EN
Mediile explozive și periculoase necesită motoare speciale antiexplozive pentru aplicații speciale
Principiu: Siguranță intrinsecă și standarde de carcasă (ATEX, IECEx, NEC Clasa I/II)
Când motoarele funcționează în zone unde există gaze inflamabile, vapori sau praf combustibil, ele necesită o protecție specială împotriva scânteilor care ar putea provoca incendii. Ideea de bază este simplă, dar esențială: menținerea tuturor formelor de energie electrică și termică mult sub nivelul care ar putea cauza în mod real o explozie, asigurând în același timp că orice scântei potențiale rămân confinate în carcase speciale, concepute în acest scop. În întreaga lume, organizații precum ATEX (abreviere de la ATmosphere EXplosibles), IECEx și sistemele Class I și II ale NEC stabilesc exact ce măsuri de siguranță sunt necesare, în funcție de pericolele specifice prezente. Clasa I se referă în principal la acele gaze inflamabile menționate anterior, în timp ce Clasa II se concentrează pe situațiile care implică particule de praf combustibil. Aceste carcase de protecție nu stau doar acolo, frumoase de privit. Ele sunt supuse unor teste intense pentru a rezista la explozii interne la presiuni de până la 1,5 ori nivelul normal, înainte de a elibera în exterior gazele răcite în condiții de siguranță. Și să nu uităm consecințele unei astfel de greșeli. Motoarele care nu respectă aceste standarde creează pericole serioase. De fapt, conform datelor publicate în Safety Journal 2022, instalațiile defectuoase au fost responsabile pentru aproximativ 37 la sută din toate exploziile petroliere anul trecut.
Studiu de caz: Transportoare la rafinării de petrol utilizând motoare electrice asincrone protejate contra exploziunii (Ex d) cu clase de protecție IP66/IP68
O rafinărie de petrol situată pe coasta Golfului a înlocuit recent motoarele obișnuite cu modele asincrone protejate contra exploziunii (Ex d) în sistemul lor de transport al petrolului brut. Carcasele robuste din fontă mențin scurgerile electrice periculoase complet izolate în interior, iar clasificările IP66 și IP68 înseamnă practic că nici praf, nici apă nu pot pătrunde în interior, chiar și în condiții dificile specifice zonei costale. De la această schimbare, nu au mai fost înregistrate incidente legate de incendii sau explozii ale motoarelor, chiar dacă temperatura din zonă poate atinge uneori aproximativ 140 de grade Fahrenheit. Cel mai important aspect este că noile motoare nu produc scântei datorită designului lor fără perii. Acest lucru este esențial în zonele clasificate ca fiind Clasa I, Diviziunea 1, unde gazele explosive sunt prezente mai mult de 15% din timpul cât personalul este prezent în instalație.
Trend: Integrarea senzorilor inteligenți în carcasele motoarelor periculoase pentru monitorizarea în timp real a temperaturii și a scurgerilor de gaze
Motoarele antidetonante de astăzi sunt echipate cu senzori IoT încorporați în carcasele lor pentru monitorizarea în timp real a temperaturii și a nivelurilor de gaze. Senzorii detectează atunci când rulmenții depășesc 150 de grade Celsius sau când sulfura de hidrogen ajunge la doar 10 părți pe milion. Toate aceste informații sunt transmise prin circuite speciale concepute să funcționeze în siguranță în zone periculoase, direct către panourile de control, care pot opri automat sistemul dacă este necesar. Unul dintre marile facilități chimice a înregistrat o scădere destul de impresionantă a opririlor neplanificate după instalarea acestor senzori anul trecut — aproximativ 43 la sută mai puțin timp de nefuncționare în total. Privind în viitor, producătorii lucrează la metode de analiză a vibrațiilor motoarelor pentru a identifica probleme potențiale la etanșări înainte ca acestea să apară, lucru deosebit de important în locurile unde substanțele chimice corodează echipamentele sau unde condițiile sunt extrem de dificile pentru mașinării. Acest tip de progres contribuie la menținerea unui nivel mai ridicat de siguranță pentru muncitori, dar și la asigurarea unei funcționări continue și fără întreruperi a producției.
Controlul precis necesită motoare speciale de aplicație cu precizie sub-micron
Provocări: Joc mecanic, rezonanță și erori de cuantizare în sisteme deschise versus sisteme închise
Obținerea unui nivel de precizie sub-micron arată clar ce nu funcționează în sistemele tradiționale de mișcare. Atunci când mașinile își schimbă direcția, jocul mecanic le face să devieze de la traiectorie. La anumite frecvențe, rezonanța se agravează și amplifică vibrațiile în loc să le reducă, ceea ce afectează traseul real urmat de mașină. Dispozitivele de feedback au și ele probleme proprii – creează mișcări sub formă de trepte în locul unei mișcări continue de care avem nevoie pentru lucrări fine. Sistemele în buclă deschisă continuă să acumuleze erori deoarece nu există nicio modalitate de a le corecta, în timp ce cele în buclă închisă întâmpină dificultăți în menținerea stabilității atunci când încearcă prea mult să corecteze greșelile. Toate acestea sunt extrem de importante în fabricarea semiconductorilor, unde toleranțele trebuie să fie de plus sau minus 0,1 microni. O companie din domeniu a înregistrat chiar o scădere a producției cu 37% anul trecut, deoarece plăcile erau mereu aliniate greșit din cauza acelor rezonanțe neașteptate.
