Miért szükséges indító- és leállító nyomáskapcsoló az elektromos hidraulikus szivattyú egységekhez?

Egy hidraulikus teljesítményegység, amely egy állandó elmozdulású szivattyút üzemeltet egy biztonsági szelep ellen, energetikai szempontból olyan gép, amely az elektromos energiát felesleges lépésekkel hővé alakítja. A szivattyú folyamatosan forog, az olaj folyamatosan áramlik, és a biztonsági szelep folyamatosan visszavezeti a tartályba a beállított nyomáson. Semmi hasznos nem történik, csupán az olaj melegszik, és az elektrométer tovább forog. Egy indító–leállító nyomáskapcsoló megszakítja ezt a ciklust. Figyeli a rendszer nyomását, és utasítja a motor érintkezőjét, mikor szabadítsa fel a tápfeszültséget, illetve mikor kapcsolja vissza. Maga az alkatrész kicsi és olcsó a szivattyúhoz vagy a motorhoz képest. Azonban ha kihagyják, vagy rosszul állítják be, a következmények sem kicsik, sem olcsók.

A biztonsági szelep nem szabályozza az energiát, hanem eloszlatja azt

Egy biztonsági szelep védi a körkört a túlnyomástól. Ez a feladata. Nem nyomásszabályozó az energiamenedzsment értelemben. Amikor egy állandó térfogatáramú szivattyú tovább működik az aktuátor leállása vagy a befogó záródása után, a terheléshez szükségesnél több liter/perc teljes egészében a beállított nyomáson átfolyik a biztonsági szelepen. Ez az átfolyás hővé alakul, amelynek mennyisége arányos a nyomás és az átfolyás szorzatával. Egy Weber-Hydraulik által Gattinger és Schwimmer által vizsgált befogó erőforrás-csomagban a motor kb. a 483 másodperces ciklus 60 százalékában üzemelt, és ennek jelentős részén olaj áramlott át a fő biztonsági szelepen. Az olaj hőmérséklete 90 °C körül stabilizálódott, annak ellenére, hogy a befogási nyomás maga csupán kb. 80 bar volt. Ez a jellegzetes jele annak, ha egy szivattyút nyomásalapú leállítási parancs nélkül hagynak működni.

Az említett tanulmányban alkalmazott megoldás nem új szivattyú vagy változó eltolódású frissítés volt. Egy kis akkumulátor került felszerelésre a nyomáscsatlakozón, és egy külön nyomáskapcsoló vezetékezésével a motor érintkezőjéhez biztosították, hogy a szivattyú csak akkor induljon újra, ha az akkumulátor nyomása a kapcsoló küszöbértéke alá csökken. A motor üzemideje néhány rövid újratöltésre csökkent ciklusonként. A mért energiafogyasztás ciklusonként 96 Wh-ről 11 Wh-ra csökkent, és az olaj hőmérséklete a szobahőmérsékleten stabilizálódott, nem pedig 90 °C-on. A kapcsoló olyan feladatot látott el, amelyet egy túlnyomásvédő szelep nem tud: megszüntette a nem használt nyomásért történő fizetést.

Nyomáskapcsolók és leterhelési áramkörök különböző problémákat oldanak meg

Érdemes elkülöníteni a bekapcsolás-kikapcsolás kapcsolót az ürítő szeleptől vagy az ürítő áramkörtől. Gyakran együtt tárgyalják őket, és funkciójukban valóban átfedés van, de különböző rendszerrészeket vezérelnek. Az ürítő szelep alacsony nyomáson a szivattyú áramlását a tartályba vezeti át, miközben a szivattyú tovább forog. A bekapcsolás-kikapcsolás nyomáskapcsoló a motort meghajtó elektromos áramot szakítja meg. Az első a szivattyún keletkező nyomáscsökkenés csökkentésével hidraulikus energiát takarít meg; a második a hajtómotor leállításával villamos energiát takarít meg.

Egy rögzített lökettérfogatú teljesítménymodul két megközelítésének összehasonlítása egyértelművé teszi ezt a különbséget.

A harmadik sor az, ahol az indító-leállító kapcsoló igazán értéket teremt. A Weber-Hydraulik esetében a nyomáskapcsoló egy időalapú motorkézbesítést váltott fel a felsőbb szintű gépvezérlőtől. A vezérlő minden befogási vagy kibontási esemény előtt elindította a motort, és egy rögzített időzítő alapján állította le, függetlenül attól, hogy a nyomás már rendelkezésre állt-e. A kapcsoló így a motort a tényleges hidraulikus igényre, nem pedig egy előre beállított ütemtervre hozta rá.

A haladó sáv az a beállítás, amely dönti el, hogy a kapcsoló segít vagy károsít

A start-stop nyomáskapcsoló nem egyetlen nyomáson működik. Van egy kikapcsolási nyomása, amelyen a motor leáll, és egy bekapcsolási nyomása, amelyen a motor újraindul. A két érték közötti különbséget halott sávnak (deadband), néha differenciának vagy hiszterézisnek is nevezik. Ha túl szűk halott sávot állítunk be, a szivattyú minden egyes kis szivárgás vagy hőmérséklet-csökkenés miatti nyomáscsökkenés esetén rövid ciklusokban indul újra, amint a nyomás eléri a bekapcsolási értéket. Ha túl széles halott sávot állítunk be, a rendszer nyomása olyan erősen ingadozik, hogy az aktuátor vagy befogó esetleg nem kapja meg a szükséges nyomást, mielőtt a motor újra bekapcsolna.

