Jakie są zalety elektrycznej pompy hydraulicznej?

Wybór pompy ujawnia się znacznie wcześniej niż wartość momentu obrotowego

Zespół dokręcający zwykle nie dyskutuje o pompach. Dyskusja pojawia się później – gdy klucz staje w połowie sekwencji dokręcania kołnierza, gdy rozrzut momentu obrotowego na zestawie śrub przekracza dopuszczalne granice procedury łączenia, lub gdy kompresor powietrza, który miał być „właśnie tam”, okazuje się oddalony o sto stóp przewodem od miejsca, w którym faktycznie odbywa się praca.

Elektryczna pompa hydrauliczna zyskuje swoje miejsce na budowie nie dlatego, że wygląda lepiej w arkuszu danych technicznych, ale dlatego, że eliminuje trzy powtarzające się problemy: niestabilną dostawę ciśnienia, zależność od infrastruktury sprężonego powietrza, która rzadko jest tak czysta, jak zakłada dokumentacja techniczna, oraz fizyczny wysiłek związany z ręcznym pompowaniem przy liczbie śrub dochodzącej do dziesiątek lub setek. Zalety są rzeczywiste, ale specyficzne. Przejawiają się w powtarzalności, przekształcaniu energii, poziomie hałasu i lokalizacji instalacji oraz w zachowaniu pompy, gdy praca trwa dłużej.

Ciśnienie, które pozostaje stałe, to zupełnie inna klasa wyjścia

Głównym zadaniem każdej pompy hydraulicznej w systemie momentu obrotowego lub napinania jest przekształcenie mocy wejściowej w kontrolowane ciśnienie cieczy. Napęd elektryczny dokonuje tego przekształcenia przy stałej, przewidywalnej prędkości obrotowej wejściowej, a ta stabilność przenosi się bezpośrednio na wyjście.

Pneumatyczna pompa zależy od dopływu sprężonego powietrza do narzędzia przy określonym ciśnieniu i przepływie. W warsztacie z dobrze utrzymanym systemem pneumatycznym takie warunki można spełnić. Na placu budowy często się to nie udaje. Długość przewodów pneumatycznych, połączenia, filtry oraz cykliczne włączanie i wyłączanie sprężarki wprowadzają zmienność. Pneumatyczny system momentu obrotowego, który podczas cyklu doświadcza spadku ciśnienia zasilania, generuje krzywą ciśnienia mniej stabilną, a ta niestabilność przejawia się rozrzutem wartości momentu obrotowego w obrębie układu śrub.

Różnica w precyzji jest udokumentowana w porównaniach sprzętu. Hydrauliczne systemy momentu obrotowego zapewniają dokładność w zakresie od minus do plus 3–5 procent, podczas gdy systemy pneumatyczne zwykle osiągają dokładność od minus do plus 10–15 procent. W przypadku kołnierza ograniczającego ciśnienie, gdzie integralność połączenia zależy od jednolitego obciążenia dociskowego, różnica ta nie jest marginalna. ASME PCC-1, najważniejszy wytyczny dotyczący montażu połączeń kołnierzowych śrubowych, traktuje napinanie śrub jako metodę pozwalającą zmniejszyć rozrzut wstępnej siły dokręcenia do około minus do plus 5 procent w porównaniu z znacznie szerszym rozrzutem charakterystycznym dla niekontrolowanych metod momentu obrotowego. Pompa elektryczna nie jest jedyną drogą do osiągnięcia tego celu, ale jest jedną z bardziej bezpośrednich, ponieważ źródło ciśnienia nie negocjuje z systemem pneumatycznym przy każdym cyklu.

Matematyka energii, której zamówienia zakupu zwykle nie uwzględniają

Pompy pneumatyczne mają najniższą cenę wejściową. Mniej części wewnętrznych, prostsza konstrukcja, niższy koszt produkcji. Dlatego pojawiają się na zamówieniu zakupowym bez większych dyskusji.

