Energiansäästävä hydraulinen kivenporakone: Alhainen kulutus ja korkea tuottavuus

Kiinteän siirtotilavuuden ilmanpainejärjestelmässä jokainen litra ilmamäärää, jonka kompressori tuottaa ja jota porakone ei käytä välittömästi, poistuu turvaläppän kautta ja katoaa. Avoin silmukka -hydrauliikka-järjestelmässä ilman kuorman tunnistusta ylimääräinen öljyvirtaus tekee saman asian – se ohitetaan takaisin säiliöön turvaläppän kautta, jolloin kaikki paine-energia muuttuu lämmöksi. Porakone, joka toimii 50 %:n tehollisella iskutyöjaksoillaan, kuluttaa koko työvuoron ajan täyden pumpputehon, joista puolet muuttuu hukkalämmöksi, kun pumppu ei pysty vähentämään tuottoaan taukojaksojen aikana.

Se on keskitetty energiongelmallinen kysymys, johon kuormansensoreivat hydrauliikka-järjestelmät tarjoavat ratkaisun. Pumppu havaitsee todellisen piirin tarpeen ja tuottaa ainoastaan sen määrän, joka tarvitaan iskutoiminnolle, pyöritykselle ja syöttöpiirille juuri sillä hetkellä. Kauluksetyön, uudelleensijoittelun ja sauvojen vaihtamisen aikana – mikä muodostaa todennäköisesti 30–40 % mistä tahansa työvuorosta – pumppu vähentää sekä virtausta että painetta, mikä vähentää polttoaineenkulutusta 15–20 %:lla suljetun silmukan järjestelmissä verrattuna avoimen silmukan vastaaviin järjestelmiin. Tämä ei ole pieni etu laitteiston koko elinkaaren aikana.

Hydrauliikka vs. pneumatiikka: Energia-ero on rakenteellinen

Hydrauliset kallionporakoneet kuluttavat noin kolmannes sen verran energiaa kuin vastaavat ilmapohjaiset koneet samassa kallioperässä porattaessa. Tämä ei ole markkinointiväite – se johtuu väliaineen puristumattomuudesta. Ilma on puristuvaa: energiaa kuluu sen puristamiseen, ja osa tästä energiasta katoaa lämpöenergiana laajetessa. Hydraulinen öljy on puristumatonta; pumppu tuottaa paine-energiaa, joka siirtyy suoraan pisteen liikkeeksi vähän muunnoshäviöitä kärsien. Hydrauliset porakoneet tuottavat myös suuremman iskunenergian iskua kohden kuin vastaavat ilmapohjaiset mallit, koska korkeampi käyttöpaine (160–220 bar hydraulisille vastaan 6–10 bar ilmapohjaisille) mahdollistaa pienempien ja kevyempien pisteen käytön samalla tai suuremmalla liikemäärällä.

Toinen rakenteellinen etu on, että hydraulijärjestelmät integroituvat luonnollisesti muuttuvan siirtokyvyn kuormantunnistuspumppujen kanssa. Kiinteän siirtokyvyn ilmanpuristimet toimivat vakio-ottoteholla—ruuvipuristimessa ei ole vastaavaa kuormantunnistussiirtotasoa. Porauslaitteen tai kaivinkoneen hydraulipumppu voi sen sijaan vähentää siirtokyvyn lähes nollaan tyhjäkäynnin aikana ja kiihtyä takaisin nimellistehoon millisekunneissa, kun iskupaine vaaditaan. Todellisissa käyttöjaksoissa tämä johtaa 15–30 %:n polttoaineen säästöön verrattuna kiinteän siirtokyvyn järjestelmiin, jotka tekevät saman työn.

Säästöt syntyvät: neljä mekanismia

Kuorman tunnistamiseen perustuva muuttuvan siirtotilavuuden säätö saavuttaa suurimman osan energiansäästöstä—15–20 % koko työvuoron aikana hyvin sovitetuissa järjestelmissä. Toisena mekanismina on iskupiirin optimointi: iskupistoolin tukkimishäviöiden vähentäminen laajentamalla öljykanavia ja käyttämällä kahden halkaisijan pistonsuunnittelua vähentää sisäistä ohjausta hydraulisen syöttötehon muuntumisesta 50–55 %:sta 56–57 %:iin. Kolmas mekanismi on lämmönhallinta—vähemmän hukattua energiaa tarkoittaa viileämpää paluuöljyä, mikä puolestaan tarkoittaa pienempää kuormitusta jäähdyttimelle ja vähäisempää viskositeetin heikkenemistä, jolloin öljynvaihtovälit pidentyvät. Neljäs mekanismi on pesupiirin tehokkuus: pesuvesipumpun mitoitus todelliseen porareikävaatimukseen sen sijaan, että se toimisi kiinteällä teholle, vähentää apuvoiman kulutusta, erityisesti tunnelien rakentamisessa, joissa pesupiiri toimii jatkuvasti myös reikien välillä.

