PL229251B1 - Układ do energooszczędnego sterowania wydajnością pompy wody agregatu wysokociśnieniowego - Google Patents

Abstract

Układ do energooszczędnego sterowania wydajnością pompy wody agregatu wysokociśnieniowego wyposażony w silnik napędowy korzystnie spalinowy oraz połączoną z nim niebezpośrednio wysokociśnieniową pompę wody charakteryzujący się tym, że silnik napędowy (1) korzystnie spalinowy, połączony jest z pompą wody (2) za pomocą przekładni hydrostatycznej (zamkniętego układu hydrostatycznego) (3), która składa się z co najmniej jednej pompy hydraulicznej (4) korzystnie o zmiennej chłonności, napędzanej silnikiem napędowym (1), współpracującej z co najmniej jednym silnikiem hydraulicznym (5), który napędza pompę wody (2).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do energooszczędnego sterowania wydajnością pompy wody agregatu wysokociśnieniowego napędzanego silnikiem spalinowym, elektrycznym, pneumatycznym lub hydraulicznym. Agregaty tego typu przeznaczone są do pracy w układach, w których medium roboczym jest woda lub emulsja wodno-olejowa, a ciśnienie generowane jest przez pompę wysokociśnieniową - najczęściej o konstrukcji nurnikowej.

Jako przykłady zastosowania agregatów wysokociśnieniowych można zaliczyć:

• czyszczenie strumieniem wody pod wysokim ciśnieniem, • cięcie strumieniem wody pod wysokim ciśnieniem, • zraszanie, • zamknięte obiegi wody na stanowiskach prób, • układy zasilania odbiorników kiedy woda lub emulsja wodno-olejowa jest zawracana do układu i ponownie tłoczona pod ciśnieniem.

Standardowe (najczęściej spotykane) agregaty wysokociśnieniowe zbudowane są z generatora mocy jakim jest silnik np. spalinowy lub elektryczny, sprzęgła, pompy wysokociśnieniowej, zaworu regulacji ciśnienia oraz zaworu bezpieczeństwa. Powszechnie w skład tego typu agregatów wchodzą również filtry, zawory zwrotne oraz pompy wirowe, mające zabezpieczyć pompę wysokociśnieniową przed pracą „na sucho”.

Znany jest z informacji dostępnej na stronie internetowej http://www.hamrnelrnann.de/wAssets/docs/downloadcenter/en/aqqreqate/dieselantrieb/Aquajet07-e.pdf sposób sterowania wydajnością pompy wody A1 agregatu wysokociśnieniowego polegający na sterowaniu prędkością obrotową silnika spalinowego B1 (Pos. I). Sterowanie prędkością obrotową silnika spalinowego może odbywać się w ograniczonym zakresie opisanym w charakterystyce silnika tzn. od ok. 850 do ok. 2100 [obr/min]. W takim przypadku pompa pracuje w określonym zakresie równym prędkości obrotowej silnika, co powoduje, że pewna część medium roboczego pompowana jest ze stratami do magistrali spływowej.

Znany jest z informacji dostępnej na stronie internetowej http://www.hammelmann.de/wAssets/docs/downloadcenter/en/aqqreqate/dieselantrieb/Aquajet-50-with-speed-transmissione.pdf inny sposób sterowania wydajnością pompy wody A2 agregatu wysokociśnieniowego napędzanego silnikiem spalinowym B2 polegający na zastosowaniu skrzyni biegów C2 (Pos. II). Sterowanie prędkością obrotową wału napędowego pompy wody poprzez skrzynię biegów, zamontowaną na wyjściu z silnika napędowego, pozwala na znaczne obniżenie wydajności pompy szczególnie na biegu najniższym tzn. kiedy wał po stronie pompy wysokociśnieniowej obraca się z najmniejszą prędkością. Niestety jednak i takie rozwiązanie nie pozwala na płynne sterowanie prędkością obrotową wału napędowego pompy wysokociśnieniowej w pełnym zakresie. W odniesieniu do przedmiotu wynalazku, czas przełączania biegów jest dłuższy i co istotne zmiana prędkości obrotowej nie jest płynna, ale stopniowa.