Koszty eksploatacji opowiadają inną historię. Sprężone powietrze jest nieefektywnym nośnikiem energii. Systemy pneumatyczne tracą od 80 do 90 procent energii wejściowej z powodu strat podczas sprężania i przecieków w przewodach. Pompa elektryczna przekształca energię w sposób bardziej bezpośredni i stabilny. Zakład, w którym pompa pneumatyczna pracuje w kilku zmianach, faktycznie płaci za kilka jednostek energii, aby wykonać pracę jednej jednostki.

Sprawność silników elektrycznych jest obecnie regulowana w sposób korzystny dla rozwiązania elektrycznego. Zgodnie z normą IEC 60034-30-1, sprawność premium IE3 stanowi minimalne wymaganie dla silników o stałej prędkości obrotowej w wielu jurysdykcjach, a silniki IE4 stają się coraz powszechniejsze. Pompa zbudowana wokół silnika IE3 zaczyna od wyższego poziomu podstawowej skuteczności przekształcania energii niż system pneumatyczny, który musi generować własne zasilanie powietrzem.

Obliczenia zwrotu inwestycji nie są identyczne dla każdej warsztatowej placówki, a udawanie przeciwnego byłoby nieuczciwe. Porównania sprzętu wskazują, że okres zwrotu kosztów elektrycznej pompy mieści się w przybliżeniu w przedziale od 12 do 24 miesięcy dla zakładów o stałym zapotrzebowaniu na dokręcanie, po uwzględnieniu różnicy w kosztach eksploatacji. Warsztat wykonujący okazjonalne, niskocyklowe zadania może nigdy nie osiągnąć takiego zwrotu. Korzyść jest rzeczywista, ale jej wielkość zależy od cyklu pracy.

Tam, gdzie cisza i lokalizacja rzeczywiście mają znaczenie

Hałas rzadko pojawia się na liście kryteriów wyboru pompy, ale decyduje o tym, jak przebiega praca. System pneumatyczny wprowadza kompresor do akustycznego obszaru pracy, a kompresory nie są ciche. Na platformie morskiej, podczas remontu zakładu, gdzie komunikacja między operatorem pompy a operatorem klucza jest kluczowa dla bezpieczeństwa, lub w trakcie zmiany nocnej w obiekcie położonym blisko zabudowy mieszkaniowej – różnica między pracującym kompresorem a pracującym silnikiem elektrycznym ma istotne znaczenie praktyczne.

Elastyczność w lokalizowaniu to inna zaleta operacyjna. Pompa elektryczna wymaga źródła zasilania, którym może być gniazdko sieciowe, generator lub tymczasowa tablica rozdzielcza. Nie potrzebuje ona kompresora powietrza dobranego do zużycia narzędzia, podłączonego rurociągiem do miejsca pracy i konserwowanego w celu zapobiegania przenoszeniu wilgoci oraz oleju. Upraszcza to logistykę przemieszczania systemu dokręcania z jednej kołnierza do następnego, zwłaszcza gdy miejsce pracy znajduje się na wysokości lub w odległym miejscu.

Kompromis jest rzetelny. Jeśli na budowie brak stabilnego zasilania elektrycznego i generatora, pompa pneumatyczna lub jednostka napędzana silnikiem pozostaje odpowiednim rozwiązaniem. Pompa elektryczna nie eliminuje potrzeby planu zasilania – zmienia jedynie to, co ten plan musi zapewnić.

Zadanie z kołnierzami elektrowni, w którym czas przygotowania stanowił wąskie gardło

Zespół konserwacyjny na dużej elektrowni dokonywał napinania śrub kołnierzowych urządzeń elektrycznych przy użyciu oddzielnych, pełnych cylinderów hydraulicznych oraz zewnętrznych urządzeń napinających. Montaż każdego urządzenia napinającego wymagał złożenia wielu elementów przed podłączeniem pompy. Samo pompowanie nie było operacją czasochłonną – czasochłonny był właśnie montaż urządzenia napinającego.

