Miksi sähköisen hydraulipumpun yksiköissä tarvitaan käynnistys- ja pysäytyspainekytkintä?

Hydrauliikkipaineyksikkö, joka käyttää kiinteän siirtotilavuuden pumppua turvaventtiilin vastaisesti, on energian kannalta kone, joka muuntaa sähkön lämmöksi ylimääräisten vaiheiden kautta. Pumppu pyörii jatkuvasti, öljy virtaa jatkuvasti ja turvaventtiili ohjaa sitä takaisin säiliöön asetetulla paineella. Mitään hyödyllistä ei tapahdu muuta kuin öljyn lämpeneminen ja sähkömittarin pyöriminen. Käynnistys-pysäytys-painepiiri katkaisee kyseisen syklin. Se seuraa järjestelmän painetta ja kertoo moottorin kontaktorille, milloin sähkövirta on katkaistava ja milloin sen on palattava. Itse komponentti on pieni ja edullinen verrattuna pumppuun tai moottoriin. Sen poisjättämisestä tai huonosta säädöstä aiheutuvat seuraukset eivät ole pieniä eivätkä edullisia.

Turvaventtiili ei säädä energiaa, vaan hajottaa sitä

Turvaventtiili suojaa piiriä ylipaineelta. Se on sen tehtävä. Se ei ole painesäädin energianhallinnan mielessä. Kun kiinteän siirtotilavuuden pumppu jatkaa toimintaansa, kun toimilaite on pysähtynyt tai kiinnitin suljettu, jokainen litra minuutissa ylitse sen, mitä kuorma vaatii, kulkee turvaventtiilin läpi asetetulla paineella. Tämä virtaus muuttuu lämmöksi nopeudella, joka on verrannollinen paineeseen kertaa virtaus. Weber-Hydraulikin Gattinger ja Schwimmerin tutkimassa kiinnitysvoimayksikössä moottori toimi noin 60 prosenttia 483 sekunnin kierroksesta, ja suuri osa tästä toiminnasta oli öljyn kulkua pääturvaventtiilin yli. Öljyn lämpötila vakautui noin 90 °C:n tasolle, vaikka kiinnityspaine itse oli vain noin 80 bar. Tämä on tyypillistä tilannetta, jossa pumppu jää käymään ilman painepohjaista pysäytyskomentoa.

Kyseisessä tutkimuksessa ei asennettu uutta pumppua tai muuttuvan siirtotilavuuden päivitystä. Paineporttiin lisättiin pieni akkumulaattori, ja erillinen painekytkin kytkettiin moottorin kontaktoriin siten, että pumppu käynnistyi uudelleen vain silloin, kun akkumulaattorin paine laski kytkimen kynnysarvon alapuolelle. Moottorin käyttöaika väheni muutamaan lyhyeen täyttökertaan kierrosta kohden. Mitattu energiankulutus laski 96 Wh:sta 11 Wh:iin kierrosta kohden, ja öljyn lämpötila vakautui huoneenlämpötilaan eikä 90 °C:een. Kytkin suoritti tehtävän, jonka turvalaitteella ei ole mahdollisuutta suorittaa: se lopetti paineen tuottamisen silloin, kun painetta ei käytetty.

Painekytkimet ja purkupiirit ratkaisevat eri ongelmia

Käynnistys-/sammutuskytkin kannattaa erottaa tyhjennysventtiilista tai tyhjennyspiiristä. Niitä käsitellään usein yhdessä, ja niillä on tosiasiallisesti päällekkäisiä toimintoja, mutta ne vaikuttavat järjestelmän eri osiin. Tyhjennysventtiili ohjaa pumpun virtauksen säiliöön alhaisessa paineessa, kunnes pumppu jatkaa pyörimistä. Käynnistys-/sammutuspainekytkin katkaisee sähkövirran moottorille. Ensimmäinen säästää hydraulista energiaa vähentämällä painehäviötä pumpun läpi; toinen säästää sähköenergiaa pysäyttämällä voimanlähteen.

Kahden lähestymistavan vertailu kiinteän siirtotilavuuden voimayksikössä tekee erot konkreettisiksi.

Kolmas rivi on se, jossa käynnistys-pysäytys-päästäjä osoittaa arvonsa. Weber-Hydraulik-tapauksessa painepäästäjä korvasi ylemmän tason koneohjaimen aikaperusteisen moottorikäskyn. Ohjain käynnisti moottorin ennen jokaista kiinnitys- tai irrotustapahtumaa ja pysäytti sen kiinteällä ajastimella, riippumatta siitä, oliko paine jo saatavilla. Päästäjä sai moottorin reagoimaan todelliseen hydrauliikkatarpeeseen eikä aikatauluhun.

Kuollut alue on säätö, joka määrittää, auttaako päästäjä vai haittaako se

Käynnistys- ja pysäytyspaineen kytkin ei toimi yhdellä paineella. Sillä on katkaisupaine, jossa moottori pysähtyy, ja käynnistyspaine, jossa moottori käynnistyy uudelleen. Näiden kahden paineen välinen ero on kuollut alue, jota kutsutaan myös differentiaalipaineeksi tai hystereesiksi. Jos kuollut alue asetetaan liian kapeaksi, pumppu käy lyhyitä käyntiä joka kerta, kun pieni vuoto tai lämpölaajenemisen aiheuttama paineen lasku laskee painetta käynnistyspisteen alapuolelle. Jos kuollut alue asetetaan liian leveäksi, järjestelmän paine vaihtelee niin paljon, että toimilaite tai kiinnitin ei saa tarvittavaa painetta ennen kuin moottori käynnistyy uudelleen.

