Milyen speciális esetek igényelnek speciális alkalmazású motorokat?

Robbanásveszélyes és veszélyes környezetek robbanásbiztos speciális alkalmazású motorokat igényelnek

Elv: Beépített biztonság és burkolati szabványok (ATEX, IECEx, NEC Class I/II)

Amikor motorok olyan területeken működnek, ahol éghető gázok, gőzök vagy gyúlékony por van jelen, különleges védelemre van szükségük azokkal a szikrákkal szemben, amelyek tűzveszélyt okozhatnak. Az alapötlet egyszerű, de kritikus fontosságú: minden elektromos és hőenergiát jóval az alatt kell tartani, mint ami valójában robbanást okozhat, és biztosítani kell, hogy bármilyen lehetséges szikra speciálisan tervezett burkolatokon belül maradjon. Világszerte olyan szervezetek, mint az ATEX (ATmosphère EXplosible – robbanásveszélyes légkör), az IECEx, valamint az NEC Class I és II rendszere pontosan meghatározzák, hogy a konkrét veszélyek függvényében milyen biztonsági intézkedések szükségesek. Az I. osztály főként az említett éghető gázokkal foglalkozik, míg a II. osztály a gyúlékony porszemcsékkel járó helyzetekre koncentrál. Ezek a védőburkolatok pedig nem csupán díszként állnak ott. Intenzív teszteken esnek át, hogy képesek legyenek belső robbanások elviselésére akár 1,5-szoros normál nyomáson is, mielőtt a lehűtött gázokat biztonságosan kifecskendeznék. Ne feledjük el azonban a következményeket sem, ha ebben hibázunk. A szabványoknak nem megfelelő motorok komoly veszélyforrást jelentenek. Valójában a hibás telepítések felelősek voltak a tavalyi finomítóbeli robbanások körülbelül 37 százalékáért, ezt mutatja ki a Safety Journal 2022 adatai.

Esettanulmány: Olajfinomító szállítószalagok robbanásbiztos (Ex d) aszinkron motorokkal, IP66/IP68 védettségi fokozattal

Egy golfparti olajfinomító nemrég kicserélte a hagyományos motorokat robbanásbiztos (Ex d) aszinkron motorokra a nyersolaj-szállító szalagja rendszerén. A nehézfelhasználású öntöttvas házak gondoskodnak arról, hogy a veszélyes elektromos szikrák bent maradjanak, az IP66 és IP68 védettségi fokozat pedig azt jelenti, hogy sem a por, sem a víz nem juthat be a motorokba, még akkor sem, ha durva körülmények uralkodnak a part mentén. Az átállás óta nem történtek motorokat érintő tüzek vagy robbanások, annak ellenére, hogy az üzem gyakran melegszik, akár 140 Fahrenheit fokig is (kb. 60 °C). Ami itt igazán számít, az az, hogy az új motorok nem képeznek szikrát, köszönhetően a kefe nélküli kialakításuknak. Ez különösen fontos olyan területeken, mint a Class I Division 1 besorolású zónák, ahol robbanásveszélyes gázok a munkavállalók több mint 15%-ában lévő idő alatt jelen vannak.

Trend: Okos érzékelők integrálása veszélyes motorházakba valós idejű hőmérséklet- és gázszivárgás-figyelés céljából

A robbanásbiztos motorok napjainkban már beépített IoT-érzékelőkkel rendelkeznek házuk belsejében, amelyek valós időben követik a hőmérsékletet és a gázkibocsátást. Az érzékelők akkor jeleznek, ha a csapágyak hőmérséklete meghaladja a 150 Celsius-fokot, vagy ha a kéntartalmú hidrogén koncentrációja eléri a tíz milliomod részt. Mindezen információkat különleges, veszélyes környezetben is biztonságosan működő áramkörök segítségével továbbítják a vezérlőpanelekhez, amelyek szükség esetén automatikusan leállíthatják a rendszert. Egy nagy vegyi üzem jelentős csökkenést tapasztalt az előre nem látható leállások számában az érzékelők tavalyi telepítése után: a leállási idő közel 43 százalékkal csökkent. A jövőben a gyártók olyan megoldásokon dolgoznak, amelyek a motorok rezgésének elemzésével képesek potenciális tömítési problémákat felismerni még azelőtt, hogy bekövetkeznének – különösen fontos ez olyan helyeken, ahol agresszív vegyszerek rongálják a berendezéseket, vagy ahol a gépek extrém terhelésnek vannak kitéve. Ilyen fejlesztések hozzájárulnak ahhoz, hogy a munkavállalók biztonságosabban dolgozhassanak, miközben a termelés zavartalanul folytatódhat.

