Sistemas de actuador hidráulico híbrido versus tradicional

Con HAS hemos combinado la controlabilidad de los actuadores electromecánicos con la densidad de potencia, una vida útil más larga y capacidades de fuerza resistiva de los sistemas hidráulicos tradicionales. El híbrido resultante ofrece soluciones de seguimiento robustas y de larga duración para energía solar y sistemas de actuación para sistemas eólicos, hidráulicos y otros sistemas de energía renovable, así como aplicaciones de combustibles fósiles.

Bruce Besch | Parker Hannifin Corporación

Parker Hannifin es un líder global de Fortune 250 en tecnologías de movimiento y control con grupos que abarcan casi 70 divisiones en todo el mundo y prestan servicios a la más amplia gama de industrias, incluidas la aeroespacial y la energética. Bruce Besch es el gerente de ventas de sistemas de movimiento avanzado en la división de cilindros y tiene responsabilidades de soporte y desarrollo de productos para productos eléctricos, mecánicos e híbridos.

La necesidad de una funcionalidad "Plug and Play" fue un factor clave. Los dispositivos deben volverse más inteligentes y eficientes para sobrevivir en la economía actual. Nuestro objetivo era proporcionar a los clientes un actuador que se vea y se sienta como un actuador eléctrico pero que tenga la densidad de potencia y los sistemas a prueba de fallas que se encuentran comúnmente en los sistemas hidráulicos tradicionales. Nos esforzamos por lograr la simplicidad, con 3 niveles de operación, control simple de encendido/apagado, comúnmente utilizado en seguimiento solar, control de velocidad y dirección para uso en el accionamiento de válvulas para el mercado de generación hidroeléctrica y de energía y, por último, unidades de bus/red que simplemente Conéctese a las redes del cliente, lo que le permitirá hablar con ellos y recuperar información sobre el actuador con controles simples de 2 cables.

La razón principal por la que nuestro diseño es superior es que adoptamos un enfoque de "lo mejor de ambos mundos", optimizando las mejores características de las dos tecnologías tradicionales. Con HAS hemos combinado la controlabilidad de los actuadores electromecánicos con la densidad de potencia, una vida útil más larga y capacidades de fuerza resistiva de los sistemas hidráulicos tradicionales. El híbrido resultante ofrece soluciones de seguimiento robustas y de larga duración para energía solar y sistemas de actuación para sistemas eólicos, hidráulicos y otros sistemas de energía renovable, así como aplicaciones de combustibles fósiles. A continuación se muestran comparaciones entre los sistemas hidráulicos y EM tradicionales y nuestro diseño híbrido:

Sistemas de actuadores hidráulicos tradicionales. adoptar un enfoque de diseño más centralizado, con una unidad de potencia con el motor eléctrico, el depósito de la bomba y las válvulas relacionadas ubicadas remotamente de los actuadores. Necesita pasar mangueras o tubos hasta el actuador. Los depósitos hidráulicos suelen ser de gran tamaño y se abren para respirar, a medida que se mueven los actuadores, extrayendo aceite del depósito cuando se extiende. Los contaminantes y el aire húmedo son aspirados hacia el depósito de forma predeterminada, siendo el depósito un punto de entrada común para los contaminantes. La humedad se condensará en la parte superior del depósito y se producirá oxidación junto con el agua que se mezcla con el aceite, lo que aumenta el número de acidez total (TAN) del fluido. A medida que aumenta el TAN, la vida útil del sello se degrada. El control se logra mediante el uso de válvulas efectivas, y hay varias en diferentes puntos.

Con los sistemas de actuador hidráulico, necesita una válvula de control direccional para controlar la dirección, una válvula de control de flujo para regular la velocidad y válvulas reductoras para controlar el empuje del actuador. Puede actualizar a una válvula de tipo proporcional y consolidarla en una válvula común. Sin embargo, todos estos componentes crean una pérdida de presión, lo que consume energía y genera calor, por lo que requiere la adición de un intercambiador de calor.

Por el contrario, nuestro diseño del Sistema de Actuadores Híbridos (HAS) consolida todo el sistema hidráulico en un solo componente ubicado en el actuador. Requerir que el uso simplemente conecte un par de cables localmente en el punto de uso. Controlamos la dirección cambiando la dirección del motor eléctrico, la velocidad se regula controlando las RPM de la bomba y el empuje se regula controlando el par del motor, la pérdida de presión se mantiene al mínimo sin desperdiciar energía como en la hidráulica tradicional. Nuestras unidades HAS son hidrostáticas, es decir, el fluido está contenido en un sistema de circuito cerrado. El fluido de retorno se dirige nuevamente a la bomba en lugar de al depósito. Dado que los actuadores tienen diferentes requisitos de volumen debido al área de la varilla, el aceite de reposición se extrae/retorna de nuestro depósito integral. Nuestro diseño de depósito pendiente de patente está sellado con una barrera que se expande y contrae como un pulmón, evitando que los contaminantes y la humedad del aire ingresen al sistema. Nuestro diseño también reduce el tamaño de los depósitos de 10 galones a menos de un galón de líquido.

