Energiforbedret hydraulisk stenboremaskine: Lav forbrug og høj produktivitet

På et pneumatiske system med fast fortrængning ventileres hver liter luft, som kompressoren producerer, og som boreren ikke bruger øjeblikkeligt, gennem trykafbryderventilen og går tabt. På et åbent hydraulisk system uden lastfølsomhed sker det samme med overskydende oliestrøm – den ledes tilbage til tanken gennem trykafbryderventilen og omdannes dermed al den trykenergi til varme. En borer, der kører ved 50 % af sin angivne slagfrekvensbelastning, forbruger fuld pumpeeffekt i hele skiftet, hvor halvdelen heraf er spildvarme, når pumpen ikke har mulighed for at reducere ydelsen under tomgangsfaser.

Det er det centrale energiproblem, som hydrauliske lastfølsomme systemer løser. Pumpen aflæser den faktiske kredsløbsbehov og producerer kun det, som slag-, rotations- og fremføringskredsløbene har brug for i det pågældende øjeblik. Under arbejde ved kolleren, ompositionering og stangskift – cirka 30–40 % af en hvilken som helst skift – reducerer pumpens destroking både strømningsmængden og trykket samtidigt, hvilket nedsætter brændstofforbruget med 15–20 % i lukkede kredsløb sammenlignet med åbne kredsløb. Det er ikke en ubetydelig besparelse over udstyrets levetid.

Hydraulisk versus pneumatisk: Energiforskellen er strukturel

Hydrauliske stenborere forbruger cirka en tredjedel af den energi, som pneumatisk udstyr forbruger ved boring i samme formation. Det er ikke en markedsføringspåstand – det er en konsekvens af væskens uudtrykkelighed. Luft er komprimerbar: Energi bruges til at komprimere den, og en del af denne energi går tabt som varme under ekspansionen. Hydraulisk olie er uudtrykkelig; pumpen leverer trykenergi, som overføres direkte til kolbebevægelsen med minimal omformningstab. Hydrauliske borere leverer også højere slagenergi pr. slag end tilsvarende pneumatiske modeller, fordi højere driftstryk (160–220 bar for hydrauliske modeller mod 6–10 bar for pneumatiske) tillader en mindre og lettere kolbe at opnå samme eller større impuls.

Den anden strukturelle fordel er, at hydrauliske systemer integreres naturligt med variabel-udvekslings trykstyrede pumper. Trykluftkompressorer med fast udveksling kører med konstant ydelse – der findes ingen ækvivalent til en trykstyrede skråskive på en skruekompressor. Hydraulikpumpen i gravemaskinen eller boreriggen kan derimod reducere udvekslingen til næsten nul under standby-perioder og øge den igen til nominel ydelse inden for millisekunder, når der kræves slagtryk. Under reelle driftscyklusforhold oversættes dette til en brændstofbesparelse på 15–30 % sammenlignet med systemer med fast udveksling, der udfører samme arbejde.

Hvor besparelserne kommer fra: Fire mekanismer

Lastfølsom variabel forskydning indfanger den største del af energibesparelserne – 15–20 % over en fuld skift på velafstemte systemer. Den anden mekanisme er optimering af stødkredsløbet: ved at mindske stramningstabene i stødventilen ved at udvide oliekanalerne og anvende pistoner med to forskellige diametre reduceres intern omgåelse fra 50–55 % hydraulisk inputomdannelse til 56–57 %. Den tredje er varmehåndtering – mindre spildt energi betyder køligere returolie, hvilket betyder mindre belastning på køleren og lavere viskositetsnedbrydning, hvilket resulterer i længere olieskifteintervaller. Den fjerde er effektivitet i spülkredsløbet: ved at dimensionere spülvandspumpen korrekt efter den faktiske borehulsbehov i stedet for at køre den med fast kapacitet reduceres hjælpeenergiforbruget, især i tunneler, hvor spülkredsløbet kører kontinuerligt, også mellem borehuller.

Sammenligning af energieffektivitet: Pneumatisk, standard hydraulisk og optimeret hydraulisk

Omdannelsesraten på 25–57 % er afgørende, fordi udgangspunktet er afgørende. Ved 25 % (pneumatisk) spildes tre fjerdedele af indgangsenergien, før der er boret så meget som én millimeter i bjergarten. Ved 57 % (optimeret hydraulisk) er tabet nede på 43 % – stadig betydeligt, men forbedringen er så stor, at den ændrer økonomien for, hvad der er værd at bore. Dybe huller i marginalt egnet geologi, som ikke er rentable med pneumatiske systemer, bliver produktive med effektiv hydraulisk udstyr.

Langsigtede brændstofomkostninger: Den forstærkende effekt

En hydraulisk drifter på 20 kW, der opererer 250 dage om året i to skift med 4 timer faktisk perkussion pr. skift, kører ca. 2.000 perkussionstimer årligt. Den tilhørende kraftenhed kører i et bredere tidsrum – herunder opsætning, genpositionering og tomgang. Et system med lastfølsomhed opnår 15–20 % brændstofbesparelse på alle disse ikke-perkussionstimer, hvor et system med fast forskydningsmængde forbruger brændstof ved fuld effekt.

Med en forsigtig beregning af 10 liter pr. time mindre forbrug for et lastfølsomt system sammenlignet med et tilsvarende system med fast forskydningsmængde (herunder tomgangsperioder) udgør det over 3.000 bæremaskinetime pr. år 30.000 liter diesel årligt. Ved en pris på 1,00 USD pr. liter – en forsigtig vurdering for de fleste minedriftsmarkeder – svarer det til 30.000 USD pr. maskine pr. år. Over en udstyrslevetid på 5 år begrundes energibesparelserne alene en betydelig ekstrapræmie for lastfølsomme hydrauliksystemer i forhold til systemer med fast forskydningsmængde.

Tæthedsforhold og energieffektivitet: Den skjulte sammenhæng

Hydraulisk energieffektivitet er ikke konstant gennem udstyrets levetid. En percussionspistonspakning i god stand slipper minimalt olie fra højtrykssiden til lavtrykssiden under kraftslaget – næsten hele det tilgængelige trykfald accelererer således pistonen. Når pakningen slites, øges omgående strømmen. For hver procentpoint ekstra omgående strøm falder den effektive percussionstryk, og mængden olie, der omdannes til varme i returkredsen, stiger. En pakning, der er slidt så meget, at den giver en omgående strøm på 8–10 %, nedsætter drifterens effektivitet til cirka det samme niveau som en ikke-optimeret konstruktion og neutraliserer dermed forbedringerne i hardwaren.

At holde en veludviklet energibesparende boremaskine på dens designmæssige effektivitetsgrad betyder, at udskiftning af tætninger behandles som en ydelsesvedligeholdelsesopgave og ikke kun som en lækkageforebyggende opgave. HOVOO leverer tætningskit til de største driftermodeller – PU til standarddriftsområder og HNBR til højtemperaturapplikationer, hvor forhøjet olieafkølingstemperatur ville nedbryde PU før tid. Modellhenvisninger på hovooseal.com.