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Comprendere le tecnologie di trasmissione di potenza per le torri di raffreddamento

Cerca il giusto equilibrio tra costo iniziale e costo della vita

Di Jerome Jennings, Global Product Manager - Componenti, SPX Cooling Technologies

Jerome Jennings, Global Product Manager, SPX Cooling Technologies

Jerome Jennings, Global Product Manager, SPX Cooling Technologies

Le torri di raffreddamento possono utilizzare diverse tecnologie di trasmissione di potenza, tra cui trasmissione a ingranaggi, trasmissione a cinghia, trasmissione diretta e azionamento a commutazione elettronica (EC).

Ognuno ha vantaggi e svantaggi. La selezione corretta raggiunge un adeguato equilibrio tra costo iniziale e costi operativi.

Panoramica delle tecnologie disponibili per la trasmissione di potenza

Le trasmissioni ad ingranaggi offrono costi contenuti con bassi costi operativi

La trasmissione ad ingranaggi è un sistema comune utilizzato che trasmette energia ed è stato utilizzato per decenni. Una trasmissione ad ingranaggi si basa su ingranaggi interni che ingranano per trasmettere energia.

In un'applicazione con torre di raffreddamento, la trasmissione a ingranaggi riduce la potenza ad alta velocità dal motore alla velocità inferiore richiesta per alimentare la ventola. Il motore a induzione è relativamente piccolo perché il moltiplicatore moltiplica la coppia.

Le trasmissioni ad ingranaggi sono efficaci a tutti i livelli di potenza della torre di raffreddamento. I loro gusci di grosso spessore che alloggiano i denti degli ingranaggi e il bagno d'olio possono sopportare l'alto calore e l'umidità all'interno della torre di raffreddamento.

I riduttori richiedono una potenza aggiuntiva "senza carico" per superare l'attrito dei componenti interni e la viscosità dell'olio. L'efficienza netta del riduttore varia a seconda dell'applicazione, ma generalmente è vicina al 96%.

Trasmissione di potenza della torre di raffreddamento

La trasmissione a ingranaggi riduce la potenza ad alta velocità dal motore alla velocità inferiore richiesta alla ventola.

La trasmissione a ingranaggi richiede poca manutenzione. Ad esempio, alcuni riduttori che utilizzano olio sintetico non richiedono un cambio d'olio per cinque anni, ma i proprietari delle torri di raffreddamento e gli appaltatori di servizi dovrebbero essere diligenti nell'ispezionare eventuali perdite.

Un'altra caratteristica positiva della trasmissione ad ingranaggi consiste nel fatto che viene alimentata direttamente dalla rete. Non è richiesto un convertitore di frequenza (VFD), ma può essere incluso per un maggiore controllo della velocità del motore e vantaggi in termini di utilizzo di energia.

Le trasmissioni a cinghia presentano un costo iniziale ridotto ma costi operativi più elevati

Le trasmissioni a cinghia sono state utilizzate ancora più a lungo rispetto alle trasmissioni ad ingranaggi. Sono utilizzati per trasmettere il movimento da un albero all'altro con l'aiuto di un anello di materiale flessibile che scorre su due pulegge (chiamate anche pulegge) per collegare gli alberi rotanti.

Questa tecnologia offre una trasmissione della potenza fluida ed efficace tra gli alberi, anche se a una distanza considerevole.

Trasmissione di potenza della torre di raffreddamento

Le trasmissioni a cinghia trasmettono il moto da un albero all'altro con l'aiuto di un anello di materiale flessibile.

In un'applicazione con torre di raffreddamento, la dimensione delle pulegge determina la velocità; nastri di diverse dimensioni forniscono la riduzione della velocità richiesta. La puleggia più piccola si collega al motore, mentre la puleggia più grande è collegata ad un albero del ventilatore.

Il rapporto tra queste dimensioni determina la riduzione della velocità. Le cinghie che corrispondono al profilo e ai requisiti di lunghezza delle pulegge trasmettono potenza.

A differenza degli ingranaggi, le trasmissioni a cinghia sono esposte all'ambiente caldo e umido della torre di raffreddamento. Il costo iniziale di una trasmissione a cinghia è basso, ma i costi di manutenzione in corso aumentano nel tempo. I covoni e gli altri componenti si corrodono; le cinghie si allungano e perdono tensione.

A partire dall'efficienza percentuale di 95, le trasmissioni a cinghia possono scendere agli 90 bassi o addirittura abbassarsi man mano che le cinghie si allungano e si logorano. La manutenzione include la sostituzione regolare della cinghia e la lubrificazione dei cuscinetti dell'albero del ventilatore più volte all'anno, contribuendo al suo costo di esercizio della vita più elevato.

Le trasmissioni a cinghia sono spesso impiegate in torri di raffreddamento con requisiti di potenza inferiore. Come una trasmissione ad ingranaggi, la trasmissione a cinghia non richiede un VFD.

I motori ad azionamento diretto hanno bassi requisiti di manutenzione, ma il costo iniziale è in genere molto più elevato rispetto ad altre alternative

Esistono più opzioni di azionamento diretto in cui il motore aziona direttamente la ventola della torre di raffreddamento. Il motore ad azionamento diretto offre affidabilità con requisiti minimi di manutenzione.

