Rätt komponenter vid energieffektivisering Ackumulatorn har en nyckelposition
I tider av krav på ökad energieffektivisering är det lätt hänt att fokus hamnar på olika specifika komponenter, hur pumpar, ventiler eller cylindrar kan bli mer effektiva. Men de största effektivitetsvinsterna uppnås genom att tänka på hela systemet och hur de olika delarna kan samverka.
Ett hydrauliksystem behöver inte se ut som det alltid har gjort
När efterfrågan på ökad energieffektivitet ökar, är det vanligt att istället fokusera på enskilda komponenter och deras effektivitet. Men de mest betydande vinsterna i effektivitet uppnås genom att istället tänka på systemet som helhet och hur dess olika delar kan samarbeta.
Det konstaterar Sten-Ove Claesson, Team leader MRO på HYDAC, och förklarar att det är genom att tänka fritt kring systemdesign man kan nå långt.
– Fokuserar vi för mycket på att effektivisera enskilda delar av ett system missar vi kanske att dimensionerna dem så de arbetar effektivt tillsammans, man kanske även kan förändra systemutformningen för en högre effektivitet. Ett hydrauliksystem behöver inte se ut som det alltid har gjort, med all ny teknik med elektrifiering och digitalisering öppnas nya möjligheter som det gäller att ta vara på.
Ackumulatorn har en nyckelposition
Själv har han jobbat med ackumulatorer och deras roll i hydrauliksystemet under många år och ser stora möjligheter för att utnyttja ackumulatorer för högre effektivisering.
– Om man använder en fast pump i kombination med elmotor och frekvensomriktare, som HYDAC KINESYS, så kan man utnyttja ackumulatorns energilagringskapacitet genom att periodvis stänga av elmotorn helt och därmed spara mycket energi. Ackumulatorn ser under tiden till att hålla trycket uppe i systemet, när sedan givare känner av att trycket är på väg att sjunka under beräknad nivå så kopplas elmotorn på igen och tack vare frekvensomriktaren kan den startas mjukt så man undviker direktstarter av pumparna, vilket de inte mår bra av.
På HYDAC jobbar man främst mot industrihydraulik när det gäller kompletta hydrauliksystem, där det varit enklare att göra stora energibesparingar med exempelvis varvtalsstyrda elmotorer och ackumulatorer.
– Med ackumulatorer inkopplade i hydrauliksystemet kan man spara energi på olika sätt. Ett sätt är att motorn inte behöver gå jämt då ackumulatorn periodvis kan hålla trycket, en annan besparing kommer av att man kan använda mindre pumpar då de inte behöver dimensioneras för maxkapaciteten i systemet då ackumulatorn kan gå in och bidra med energi vid effekttoppar.
Sparade över 50 procent på SSAB
Som ett exempel på vilka vinster som kan göras genom att koppla in en ackumulator i ett hydrauliksystem tar Sten-Ove Claesson ett projekt de genomförde på SSAB.
– Upprinnelsen till projektet var ett examensarbete vid Högskolan i Dalarna där de skulle se om det gick att driva hydrauliksystemet med energi från solpaneler. Syftet med detta examensarbete var att göra en preliminär design och simulering av solcellssystem som skulle försöka täcka energibehovet för den inledande delen av en betningslinjes hydrauliksystem vid SSABs stålverk.
För det ändamålen skulle energiförbrukningen av det hydrauliska systemet studeras och utvärderas och en allmän analys av den hydrauliska och kontrollkomponenternas prestanda vilket skulle ge en ordentlig uppsättning riktlinjer och bidra till framtida energibesparingar. Det ställde i sin tur krav på stora energieffektiviseringar.
– Då de inte ville bygga om hela hydrauliksystemet så valde man att modifiera det befintliga systemet genom att koppla in en ackumulator. Det visade sig vara så effektivt att det skulle gå att minska antalet pumpar från fem till en som drev hela systemet, res-ten av energin hanterades via ackumulatorn. Idag körs systemet med 2 pumpar med två tryckkompenserade pumpar och asynkron-motorer. Man sparade ca 58 procent av energin i det befintliga systemet bara genom att koppla in en ackumulator och minskade antalet inkopplade pumpar, berättar han.
Det finns flera skäl till varför det har gått snabbare att utveckla lösningar med elmotorer för energieffektivisering inom industrihydrauliken.