Julkaistut kytkintiedot antavat käsityksen käytettävästä painealueesta. Teollisuuden painekytkimet sallivat yleensä kuolleen alueen vähimmäisarvosta noin 45 prosenttiin asetuspisteestä. Hydraulisen voimayksikön työssä käytetty suunnitteluperiaate on aloittaa kuolleen alueen asettaminen noin 10–15 prosentiksi katkaisupaineesta ja laajentaa sitä, jos syklien lukumäärä osoittaa liiallisia käynnistyksiä. Oikea arvo riippuu akkumulaattorin tilavuudesta, tarkistusventtiilin vuodosta ja siitä, kuinka paljon paineenvaihtelua alapuolinen prosessi sietää. Painekytkin, joka mekaanisesti kestää 0,5 bar:n erotuksen, ei välttämättä ole kytkin, jonka asetus tulisi tehdä niin tiukaksi 200 bar:n järjestelmässä.

Moottorin laakerit ja kosketukset huolehtivat käynnistystaajuudesta

Jokainen käynnistys aiheuttaa lukittua roottoria vastaavan virran lyhyeksi ajaksi ennen kuin moottori saavuttaa nimellisnopeutensa. Tämä virta tuottaa lämpöä statorin käämiin ja lämpöjännitystä roottorin sauvoihin. Moottorivalmistajat ilmoittavat sallitun käynnistysten määrän tunnissa, ja nämä rajat on asetettu tietystä syystä. Liian kapea painekytkimen kuollean alueen leveys voi saada moottorin ylittämään sen sallitun käynnistystaajuuden ilman että kukaan huomaa sitä, kunnes kontaktori sulkeutuu hitsaantumalla tai käämi vioittuu.

Sama logiikka pätee myös painekytkimen koskettimiin itseensä. Mekaanisella kytkimellä, jossa on pikatoiminen mikrokytkin, on rajoitettu sähköinen käyttöikä, ja jokainen moottorin käynnistys aiheuttaa näiden koskettimien kytkentäkierron. Kytkin ei yleensä ole heikoin lenkki, mutta siitä tulee sellainen, kun kuollean alueen leveyttä säädettäessä asetetaan liian kapea arvo, jolloin pumppu käynnistyy uudelleen muutaman sekunnin välein. Pieni akkumulaattori tai hieman laajempi eroarvo maksaa vähemmän kuin kontaktorien säännöllinen vaihto. Kytkintä tulisi pitää ohjauslaitteena, jolla on oma käyttöjaksonsäätö, eikä passiivisena anturina.

Siitä, milloin käynnistys- ja pysäytyskytkin ei ole oikea työkalu

On olemassa perustellut tapaukset, joissa käynnistys- ja pysäytyspainekytkin ei ole oikea ratkaisu. Jos pumppu täytyy pyöriä jatkuvasti tarjoakseen tasaisen virtauksen suhteellisuusventtiilille tai servomoottorille, moottorin pysäyttäminen tekee tarkoituksen tyhjäksi. Jos järjestelmässä ei ole akkumulaattoria eikä tarkistusventtiiliä, joka pystyisi pitämään painetta moottorin pysähtymisen jälkeen, kytkin käynnistää pumpun lähes välittömästi uudelleen, ja lopputuloksena on lyhyt käynnistys- ja pysäytysjakso – ei energiansäästöä. Jos prosessi vaatii paineen säilyttämistä hyvin kapealla alueella, kytkin, jolla on käytännöllinen kuollean alueen leveys, ei välttämättä täytä vaadittua tarkkuutta, ja suljetun silmukan suhteellinen paineensäätö on parempi vaihtoehto.

Kytkin ei myöskään korvaa turbentilaventtilia. Se on ohjauslaite, ei turvalaite. Turbentilaventtili on asennettava edelleen kytkimen katkaisupaineen yläpuolelle, jotta viallinen kytkin tai hitsattu kontaktori ei aiheuttaisi pumpun toimintahäiriötä suljetussa piirissä. Molemmat laitteet kuuluvat samaan yksikköön, mutta niillä on eri tehtävät, eikä niitä saa säätää kompensoimaan toisiaan.

Hyvin integroituun painekytkimeen tuotantovoimayksikössä

Oikein rakennetussa sähköisessä hydraulipumpuyksikössä käynnistys- ja pysäytyskytkin ei ole ajattelun jälkeen tehty lisäys. Sen liitäntä sijaitsee paikassa, jossa se havaitsee todellisen järjestelmän paineen, ei ilmalla täytettyä kuollutta haaraa tai putkea, joka havaitsee painetta vain yhden toimilaitteen liikkeen aikana. Sähköinen kotelo vastaa ympäristöä, olipa se pesualue, ulkoinen nosturi-asennus tai konepaja, jossa ilmassa on hienoa öljypisaroita. Kytkimen asetusarvo ja kuollut alue on dokumentoitu, ja moottorin kontaktori on mitoitettu vastaamaan syntyvää käynnistystaakkaa.

Hydrarite rakentaa hydraulisia voimayksiköitä, joiden integraatiotiedot käsitellään osana kokoonpanoa eikä kenttävaihtoehtoina. Valmistuspuoli on tässä tärkeä, koska paineensäädin, joka on oikein määritelty mutta asennettu liitintasolle, jonka tunnistuskanava on rajoitettu, ei havaitse painetta, jota se pitäisi havaita. Yhtenäinen liitinporaus, puhtaasti suoritettu kokoonpano ja dokumentoitu tehdaslinjan lopussa suoritettu katkaisu- ja kytkentäpaineen testi muuttavat säätimen katalogikomponentista toimivan ohjausosan. Säädin itsessään on yksinkertainen. Sen ympärillä oleva järjestelmä määrittää sen toiminnan.