การประหยัดพลังงานและการลดการปล่อยมลพิษของเครื่องเจาะไฮดรอลิก: เทคโนโลยีใหม่และแนวปฏิบัติในอุตสาหกรรม

การลดพลังงานและการปล่อยมลพิษเป็นปัญหาระบบ ไม่ใช่ปัญหาของผลิตภัณฑ์

การอภิปรายเกี่ยวกับการประหยัดพลังงานและลดการปล่อยมลพิษของเครื่องทุบไฮดรอลิกในรายงานอุตสาหกรรมมุ่งเน้นที่ตัวอุปกรณ์ทุบเองเป็นหลัก ได้แก่ การออกแบบวาล์วแบบไส้เลื่อนที่ใช้พลังงานต่ำลง ถังสะสมพลังงานเพื่อกลับมาใช้ใหม่ (energy recovery accumulators) และความต้องการการไหลของน้ำมันไฮดรอลิกที่ลดลงเพื่อให้ได้อัตราการทุบต่อนาที (BPM) เท่ากัน ซึ่งการปรับปรุงเหล่านี้มีอยู่จริงและวัดผลได้ชัดเจน เครื่องทุบระดับกลางรุ่นใหม่ในปัจจุบันต้องการการไหลของน้ำมันจากเครื่องจักรต้นทาง (carrier flow) น้อยลง 15–20% เพื่อให้บรรลุอัตรา BPM เท่ากับรุ่นที่เทียบเคียงกันเมื่อสิบปีก่อน โดยส่วนใหญ่เกิดจากการปรับปรุงประสิทธิภาพของการควบคุมเวลาเปิด-ปิดวาล์ว อย่างไรก็ตาม เครื่องทุบไฮดรอลิกไม่ใช่อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานมากที่สุดในระบบทั้งระบบ — เครื่องยนต์ดีเซลของเครื่องจักรต้นทางต่างหากที่ใช้พลังงานมากที่สุด ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์ของเอ็กคาเวเตอร์ขนาด 20 ตัน ที่ให้กำลังขับ 120 กิโลวัตต์ จะสูญเสียพลังงานไป 15–20% ของกำลังขับทั้งหมดนั้นจากความไม่สมบูรณ์ของวงจรไฮดรอลิกก่อนที่น้ำมันจะถึงเครื่องทุบ การลดความต้องการการไหลของน้ำมันที่เครื่องทุบต้องการลง 15% จึงมีผลต่อการลดการใช้พลังงานโดยรวมน้อยกว่าการรักษาความสะอาดของน้ำมันไฮดรอลิกในเครื่องจักรต้นทางให้เพียงพอที่จะคงประสิทธิภาพของวงจรไว้ได้ ทั้งนี้ การลดการปล่อยมลพิษที่ได้จากการเปลี่ยนไปใช้เครื่องทุบรุ่นใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูง มักมีค่าน้อยกว่าผลกระทบด้านลบต่อการปล่อยมลพิษที่เกิดขึ้นจากการใช้งานเครื่องทุบรุ่นเดิมกับน้ำมันไฮดรอลิกที่สูญเสียคุณสมบัติไปแล้วจนความหนืดต่ำกว่าค่าที่เหมาะสม

เทคโนโลยีที่ได้รับการลงทุนเพื่อการพัฒนามากที่สุดสำหรับการลดการปล่อยมลพิษและพลังงาน ได้แก่ ความเข้ากันได้กับยานพาหนะขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า (EV) ความเข้ากันได้กับของเหลวไฮดรอลิกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และการออกแบบฝาครอบที่ลดเสียงรบกวน ความเข้ากันได้กับน้ำมันไฮดรอลิกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเป็นปัจจัยเดียวที่ส่งผลโดยตรงต่อข้อกำหนดของซีล: ซีลที่ผลิตจากน้ำมันแร่มาตรฐาน (NBR, FKM) โดยทั่วไปสามารถใช้งานร่วมกับของเหลวไฮดรอลิกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพชนิดเอสเทอร์จากพืชได้ดี แต่สารประกอบซีลแบบโพลีอูรีเทนที่ใช้ในบางแบบเก่าอาจบวมหรือเสื่อมสภาพเมื่อสัมผัสกับของเหลวไฮดรอลิกชนิดเอสเทอร์สังเคราะห์ สารประกอบซีล HOVOO และ HOUFU ถูกพัฒนาสูตรให้มีความเข้ากันได้กับหมวดหมู่หลักของของเหลวไฮดรอลิกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ซึ่งใช้ในแอปพลิเคชันที่ต้องได้รับใบอนุญาตด้านสิ่งแวดล้อมในยุโรปและออสเตรเลีย ได้แก่ ของเหลวประเภทเอสเทอร์และโพลีอัลคิลีนไกลคอล (polyalkylene glycols) รวมทั้งยังใช้งานได้ดีกับน้ำมันแร่มาตรฐานด้วย