Soluție: Pas cu pas hibrid + Encoder + Control orientat pe câmp (FOC) pentru manipularea waferilor semiconductori
Motoarele pentru aplicații speciale abordează aceste probleme prin combinarea mai multor tehnologii împreună — gândiți-vă la motoare pas cu pas hibride, acei encodere sofisticati cu rezoluție înaltă și ceva numit control orientat pe câmp sau FOC, pe scurt. Motoarele hibride oferă un cuplu considerabil, care reprezintă de fapt forța de rotație pe care o pot genera. Iar acești encodere? Ei au o rezoluție impresionantă de 512 de mii de puncte, permițând măsurarea pozițiilor cu o precizie de până la 0,045 micrometri. Ceea ce face ca întregul sistem să funcționeze atât de bine este modul în care FOC ajustează constant câmpurile magnetice din interiorul motorului. Acest lucru ajută la eliminarea vibrațiilor deranjante și menține totul în mișcare lină, fără opriri sau porniri sacadate. Atunci când toate aceste componente se alătură, ceea ce obținem este...
- Eliminarea jocului prin cuplare direct-drive, eliminând componentele de transmisie mecanică
- Repetabilitate sub-micron cu verificare în timp real a poziției
- Amortizare adaptivă care neutralizează vibrațiile în 2 ms
În roboții pentru manipularea waferilor semiconductori, sistemul menține o precizie de ±0,08 µm în timpul transferurilor la viteză mare. Eliminarea reductoarelor reduce ratele de defectare mecanică cu 63% față de sistemele servo tradiționale. Compensarea integrată a derivației termice asigură, de asemenea, stabilitate pe termen lung în cicluri variabile de producție.
Condițiile extreme ale mediului impun proiectarea personalizată în motoarele pentru aplicații speciale
Provocări termice și materiale: Stabilitatea magneților între −40°C și +150°C și aliaje rezistente la coroziune
Motoarele necesită o proiectare specială atunci când funcționează în condiții extreme, unde temperaturile ridicate și prezența substanțelor chimice sunt probleme frecvente. Magneții permanenți obișnuiți încep să-și piardă forța la aproximativ 150 de grade Celsius, scăzând cu circa 15% din densitatea fluxului magnetic. De asemenea, devin casanți atunci când temperatura scade sub minus 20 de grade, conform unui raport publicat anul trecut în Journal of Magnetism. Din acest motiv, motoarele de înaltă performanță folosesc adesea magneți din samarium-cobalt sau versiuni speciale de neodim tratate, care rezistă mai bine. În cazul problemelor de coroziune, echipamentele utilizate în forajele offshore sunt prevăzute în mod tipic cu carcase din oțel inoxidabil, uneori întărite cu piese din aluminiu rezistent la mediu marin și garnituri din nichel-cupru pentru protecție împotriva deteriorării cauzate de sulf. Analizați siturile geotermale unde nivelurile de aciditate pot scădea sub pH 3,0. Înfășurările acoperite cu ceramică au devenit standard în aceste locații, deoarece nu doar că rezistă la acizi, dar conduc și bine căldura, asigurând astfel funcționarea continuă a motoarelor chiar și atunci când sunt expuse zilnic unor medii chimice agresive.
Compromis: SinRMs cu înaltă eficiență și trecerea de la răcirea cu aer la imersia etanșată în ulei
MMSin pot atinge o eficiență de aproximativ 98%, chiar și atunci când temperatura devine foarte ridicată, deși tind să producă atât de multă căldură concentrată încât răcirea obișnuită cu aer nu mai este suficientă. Din acest motiv, mulți operatori au început să treacă la sisteme etanșe de imersie în ulei. Aceste sisteme permit unor fluide dielectrice speciale să circule prin cavitațile motorului cu o viteză de aproximativ 5 litri pe minut, ceea ce crește capacitatea de gestionare termică de aproximativ trei ori față de cea realizabilă cu aer forțat. Există totuși și unele dezavantaje. Funcționarea în condiții de frig necesită uleiuri sintetice care rămân lichide până la -40 grade Celsius, altfel totul devine prea vâscos pentru a funcționa corespunzător. Contactul cu fluidul creează, de asemenea, o rezistență suplimentară asupra rotorului, reducând cuplul între 8 și 12 procente. În plus, camerele etanșe ale lagărelor implică proceduri de întreținere mai complicate. Din fericire, progresele în dinamica computatională a fluidelor ajută inginerii să proiecteze deflectori interni mai eficienți. Acest lucru permite echipamentelor grele utilizate în operațiunile miniere din deșert să funcționeze non-stop, chiar și atunci când temperaturile ambientale ajung la 60 de grade Celsius, fără a fi nevoie să se reducă puterea.
Aplicații cu cuplu mare și viteză redusă favorizează motoarele speciale directe
Avantaj: Eliminarea cutiei de viteze în extrudere și controlul palelor turbinelor eoliene pentru o fiabilitate crescută
Motoarele directe pentru aplicații speciale elimină cutiile mecanice de viteze atunci când se lucrează cu cuplu mare la viteze reduse, ceea ce face ca întregul sistem să fie mult mai fiabil. Eliminarea angrenajelor și cuplajelor care se defectează frecvent reduce timpul de întreținere pentru sisteme precum cele de extrudare. Turbinele eoliene necesită același tip de configurație. Sistemele de control al pasului palelor beneficiază de unități directe, deoarece oferă un cuplu solid fără toate acele componente suplimentare între motor și sarcină. Aceasta funcționează excelent chiar și în condiții dificile din teren. Având mai puține piese mobile în total, se pierde mai puțină energie pe parcurs, eficiența este mai mare, iar intervalul dintre intervențiile de service este mai lung. Pentru oricine are nevoie de o alimentare stabilă cu putere la viteze reduse, tehnologia direct drive a devenit aproape standard acum în numeroase industrii.