- Úvod
- Odborné články
- LUGER: Zařízení Thermo 6 od společnosti HB-Therm standardně s čerpadlem s regulací otáček
LUGER: Zařízení Thermo 6 od společnosti HB-Therm standardně s čerpadlem s regulací otáček
Vzhledem k rapidně rostoucím cenám energií má potenciál úspory spotřeby energií čím dál větší význam také v plastikářském průmyslu. Společnost HB-Therm AG právě tuto skutečnost předjímala při vývoji a realizaci nové generace zařízení Thermo 6 a nabízí hned několik příslušenství pro zvýšenou energetickou efektivitu při provozu temperovacích zařízení.
K tomu patří standardní čerpadla s regulací otáček v kombinaci s asistentem regulace „Energy Control“ pro výpočet optimálního provozního bodu. Exkluzivní čerpadlo „Direct Drive“ má oproti běžným čerpacím systémům účinnost vyšší až o 20 procent.
Obecně je účelem hlavního čerpadla v systému ohřevu přenos tepelného média od zařízení k připojenému spotřebiči a nazpět. Tím je teprve umožněna výměna tepla. Vývoj čerpacích technologií jako hlavního prvku systémů ohřevu učinil v posledních letech velký pokrok. Použití různých dimenzí čerpadel lze zhruba přiblížit takto: Prvně se do zařízení montovala monobloková čerpadla s dynamickou mechanickou ucpávkou, následovala monobloková čerpadla s periferním oběžným kolem s magnetickou spojkou a v nejnovějších zařízeních Thermo 6 nyní zajišťují permanentní cirkulaci tepelného média monobloková čerpadla s obtékaným rotorem motoru.
Čerpadla s mechanickou ucpávkou mají pouze omezenou životnost, může u nich docházet k netěsnostem a jsou citlivá na chod nasucho a na abrazivní média.
Čerpadla s magnetickou spojkou jsou hermeticky těsná a nemají dynamicky namáhané těsnění. Proto jsou vyloučené výpadky v důsledku netěsnosti. Tato čerpadla jsou vhodná v případě vyšších tlaků a agresivních médií. Jejich konstrukce je však složitější a v případě kovových oddělených bloků u nich dochází ke ztrátám v důsledku vířivých proudů.
U čerpadel „Direct Drive“ tvoří motor a magnetická spojka jeden celek. Točivý moment je přenášen od vinutí motoru přes oddělený blok na vnitřní rotor. Kromě výše uvedených výhod je další předností též skutečnost, že motor nemá kuličková ložiska, a že konstrukce čerpadel je velmi kompaktní. U odděleného bloku z PPS plastu nevznikají vířivé proudy, a díky tomu se minimalizují ztráty. Jejich konstrukce je však složitější a vyžaduje použití speciálních motorů. Jejich provozní rozsah doposud dosahoval maximálně do 100 °C.
Úspora energie a nákladů: Monoblokové čerpadlo s obtékaným rotorem motoru
Díky této nové technologii učinila společnost HB-Therm další důležitý krok směrem k udržitelnému a energeticky efektivnímu provozu zařízení Thermo 6. V porovnání s monoblokovým čerpadlem s magnetickou spojkou má čerpadlo „Direct Drive“ účinnost vyšší až o 20 procent díky nevodivému plastovému bloku, který zabraňuje jinak příznačným ztrátám v důsledku vířivých proudů. Čerpadlo pracuje s vodou chlazeným motorem a jeho konstrukce bez magnetické spojky a bez ventilátoru je kompaktnější a cenově výhodnější. V současné době je teplotní rozsah této poslední generace čerpadel temperovacích zařízení omezen do maximálně 100 °C, ale dále se rozšiřuje.