Znany jest z informacji dostępnej na stronie internetowej http://www.hammelmann.de/wAssets/docs/downloadcenter/pp-en/HDP45-e-Offshore-lnjection-pump.pdf inny sposób sterowania wydajnością pompy wody A3 agregatu wysokociśnieniowego polegający na sterowaniu prędkością obrotową silnika elektrycznego napędowego B3 przy zastosowaniu przemiennika częstotliwości C3 (Pos. III). Przemiennik częstotliwości pozwala na sterowanie prędkością obrotową pompy wody w bardzo szerokim zakresie. Rozwiązanie to jest jednak bardzo drogie i posiada szereg ograniczeń w przypadku zastosowania w przestrzeni zagrożenia wybuchem (ATEX). Ponadto rozwiązanie to powoduje wydzielanie się znacznych ilości ciepła i szczególnie w przypadku większych mocy (powyżej 50 kW) wymaga chłodzenia wodnego lub powietrznego.

Znany jest z informacji dostępnej na stronie internetowej https://www. nord.com/cms/media/documents/bw/VG4000 60Hz US 2001.pdf inny sposób sterowania wydajnością pompy wody agregatu wysokociśnieniowego polegający na sterowaniu prędkością obrotową silnika napędowego A4 przy zastosowaniu wariatora pasowego B4 (Pos. IV). Zastosowanie wariatora pasowego jako sposobu sterowania prędkością obrotową pompy nie pozwala na pracę w pełnym zakresie oraz wiąże się, szczególnie w przypadku większych mocy, ze znacznym wydzielaniem się ciepła, co ogranicza zastosowanie rozwiązania w pracy ciągłej.

Znany jest z informacji dostępnej na stronie internetowej http://www.dat-berqbau.de/de/produkte/pumpen/hiqh pressure pumpenstation/ inny sposób sterowania wydajnością pompy wody A5 agregatu wysokociśnieniowego polegający na przelewaniu naddatku wody (z powrotem do zbiornika lub na zewnątrz układu) przez zastosowanie na wyjściu z pompy wody zaworu przelewowego B5 (Pos. V).

PL 229 251 B1

Rozwiązanie to powoduje, że nawet w przypadku bardzo małego zapotrzebowania wydajność pompy wody, pracuje ona na pełnej wydajności przelewając nadmiar wody, co generuje duże straty mocy.

Układ do energooszczędnego sterowania wydajnością pompy wody agregatu wysokociśnieniowego wody według wynalazku charakteryzuje się tym, że silnik napędowy korzystnie spalinowy, połączony jest z pompą wody za pomocą przekładni hydrostatycznej (zamkniętego układu hydrostatycznego), która składa się z co najmniej jednej pompy hydraulicznej korzystnie o zmiennej chłonności, napędzanej silnikiem napędowym, współpracującej z co najmniej jednym silnikiem hydraulicznym, który napędza pompę wody.

Sterowanie wydajnością pompy wody odbywa się poprzez zmianę wydajności pomp hydraulicznych lub zmianę chłonności silników hydraulicznych lub jednoczesną zmianę wydajności pomp hydraulicznych i zmianę chłonności silników hydraulicznych.

Przedmiot wynalazku oprócz płynnego sterowania prędkością obrotową wysokociśnieniowej pompy wody może również pełnić funkcję regulacji ciśnienia roboczego tejże pompy w przypadku współpracy z dyszą wysokociśnieniową. Ciśnienie robocze na wyjściu z dyszy może być utrzymywane na żądanym poziomie poprzez regulację wydajności pompy hydraulicznej o zmiennej wydajności lub regulację chłonności silnika o zmiennej chłonności - a co za tym idzie przez regulację wydajności pompy wody. Przy zastosowaniu nowoczesnych napędów i sterowań hydraulicznych układ cechuje się dużą czułością i szybkością zadziałania, co pozwala na precyzyjne sterowanie wydajnością (a w przypadku współpracy z dyszą wysokociśnieniową - ciśnieniem) pompy wody. Zastosowanie przedmiotu wynalazku jako sposobu regulacji ciśnienia roboczego pompy wody współpracującej z dyszą wysokociśnieniową wprowadza dodatkowy poziom zabezpieczenia układu i obsługi oraz pozwala znacząco zmniejszyć koszty eksploatacyjne.