A precíziós szabályozáshoz speciális alkalmazású motorokra van szükség almicronos pontossággal

Kihívások: játék, rezonancia és kvantálási hibák nyílt hurkú és zárt hurkú rendszerekben

Az al-mikronos pontossági szintre való lehatolás igazán felfedi a hagyományos mozgatási rendszerek gyenge pontjait. Amikor a gépek irányt váltanak, a mechanikus holtjáték miatt eltérnek az előírt pályától. Bizonyos frekvenciákon a rezonancia fokozódik, és inkább növeli, sem csökkenti a rezgéseket, ami torzítja a gép tényleges mozgásútját. A visszajelző eszközök saját problémáival is küzdenek – lépcsőzetes mozgásokat hoznak létre, nem pedig az aprólékos munkához szükséges sima mozgást. A nyitott hurkú rendszerek folyamatosan halmozódó hibákat produkálnak, mivel nincs lehetőség a javításukra, míg a zárt hurkúak nehezen őrzik meg az állapotstabilitást, ha túl erősen próbálnak korrigálni. Mindez különösen fontos a félvezetőgyártásban, ahol a tűréshatárokat plusz-mínusz 0,1 mikronon belül kell tartani. Egy vállalat a gyakorlatban 37%-kal csökkentett termelést regisztrált tavaly, mert a lemezek folyamatosan elcsúsztak a váratlanul jelentkező rezonanciák miatt.

Megoldás: Hibrid léptetőmotor + Enkóder + Térvektoros szabályozás (FOC) félvezető-lemezek kezeléséhez

A speciális alkalmazású motorok ezeket a problémákat több technológia kombinálásával oldják meg – gondoljunk hibrid léptetőmotorokra, kiváló felbontású enkóderekre, valamint a térvektoros szabályozásra, röviden FOC-ra. A hibrid léptetők nagy nyomatékkal rendelkeznek, ami alapvetően azt jelenti, hogy mekkora forgatónyomatékot tudnak kifejteni. Ezek az enkóderek pedig lenyűgöző, 512 ezer pontból álló felbontással rendelkeznek, így képesek olyan finom pozíciók mérésére, mint 0,045 mikrométer. Ami ezt az egész rendszert különösen hatékonyá teszi, az az FOC által biztosított, folyamatos mágneses mező-igazítás a motor belsejében. Ez segít kiküszöbölni a zavaró rezgéseket, és sima, rángásmentes mozgást biztosít, megállások vagy indítások során sem jelentkezik durva mozgás. Amikor mindezek az alkatrészek együttműködnek, az eredmény...

• Holtjáték kiküszöbölése direktkapcsolással, mechanikus átviteli elemek eltávolításával
• Almikronos ismétlődő pontosság valós idejű pozíció-ellenőrzéssel
• Adaptív lengéscsillapítás amely 2 ms-on belül semlegesíti a rezgéseket

Félvezető-lemezek kezelésére szolgáló robotokban a rendszer ±0,08 µm pontosságot tart fenn nagy sebességű átvitel közben. A hajtóművek kiküszöbölése 63%-kal csökkenti a mechanikai meghibásodások gyakoriságát a hagyományos szervorendszerekhez képest. Az integrált hőmérsékletváltozási kompenzáció továbbá hosszú távú stabilitást biztosít változó termelési ciklusok során.

