klassi (maksimaalselt 155 kraadi Celsiuse järgi) või H-klassi (maksimaalselt 180 kraadi Celsiuse järgi) isolatsiooniga vasktraat – tekitavad soojust, mis on proportsionaalne voolu ruuduga (I-ruudu R-kaod).Pideva tööga kaevandusrakenduses, kus vints tõmbab koorma vastu 30–60 minutit, saavutavad mootori mähised termilise küllastuse 15–25 minuti jooksul ja termiline kaitserelee või sagedusmuundur lülitab mootori välja, et vältida isolatsiooni lagunemist.See ei ole rike – see on mootori enda kaitse püsivate kahjustuste eest –, aga kaevandustootmisjuhi jaoks, kes jälgib vintsi töö ajal seiskumist, on see erinevus vaid akadeemiline.ISO 5001Elektrimootorite efektiivsusstandardite kohaselt vajavad pidevkoormusega mootorid kas sundõhuga jahutust (TEFC-mootorid väliste ventilaatoritega) või vesisärkjahutust, kui töötsükkel ületab 40% – ja isegi sundjahutuse korral on termiline piir tavaliselt 60–70% töötsüklist 35–45 kraadi Celsiuse juures, mis on Austraalia ja Lõuna-Ameerika lahtiste kaevanduste puhul tavaline.

Töötsükli võrdlus: miks elektrivintside termilised piirangud muutuvad kaevandamises tootmisprobleemiks

Elektrilise vintsi andmelehel olev töötsükli spetsifikatsioon vastab laboritingimustele – 25 kraadi Celsiuse järgi ümbritsev temperatuur, puhas õhk, nimipinge –, millest ükski ei kehti kõva kivimi kaevandamise keskkonnas.Tegelikes kaevandustingimustes 40 kraadi Celsiuse juures, kus õhus leviv tolm ummistab osaliselt mootori jahutusribisid, langeb "40% nimiväärtusega" elektrivintsi tegelik töötsükkel umbes 25–30%-ni. Kaevanduses, kus töötab kaks 10-tunnist vahetust, tähendab see, et elektrivints saab töötada vaid 2,5–3 tundi vahetuse kohta, enne kui kumulatiivne kuumenemine sunnib jahtumisperioodi – ja see jahtumisperiood (tavaliselt 30–45 minutit ohutu mähisetemperatuuri saavutamiseks) vähendab otseselt tootmisvõimsust.

At Yiningi hüdraulilineMeie IYJ-seeria hüdraulilised vintsid on konstrueeritud 100% pidevaks tööks ning hüdraulilise jõuseadme õlijahuti on mõõtmetelt arvestatud maksimaalse eeldatava ümbritseva õhu temperatuuriga pluss 15% ohutusvaru.Õlijahuti on termilise haldamise komponent, mis võimaldab 100% töötsüklit— see kannab soojuse hüdraulikavedelikust ümbritsevasse õhku (või jahutusvette maa-aluse kaevandamise rakendustes), hoides vedeliku temperatuuri alla 65 kraadi Celsiuse järgi isegi pideva maksimaalse koormuse korral. Hüdraulikapumpa käitav elektrimootor on süsteemi ainus elektriline komponent ning see töötab vintsi koormusest olenemata konstantsel kiirusel ja koormusel – see välistab muutuva termilise tsükli, mis elektrivintsimootoreid hävitab.

Pöördemomendi püsivus muutuva koormuse korral: hüdraulika eelis pehmel käivitamisel ja löökide neeldumisel

Kaevandusvintside töös hõlmab ligikaudu 67% kõigist tõmbetest käivitamist staatilise koormuse vastu – kividega koormatud prügikonteiner, seiskunud veoauto või pingutatud konveierilint.Staatilise koormuse korral käivitamine nõuab maksimaalset pöördemomenti nullpöörde juures ja just siin tuleb hüdraulilise mootori peamine eelis kõige ilmekamalt esile. Hüdrauliline mootor tekitab oma maksimaalse pöördemomendi hetkel, kui suunaventiil avaneb – rõhk tekib hüdraulikaringluses koheselt (50–100 millisekundi jooksul) ja mootor annab täieliku seiskamispöördemomendi nullpöörde juures. Puudub sisselülitusvool, mähise kuumenemispiik ja starteri kontaktori kaarleek.

