מדוע כננות הידראוליות עולות על כננות חשמליות ביישומי כרייה כבדים ורצופים

ההבדל הבסיסי בתכנון מנוע - מה הופך כננות הידראוליות לבנויות להתעללות

ביליתי חמש עשרה שנים ב-Yining Hydraulic בתכנון מערכות כננות עבור יישומי כרייה, ימיות ובנייה, וההבדל בפילוסופיית ההנדסה בין כננות הידראוליות לחשמליות הוא בולט:מנועים הידראוליים בנויים מטבעם יתר על המידה כדי לשרוד עומס יתר, בעוד שמנועים חשמליים הם התקנים מדויקים המגנים על עצמם על ידי כיבוי.הבדל זה אינו פגם תכנוני באף אחת מהטכנולוגיות - הוא תוצאה של הפיזיקה הבסיסית. מנועים הידראוליים משתמשים בנוזל בלחץ (בדרך כלל 250-350 בר ביישומי כננת כרייה) כדי להניע קבוצה מסתובבת של בוכנות או גלגלי שיניים. הנוזל עצמו משמש גם כמדיום העברת הכוח וגם כמדיום קירור - כאשר הנוזל זורם דרך המנוע, הוא נושא חום למצנן השמן של המערכת. אם המנוע עמוס יתר על המידה, שסתום שחרור הלחץ של המערכת נפתח בלחץ שנקבע (בדרך כלל 315-350 בר) ומסיט את הזרימה, ומגן על הרכיבים המכניים מפני נזקי עומס יתר מבלי לכבות את המערכת.

מנועים חשמליים, לעומת זאת, ממירים זרם חשמלי לשטף מגנטי כדי לייצר מומנט. סלילי המנוע - חוט נחושת מבודד בבידוד Class F (155 מעלות צלזיוס לכל היותר) או Class H (180 מעלות צלזיוס לכל היותר) - מייצרים חום ביחס לריבוע הזרם (הפסדי I בריבוע-R).ביישום כרייה רציף שבו הכננת מושכת כנגד עומס במשך 30-60 דקות, סלילי המנוע מגיעים לרוויה תרמית תוך 15-25 דקות וממסר ההגנה התרמית או VFD מפעיל את המנוע כדי למנוע קריסת בידוד.זו לא תקלה - זהו המנוע שמגן על עצמו מפני נזק קבוע - אבל עבור מנהל ייצור במכרה שצופה בכננת עוצרת באמצע פעולה, ההבחנה היא אקדמית. לדבריISO 5001על פי תקני יעילות מנועים חשמליים, מנועים בעלי דירוג עבודה רציף דורשים קירור אוויר מאולץ (מנועי TEFC עם מאווררים חיצוניים) או קירור במעיל מים לפעולה מעבר למחזור עבודה של 40% - ואפילו עם קירור מאולץ, המגבלה התרמית היא בדרך כלל 60-70% מחזור עבודה בטמפרטורות סביבה של 35-45 מעלות צלזיוס הנפוצות במכרות פתוחים באוסטרליה ובדרום אמריקה.

השוואת מחזור עבודה: מדוע מגבלות תרמיות של כננת חשמלית הופכות לבעיית ייצור בכרייה

מפרט מחזור העבודה בגיליון הנתונים של כננת חשמלית מייצג תנאי מעבדה - טמפרטורת סביבה של 25 מעלות צלזיוס, אוויר נקי, מתח מדורג - שאף אחד מהם אינו חל על סביבת כרייה בסלע קשה.בתנאי כרייה אמיתיים בטמפרטורת סביבה של 40 מעלות צלזיוס, כאשר אבק הנישא באוויר סותם חלקית את צלזיוס קירור המנוע, מחזור העבודה האמיתי של כננת חשמלית בעלת דירוג "40%" יורד לכ-25-30%. עבור מכרה הפועל בשתי משמרות של 10 שעות, משמעות הדבר היא שהכננת החשמלית יכולה לפעול רק 2.5-3 שעות למשמרת לפני שהצטברות תרמית מצטברת מאלצת תקופת קירור - ותקופת קירור זו (בדרך כלל 30-45 דקות לחזרה לטמפרטורת סליל בטוחה) מפחיתה ישירות את תפוקת הייצור.

