Energiatakarékos hidraulikus kőfúró: alacsony fogyasztás és magas termelékenység

Egy állandó elmozdulású pneumatikus rendszerben minden liter levegő, amelyet a kompresszor termel, de amelyet a fúró azonnal nem használ fel, a biztonsági szelepen keresztül távozik, és elveszik. Egy terhelésérzékelés nélküli nyitott hidraulikus rendszerben a felesleges olajáram ugyanezt teszi: a biztonsági szelepen keresztül visszakerül a tartályba, és az összes nyomási energia hővé alakul. Egy olyan fúró, amely a megengedett ütőhatásos üzemmód 50%-án működik, az egész műszak alatt teljes teljesítményt vesz igénybe a szivattyútól, amelynek fele hulladék-hőként keletkezik, mivel a szivattyúnak nincs lehetősége csökkenteni a kimenő teljesítményét az álló üzemmód fázisai alatt.

Ez a fő energiaprobléma, amelyet a terhelésérzékelő hidraulikus rendszerek megoldanak. A szivattyú leolvassa az aktuális körvezeték-igényt, és csak annyi folyadékot szállít, amennyire a ütő-, forgó- és tolókörök éppen szükségük tartanak. A gyűrűs munka, az újrapozícionálás és a rúdváltás során – amely valószínűleg egy műszak 30–40%-át teszi ki – a szivattyú visszahúzódása egyidejűleg csökkenti a térfogatáramot és a nyomást, így a zárt körös rendszerekben 15–20%-kal csökken az üzemanyag-fogyasztás azonos nyitott körös rendszerekhez képest. Ez nem elhanyagolható előny egy berendezés teljes élettartama alatt.

Hidraulikus vs. neumás: Az energiahiány szerkezeti jellegű

A hidraulikus kőfúrók kb. harmadannyi energiát fogyasztanak, mint a nekik megfelelő pneumatikus készülékek ugyanazon képződmény fúrása során. Ez nem egy marketingállítás – hanem a közeg összenyomhatatlanságának következménye. A levegő összenyomható: az energia egy része a levegő összenyomásába megy, és ennek egy része hőként veszik el a kibontakozás során. A hidraulikus olaj összenyomhatatlan; a szivattyú nyomási energiát szállít, amely közvetlenül átadódik a dugattyú mozgásának minimális átalakítási veszteséggel. A hidraulikus fúrók továbbá magasabb ütőenergiát szolgáltatnak ütésenként, mint a nekik megfelelő pneumatikus modellek, mivel a magasabb üzemi nyomás (160–220 bar hidraulikus, illetve 6–10 bar pneumatikus készülékeknél) lehetővé teszi, hogy egy kisebb, könnyebb dugattyú ugyanakkora vagy nagyobb lendületet vigyen át.

A második szerkezeti előny az, hogy a hidraulikus rendszerek természetes módon integrálódnak a változóképes terhelésérzékelő szivattyúkkal. A fix képlékenységű légtechnikai kompresszorok állandó teljesítménnyel működnek – nincs olyan megfelelője a terhelésérzékelő ferde tárcsának egy csavarkompresszornál. Az excavátor vagy fúróberendezés hidraulikus szivattyú , ellentétben ezzel, az üresjárat idején a képlékenységet majdnem nullára tudja csökkenteni, és milliszekundumokon belül visszatérhet a névleges teljesítményre, amikor ütőnyomásra van szükség. A valós üzemciklus-feltételek mellett ez 15–30%-os üzemanyag-megtakarítást eredményez ugyanazon a munkán, mint a fix képlékenységű rendszerek.

A megtakarítások forrása: négy mechanizmus

A terhelésérzékelő változó elmozdulású szivattyú biztosítja a legnagyobb energiamegtakarítást – 15–20%-ot egy teljes műszak alatt jól illesztett rendszerek esetén. A második mechanizmus az ütőkör környezetének optimalizálása: az olajcsatornák szélesítése és a kétátmérőjű dugattyúk alkalmazása csökkenti a szabályozó szelepben keletkező fojtási veszteségeket, így az belső átvezetés (bypass) növekedik 50–55%-ról 56–57%-ra a hidraulikus bemeneti energia átalakításában. A harmadik mechanizmus a hőkezelés: kevesebb pazarlott energia azt eredményezi, hogy a visszatérő olaj hűvösebb marad, ami kisebb terhelést jelent a hűtőrendszerre és alacsonyabb viszkozitás-csökkenést, ez pedig hosszabb olajcsera-intervallumokhoz vezet. A negyedik mechanizmus a fúrási vízkör hatékonysága: a fúrási vízszivattyú méretének pontos igazítása a tényleges fúrási lyuk igényeihez – ahelyett, hogy rögzített teljesítményen üzemelne – csökkenti a segédenergia-fogyasztást, különösen olyan alagútépítési körülmények között, ahol a fúrási vízkör folyamatosan működik, még a fúrási lyukak közötti időszakban is.