เครื่องสะสมพลังงานสำหรับการกู้คืนพลังงาน — ออกแบบด้วยเครื่องสะสมพลังงานสองตัวที่เก็บพลังงานจากการถอยกลับของลูกสูบและปล่อยพลังงานนั้นออกในจังหวะลงครั้งถัดไป — เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพระดับเครื่องทุบ (breaker) ที่สำคัญที่สุดโดยไม่จำเป็นต้องออกแบบวงจรตัวรองรับ (carrier circuit) ใหม่ ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นอยู่ที่ 8–15% ในการทุบหินแข็งอย่างต่อเนื่อง ส่วนในการทำงานแบบหยุดๆ ไปๆ ที่เบาลงจะได้รับผลน้อยกว่านั้น ไดอะแฟรมของเครื่องสะสมพลังงานในระบบการกู้คืนพลังงานจะต้องรับจำนวนรอบการยืด-หด (flex cycle) มากกว่าในแบบมาตรฐาน; ชุดไดอะแฟรม HOVOO ที่ทำจากวัสดุ FKM ซึ่งยังคงความยืดหยุ่นได้มากกว่า 95% หลังผ่านการยืด-หดมาแล้ว 2 ล้านรอบ จึงถูกกำหนดให้ใช้งานกับเครื่องสะสมพลังงานแบบกู้คืนพลังงาน

แนวทางปฏิบัติที่ประหยัดพลังงานได้มากกว่าการอัปเกรดชิ้นส่วนใดๆ

ความสะอาดของน้ำมันหล่อลื่นเป็นวิธีปฏิบัติที่มีประสิทธิภาพสูงสุดเพียงวิธีเดียวในการประหยัดพลังงานและลดการปล่อยมลพิษ สำหรับผู้ประกอบการกองรถเครื่องทุบไฮดรอลิกทุกราย น้ำมันไฮดรอลิกที่ปนเปื้อนด้วยอนุภาค 5 มก./ลิตร จะทำให้เกิดการรั่วไหลภายในวงจร 3–8% ในชุดวาล์วเครื่องทุบทั่วไป การรั่วไหลดังกล่าวหมายถึงน้ำมันที่ถูกสูบขึ้นแต่ไม่ได้ถูกแปลงเป็นงานเชิงกลที่ลูกสูบ — จึงเป็นพลังงานสูญเปล่าที่เครื่องยนต์ต้นทางต้องผลิตขึ้น และปรากฏออกมาในรูปของการบริโภคน้ำมันเชื้อเพลิงโดยไม่มีผลลัพธ์ในการทุบหินหรือวัสดุใดๆ ตามมา ซึ่งมาตรฐานความสะอาดของน้ำมันตามมาตรฐาน ISO ระดับ 18/16/13 สามารถบรรลุได้ในสภาพแวดล้อมการก่อสร้างส่วนใหญ่ โดยการเปลี่ยนไส้กรองอย่างสม่ำเสมอและการต่อท่อด้วยข้อต่อแบบปิดสนิท การรักษาค่ามาตรฐานนี้อย่างต่อเนื่องในกองรถจำนวน 10 หน่วย จะช่วยประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงได้มากกว่าการอัปเกรดแต่ละหน่วยให้เป็นรุ่นใหม่ที่ใช้ปริมาณน้ำมันไหลต่ำลง ต้นทุนของไส้กรองนั้นต่ำกว่าผลประหยัดจากน้ำมันเชื้อเพลิงหลายเท่า อย่างไรก็ตาม วินัยในการรักษาความสะอาดนั้นยากต่อการรักษามากกว่าการจัดซื้อเครื่องจักรใดๆ และเป็นแนวทางปฏิบัติที่ทำให้กองรถที่มีการบริโภคน้ำมันเชื้อเพลิงต่ำแตกต่างจากกองรถที่มีการบริโภคน้ำมันเชื้อเพลิงสูง แม้ว่าจะใช้อุปกรณ์ที่ดูเหมือนกัน