Efektywne sterowanie hydrauliką wind

Cel: większa efektywność napędów hydraulicznych

Dźwigi z napędem hydraulicznym mogą przenosić znacznie większe obciążenia niż windy linowe, a jednocześnie są od nich o 15-25% tańsze, niezawodne i bezobsługowe. Co prawda mogą być stosowane tylko w aplikacjach, w których całkowita wysokość podnoszenia nie przekracza ok. 18 m, ale biorąc pod uwagę, że 95% wszystkich budynków na świecie ma nie więcej niż 5 pięter, ich zakres zastosowań i tak jest olbrzymi. Nie powinno więc dziwić, że spośród 10 milionów wind działających na świecie aż 40% napędzane jest hydraulicznie, a każdego roku przybywa kolejne 80 tys. do 100 tys. tego typu układów.

Nowe instalacje muszą przy tym cechować się nie tylko niezawodnością, ale także wysoką efektywnością energetyczną. A tę zapewnić mogą odpowiednio dobrane komponenty. Trend ten dotyczy zresztą także istniejących urządzeń, modernizowanych z myślą o poprawie efektywności wykorzystania energii elektrycznej. Oba segmenty stymulują popyt na nowe koncepcje energooszczędnych napędów, zwłaszcza takich, które można wykorzystać w procesach modernizacji już istniejących układów hydraulicznych.

W konwencjonalnych napędach hydraulicznych pompa zasilająca układ pracuje zawsze ze stałą, wysoką liczbą obrotów, zaś przepływ oleju hydraulicznego, a tym samym i ruch kabiny, regulowany jest wyłącznie za pomocą zaworu sterującego. Nie oznacza to jednak, że jego konstrukcja jest prosta. Wręcz przeciwnie: zawór jest wyposażony np. w układ obejściowy, który powoduje silne nagrzewanie się oleju, co z kolei skraca jego żywotność, nierzadko rodzi konieczność instalowania chłodnicy, a dodatkowo negatywnie wpływa na komfort użytkowania dźwigu. Owo negatywne oddziaływanie powoduje, że często zachodzi potrzeba regulacji zaworów, tak aby dostosować ich pracę do pory roku. Zaś efektywność energetyczna takich układów pozostawia wiele do życzenia.

Rozwiązanie: falownik, zawór i sterowanie w jednym pakiecie

W tej sytuacji logicznym rozwiązaniem wydaje się zastosowanie falownika. Nie tylko ogranicza on bowiem moc napędu i jego zapotrzebowanie na energię elektryczną, ale także znacznie poprawia precyzję i komfort jazdy – i to nawet przy dużych obciążeniach. Do niedawna jednak korzyści te były równoważone przez wady, wśród których na pierwsze miejsce wysuwał się wysoki koszt inwestycji, projektowania i konserwacji całego systemu oraz duże zużycie energii podczas pracy na biegu jałowym. Z tego względu przemienniki częstotliwości były i są instalowane głównie w systemach, które muszą spełniać wysokie wymogi użytkowe. A te według ostatnich szacunków stanowią jedynie 20% wszystkich dźwigów.

W międzyczasie w obszarze tym wprowadzono kilka innowacji, które zwiększyły zakres zastosowań falowników w napędach hydraulicznych. Nie obyło się jednak bez pewnych kompromisów: systemy proste w konstrukcji były mało wydajne; zaś te efektywne energetycznie i komfortowe dla użytkowników były z konieczności rozbudowane, bardziej podatne na awarie i trudne w obsłudze.

Impas przełamała dopiero koncepcja opracowana wspólnie przez firmy Blain Hydraulics i YASKAWA. Ich rozwiązanie, określane skrótowo jako VVVF (Variable Voltage Variable Frequency), składa się z nowego falownika L1000H marki YASKAWA i zaworu bloku sterowania EV4 firmy Blain. Takie połączenie powoduje, że można je z powodzeniem zastosować aż w 80% wind z napędem hydraulicznym o mocy do 15 kW użytkowanych w obiektach mieszkalnych w Europie. Falownik i zawór sprzedawane są w gotowych pakietach, z możliwością indywidualnego doboru zarówno wymiarów, jak i modeli poszczególnych z nich. Sterują one silnikiem w otwartej pętli – bez konieczności stosowania drogiego enkodera montowanego standardowo bezpośrednio na silniku. Nie tylko zmniejsza to złożoność całego systemu, ale także ułatwia przebudowę istniejących agregatów.

To jednak nie jedyne zalety nowej koncepcji: system został wyposażony tylko w jeden czujnik, który mierzy temperaturę oleju i na tej podstawie niweluje negatywny wpływ zmian owej temperatury na komfort użytkowania windy. Sensor jest łatwy w instalacji i cechuje się relatywnie długą żywotnością, co zwiększa niezawodność całego systemu. W przeciwieństwie do konwencjonalnych układów inwerterowych rozwiązanie zaproponowane przez Blain i YASKAWĘ nie wymaga montażu czujnika ciśnienia oleju ani czujnika przepływu. Zaś pracą zaworu steruje system sterowania windy, dzięki czemu nie ma konieczności instalacji wrażliwych, trudnych w nastawie regulatorów zaworów. Jeśli układ hydrauliczny jest wyposażony w zawór sterujący, można go relatywnie prosto zastąpić modelem EV4, a w przypadku zaworów mechanicznych firmy Blain – rozbudować do wersji EV4 i zintegrować z falownikiem L1000H – i to bez konieczności wymiany agregatu czy systemu sterowania.

L1000H: stworzony do obsługi dźwigów

Sercem systemu jest falownik L1000H zaprojektowany specjalnie z myślą o obsłudze napędów hydraulicznych dźwigów. Dzięki temu zapewnia on precyzyjne sterowanie prędkością, wysoki komfort jazdy i dokładne poziomowanie windy po zatrzymaniu – niezależnie od obciążenia i temperatury oleju. Obciążenie to nie ma także wpływu na długość jazdy, charakterystykę toru jazdy ani dokładność pozycjonowania – różnice w tym zakresie są praktycznie niezauważalne.

Z punktu widzenia efektywności energetycznej podstawową zaletą zastosowania falownika w porównaniu z bezpośrednim zasilaniem z sieci jest ograniczenie prądu rozruchowego. Dzięki temu system można z powodzeniem stosować także w obiektach mieszkalnych, a więc tam, gdzie nie można dopuścić do powstawania wysokich prądów rozruchowych. Zaś prędkość pracy pompy regulowana jest tak, że dostarcza ona jedynie tyle oleju, ile jest aktualnie potrzebne – i to bez konieczności stosowania bypassa. To zaś przekłada się na niższą temperaturę roboczą oleju, a tym samym wydłuża jego żywotność i niweluje konieczność instalacji chłodnicy.

Pakiet firm Blain i Yaskawa jest także pozbawiony jednej z głównych wad konwencjonalnych napędów hydraulicznych sterowanych falownikiem, tj. nie pobiera energii w trybie przestoju. Przemiennik częstotliwości można bowiem zaprogramować tak, aby automatycznie wyłączał się po określonym czasie bezczynności windy. Jego ponowne uruchomienie trwa zaledwie niecałe 2 sekundy i nie wpływa negatywnie na awaryjność systemu. Producenci szacują, że ich rozwiązanie pozwoli łącznie zaoszczędzić nawet do 50% energii, a tym samym znacznie zredukować koszty eksploatacji i zwiększyć energooszczędność budynku.