A közzétett kapcsolóadatok képet adnak a használható tartományról. Az ipari nyomáskapcsolók általában 0,5 bar-os minimális rögzített értéktől kezdve kb. a beállított érték 45 százalékáig terjedő halott sávot engednek meg. A hidraulikus teljesítményegységek területén alkalmazott tapasztalati szabály szerint a halott sávot kb. a kikapcsolási nyomás 10–15 százalékával érdemes kezdeni, és szükség esetén bővíteni, ha a ciklusok számlálása túlzott indításokat jelez. A megfelelő érték függ az akkumulátor térfogatától, a visszacsapó szelep szivárgásától, valamint attól, hogy a fogyasztó oldali folyamat mennyi nyomásváltozást bír el. Egy olyan nyomáskapcsoló, amely mechanikailag képes 0,5 bar differenciális nyomásra, nem feltétlenül alkalmas arra, hogy egy 200 bar-os rendszerben ennyire szorosan legyen beállítva.

A motorcsapágyak és az érintkezők érzékenyek az indítások gyakoriságára

Minden indítás rövid ideig zártrotor-áramot húz, mielőtt a motor elérné a névleges fordulatszámát. Ez az áram hőt termel a statorkör tekercselésében, és hőfeszültséget okoz a rotorrúdakban. A motorok gyártói megadják az óránként megengedett indításszámot, és ezek a korlátozások fontos okból léteznek. Egy nyomáskapcsoló túlságosan szűk halott sávja (deadband) akár észrevétlenül is túllépheti a motor indítási terhelhetőségét – amíg valaki észre nem veszi, hogy egy kapcsoló megszorult vagy egy tekercselés meghibásodott.

Ugyanez a logika érvényes magára a nyomáskapcsoló érintkezőire is. Egy mechanikus kapcsoló, amelybe gyorsműködésű mikrokapcsoló épített, véges elektromos élettartammal rendelkezik, és minden motorindítás ciklusa ezen érintkezőket is terheli. A kapcsoló általában nem a leggyengébb láncszem, de az lesz, ha a halott sáv olyan szűkre van állítva, hogy a szivattyú minden néhány másodpercben újraindul. Egy kis akkumulátor vagy egy kissé szélesebb differenciális nyomáskülönbség olcsóbb, mint a kapcsolók rendszeres cseréje. A kapcsolót vezérlő eszközként, meghatározott üzemi ciklussal kell kezelni, nem pedig passzív érzékelőként.

Ahol a bekapcsolás–kikapcsolás kapcsoló a rossz eszköz

Vannak olyan indokolt esetek, amikor egy bekapcsolás–kikapcsolás nyomáskapcsoló nem a megfelelő megoldás. Ha a szivattyúnak folyamatosan működnie kell egy arányos szelephez vagy egy szervohajtóműhöz szükséges állandó áramlás biztosításához, akkor a motor leállítása ellentmond a céljának. Ha a rendszerben nincs nyomástartó tartály (akkumulátor) és nincs olyan visszacsapó szelep, amely képes megtartani a nyomást a motor leállítása után, akkor a kapcsoló majdnem azonnal újraindítja a szivattyút, és az eredmény rövid ciklusozás lesz, nem pedig energiamegtakarítás. Ha a folyamat nagyon szűk nyomástartományban történő fenntartást igényel, akkor egy gyakorlatilag alkalmazható halott sávval rendelkező kapcsoló nem felel meg a pontossági követelménynek, és zárt hurkú arányos nyomásszabályozás jobb megoldást jelent.

A kapcsoló nem helyettesíti a biztonsági szelepet sem. Ez egy vezérlőeszköz, nem biztonsági eszköz. A biztonsági szelepet továbbra is be kell állítani a kapcsoló kikapcsolási nyomásánál magasabb szintre, hogy egy meghibásodott kapcsoló vagy egy összehegesztett érintkező ne zárja le a szivattyút egy elzáródott áramkörbe. A két eszköz ugyanazon az egységen kell elhelyezni, de különböző funkciókat látnak el, és nem szabad őket úgy beállítani, hogy egymást kompenzálják.

Hogyan néz ki egy jól integrált nyomáskapcsoló egy gyártási teljesítményegységen

Egy megfelelően kialakított elektromos hidraulikus szivattyúegységen a bekapcsolás-kikapcsolás kapcsolója nem utólagos gondolat. A csatlakozóportja olyan helyen van, ahol a valódi rendszernyomást érzékeli, nem egy levegőt fogadó vakágban vagy olyan vezetékben, amely nyomást csak egy munkahenger mozgása során érzékel. Az elektromos burkolat illeszkedik a környezethez, legyen az mosóterület, kültéri emelőberendezés vagy olajködös gépgyártó berendezés. A kapcsoló beállítási pontja és haladási sávja dokumentálva van, és az indítómotor érintkezője megfelelően méretezett a keletkező indítási terheléshez.

A Hydrarite hidraulik teljesítményegységeket gyárt, amelyeknél ezeket az integrációs részleteket a szerelés részeként kezelik, nem pedig mezői opciókként. A gyártási oldal itt fontos, mert egy nyomáskapcsoló – még ha megfelelően van is kiválasztva – nem érzékeli a számára előírt nyomást, ha egy korlátozott érzékelő ágat tartalmazó kollektorra szerelik fel. A portok egységes megmunkálása, a tiszta szerelés és a sorvégén dokumentált kikapcsolási és bekapcsolási nyomás teszt az, ami egy katalógusban szereplő alkatrészből működő vezérlőelemet tesz. A kapcsoló egyszerű. A körülötte lévő rendszer dönti el, hogy működik-e.