Indikace spotřeby energie pomocí asistenta optimalizace |
„Největší výhoda čerpadel s regulací otáček obecně spočívá v oblasti úspory energie. Tato čerpadla jsou univerzálně použitelná pro velké i malé nástroje,“ shrnuje Kurt Klopfenstein, strategický ředitel společnosti HB-Therm AG, výhody sériově vyráběných čerpadel v zařízeních Thermo 6. Martin Braun, ředitel vývoje společnosti HB-Therm, dodává: „Čerpadlo, které neběží trvale při plném zatížení, šetří nejenom energii, ale vyznačuje se také delší životností. Čerpadla s regulací otáček navíc díky své široké použitelnosti snižují typovou rozmanitost temperovacích zařízení. Jedno zařízení je díky tomu vhodné pro celou šíři spektra použití.“
Použitím čerpadla s regulací otáček lze upravit charakteristiku čerpadla podle použití tak, aby byl dosažen požadovaný průtok s minimální spotřebou energie. A to je ten rozhodující aspekt: Dosažení optimálního temperování s minimem energie. Zpravidla se však zpočátku neví, jaký správný průtok proces vyžaduje. Nabízí se možnost regulace teplotního rozdílu v temperovaném okruhu. Díky tomu lze zaručit kvalitu výrobků při současném snížení průtoku na nezbytné minimum.
Frekvenční měniče umožňují regulaci otáček čerpadel
Čerpadla s regulací otáček pracují s frekvenčním měničem a umožňují specifické uživatelské nastavení podle účelu použití s následnou úsporou energie. Naproti tomu čerpadla bez frekvenčního měniče běží stále při jmenovitých otáčkách. Spotřeba energie proto zůstává konstantně vysoká a nelze ji snížit. Nové zařízení Thermo 6 sériově osazené čerpadlem s regulací otáček lze adaptovat pro různé provozní režimy. Kromě normálního provozního režimu jsou k dispozici režimy Eco Auto, Eco Speed, Eco Flow, Eco Temp a Boost. Na velkém dotykovém IPS displeji lze snadno zvolit různé provozní režimy čerpadla podle daného použití.
Při normálním provozním režimu jsou pevně nastavené otáčky (n = 3 000 min-1), v tomto případě neprobíhá regulace podle měnících se reálných hodnot. Výsledkem jsou podobné provozní parametry, jako za provozu čerpadla bez regulace, které také neumožňují úsporu energie.
V režimu Eco Auto probíhá regulace rozdílu teplot na výtlačném a zpětném potrubí. Hodnota rozdílu teplot se nastavuje automaticky pomocí regulace úrovně měření (přesná, střední, hrubá). „Hrubá“ úroveň měření je přitom určena pro plastové výrobky spíše s nižší mechanickou přesností, „střední“ pro běžné technické výrobky a „přesná“ pro náročné výrobky s vysokými technickými a mechanickými požadavky. Tím je umožněno automatické přizpůsobení otáček čerpadla podle měnících se vnějších vlivů tak, aby nedošlo k překročení nastaveného rozdílu teplot.
V režimu Eco Temp na rozdíl od režimu Eco Auto probíhá regulace na libovolně nastavitelný rozdíl teplot na výtlačném a zpětném potrubí.
V režimu Eco Speed se nastavují otáčky, které čerpadlo poté konstantně udržuje. Tyto nastavené otáčky však nemusí být stejné, jako otáčky v normálním provozním režimu.
Naproti tomu se v režimu Eco Flow nastavuje požadovaný konstantní průtok. Čerpadlo tak upraví otáčky, pokud se například v důsledku znečištění zvýší odpor.
V režimu Boost pracuje čerpadlo s maximálními otáčkami, dosahuje maximálního výkonu a také maximálního průtoku. Otáčky jsou omezeny maximálním příkonem motoru a regulovány frekvenčním měničem. Tento provozní režim však vyžaduje více energie než v normálním režimu, a proto také způsobuje vyšší opotřebení čerpadla.
