Energieffektiva hydraulsystem - Systemlösningar för förlustminimering

Relevanta dokument
Energieffektiv hydraulik Systemlösningar för förlustminimering

Hydraulvätskans inverkan på systemförluster

Syntetiska Estrar eller Mineraloljor

Jämförelse av ventilsystems dynamiska egenskaper

Hydraulvätskor TMHP02

Energieffektiv teknik

Sten-Ove Claesson, Fluidteknik AB

HydraWay EE En ny generation energieffektiv hydraulvätska

Arbetshydraulik i mobila maskiner

HydraWay EE En ny generation energieffektiv hydraulvätska

Hydrauliskt hybridsystem för anläggningsmaskiner - Delat energilager är dubbelt energilager

Hydraulikcertifiering

Ökad dämpning genom rätt design av utloppsstrypningen

1. a) 2-ports konstantflödesventil. b) Konstantflödessystem med öppet-centrum ventil. c) Startmoment och volymetrisk verkningsgrad för hydraulmotor

TENTAMEN I HYDRAULIK 7.5 hp

Introduktionsuppgifter till kurserna. Hydraulik och Pneumatik & Fluidmekanisk Systemteknik

Energieffektivitet. ... med varvtalsreglerade drivanordning med frekvensomformare

II--j. Elektrohydrauliska Hybridsystem Del 1. Litteraturstudie Av Jon Sandström Simon Magnusson Magnus Hägglund

Översiktskatalog. Pumpar

Energioptimering i hydrauliksystem.

SCM DIN. Andra fördelar:

SCM DIN. Andra fördelar:

Ventilstyrda hydraulsystem

SCM DIN. Andra fördelar:

Siemens Press. Dynamisk balansering för dynamiska nät

KTH MMK JH TENTAMEN I HYDRAULIK OCH PNEUMATIK allmän kurs kl

Volvo FE Hybrid. Förstavalet inom miljöanpassad distribution och renhållning

Energivinst vid hybridisering av hydrauliskt system

Kompakta maskiner med stora egenskaper. För effektiv gallring och modern skogsvård med minsta möjliga miljöpåverkan.

SAM DIN. Andra fördelar: Låg vikt

Asynkronmotorn. Asynkronmotorn. Den vanligaste motorn i industrin Alla effektklasser, från watt till megawatt Typiska användningsområden

SCP ISO. Andra fördelar: SCP ISO är en serie kolvpumpar med fast deplacement för mobila och stationära hydraulsystem.

Energieffektiva motordrifter

Energioptimerade beprövade system =>Syntronix Jan Tegevall Senior Sales Advisor

SCM M2. Andra fördelar:

SCM M Andra fördelar:

Hydraulikcertifiering

Energy KRAFTELEKTRONIK NAV. e-mobility. Transport. Mietek Bakowski Konstantin Kostov. Industry ICT

Elektroniska styrsystem enklare än någonsin

Elanvändning direkt och indirekt. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Bakgrund till Miljömärkning av Kompressorer. Version

Datablad (12) Kracht Kugghjulspumpar KFF 2,5 KFF 112 Drivmedelspumpar Segjärn

Smart Energisystem. IVA Internet of Things 10 April Bo Normark

Skruvkompressorer över 30 kw. Människor. Passion. Prestanda.

TEKNISKA LASTBILAR Johan Ameen - Scania Ken V.G Martinsen - Iveco

Kracht Kugghjulspump KP 3 Högtryckspump Gjutjärn

Excenterskruvpumpar. För effektiv pumpning av viskösa medier

Nyhet. Lågtryckspump - GP1

Stellan Rosenquist, Produktchef ABB Svensk Försäljning Motorer & Drivsystem, april Elmotorer Trender, krav och framtiden

Lamellkompressor HV 01 04

Varvtalsreglerad kapacitetsstyrning av skruvkompressorer. driftsekonomi och. 18 ABB Tidning 4/1996

Kracht Kugghjulspump KP 0 Högtryckspump Aluminium

Motordrifter Motorer (pumpar) Stödprocess. Peter Karlsson. Allmän motorkunskap

Hydraulikcertifiering

TAKE CO 2 NTROL RIGHT HERE. RIGHT NOW.