Podczas pracy silnika napędzającego cały agregat, zmiana prędkości obrotowej pompy wody odbywa się poprzez zmianę wydajności pompy hydraulicznej lub zmianę chłonności silnika hydraulicznego lub zmianę jednego i drugiego jednocześnie. Na przykład w przypadku pompy hydraulicznej wielotłoczkowej ze zmienną wydajnością wraz ze zmianą kąta wychylenia tarczy pompy zmienia się natężenie przepływu oleju do silnika/silników hydraulicznego napędzającego pompę wody. Zakres płynnego sterowania wydajnością pompy hydraulicznej, a co za tym idzie pompą wody jest od 0 do 100 [%]. Dla pompy hydraulicznej tłokowo-osiowej z wychylną tarczą, w położeniu zerowym tarczy jej wydajność jest równa zero, a co za tym idzie wydajność pompy wody również jest równa zero. W związku z tym nie występuje grzanie się oleju ani przelewanie się wody poprzez zawór przelewowy, co generowałoby niepożądane straty mocy. Po wychyleniu tarczy następuje przepływ oleju do silnika hydraulicznego, którego prędkość obrotowa zależy od jego chłonności i wydajności pompy hydraulicznej zasilającej. Analogicznie wygląda kwestia sterowania wydajnością pompy wody przy zmianie chłonności silnika hydraulicznego. Układ hydrostatycznego przeniesienia napędu pompa hydrauliczna - silnik hydrauliczny jest układem zamkniętym. Zaproponowany układ cechuje skalowalność w zakresie mocy, przy jakich może być stosowany - od małych do bardzo dużych mocy agregatów wysokociśnieniowych.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schemat ideowy układu do energooszczędnego sterowania wydajnością pompy wody agregatu wysokociśnieniowego.

Układ do energooszczędnego sterowania wydajnością pompy wody agregatu wysokociśnieniowego wody według wynalazku charakteryzuje się tym, że silnik napędowy 1 korzystnie spalinowy, połączony jest z pompą wody 2 za pomocą przekładni hydrostatycznej (zamkniętego układu hydrostatycznego) 3, która składa się z co najmniej jednej pompy hydraulicznej 4 korzystnie o zmiennej chłonności, napędzanej silnikiem napędowym 1, współpracującej z co najmniej jednym silnikiem hydraulicznym 5, który napędza pompę wody 2.

Sterowanie wydajnością pompy wody 2 odbywa się poprzez zmianę wydajności pomp hydraulicznych 4 lub zmianę chłonności silników hydraulicznych 5 lub jednoczesną zmianę wydajności pomp hydraulicznych 4 i zmianę chłonności silników hydraulicznych 5.

PL 229 251 B1

Wykaz oznaczeń na rysunku

1. Silnik napędowy

2. Pompa wody

3. Przekładnia hydrostatyczna (zamknięty układ hydrostatyczny)

4. Pompy hydrauliczne

5. Silniki hydrauliczne

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Układ do energooszczędnego sterowania wydajnością pompy wody agregatu wysokociśnieniowego wyposażony w silnik napędowy, korzystnie spalinowy oraz połączoną z nim niebezpośrednio wysokociśnieniową pompę wody, znamienny tym, że silnik napędowy (1) korzystnie spalinowy, połączony jest z pompą wody (2) za pomocą przekładni hydrostatycznej (zamkniętego układu hydrostatycznego) (3), która składa się z co najmniej jednej pompy hydraulicznej (4) korzystnie o zmiennej chłonności, napędzanej silnikiem napędowym (1), współpracującej z co najmniej jednym silnikiem hydraulicznym (5), który napędza pompę wody (2).