At יינינג הידראוליכננות ההידראוליות מסדרת IYJ שלנו מתוכננות לעבודה רציפה של 100%, כאשר מצנן השמן של יחידת הכוח ההידראולית מותאם לטמפרטורת הסביבה המקסימלית הצפויה בתוספת מרווח בטיחות של 15%.מצנן השמן הוא רכיב ניהול התרמי המאפשר מחזור עבודה של 100%— הוא מעביר חום מהנוזל ההידראולי לאוויר הסביבה (או למי קירור, עבור יישומי כרייה תת-קרקעיים), ושומר על טמפרטורת הנוזל מתחת ל-65 מעלות צלזיוס אפילו תחת פעולה רציפה בעומס מרבי. המנוע החשמלי המניע את המשאבה ההידראולית הוא הרכיב החשמלי היחיד במערכת, והוא פועל במהירות ועומס קבועים ללא קשר לעומס הכננת - ובכך מבטל את המחזור התרמי המשתנה שמפסיק את פעולתם של מנועי כננת חשמליים.

עקביות מומנט תחת עומס משתנה: יתרון ההידראוליקה בהתנעה רכה ובלימת זעזועים

בפעולות כננת כרייה, כ-67% מכלל משיכות המכוניות כרוכות בהתחלה כנגד עומס סטטי - מכל מלאי עמוס בסלעים, משאית הובלה תקועה, מסוע מתוח.התנעה מול עומס סטטי דורשת מומנט מקסימלי באפס סל"ד, וכאן בולט היתרון הבסיסי של המנוע ההידראולי. מנוע הידראולי מייצר את המומנט המקסימלי שלו ברגע שנפתח שסתום הבקרה הכיווני - הלחץ נבנה באופן מיידי (בתוך 50-100 מילישניות) במעגל ההידראולי, והמנוע מספק מומנט עצירה מלא באפס סל"ד. אין זרם כניסה, אין קפיצת חימום של הסליל ואין קשת מגען במתנע.

מנוע חשמלי המופעל כנגד עומס סטטי מושך זרם של הרוטור הנעול (בדרך כלל פי 6-8 מזרם העומס המלא) למשך כל ההתנעה - בדרך כלל 2-5 שניות עבור התנעה ישירה, או 5-15 שניות עבור מתנע רך המעלה את המתח.כל הפעלה של רוטור נעול מזדקנת תרמית של סלילי המנוע בכ-0.5-1.0 שעות פעולה שוות ערך, מכיוון שחימום I-בריבוע-R במהלך זרם ההתנעה גבוה פי 36-64 מאשר במהלך פעולה רגילה.במשמרת כרייה עם 20-30 מחזורי התנעה, ההזדקנות התרמית המצטברת מההתנעה לבדה יכולה לצרוך 10-30 שעות שוות ערך של חיי סלילה במשמרת אחת של 10 שעות. לפיAS 1418על פי תקני עגורנים ומנופים, יש להפחית את תדירות ההפעלה של מנוע כננת חשמלית כאשר טמפרטורת הסביבה עולה על 35 מעלות צלזיוס, וגורם ההפחתה הוא בדרך כלל 0.85 לכל 5 מעלות צלזיוס מעל הטמפרטורה המדורגת.

מערכות הידראוליות מספקות גם בלימת זעזועים טבעית באמצעות דחיסות הנוזל ההידראולי.כאשר כננת כרייה נתקלת בעלייה פתאומית בעומס - שבר סלע שנתקע מתחת לפח, כבל שנתקע על קרקע לא אחידה - הנוזל ההידראולי נדחס מעט (כ-0.5% הפחתת נפח לכל 70 בר של עלייה בלחץ עבור שמן מינרלי), וסופג את הזעזוע לפני שהוא מגיע לרכיבים המכניים.ריפוד הידראולי זה מפחית את מומנט השיא על תיבת ההילוכים ב-20-35% בהשוואה לכננת חשמלית עם צימוד מכני קשיח בין המנוע לציר הכניסה של תיבת ההילוכים.יינינג הידראולייחידות הכוח ההידראוליות שלנו כוללות מעגלי מצברים שתוכננו במיוחד לשיפור בלימת זעזועים - מצבר שלפוחית ​​​​10 ליטר טעון מראש ל-120 בר חנקן סופג קפיצות לחץ שהיו מגיעות אחרת למשאבה ולמנוע.

