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用于间歇性液压系统节能的先进泵控制

许多液压系统只需要在机械循环的某些阶段提供有压力的流量。这种情况在主题公园行业更为普遍,因为我们需要时间来重新安排演出或为客人装卸行李。由于这些控制系统的正常工作方式,大多数用于移动表演或骑乘设备的液压系统预计将在任何时候“准备就绪”。这促使我们开发压力补偿泵输送系统,该系统在冲程时能够快速启动,并且在很少或不需要流量的情况下,很少或没有补偿(死角)的不良影响。

虽然这对一个需要快速响应的系统来说是一个优势,但它不是最节能的设计。

看看这种情况,看看你是否同意:

设备:

  • 一个500加仑的储液罐为三台75 gpm的变量泵供油,其中两台运行,一台为已安装的备用泵。
  • 泵补偿器是简单的压力补偿器,三台机组的串联补偿器设置为1700 psi;1650磅/平方英寸;1625磅/平方英寸。
  • 歧管和阀组相距75英尺,驱动连接到6自由度(6自由度)运动模拟器的六个液压执行器。
  • 每个执行器都有自己的15加仑气囊蓄能器,以协助在高流量下进行大动作。

性能:

  • 最大系统压力为1700 psi。模拟器的最小压力为1200 psi,在此压力下将收到警告消息。
  • 两台运行泵的平均总流量为60-70 gpm。
  • 峰值流量约为130 gpm,但仅持续2-4秒。
  • 由于伺服阀和执行器泄漏,非飞行时的寄生流量为12.5 gpm。
  • 飞行时间为4分钟,航班间为3分钟。
  • 不是所有的模拟器每7分钟飞行一次。需求可能是零星的,一些模拟器可能只在高峰使用期间运行,可能在1,700 psi的压力下每天运行6-7小时。

能源使用:

  • 一项能耗研究表明,由于维护和操作程序,模拟器每天早上2-3小时,晚上1.5小时处于补偿状态。
  • 使用安培数的数据每一个电动马达,我们了解到,在时间的补偿,“铅”泵图32.5安培和“滞后”泵图19.5安培480休假3阶段(记住,铅泵送12.5 gpm的所有时间来弥补系统泄漏)。这相当于15,600瓦的铅泵加上9,360瓦的延迟,总共24,960瓦。
  • 在补偿状态下,将其乘以平均每天4.5小时,则每个模拟器每天的电量为112.3 kWh。
  • 六台模拟器每年365天运行,每年达到245937千瓦时,每千瓦时成本为0.125美元。

本练习向我们表明,在1700 psi的压力下每天运行4.5小时的泵每年的成本为30742美元。这一成本仅包括早晨和晚上水泵得到补偿的时间。通过大多数泵上的其他增量控制,还可以节省其他成本。

解决方案:

这六个液压动力单元都由标准的plc(可编程逻辑控制器)控制,并且已经有来自模拟器的压力反馈,显示每个系统的压力。考虑到系统需要随时准备飞行,设计了一个新的泵控制,将执行以下参数:

  • 卸载任一泵的能力
  • 个别地
  • 通过比例控制使泵单独恢复在线的能力
  • 对每个泵分别关闭和/或启动电机的能力
  • 在30秒内从完全休眠(关闭)的HPU恢复的能力

然后,我们开始创建控制场景,其中HPU将响应模拟器的需求,而无需模拟器控制系统做出任何决策。通过处理器之间的通信链路,我们使用来自运动控制计算机的信息告诉我们何时打开舱门让人们下车,何时关闭舱门,何时系好安全带,以帮助我们知道何时需要准备好飞行。

在不需要模拟器的情况下,不活动计时器将在前一次飞行结束时开始计时。飞行之间的正常停留时间是3分钟,所以在静止5分钟时,我们开始系统地关闭HPU,这是分阶段进行的。每个阶段都有不同的恢复方案,如图2.

因为我们永远不知道何时会有航班请求,所以我们需要能够尽快从非活动过程的任何阶段恢复。恢复时间从第一阶段的9秒到完全休眠的HPU的30秒不等。

需要注意的一点是,在将主(先导)泵卸载至250 psi时,整个系统压力也降至250 psi。蓄能器中存储的机油将以12.5 gpm的速率通过所有六个伺服阀开始耗尽。在这种情况下2-3分钟后,蓄能器将耗尽至250 psi,需要额外22秒的恢复时间才能完全重新加注。

结论:

这种类型的控制所能节省的能源还需要在安装原型系统后通过数据收集来验证,但保守估计告诉我们,如果每天至少有4个模拟器使用不活动过程4次,我们可以再节省155490千瓦时。这相当于每年19 436美元。再加上每天结束时卸载和关闭hpu所节省的30,742美元,我们发现每年总共节省了50,178美元的电费。

现在有许多新的节能解决方案可以很好地添加到新的设计中,但有时这些新的解决方案不适合旧的系统。在我们的案例中,考虑使用变频驱动器来增强我们的设计,结果发现实施变频驱动器的总成本太高,投资回报超过10年。

有时,当你在寻找节能的方法时,你可能会发现,我们已经使用多年的旧工具,如果使用得更明智,可以节省大量的能源。

这种类型的泵控制可能不适合您的应用,但它的一部分可能在您的行业中有用。

图1



图2



由CFPAI/AJPP、CFPS、CFPC&C、高级流体动力专家Gregory George撰写,
沃尔特迪斯尼公司。

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