Energiatehokkuuden vertailu: ilmapaine-, standardihydrauliikka- ja optimoitu hydrauliikkajärjestelmä

Muuntokertoimen 25–57 % alue on merkityksellinen, koska lähtötaso on ratkaiseva. Pneumaattisessa järjestelmässä (25 %) kolme neljäsosaa syöttöenergiasta hukataan ennen kuin kiveä on porattu edes yhtä millimetriä. Optimoidussa hydraulisessa järjestelmässä (57 %) tappio on laskenut 43 prosenttiin – edelleen huomattava, mutta parannus on niin suuri, että se muuttaa porauksen kannattavuutta määrittäviä taloudellisia tekijöitä. Syvät porausten reiät marginaalisissa muodostumissa, jotka eivät ole kannattavia pneumaattisilla järjestelmillä, muuttuvat tuottaviksi tehokkaalla hydraulisella laitteistolla.

Pitkän aikavälin polttoainekustannukset: kertymävaikutus

20 kW:n hydrauliikkaporauskone, joka toimii vuosittain 250 päivää kahdella vuorolla ja jossa on todellista iskutoimintaa 4 tuntia vuorolla, käy noin 2 000 iskutuntia vuodessa. Sitä tukeva voimayksikkö toimii laajemmassa aikavälissä – mukaan lukien asennus, uudelleensijoitus ja odotustila. Kuormansensoreiva järjestelmä säästää polttoainetta 15–20 % kaikilta niiltä ei-iskuajoilta, joilla kiinteän siirtotilavuuden järjestelmä kuluttaa polttoainetta täydellä teholla.

Kun kuormansensoreivan järjestelmän ja vastaavan kiinteän siirtotilavuuden järjestelmän välillä on varovaisesti arvioitu 10 litraa tunnissa (ottamalla huomioon odotustilat), niin 3 000 kuljettimen käyttötuntia vuodessa vastaa 30 000 litraa dieselöljyä vuodessa. Hintaan 1,00 dollaria per litra – mikä on useimmissa kaivosteollisuuden markkinoilla varovainen arvio – tämä tekee 30 000 dollaria konekohtaisesti vuodessa. Viiden vuoden laitteiston käyttöiän aikana pelkät energiasäästöt oikeuttavat merkittävän lisähinnan kuormansensoreiville hydrauliikalle verrattuna kiinteän siirtotilavuuden ratkaisuihin.

Tiivisteen kunto ja energiatehokkuus: piiloyhteys

Hydrauliikan energiatehokkuus ei ole vakio laitteiston käyttöiän aikana. Hyväkuntoinen iskupistonsinetti päästää voimansiirron aikana vähimmäismäisen määrän öljyä korkeapaineiselta puolelta alhapaineiselle puolelle — käytännössä koko saatavilla oleva paine-ero kiihdyttää pistontta. Kun sinetti kulunut, ohikulkuvirtaus kasvaa. Jokaista prosenttiyksikköä lisääntyneestä ohikulkuvirtauksesta johtuen tehollinen iskupaine laskee ja paluupiirissä lämmöksi muuttuvan öljyn määrä kasvaa. Sinetti, joka on niin kulunut, että se aiheuttaa 8–10 %:n ohikulkuvirtauksen, palauttaa drifterin tehokkuuden suunnilleen samaan tasoon kuin ei-optimoitussa suunnittelussa, mikä kumoaa laiteparannukset.

Hyvin suunnitellun energiansäästöporakoneen säilyttäminen sen suunnitellussa hyötysuhdetasossa tarkoittaa, että tiivistinten vaihtoa pidetään suorituskyvyn ylläpitotehtävänä, ei pelkästään vuodonestotehtävänä. HOVOO tarjoaa tiivistinsetit pääasiallisille porakoneiden mallivaihtoehdoille — PU-standardikäyttöalueille ja HNBR-korkealämpötilasovelluksille, joissa korkea öljyn paluulämpötila heikentäisi PU-tiivistimiä ennenaikaisesti. Malliviitteet osoitteessa hovooseal.com.