Staatilise koormuse vastu käivituv elektrimootor tarbib käivituse ajal lukustatud rootori voolu (tavaliselt 6–8 korda täiskoormusvoolu) – tavaliselt 2–5 sekundit otsekäivituse korral või 5–15 sekundit pehme käivitaja pinge tõstmise korral.Iga lukustatud rootoriga käivitus vanandab mootori mähiseid termiliselt ligikaudu 0,5–1,0 ekvivalentse töötunni võrra, kuna I-ruudu R kuumenemine käivitusvoolu ajal on 36–64 korda suurem kui normaalse töö ajal.Kaevandusvahetuses, kus käivitustsüklite arv on 20–30, võib ainuüksi käivitamisest tulenev kumulatiivne termiline vananemine ühe 10-tunnise vahetuse jooksul tarbida 10–30 ekvivalenttundi mähise eluiga.AS 1418Kraana- ja tõstukistandardite kohaselt tuleb elektrilise vintsi mootori käivitussagedust vähendada, kui ümbritseva õhu temperatuur ületab 35 kraadi Celsiuse järgi, ja vähendamise tegur on tavaliselt 0,85 iga 5 kraadi Celsiuse kohta üle nimitemperatuuri.

Hüdraulikasüsteemid pakuvad ka loomulikku löökide neeldumist hüdraulikavedeliku kokkusurutavuse kaudu.Kui kaevandusvintsil esineb järsu koormuse suurenemise – näiteks kui kivitükk kiilub konteineri alla, kui tross takerdub ebatasasel pinnasel –, siis hüdraulikavedelik surutakse kergelt kokku (mineraalõli puhul väheneb maht ligikaudu 0,5% iga 70 baarise rõhutõusu kohta), neelates löögi enne, kui see jõuab mehaaniliste komponentideni.See hüdrauliline pehmendus vähendab käigukasti tipp-pöördemomenti 20–35% võrreldes elektrilise vintsiga, millel on mootori ja käigukasti sisendvõlli vahel jäik mehaaniline ühendus.Yiningi hüdraulilineMeie hüdraulilised jõuseadmed sisaldavad spetsiaalselt löökide neeldumise parandamiseks loodud akumulaatoriahelaid – 10-liitrine põisakumulaator, mis on eelnevalt 120-baarise lämmastikuga täidetud, neelab rõhuimpulsse, mis muidu jõuaksid pumba ja mootorini.

Mootori rikke režiimi võrdlus: läbipõlemise määr ja remondikulud kõva kivimi kaevandamise keskkondades

Keskkonna saastumine on mõlema mootoritüübi peamine rikke kiirendaja, kuid rikkeviisid ja parandusviisid on põhimõtteliselt erinevad.Kõvade kivimite kaevandamisel hõlmavad keskkonnategurid: õhus levivat ränidioksiiditolmu (osakeste suurus 0,5–5 mikronit, väga abrasiivne), vibratsiooni (5–15 mm/s RMS vintsi kinnitusalusel lähedalasuvate purustite ja konveierite tõttu), laiaulatuslikke temperatuurikõikumisi (5 kraadi Celsiuse järgi öösel kuni 45 kraadi Celsiuse järgi päeval avatud kaevanduses) ja aeg-ajalt kokkupuudet vee või suspensiooniga kaevanduse veetustamisest.

Elektrimootorite rikete viisid selles keskkonnas: laagrite saastumine (tolmu sissetung võllitihendite taha, mis moodustab IEEE mootorite töökindluse uuringute kohaselt ligikaudu 51% elektrimootorite riketest), mähise isolatsiooni purunemine (tolmu kogunemine mähistele vähendab soojuse hajumist, põhjustades kuumenemiskohti, mis lagundavad isolatsiooni 2-3 korda kiiremini kui tavaliselt) ja klemmikarbi korrosioon (niiskuse sissetung põhjustab maalükkeid).Kõva kivimi kaevandamise keskkondades on elektrimootorite rikete määr ligikaudu 3–5 korda suurem kui puhtas tööstuskeskkonnas.Ja kui mootor peaks rikki minema, hõlmab remonditoimingud tavaliselt järgmist: vintsilt eemaldamine (1–2 tundi kraana abil), transport väljaspool asuvasse mootoriremonditöökotta (2–5 päeva logistika), lahtivõtmine/tagasikerimine/ümberehitamine (5–10 päeva) ja uuesti paigaldamine (1–2 tundi). Seisakuaeg kokku: 7–17 päeva rikke kohta.