השוואה בין מצבי כשל מנוע: קצב שחיקה ועלות תיקון בסביבות כרייה בסלע קשה

זיהום סביבתי הוא מאיץ הכשל העיקרי עבור שני סוגי המנועים, אך אופני הכשל ונתיבי התיקון שונים באופן מהותי.בכריית סלע קשה, הסביבה כוללת: אבק סיליקה הנישא באוויר (גודל חלקיקים של 0.5-5 מיקרון, שוחק מאוד), רעידות (5-15 מ"מ/שנייה RMS בבסיס הרכבת הכננת ממכונות ריסוק ומסועים סמוכים), תנודות טמפרטורה רחבות (5 מעלות צלזיוס בלילה עד 45 מעלות צלזיוס ביום בפעילות בבור פתוח), וחשיפה מזדמנת למים או תרחיף כתוצאה מפעולות ייבוש מכרות.

אופני כשל במנוע חשמלי בסביבה זו: זיהום מיסבים (חדירת אבק מעבר לאטמי הציר, המהווה כ-51% מכשלים במנוע חשמלי לפי מחקרי אמינות מנוע של IEEE), התמוטטות בידוד סלילים (הצטברות אבק על הסלילים מפחיתה את פיזור החום, וגורמת לנקודות חמות שפוגעות בבידוד בקצב של פי 2-3 מהרגיל), וקורוזיה של תיבת הדקים (חדירת לחות הגורמת לתקלות הארקה).שיעור הכשל של מנוע חשמלי בסביבות כרייה של סלע קשה גבוה פי 3-5 בערך מאשר בסביבות תעשייתיות נקיות,וכאשר מנוע מתקלקל, מסלול התיקון בדרך כלל דורש: הסרה מהכננת (1-2 שעות עם סיוע מנוף), הובלה לסדנת תיקון מנועים מחוץ לאתר (2-5 ימי לוגיסטיקה), פירוק/לכידה/בנייה מחדש (5-10 ימים) והתקנה מחדש (1-2 שעות). זמן השבתה כולל: 7-17 ימים לכל אירוע תקלה.

אופני כשל במנוע הידראולי: בלאי אטמים (הכשל הנפוץ ביותר, שלרוב אורך 8,000-12,000 שעות פעולה), בלאי קבוצתי מסתובב (נעלי בוכנה, פני בלוק הצילינדר, לוחית השסתום - הדרגתי וניתן לזיהוי באמצעות ניטור ביצועים), וניקוד הקשור לזיהום (ניתן למנוע באמצעות סינון נכון ברמת סינון אבסולוטית של 10 מיקרון או יותר).תיקון מנוע הידראולי בשטח: החלפת אטמים אורכת 2-4 שעות עם כלים סטנדרטיים ואינה דורשת הסרה של המנוע באמצעות מנוף.החלפת קבוצה מסתובבת אורכת 4-8 שעות וניתנת לביצוע באתר על ידי טכנאי הידראולי. המנוע אינו עוזב את אתר המכרה. זמן השבתה כולל: 0.5-1 יום במקרה של כשל אטם, 1-2 ימים להחלפת קבוצה מסתובבת. בהתאםיעילות אנרגטית של ציוד כרייה (MEET)נתוני מחקר, יכולת תיקון מערכות הידראוליות בשטח היא היתרון התפעולי הגדול ביותר על פני מערכות חשמליות באתרי כרייה מרוחקים, שבהם לוגיסטיקת תיקון מחוץ לאתר מוסיפה שבועות לכל אירוע כשל.