– En stor fördel för industrihydrauliken är att det är en kontinuerlig drift och att det finns tillgång till el alla timmar på dygnet, vilket gör att elektrifieringen inte blir några problem. Inom mobil hydraulik däremot blir det ju krångligare om elen kommer från batterier som både måste få plats och ha tillräcklig kapacitet för långvarig drift.
"Med ackumulatorer inkopplade i hydrauliksystemet kan man spara energi på olika sätt."
Lösningar för mobila maskiner inom hydraulik
I arbetet med de lösningar man tagit fram för industrihydraulik finns funderingar på hur de lösningarna även skulle kunna användas i mobila applikationer.
Ett av problemen med traditionella hydrauliska system är att drivenheten, tidigare dieselmotor men numera även elmotor, måste vara i gång hela tiden för att hålla ett tryck och varvtalet uppe då pumparna inte kan gå på för låga varvtal för då smörjs de inte tillräckligt.
– En lösning på det är att kunna stänga av elmotorerna till pumparna helt periodvis, då behöver de inte gå på låga varvtal när behovet av energiuttag för arbete är lågt. Under tiden de är avstängda kan i stället en fristående ackumulator hålla trycket uppe, en ackumulator som laddas av energi under arbetscykeln. Tack vare frekvensomriktare/varvtalsreglering på elmotorn kan pumparna sedan startas mjukt, på samma sätt som man löst det inom industrihydrauliken.
En sådan lösning för mobil hydraulik skulle kunna minska behovet av pumpar som kan klara av att rotera med låga varvtal, under 200 varv/min eller lägre
Längre hållbarhet med OXiStop
En viktig del i arbetet för större energieffektivisering är även hållbarhetsaspekter på hydrauliksystemet. HYDAC har utvecklat ett system med en helt sluten hydrauliktank, OXiStop.
– Det är ett vakuumförpackat system där en vakuumenehet är kopplad till tanken och tar kontinuerligt bort all luft (och ev. förekommande vatten) ur systemet. Det gör i sin tur att tankvolymen kan minskas rejält. Normalt sett dimensionerar man en tank för 3-5 ggr pumpflödet, med OXiStop behöver man bara dimensionera för differensvolymen vilket gör att man kan minska tankvolymen med upp till 10 ggr, förklarar Sten-Ove Claesson. I kretsen för vakuumenheten sitter även ett effektivt filter som renar oljan under gång, och utan syre i systemet oxiderar inte oljan och därmed ökar också oljans livslängd och hela systemet hålls renare eftersom det inte bildas oxidationsrester etc.
– Med minskat luftinnehåll i oljan kan man även köra med högre processhastigheter tack vare bättre påfyllning/sugförmåga för pumpar och reducerad kavitation i pumpen. Med OXiStop i kombination med HYDACs frekvensstyrda elmotor/pumpkombination (även servomotor), KINESYS och ackumulatorer får vi ett väldigt hållbart system både med tanke på miljö och energibesparing.
Ackumulatorn - viktig del i energieffektiviseringen
Sten-Ove Claesson avslutar med att konstatera att med hjälp av ackumulatorer kan både dagens och framtida hydrauliksystem bli betydligt mer energieffektiva då ackumulatorerna både kan minska behovet av pumpkraft och framdrivningskraft. Han konstaterar också att tillgången på el-kapacitet kommer avgöra vilka lösningar man kan använda. Han ser två parallella utvecklingsspår där det första med stor sannolikhet blir det helt dominerande på sikt.
– Det är dels en övergång till elmotorer med frekvensomriktare/varvtalsreglering där ackumulatorn används som en backup vid höga och även låga energiuttag. Flödesbehovet i industriella hydrauliksystem täcks på ett effektivt sätt med hjälp av att reglera varvtalet på pumpen.
Redan idag används exempelvis mobil hydraulik inom bl.a. gruvdriften samma systemlösningar med elmotorer som inom industrihydrauliken då de med elkabel eller strömavtagare kan koppla maskinen till det fasta elnätet.
– Att utveckla batteridriften för mobil hydraulik kommer bli avgörande framöver. Under tiden (och även framöver i kombination med batteridrift) kan en ackumulator med fördel användas som backup vid höga och även låga effektuttag så att en energieffektivare och miljövänligare drivkälla kan användas.
Källa: Artikeln är tidigare publicerad i branschtidningen Fluid Scandinavia, nr 4 2021.
