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一款節電50%的液壓站改造方案
時間:2019/12/19    來源:本站

摘要

針對的打頭機液壓站,本項目采用電液伺服節能技術,使用伺服電機代替原有異步機系統,并增加響應的伺服驅動器對伺服電機進行控制,利用伺服電機可以壓力閉環的優勢,實現“用多少給多少,不用不給”,即只有在動作的時候耗電,而保壓狀態下停止耗電,達到節能降耗的目的;

通過前期調研與現場測試,并結合之前液壓站改造經驗,經過計算,我們保守估計,本項目經過節能改造后預計節電率為50%左右。

(客戶案例)根據客戶兩次現場勘察工藝及計算,節電率可以達到50%,即每個液壓站每年可節約用電10萬元左右。四個液壓站每年可節約用電40萬左右。(詳見技術參數計算,改造后,為了便于客戶直觀統計效果,客戶安裝電表,直觀節電效果)。二、改造后,油泵系統的壽命可以提高5倍以上。故障率減少80%。

 

一、 電液伺服節能技術簡介

節能原理:液壓站的工作狀態,如快下、慢下、保壓、卸荷、慢速回程、快速回程等要求,自動調節油泵的轉速,調節油泵供油量,使油泵實際供油量與液壓站實際負載流量在任何工作階段均能保持一致,使電機在整個變化的負荷范圍內的能量消耗達到所需的 小程度,徹底消除溢流現象,并確保電機平穩、 地運行。

 

 

異步機液壓系統與電液伺服系統對比

異步機動力系統

電液伺服系統

冷卻、保壓時,電機仍然保持高速轉動

電機輸出功率隨實際需求變化,做到供等于求

轉動慣量大,響應速度慢,調節困難

響應時間快,從0啟動到全速全壓僅需30ms,生產效率高

開環控制,生產穩定性難以保證

壓力閉環控制,穩定精密,重復精度高

噪音大,維護成本上升,使用壽命短

矢量控制,振動小,噪音低,使用壽命延長

存在溢流情況,能耗大

節能率 低可達30%以上

溢流使油溫升高,加速液壓系統密封件老化,引起泄漏,降低效率

無溢流、油溫可以保持在35℃-40℃

 

改造前后圖:

1.改造前

 

改造后

 

 

 

案例

  打頭機液壓站設備的液壓伺服同步控制系統和智能化控制節能系統改造項目,達成技術協議條款如下:

 

一、總則

1)、A本技術協議提出的是低限度的技術節能要求,乙方應保證提供技術先進、成熟可靠、經濟上合理的產品及其相應的服務。

B對中國有關安全、環保等強制性標準,必須滿足其要求,改造不降低或減少原設備運行

技術能力。

2)、A在簽定合同之前,甲方有義務對本技術協議所提控制技術方案進行保密。

B在簽定合同之后,甲方有權提出規范、標準和規程發生變化而提出的一些補充要求,

具體內容由雙方另外共同商定。

3)、液壓站1套普通液壓泵組

 

二、項目實施方案

2.1項目實施

2.1.1 改裝前設備情況及數量見下表

一、打頭機

改造前液壓站配置情況

設備型號

數量套

系統流量

系統壓力

電機功率

總功率/臺

合計功率

ml/r

Mpa

kW

kW

液壓站

1用

250

22

45

1

45

液壓站

1用

150

20

45

1

45

液壓站

1用

100

20

37

1

37

液壓站

1用

75

20

22

1

22

 

2.1.2 改造內容

我司本著確保改造后液壓站高效節能、穩定生產的前提下,盡量保持原設備的外觀型態的原則制定以下改造內容:

以待改液壓站為基礎,用伺服永磁同步電機+伺服泵+同步伺服驅動器+壓力傳感器+閉環反饋同步系統取代原異步電機,根據現場機器的情況對原動力和油路系統進行改造,并視設備工藝需求對動力系統進行相應的技術處理。

四、液壓站工作原理

電機帶動油泵旋轉,泵從油泵中吸油后打油,將機械能轉化為液壓油的壓力能,液壓油通過集成塊(或閥組合)被液壓閥實現了方向、壓力、流量調節后經外接管路傳輸到液壓機械的油缸或油馬達中,從而控制了液動機方向的變換、力量的大小及速度的快慢,推動各種液壓機械做功。