עלות כוללת לשעה: ניתוח עלויות תפעול ל-5 שנים עבור יישומי כננת כרייה רציפים

הפרש עלות הרכישה - מערכת כננת הידראולית עולה בדרך כלל 30-50% יותר מכננת חשמלית בעלת קיבולת מקבילה - הוא הטיעון הנפוץ ביותר נגד כננות הידראוליות, אך זהו גם הניתוח הכי לא שלם.ניתוח נכון של העלות הכוללת לשעת פעולה על פני 5 שנים (תקופת פחת אופיינית של ציוד כרייה) מגלה כי העלות הראשונית הגבוהה יותר מוחזרת תוך 18-24 החודשים הראשונים באמצעות זמן השבתה מופחת ועלויות תיקון נמוכות יותר.

עלות השבתת הייצור - המוערכת ב-1,200-1,800 דולר ארה"ב לשעת פעולת כננת אובדת עבור מכרה בגודל בינוני - שולטת במשוואת העלות הכוללת.מחזור העבודה של 100% של הכננת ההידראולית מבטל הפסדי ייצור הקשורים לכיבוי תרמי, ותכנון המנוע הניתן לתיקון בשטח מפחית את זמן ההשבתה הקשור לתיקון בכ-85% בהשוואה לכננת חשמלית הדורשת תיקון מחוץ למוסך מנועים. על פיCIPSמתודולוגיית תמחור מחזור חיי הרכש, עלות הבעלות הכוללת על פני מחזור חיים של ציוד כרייה של 5 שנים, חייבת להיות הבסיס להחלטות רכש, ולא השוואת מחירי הרכישה שספקי הציוד מעדיפים להציג.

הטיעון הכנה נגד כננות הידראוליות: כאשר כננות חשמליות הן עדיין הבחירה הנכונה

כננות הידראוליות אינן עדיפות באופן אוניברסלי, והמלצתי על כננות חשמליות ללקוחות כרייה בתרחישים ספציפיים שבהם יתרונות המערכת החשמלית תואמים טוב יותר את דרישות התפעול.כננות חשמליות הן בחירה טובה יותר כאשר: הכננת מותקנת על פלטפורמה ניידת (רכבי כרייה המונעים על ידי סוללות שבהם ערכת כוח הידראולית תדרוש מנוע דיזל נפרד), מחזור העבודה הוא לסירוגין באמת (פחות מ-15 דקות של פעולה רציפה לשעה, פחות מ-4 שעות של פעולה יומית כוללת), הכננת נמצאת בסביבה מבוקרת אקלים (מכרות תת-קרקעיים עם אוורור מאולץ השומר על 25-30 מעלות צלזיוס), ותקציב ההון הראשוני הוא האילוץ המחייב (פעולות כרייה קטנות שבהן הפרש עלות הרכישה של 30,000-50,000 דולר בין הידראולית לחשמלית הוא גבוה מדי).

עבור מכרות פחם תת-קרקעיים עם דרישות מחמירות מפני פיצוץ, כננות חשמליות עם מנועים בעלי תו תקן Ex-d (חסיני בעירה) או Ex-e (בטיחות מוגברת) עשויות להיות האפשרות היחידה במקרים בהם מערכות הידראוליות עם מנועי דיזל אסורות על פי תקנות בטיחות במכרות. במקרים אלה,יינינג הידראולימציעה גרסאות הנעה חשמלית של סדרת כננות IYJ שלנו עם הסמכת מנוע חסין פיצוץ בתקני ATEX ו-IECEx. בחירת הטכנולוגיה הנכונה תלויה בפרופיל התפעולי של המכרה הספציפי, ולא בהעדפה אוניברסלית לסוג מנוע אחד על פני אחר.ההמלצה שלי לאחר חמש עשרה שנים: אם הכננת פועלת יותר מ-4 שעות ביום והמכרה אינו נייד על ידי סוללות או מוגבל בפני פיצוץ, יתרון העלות הכולל של הכננת ההידראולית על פני 5 שנים פשוט גדול מכדי להתעלם ממנו.

מקורות חיצוניים: תקני מנוע ISO 5001 · הכירו את מחקר הכרייה · תקני רכש של CIPS · מכון הכרייה IOM3 · תקני כרייה של CSA · הסמכת ציוד DNV · מערכות הידראוליות ISO 4413 · SAE אינטרנשיונל