Energiatakarékossági összehasonlítás: nevelő-, szokásos hidraulikus és optimalizált hidraulikus rendszerek

A 25–57%-os átalakítási hatásfok-tartomány fontos, mert a kiindulási alap (referenciaérték) is számít. 25%-nál (neumatikus rendszer esetén) a bemeneti energiának már háromnegyedét elveszítjük, mielőtt egyetlen milliméter szikla is lenne fúrva. 57%-nál (optimalizált hidraulikus rendszer esetén) a veszteség 43%-ra csökken – ez továbbra is jelentős, de a javulás olyan mértékű, hogy megváltoztatja a fúrás gazdaságosságát. A mély furatok peremterületeken, gazdaságilag kevéssé vonzó képződményekben nem életképesek neumatikus rendszerekkel, de hatékony hidraulikus berendezésekkel már termelékenyek lehetnek.

Hosszú távú üzemanyagköltség: A kamatos hatás

Egy 20 kW-os hidraulikus fúrógép, amely évi 250 napon keresztül, két műszakban, műszakonként 4 óra valódi ütőműködés mellett üzemel, évente kb. 2000 ütőórát fut. A hozzá tartozó erőforrás-egység (power pack) hosszabb időszakban működik – ideértve a beállítást, az újrapozícionálást és az üresjáratot is. Egy terhelésérzékelő rendszer 15–20%-os üzemanyag-megtakarítást biztosít az összes olyan nem ütő üzemmódban, amelyeknél egy állandó térfogatáramú rendszer teljes teljesítményen ég.

A terhelésérzékelő rendszer és egy megfelelő állandó térfogatáramú rendszer közötti különbség – figyelembe véve az üresjárat-fázisokat – konzervatív becslés szerint 10 liter/óra. Évi 3000 üzemóra esetén ez évente 30 000 liter dízelolaj megtakarítást jelent. Az 1,00 USD/literes ár – a legtöbb bányászati piacon konzervatív becslés – évente 30 000 USD megtakarítást eredményez gépenként. Ötéves berendezés-élettartam alatt az energia-megtakarítás egyedül is indokolja a terhelésérzékelő hidraulikus rendszerek számottevő árprémiumát az állandó térfogatáramú kialakításokkal szemben.

Tömítésállapot és energiatakarékosság: A rejtett kapcsolat

A hidraulikus energiatakarékosság nem állandó az eszköz élettartama során. Egy ütő pisztron zár jó állapotban van, és a teljesítményütközés során minimális mennyiségű olajat enged át a nagynyomású oldalról a kisnyomású oldalra – lényegében az összes elérhető nyomáskülönbség gyorsítja a dugattyút. A tömítés kopása esetén az átfolyó mennyiség növekszik. Minden egyes százalékpontnyi további átfolyás csökkenti az effektív ütőnyomást, és növeli az olaj hővé alakulását a visszavezető körben. Egy olyan tömítés, amely 8–10%-os átfolyást eredményez, a fúrófejet kb. egy nem optimalizált kialakítás hatékonyságára csökkenti, így semlegesíti a hardveres fejlesztéseket.

Egy jól megtervezett energiatakarékos fúró fenntartása a tervezett hatásfokon azt jelenti, hogy a tömítéscserét teljesítményfenntartási feladatként kezeljük, nem csupán szivárgásgátlási feladatként. A HOVOO szállít zárócsomagok a főbb fúrófej-modellekhez – PU anyag standard üzemkörülményekhez, HNBR anyag magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz, ahol a megnövekedett olajvisszatérési hőmérséklet a PU anyag előidőzött degradációját okozná. A modellhivatkozások a hovooseal.com címen érhetők el.