Extrém környezeti körülmények motiválják az egyedi tervezést speciális alkalmazású motoroknál

Hőmérsékleti és anyagi kihívások: Mágnesstabilitás −40 °C-tól +150 °C-ig és korrózióálló ötvözetek

Speciális műszaki megoldásokra van szükség a motoroknál, amikor olyan kemény körülmények között üzemelnek, ahol a hőmérséklet-kilengések és a vegyi anyagok gyakori problémát jelentenek. A hagyományos permanens mágnesek kb. 150 °C-on kezdik elveszíteni erősségüket, a fluxussűrűségük körülbelül 15%-kal csökken. Alacsonabb hőmérsékleten, mínusz 20 fok alatt pedig ridegekké válnak, ahogyan azt a tavalyi Magnetizmusi Folyóirat is jelentette. Ezért a nagy teljesítményű motorok gyakran szamárium-kobalt mágneseket vagy különlegesen kezelt neodímium változatokat használnak, amelyek ellenállóbbak. A korrózió kérdését illetően az offshore fúróberendezések általában rozsdamentes acél házzal rendelkeznek, néha tengeri minőségű alumínium alkatrészekkel megerősítve, valamint nikkelréz tömítésekkel a kénsérülés ellen. Nézzük például a geotermikus létesítményeket, ahol a savasság szintje pH 3,0 alá is süllyedhet. Ott már szokásossá váltak a kerámia bevonatú tekercselések, mivel ezek nemcsak ellenállnak a savaknak, hanem jól vezetik a hőt is, így biztosítva, hogy ezek a motorok napról napra agresszív kémiai környezetben is tovább üzemelhessenek.

Kompromisszum: Magas hatásfokú SynRM-ek és az áttérés a levegőhűtéstől a tömített olajmerülésre

A szinkronreluktanciamotorok (SynRM) akár 98%-os hatásfokot is elérhetnek, még akkor is, ha az egység erősen felmelegszik, bár jellemzően olyan koncentrált hőt termelnek, amelyet a hagyományos levegőhűtés már nem képes hatékonyan kezelni. Ezért egyre több üzemeltető áttér zárt olajmerülő hűtési rendszerekre. Ezek a rendszerek különleges dielektromos folyadékot vezetnek a motor belsejében percenként körülbelül 5 liter sebességgel, ami körülbelül háromszorosára növeli a hőelvezetési képességet a kényszerített levegőhűtéssel szemben. Vannak azonban hátrányok is. Hideg időjárási viszonyok között olyan szintetikus olajokra van szükség, amelyek -40 °C-ig folyékonyak maradnak, különben minden túlságosan sűrűvé válik, és nem működik megfelelően. A folyadékkal való érintkezés továbbá extra forgórész-ellenállást okoz, amely csökkenti a nyomatékot kb. 8–12 százalékkal. Emellett ezek a zárt csapágyterek bonyolultabb karbantartási eljárásokat igényelnek. Szerencsére a számítógépes áramlástan területén elért fejlődés segíti a mérnököket abban, hogy hatékonyabb belső áramlási elválasztókat tervezzene. Ennek köszönhetően a sivatagi bányaműveletekben használt nehézgépek akár 60 °C-os környezeti hőmérséklet mellett is folyamatosan üzemelhetnek teljes teljesítménynél, túlterhelés nélkül.

Nagy nyomatékú, alacsony sebességű alkalmazások előnyben részesítik a közvetlen hajtású speciális alkalmazású motorokat

Előny: Fogaskerék-hajtómű kihagyása extruderekben és szélgenerátoros lapátállító rendszerekben a megbízhatóság javítása érdekében

A speciális alkalmazású direkt hajtóművek megszüntetik a mechanikus fogaskerékházak szükségességét, amikor alacsony sebességnél magas nyomaték kezelésére van szükség, így az egész rendszer sokkal megbízhatóbbá válik. A gyakran meghibásodó fogaskerekek és csatolók eltávolítása csökkenti a karbantartási időt, például az extrudáló rendszereknél. A szélturbinák is ilyen felépítést igényelnek. A lapátállító rendszerek profitálnak a direkt hajtásból, mivel ezek a blokkok szilárd nyomatékot biztosítanak anélkül, hogy sok plusz alkatrész lenne a motor és a terhelés között. Ez kiválóan működik akkor is, amikor nehéz körülmények uralkodnak a terepen. Az alkatrészek számának csökkenésével kevesebb energia vész el az átvitel során, javul az energiahatékonyság, és hosszabb idő telik el karbantartásig. Mindazok számára, akiknél stabil teljesítményre van szükség alacsony fordulatszámon, a direkt hajtástechnológia mára szinte szabvánnyá vált számos iparágban.