Zespół przeszedł na użycie wewnętrznie wydrążonych cylinderów hydraulicznych w połączeniu ze stacją pomp elektrycznych. Pręt napinający przechodzi bezpośrednio przez wydrążone wnętrze cylindra, co redukuje wieloetapowy montaż urządzenia napinającego do jednego kroku pozycjonowania. W ciągu sześciu miesięcy wydajność napinania śrub kołnierzowych urządzeń elektrycznych wzrosła o 44 procent, a praca związana z montażem dodatkowych urządzeń napinających została całkowicie wyeliminowana z procesu roboczego. Cała modernizacja została zakończona wcześniej niż pierwotnie zaplanowano.

W tym przypadku pompa nie wykonywała niczego nietypowego. Dostarczała stałe ciśnienie do cylindra, który przypadkowo miał lepszy interfejs mechaniczny. Kluczowe było jednak połączenie: pompa utrzymująca ciśnienie bez ingerencji operatora pozwalała załodze skupić się na pozycjonowaniu i sekwencjonowaniu, a pusty w środku cylinder eliminował etap przygotowania, który wcześniej zajmował całą zmianę.

Dwustopniowe, trzystopniowe oraz logika wyboru, która rzeczywiście działa

Pompy elektryczne nie stanowią jednej kategorii. Liczba stopni opisuje sposób dostarczania przepływu oleju w miarę wzrostu ciśnienia w systemie, a wybór między pompą dwustopniową a trzystopniową wpływa na profil cyklu bardziej niż maksymalne dopuszczalne ciśnienie.

Dwustopniowa pompa zapewnia wyższy przepływ w etapie niskiego ciśnienia, a następnie przełącza się na niższy przepływ w etapie wysokiego ciśnienia cyklu. Jest to praktyczna, przenośna i ekonomiczna konfiguracja przeznaczona do prac z użyciem jednego klucza, serwisu mobilnego oraz zadań, w których przemieszczanie pompy między lokalizacjami ma większe znaczenie niż oszczędzanie kilku sekund w każdym cyklu.

Trzystopniowa pompa dodaje pośredni zakres ciśnienia i przepływu. Zachowuje ona większy użyteczny przepływ w miarę wzrostu ciśnienia, co skraca czas powtarzających się cykli przy użyciu większych kluczy lub zestawów wielu narzędzi – pod warunkiem, że silnik, zbiornik, chłodzenie oraz konfiguracja zaworów zostały dobrze dobrane. Nie oznacza to automatycznie lepszego wyboru. Jednostka trzystopniowa może być większa, cięższa i droższa w serwisowaniu. Liczba stopni stanowi jedynie punkt wyjścia, a nie ostateczną decyzję.

Zmienne wyboru, które rzeczywiście decydują o wydajności, to przepływ opublikowany przy kilku punktach ciśnienia, ciśnienie przejściowe między stopniami, użyteczna pojemność oleju, cykl pracy oraz liczba narzędzi zasilanych przez pompę. Pompa o odpowiednim zakresie ciśnienia, ale z za małym przepływem, będzie pracować wolno i nagrzewać olej. Pompa o dużym przepływie, lecz z zbiornikiem zbyt małym w stosunku do objętości węża, nie będzie w stanie zapewnić sekwencji pracy wielu narzędzi.

Taizhou Ruiqi Tools Co., Ltd. produkuje klucze hydrauliczne do momentu obrotowego, napinacze śrub oraz platformy pompowe do ich zasilania, kładąc nacisk na dopasowanie wydajności pompy do konkretnego narzędzia i procedury dokręcania połączenia, a nie na sprzedaż jednostopniowej konfiguracji jako uniwersalnie poprawnej. Produkcja obejmuje dobór silnika, integrację zaworów oraz kalibrację sterowania ciśnieniem – szczegóły te decydują o tym, czy pompa utrzyma ustawioną wartość ciśnienia już w setnym cyklu, a nie tylko w pierwszym.