Vliv čistoty oleje na spotřebu elektrické energie hydrostatického mechanizmu vstřikovacích lisů
Čistota oleje se stává jednoznačně nejdůležitějším faktorem pro bezproblémový chod hydrostatického mechanizmu vstřikovacích lisů. Dosažení nejvyšší možné hranice čistoty oleje a potažmo systému je důležité nejen pro životnost mechanizmu, ale v provozních podmínkách i pro spotřebu elektrické energie.
Hydrostatické systémy obecně využívají k přenosu energie tlakovou energii kapaliny, v našem případě hydraulického oleje. V reálném prostředí dochází při přenosu tlakové energie k její přeměně. Tlaková energie se přemění na energii:
- Mechanickou - na výstupu z hydrogenerátoru
- Tepelnou - na hydraulických odporech proti pohybu (škrtící ventil, rozvaděč, tlakový ventil, ve vedení apod.)
- Kinetickou - na hydraulických odporech proti zrychlení (hmota pístnice, hmota zátěže, hmota kapaliny ve vedení apod.)
- Deformační - na odporu proti deformaci (v akumulátoru, v pružné hadici, vlastní olej apod.)
Hydrostatické systémy moderních strojů a zvláště vstřikovacích lisů jsou konstruovány jako energeticky úsporné. Většina tlakové energie se přemění v mechanickou práci a pouze část v energii tepelnou. Pomineme-li fakt možných konstrukčních a projekčních nedostatků hydrostatických mechanizmů, lze úspor vložené, tedy elektrické energie docílit hlavně snížením koeficientu tření na styčných plochách mechanizmu a snížení odporu proti proudění oleje ve vedení a škrtících místech. Místem kde dochází k největšímu přenosu energie a kde lze očekávat nejvýraznější úspory je hydrogenerátor.
Hydrogenerátor je vlastně vysokotlaké hydrostatické čerpadlo. Při použití v hydrostatickém mechanizmu není určující přečerpávání objemu oleje, ale vytváření (generování) tlaku oleje. Požadavky kladené na hydrogenerátory které souvisí s úsporou energie lze shrnout:
- Hydrogenerátor má mít co nejmenší mezery mezi pevnými a pohyblivými částmi
- Odpor proti pohybu kapaliny v hydrogenerátoru má být co nejmenší
- Odpor proti pohybu rotujících a pohyblivých částí hydrogenerátoru má být co nejmenší
- Olej, který slouží jako tlakové médium, je ve většině případů využíván pro mazání styčných ploch hydrogenerátoru a má mít co nejvyšší čistotu
Základní a současně nejpoužívanější typy hydrogenerátorů jsou:
- Zubové hydrogenerátory
- Lamelové hydrogenerátory
- Pístové hydrogenerátory
Z uvedených požadavků lze předjímat určitou souvislost mezi koeficientem tření ve styčných plochách a spotřebou dodané energie. Hydrogenerátor vždy pracuje v reálných podmínkách stlačitelné a vazké kapaliny, s vůlemi mezi činným prvkem (rotorem) a tělesem (statorem), s odpory v ložiskách a ucpávkách a také s možnými výrobními tolerancemi i vadami. Reálnost podmínek se projeví nejen na docílených skutečných výkonových parametrech hydrogenerátoru, ale také na hodnotě skutečného příkonu pohonného elektromotoru.
Většina teoretických statí se vlivem čistoty oleje a hydraulického systému na spotřebu elektrické energie nezabývá. Přitom náklady na elektrickou energii tvoří výraznou a trendově neustále narůstající položku výrobních nákladů. Porovnání nákladů u deseti vstřikovacích lisů na výměny olejů a spotřebovanou elektrickou energii je uvedeno v tabulce.
Rekapitulace nákladů na vstřikovacích lisech
Firma Kleentek spol. s r. o. prováděla ve spolupráci se svými zákazníky měření průběhu elektrického proudu při práci různých hydrostatických agregátů na vstřikovacích lisech. Provedená měření v reálných provozních podmínkách ukazují jak může čistota oleje ovlivňovat spotřebu elektrické energie a jaké ekonomické přínosy lze čekávat. Měření probíhala vždy podle stejného schématu.
Na vybraném stroji s nečištěným olejem byl nejprve změřen průběh elektrického proudu a odebrán vzorek hydraulického oleje pro vyhodnocení znečištění oleje. Následně proběhlo za provozu stroje elektrostatické čištění oleje přístrojem Kleentek ELC-R50SP. Toto zařízení vykonává svoji činnost kontinuálně a jednoduchým napojením na stroj „v obtoku" (Bypass) bez odstávky stroje. Přístroj Kleentek odstraňuje z oleje nejen tzv. „tvrdé" znečištění ( otěrové kovové částice, prach), ale i produkty „stárnutí" oleje tzv. „měkké" znečištění, které vytváří na povrchu součástí mechanizmu lepivé úsady a které jsou hlavní příčinou zvýšeného koeficientu tření. Zárukou kvality zařízení Kleentek ELC-R50 SP je certifikace dle požadavků normy ISO 9001 (JIA-QA CENTER JAPAN, TÜV RHEINLAND SRN).
Doba čištění se odvíjela od celkového objemu oleje, viskozity oleje, provozní teploty a dalších parametrů. Pro získání měřitelných výsledků byla vypočítaná doba nasazení přístroje trojnásobně prodloužena. Po skončení čištění oleje byl opět změřen průběh elektrického proudu. Měření byla prováděna vždy při identickém nastavení parametrů stroje tedy například na vstřikovacích lisech i při produkci stejných dílů.
Ke snímání elektrického proudu byl používán měřící transformátor PK 460 a grafický záznam byl proveden pomocí univerzálního zapisovacího přístroje VAREX 10 na papírový pásek. Hodnoty proudu byly snímány na přívodním vodiči elektrického motoru hydrogenerátoru.
Docílené výsledky měření a předběžné vyčíslení úspor jsou uvedeny v tabulkách.
Úspora proudu se nejvíce projevila na modernějších typech pístových hydrogenerátorů. Naměřené hodnoty jsou velmi výrazně ovlivněny stářím stroje a oleje a stupněm zatěžování hydrogenerátoru. U strojů bez péče o olej a také u strojů zatěžovaných na horní hranici výkonu hydrogenerátoru (např. dlouhá doba dotlaku při vstřikování plastů) byl po vyčištění naměřen podstatně výraznější pokles elektrického proudu. Pokud se měření spotřeby provádělo na strojích, kde bylo již dříve aplikováno elektrostatického čištění oleje naměřená úspora proudu byla výrazně nižší, což lze přičíst celkově vyšší čistotě oleje.
Výsledky měření ukazují na výraznější vliv čistoty oleje a systému stroje, než uvádí odborná literatura o hydrostatických mechanizmech. Životnost a účinnost hydrogenerátoru není ovlivňována pouze čistotou oleje, ale velmi důležitá je také celková konstrukce hydrostatického mechanizmu a již zmíněné zatížení. V každém případě je čistota oleje jediným faktorem, který může uživatel hydrogenerátoru výrazně ovlivňovat, péčí o olej.
Ing. Milan Soukup
Kleentek spol. s r. o.