En diseños electromecánicos, existen conceptos de control similares; La velocidad, la dirección y el empuje se controlan controlando el motor. Sin embargo, en lugar de mover fluido, el motor está acoplado a un tornillo y con la varilla del actuador conectada a la tuerca. Entonces, cuando giramos el tornillo, la tuerca hace que la varilla se extienda y se retraiga. Los actuadores de tornillo tienen una vida útil determinada y pueden resultar complicados a la hora de dimensionar o seleccionar el actuador adecuado para el trabajo. También deben estar lubricados para mantener dicha vida. Son dispositivos muy estriados y propensos a dañarse cuando se exponen a vibraciones y golpes.

Nuestro diseño de sistema de actuador híbrido utiliza los mismos conceptos de control de motor que un diseño electromecánico, pero en lugar de girar un tornillo, giramos una bomba y utilizamos la transmisión de fluido para mover el actuador. El fluido tiene una ligera compresibilidad y amortigua cualquier impacto y vibración, lo que lo hace adecuado para aplicaciones exigentes.

El tiempo de inactividad reducido es un diferenciador clave. Con la hidráulica tradicional, como se indicó anteriormente, hay varios componentes en el sistema que deben trabajar juntos para lograr el movimiento. Si un componente falla, se requiere cierto conjunto de habilidades para determinar qué componente falló y reemplazarlo. Esto generalmente se hace mediante prueba y error, y la máquina permanece inactiva durante días. Con los actuadores electromecánicos, se retira de servicio el actuador completo y se instala un nuevo conjunto completo. Nos referimos a esto como reemplazo de línea de uso, y es esta misma característica en el diseño híbrido la que le da a HAS la funcionalidad "lo mejor de ambos mundos", en un único diseño nuevo.

Densidad de poder… Nada supera a los diseños hidráulicos en potencia por tamaño. Los actuadores hidráulicos suelen tener un tamaño de 1/3 del tamaño de sus homólogos EM. El HAS adoptó plenamente la funcionalidad de densidad de potencia en su diseño híbrido.

Hay muchos puntos a considerar cuando se habla de costos; costos de instalación, costos de mantenimiento, costos de reemplazo, etc. Al comparar los costos unitarios con un sistema hidráulico centralizado, la unidad HAS es favorable en comparación con 1-2 ejes de control. Si hay más de 2 actuadores y la plomería (mangueras/tubos) es limitada en la máquina, entonces una máquina centralizada es más favorable, ya que no tiene la duplicación de bombas y motores. Sin embargo, si su accionamiento se extiende a una gran distancia, lo que requiere largos tramos de manguera como en los controles de compuertas y desviadores, el accionamiento de válvula, en lugar de un esquema de energía localizado, es atractivo ya que es más fácil tirar de cables que de mangueras y tubos, por lo que reduciendo sus costos de instalación.

En aplicaciones de seguimiento solar, el diseño HAS de Parker puede ser más costoso en comparación con los cilindros eléctricos de bajo empuje comprados en cantidad para rastrear cuarenta paneles o menos. Sin embargo, las unidades HAS son más efectivas para aplicaciones de mayor escala, comenzando con 100 paneles (las más pequeñas) y capaces de mover más de 1200 paneles. Esto reduce significativamente el coste de instalación y mantenimiento. El depósito sellado del HAS prácticamente no requiere mantenimiento; solo requiere un análisis de aceite cada 5 años para determinar si es necesario un cambio de líquido, similar a su automóvil. Con los actuadores de seguimiento HAS, los OEM no están obligados a agregar amortiguadores ni otros dispositivos de amortiguación, ya que las unidades HAS son autoamortiguantes, lo que permite ahorros adicionales.

Las unidades HAS se introdujeron recientemente en seguimiento solar de doble eje y se ampliaron a un solo eje. Anteriormente experimentaban fallos frecuentes en los actuadores de seguimiento eléctricos. Sólo hemos recibido comentarios positivos sobre la construcción y robustez de los actuadores.

Recientemente hemos ampliado nuestra oferta con versiones desarrolladas para controles de actuación de válvulas y compuertas. El tamaño mínimo del depósito y la facilidad para agregar un sistema de seguridad resultan atractivos en el control de turbinas Hydro Pelton y Turgo.

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