Následující příklad uvádí možnosti úspory použitím čerpadla s regulací otáček. Zde došlo ke snížení průtoku na polovinu, protože namísto původního rozdílu teplot 0,5 K mezi výtlačným a zpětným potrubím byl rozdíl 1 K ještě dostačující. Snížení otáček ze 3 000 min-1 na 1 500 min-1 umožnilo snížit průtok o 12,5 l/min. Při 6 000 provozních hodinách ročně bude celková úspora energie 4 200 kWh, což při předpokládané ceně 0,25 EUR za kWh přestavuje úsporu nákladů za energii 1 050 EUR za rok u jednoho zařízení.
Temperovací zařízení Thermo 6 s maximální teplotou na přívodu do 100 °C jsou standardně osazena monoblokovým čerpadlem s obtékaným rotorem motoru s regulací otáček (čerpadlo Direct Drive). |
Vždy optimální provozní bod: Asistent regulace „Energy Control“
Asistent regulace „Energy Control“ umožňuje v několika málo krocích dosáhnout vždy optimálního provozního bodu i bez předchozích znalostí obsluhy. Výsledkem je snížení příkonu až na 85 procent. Systém „Energy Control“ vyhodnocuje souvislosti mezi hodnotami otáček, průtoku, rozdílu teplot a úspory energie. Hledání optimálního provozního bodu je usnadněno přehledným vizuálním zobrazením, které udává aktuální otáčky čerpadla, rozdíl teplot mezi výtlačným a zpětným potrubím v Kelvinech a úsporu v EUR za den. Při změně jedné veličiny uživatelem proběhne změna ostatních veličin ve stejném poměru, předpokládaný účinek změny se okamžitě zobrazí. Nastavení lze potvrdit stisknutím tlačítka.
Monitorování stavu čerpadla: Aby všechno správně fungovalo
Pro komplexní zajištění provozní spolehlivosti a také trvale optimální spotřeby energie je v této souvislosti také důležitá včasná detekce opotřebení čerpadla. Tím je nejenom zajištěna konstantně stabilní kvalita výrobků ve výrobě, ale také umožněna lepší lokalizaci zdroje poruchy při změněném průtoku.
Zvyšující se opotřebení rotoru čerpadla se projevuje snižujícím se tlakem nebo průtokem čerpadla. Třísky z nástroje nebo částice koroze či vodního kamene zvyšují opotřebení. Monitorování stavu čerpadla soustavně kontroluje čerpadlo a při nedosažení nastavené mezní hodnoty vydá výstražné hlášení.
Propojení různých opatření: Dosažení energetické efektivity
Dosažení optimální energetické efektivity při temperování funguje pouze při propojení různých opatření, protože optimalizace jedné veličiny na úkor jiných ve výsledku nepřinese žádný efekt. Použití čerpadla s regulací otáček frekvenčním měničem tvoří základ. Správné dimenzování čerpadla umožňuje minimalizovat ztráty pohonu. U často používaných monoblokových čerpadel je maximální účinnost při přibližně polovině maximálního průtoku. Pokud je z důvodu plánovaného univerzálního použití nutné použít velké čerpadlo, lze výkon motoru čerpadla s regulací otáček snížit na stejnou hodnotu, jakou by měl u odpovídajícího malého čerpadla.
Kromě toho jsou k dispozici čerpadla „Direct Drive“ se zvýšenou účinností u vodních systémů s teplotou do 100 °C, kombinace s různými možnými provozními režimy nové řídicí jednotky Thermo 6 a asistent regulace „Energy Control“ umožňující vždy přesný výpočet optimálního provozního bodu. Při optimalizované regulaci teploty pomocí těchto dostupných funkcí nového zařízení Thermo 6 bude dosažena nejen správná kvalita a výsledek, ale během procesu zůstane pod kontrolou také spotřeba energie, kterou lze u zařízení Thermo 6 vždy snadno odečíst pohledem na displej řídicí jednotky.
- autor:
- HB-Therm