Asynkronmotorn. Industriell Elektroteknik och Automation

SCM ISO. Andra fördelar:

Asynkronmotorn. Den vanligaste motorn i industrin Alla effektklasser, från watt till megawatt Typiska användningsområden

LHC Med hydraulmotordrift anpassad för mobilt och industriellt bruk

Innovativ Grön Hydraulik. Från nationell agenda till ett nationellt branschprogram.

PEMA Rullbockar. Rullbockar

Hydraulvätskans påverkan på varnishbildningen och verkningsgraden. Åke Byheden R&D Binol Biolubricants

Fokus på prestanda och design ger FB många fördelar

Tentamen i: Hydraulik och Pneumatik. Totalt antal uppgifter: Datum: Examinator: Hans Johansson Skrivtid:

Frekvensomriktare dedikerad pumpning och hantering av avloppsvatten. Emotron FlowDrive

Systemkonstruktion Z2

Miljöanpassade hydraulvätskors inverkan på systemprestanda jämfört med konventionella mineraloljor

Scanwill. Parmab Drivelement AB. Produktprogram

Motorer o motorval. Materialet är baserat på Bengt Simonssons material som används i kursen Elektroteknikens Grunder för M

Lektion Elkraft: Dagens innehåll

SCM SAE. Andra fördelar:

SCM SAE. Andra fördelar:

Hydraulpump Serie F2 Fast deplacement

Lamellpumpar från Blackmer. Pålitlig och robust konstruktion

En oerhört stor del av världens elektricitet. ie-klassning en följetong om ständigt effektivare motorer. Elmotorer

LDC Med likströmsmotor anpassad för mobilt bruk

Markus Kutny, produktchef för Energy Efficiency Solutions inom Bauer Gear Motor, förklarar.

Motordrifter. Ny standard Motorer (pumpar) Stödprocess. Effektiva motorer

Uppvärmning och nedkylning med avloppsvatten

Synkron reluktansmotor och drivpaket med hög uteffekt Optimerad ägandekostnad för pumpoch fläkttillämpningar

HERU 75 S 2 HERU 75 S 2

HERU 90 T HERU 90 T.

Tystgående Rotorpump J-RP

HERU 62 T HERU 62 T OBS!

VOLVO HJULLASTARE L330D

Lektion 8: Innehåll: Överbelastningsskydd på en transmission. c 5MT007: Lektion 8 p. 1

RANDO HDZ. Rando HDZ, premium hydraulolja med zinkbaserat slitageskydd som ger dig:

17 % bättre dämpning av vätskeslag än branschstandard. Skydda ditt system Pressa dina priser. ia.danfoss.com

Split- vs ventilationsaggregat

rar reglering av kompressor. Systemet är förberett för att kunna styra och kontrollera ett nätverk med upp till sex anslutna kompressorer.

Innovativ Grön Hydraulik SKOGFORSK

Företagsnamn: Grundfos Skapad av: Magnus Johansson Tel: +46(0) Datum:

Grundkurs Hydraulik med inriktning mot underhåll

e-hm SKRÄDDARSYDD FÖR INDUSTRIN

HERU 130 S EC 2.

SCPD 70/36 DIN BY-PASS

Elanvändning direkt och indirekt. Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation

HERU 100 S EC. OBS! Garantin för HERU gäller endast under försättning att tillbehör/utrustning (t.ex. filter) från H.Östberg AB sortiment används.