Un'opzione di azionamento diretto comune utilizza un motore a magnete permanente. Questo è un tipo di motore elettrico con magneti permanenti a terre rare incorporato nel rotore. L'utilizzo di questa tecnologia è cresciuto nell'ultimo decennio ed è ora ampiamente utilizzato in veicoli, droni, computer e numerose altre applicazioni che richiedono motori potenti ma relativamente compatti.

Il motore a magneti permanenti aziona direttamente la ventola, eliminando un certo numero di componenti, tra cui riduttore, albero di trasmissione, cuscinetti a cuscinetti e giunti. Ciò a sua volta elimina la necessità di allineare i componenti meccanici, velocizzare l'installazione, ridurre i costi di installazione e aumentare l'efficienza del sistema.

Uno svantaggio dell'opzione magnete permanente è il costo iniziale: un azionamento diretto con un motore a magneti permanenti è spesso il costo più alto di tutte le opzioni di trasmissione di potenza.

Per i requisiti di coppia delle applicazioni delle torri di raffreddamento, i motori a magneti permanenti diventano più pesanti e più alti dei motori a induzione standard, a causa dell'eliminazione dell'ingranaggio.

I motori a magneti permanenti richiedono un VFD per funzionare. Sebbene sia un costo iniziale aggiuntivo, il VFD consente agli operatori di controllare la velocità e risparmiare energia.

Trasmissione di potenza della torre di raffreddamento

Il motore a magneti permanenti aziona direttamente la ventola, producendo un campo magnetico

Garantire un funzionamento sicuro è una potenziale preoccupazione. Con altre opzioni di trasmissione di potenza, quando il motore è scollegato, non vi è alimentazione, rendendolo sicuro da riparare.

Il motore a magneti permanenti può generare elettricità anche quando l'alimentazione è spenta, creando potenzialmente una situazione pericolosa. Se, ad esempio, il vento fa girare la ventola e l'albero del ventilatore, l'elettricità potrebbe spostarsi dove un tecnico sta lavorando sull'attrezzatura.

Un altro problema di sicurezza è il campo magnetico prodotto, che potrebbe avere un impatto su chiunque porti un pacemaker che lavora vicino al motore.

Un azionamento diretto ha in genere il minor costo di manutenzione nel corso della sua durata perché non è necessario sostituire l'olio, nessun paraolio che può essere indossato e non è necessario per l'allineamento di routine.

Si consiglia la lubrificazione annuale. I costi iniziali possono essere da due a tre volte superiori a quelli di un riduttore. A causa dell'elevato costo iniziale, il rimborso può estendersi fino a dieci o più anni.

Trasmissione di potenza della torre di raffreddamento

Il motore a commutazione elettronica combina motore, controllore e ventola

Il motore ad alta efficienza commutata elettronicamente (EC) è una tecnologia più recente che combina un piccolo motore DC e un controller inverter / velocità in un unico pacchetto.

La parte rotore del motore utilizza in genere magneti permanenti a terre rare e il controllo della velocità integrale elimina la necessità di un VFD esterno. Per le applicazioni delle torri di raffreddamento, la ventola, la protezione della ventola e la protezione della ventola sono spesso incorporate per fornire un pacchetto completo di trasmissione meccanica.

Ciò fornisce una disposizione semplice e compatta che è facile da installare in fabbrica e da sostituire sul campo quando necessario.

Le torri di raffreddamento che utilizzano motori EC hanno solitamente una minore capacità e ingombro con una dimensione massima di applicazione di 10 hp o diametri di un ventilatore di un metro. Rispetto alle trasmissioni a cinghia e ad altri motori a bassa potenza (meno di 5 hp), i motori EC sono sempre più efficienti.

Nelle applicazioni di piccole dimensioni, il motore EC non presenta alcuna perdita di trasmissione di potenza, mentre altri motori a bassa potenza e trasmissioni a cinghia possono subire perdite di trasmissione di potenza dalla percentuale 5- 20.

Poiché i motori EC utilizzano cuscinetti sigillati, non vi è praticamente alcuna manutenzione. L'uso di questa tecnologia per le torri di raffreddamento è nuovo e attualmente si presta solo ai diametri dei ventilatori a bassa potenza.

La tabella 1 fornisce un confronto complessivo delle tecnologie disponibili per la trasmissione di potenza. Le trasmissioni a cinghia hanno un costo iniziale basso ma costi operativi elevati. Le unità direct hanno un costo iniziale elevato con costi operativi inferiori. Le trasmissioni ad ingranaggi di solito cadono da qualche parte nel mezzo. I motori EC offrono bassi costi operativi, ma le dimensioni e le applicazioni sono più limitate.

Trasmissione di potenza della torre di raffreddamento

La selezione dell'opzione giusta è un atto di bilanciamento

Quando si sceglie tra le tecnologie di trasmissione di potenza, gli specificatori delle torri di raffreddamento, gli appaltatori e i proprietari devono valutare i costi lungo l'intero ciclo di vita della torre di raffreddamento.

Fattori come efficienza energetica, facilità di manutenzione, affidabilità e durata di servizio devono essere bilanciati rispetto all'investimento iniziale, i costi di installazione, la complessità operativa e l'impatto ambientale.

Referenze

Uno sguardo alla tecnologia delle trasmissioni a cinghia, a catena ea ingranaggi, Power Transmission Engineering, https://www.powertransmission.com/blog/a-look-at-belt-chain-and-gear-drive-technology/, recuperato 5 / 17 / 18

Process Industry Informer

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