Hüdraulilise mootori rikkeviisid: tihendite kulumine (kõige levinum rike, mis tavaliselt võtab aega 8000–12 000 töötundi), pöörlevate elementide kulumine (kolvijalad, silindriploki pind, klapiplaat – järkjärguline ja jõudluse jälgimise abil tuvastatav) ja saastumisega seotud kriimustused (välditavad korraliku filtreerimise abil, mille absoluutne puhtus on 10 mikronit või parem).Hüdraulilise mootori remont: tihendi vahetamine võtab tavaliste tööriistadega 2–4 ​​tundi ja mootori kraanaga eemaldamine pole vajalik.Pöörleva grupi vahetamine võtab aega 4-8 tundi ja seda saab kohapeal teha hüdrotehnik. Mootor ei lahku kaevanduse territooriumilt. Kogu seisakuaeg: 0,5-1 päeva tihendi rikke korral, 1-2 päeva pöörleva grupi vahetamisel. Vastavalt standardileKaevandusseadmete energiatõhusus (MEET)Uuringuandmete kohaselt on hüdraulikasüsteemi kohapealne remonditavus suurim üksik tegevusalane eelis elektrisüsteemide ees kaugetes kaevanduspiirkondades, kus kohapealne remondilogistika lisab igale rikkele nädalaid.

Tunni kogukulu: 5-aastane tegevuskulude analüüs pideva kaevandamise vintside rakenduste jaoks

Soetusmaksumuse erinevus – hüdrauliline vintsisüsteem maksab tavaliselt 30–50% rohkem kui sama võimsusega elektriline vints – on hüdrauliliste vintside vastu kõige sagedamini viidatud argument, kuid see on ka kõige puudulikum analüüs.Nõuetekohane viie aasta (tüüpiline kaevandusseadmete amortisatsiooniperiood) töötunni kogukulu analüüs näitab, et kõrgem algkulu kaetakse esimese 18–24 kuu jooksul lühema seisakuaja ja madalamate remondikulude kaudu.

Tootmisseisaku maksumus – hinnanguliselt 1200–1800 USA dollarit keskmise suurusega kaevanduse vintsi töötunni kohta – on kogukulude võrrandis domineeriv.Hüdraulilise vintsi 100% töötsükkel välistab termilisest seisakust tingitud tootmiskaod ja selle kohapeal parandatav mootori konstruktsioon vähendab remondiga seotud seisakuid ligikaudu 85% võrreldes elektrilise vintsiga, mis vajab mootori remonti väljaspool töökoda.CIPSHanke elutsükli kuluarvestuse metoodika kohaselt peavad hankeotsused olema aluseks kaevandusseadmete 5-aastase elutsükli kogukuludele, mitte soetushinna võrdlusele, mida seadmete müüjad eelistavad esitada.

Aus argument hüdrauliliste vintside vastu: kui elektrilised vintsid on endiselt õige valik

Hüdraulilised vintsid ei ole alati paremad ja olen soovitanud kaevandusklientidele elektrilisi vintse konkreetsetes olukordades, kus elektrisüsteemi eelised vastavad paremini töönõuetele.Elektrilised vintsid on parem valik, kui: vints on paigaldatud mobiilsele platvormile (akutoitel töötavad kaevandussõidukid, kus hüdrauliline jõuallikas vajaks eraldi diiselmootorit), töötsükkel on tõepoolest vahelduv (vähem kui 15 minutit pidevat tööd tunnis, vähem kui 4 tundi päevas kokku), vints asub kliimaseadmega keskkonnas (maa-alused kaevandused sundventilatsiooniga, kus temperatuur püsib 25–30 kraadi Celsiuse järgi) ja algne kapitalieelarve on siduvaks piiranguks (väikesed kaevandustegevused, kus hüdraulilise ja elektrilise vintsi soetamiskulude 30 000–50 000 USA dollari suurune vahe on liiga suur).

Maa-aluste söekaevanduste puhul, kus kehtivad ranged plahvatuskindlad nõuded, võivad Ex-d (leegikindla) või Ex-e (suurendatud ohutusega) sertifitseeritud mootoritega elektrivintsid olla ainsaks võimaluseks, kui diiselmootoriga hüdraulilised jõuallikad on kaevandusohutuseeskirjadega keelatud. Sellistel juhtudel,Yiningi hüdraulilinepakub meie IYJ vintside seeria elektriajamiga variante, millel on plahvatuskindel mootorisertifikaat vastavalt ATEX ja IECEx standarditele. Õige tehnoloogia valik sõltub konkreetse kaevanduse tööprofiilist, mitte universaalsest eelistusest ühe mootoritüübi suhtes teise suhtes.Minu soovitus viieteistkümne aasta pärast: kui vints töötab rohkem kui 4 tundi päevas ja kaevandus ei ole akutoitel või plahvatuskindlalt piiratud, on hüdraulilise vintsi kogukulude eelis 5 aasta jooksul lihtsalt liiga suur, et seda ignoreerida.

Välised viited: ISO 5001 mootoristandardid · KOHTU KAEVANDUSUURINGUTEGA · CIPS-i hankestandardid · IOM3 Mäeinstituut · CSA kaevandamisstandardid · DNV seadmete sertifitseerimine · ISO 4413 Hüdraulilised süsteemid · SAE International