液壓站又稱液壓泵站,是獨立的液壓裝置,它按驅動裝置(主機)要求供油,并控制油的流向、壓力和流量,它適用于主機與液壓裝置可分離的各種液壓機械下。用戶購買后只要將液壓站與主機上的執行機構(油缸和油馬達)用油管相連,液壓機械即可實現各種規定的動作、工作循環。

異步電機+高壓軸向變量柱塞泵+溢流閥+單向閥+負載?! ?/p>

對定量泵系統來說,當機器動作所需的流量小于油泵輸出的流量時,多余的流量將會在工作壓力下通過溢流閥卸荷,造成能量損失,如不考慮效率等損失,所浪費的能量大致如下:

W=Po×(Q-Qo)*T

式中:W — 無用功

Po — 工作壓力

Q — 泵輸出流量

Qo — 動作所需流量

T —時間

由式可以看出,當工作壓力越高,動作速度越慢,工作時間越久,所浪費的能量越多。而由液壓控制系統構成的閉環控制回路,以實際動作所需流量作為目標控制壓力調節電機轉速所帶泵流量的合理輸出,有效的減小Q, Qo之間差值,減小能耗損失。

五、改造后:液壓站系統設備伺服節能改造技術參數

1) 、以 臺打頭機液壓站系統為例

2)、油泵型號:200cc 1臺    壓力:35.0 MPa  一套

3)、液壓控制配套專用永磁同步電機型號1臺 轉速980r/min, 高1500轉。

表二

改造后液壓站配置情況

設備型號

數量(臺)

系統排量

系統壓力

系統功率

  電機扭力
NM)

備注

L/min

Mpa

液壓站

1

250

35

45KW

260NM

 

合計數量

1套

 

電機特點:高效節能,過載能力強,調速范圍寬,PTC溫度保護,響應快。

1、系統工作壓力:液壓站系統壓力35.0MPa滿足生產工藝需求有余量。

 2.壓力反饋變送器 1支,輔助配件:油泵電機相關輔助連接件,電控柜,制動電阻,驅動器控制接線。

 

六、液壓站系統項目改造技術

由伺服驅動器,同步伺服電機,伺服泵,壓力反饋變送器, 組成壓力閉環控制系統,可自動調節電機轉速,使液壓站在工作中1組系統用高泵根據系統控制信號進行壓力閉環控制。反饋壓力與需求壓力進行比較運算,專用控制軟件調節實時同步電機的輸出,從而調節電機轉速,使系統壓力跟隨設定壓力工作。

以上系統配置并能保證當工作過程中,油缸停止帶載時間較長時,傳感器會檢測當前壓力超出目標設定值,此時,伺服驅動器會控制電機處于低速運行10Hz左右狀態下保證當前系統壓力需求的前提下節省電能。

七、液壓站系統改造后節能效益

1)、液壓站理論方案

假設所有工作站同時工作所需流量總和為Q,其中Q1狀態為原方案異步電機工作流量輸出狀態(藍色虛線),而節能改造后流量輸出工作狀態曲線如圖紅色曲線(低壓低流時轉速很低流量輸出忽略不計,假設電機正常工作轉速1500r/m,而低壓低流時電機轉速可低至十幾轉,不足百分之一流量輸出忽略不計。)

其節能率計算如下

節能率=時間比 = 流量比 = T2/(T1+T2) * 100%(即一個完整工作周期中,負載非工作時間所占整個工作周期的比值)。

2)、改造實際效益:(以實際電表測量為準)

液壓站系統工況,改造后節能效率如下:(備用系統不計算在內)

原液壓站45kw系統:電機每小時實際耗電約27度/H。

以上1套泵站功耗計算如下:

(電機60%工作負載,年工作時間為8000小時計算,電費為0.85元計算)

年耗電費用為:27X8000X0.85元每度=183600元

控制系統配置

a年節約電費:183600X0.5=91800元,節電率現按照50%節電率計算

八、質保期及服務

1)、質保期36個月,從調試安裝完畢之日算起。

2)、三年內風扇等易耗件免費更換。

3)、質保期內如出現問題,乙方接到通知起以快車次到達現場。

4)、在乙方安裝、調試設備期間,需要甲方全力協助配合安裝和調試,直到設備正常運行為止。

5)、安裝調試完成后乙方提供不少于2個工作日的生產現場支持、相關技術指導、培訓。

九、準備安裝周期

1)、設備準備周期為10個工作日(由商務合同簽署日起)

2)、設備安裝(2天)調試周期為1工作日(需甲方協助配合)

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