Höghastighetsturbiner för småskalig kraftvärme

Grävaggregat serie

Transkript:

Hydraulikdagarna i Linköping 16-17 mars, 2015 Energieffektiva hydraulsystem - Systemlösningar för förlustminimering LiU/IEI/Flumes E-mail: karl-erik.rydberg@liu.se

Energieffektivitet - förlustminimering! Utnyttja primärdrivkällans energi optimalt.! Effektiv energiöverföring för rörelsestyrning.! Minimera flödes- tryck- och friktionsförluster.! Minimera förlusterna vid tomgång och lasthållning.! Effektiv energilagring och återanvändning.! Robusthet och styrbarhet.

Förluster i ventilstyrt hydraulsystem Typiska förlustnivåer i mobilt ventilstyrt hydraulsystem med variabel pump, till ex kranstyrning 15 % Pumpförluster 10 % Tillförd energi Ledningsförluster Nyttigt arbete Ventilförluster 35 % Totalverkningsgrad: Hydraulsystem Pump till last: 35 % Mekaniska förl. 10 % 30 %

Lastkännande ventilstyrt hydraulsystem Ventilverkningsgrader hos LS-system med variabel pump Ventilverkningsgrad:! v = q L1! p L1 + q L2! p L2 ( q L1 + q L2 )! p L max + "p LS ( ) Lastflödesförhållande:! q = q L2 q L1 Lasttryckförhållande:! p = p L2 p L1 Ventilverkningsgrad: p L1 = p L max!! v =! p =1.0!! v = 1+! q!! p ( ) ( 1+! q )! 1+ "p LS / p L1 1 ( 1+!p LS / p L1 )

Lastkännande hydraulsystem - Ventilförluster Ventilförluster hos lastkännande system med variabel pump och samtidig drivning av två lyftlaster Ventilförluster [%] " p = 0.5, #p LS = 25 bar p Lmax = 100 bar Ventilförluster i % = (1 -! v )*100 " p = 0.5, #p LS = 10 bar " p = 1.0, #p LS = 25 bar " p = 1.0, #p LS = 10 bar Ventilförluster [%] p Lmax = 200 bar " p = 0.5, #p LS = 25 bar " p = 0.5, #p LS = 10 bar " p = 1.0, #p LS = 25 bar " p = 1.0, #p LS = 10 bar Lastflödesförhållande, q L2 /q L1 [-] Lastflödesförhållande, q L2 /q L1 [-]!p LS = 25bar " P vf,m 11+ 46 #100 = P in 2 = 28%!p LS =10bar " P vf,m P in #100 = 5+ 40 2 = 22%

Kran-applikation Tryckvariationer och ventilförl. Cylindertryck - vertikal lyftrörelse C 1 C 2 h Cylindertryck, [bar] p L1 p L2 0 1 2 3 4 Lyfthöjd h, [m] Ventilförluster vid vertikal lyftrörelse och lyfthöjden h! 2 m p L1 =185bar,!p LS = 25bar,! p = 0, 784,! q =1, 0 " (1#" v )$100 = (1# 0, 786)$100 = 21, 4%

Lastkännande system med sänkavlastning Sänkavlastning kan erhållas med manöverventiler som har separata meter-in och meter-out strypningar Effektdiagram p #p LS q p *p p 0 Lyftlast Sänklast q A B V1 V2 V3 V4 T P Inget pumpflöde till sänklasten minskar pumpeffekten då pumpen är variabel

Lasthållningsventil med sänkavlastningsfunktion Källa: Bo R. Andersson, Energy Efficient Load Holding Valve. SICFP 09, Linköping, 2-4 juni 2009. Pumpeffekt vid typisk avlastningscykel för lastbilskran (variabel pump) 3G LHV Effektdiagrammet visar att lasthållningsventilen 3G LHV reducerar pumpens medel-effekt med ca 17% jämfört med en konventionell over-center ventil. 10-25 % energieffektivisering

Electrohydraulic Flow Matching (EFM), Bosch Rexroth 10-15 % energieffektivisering

Flödesstyrning med flödesdelande kompensatorer och lasthållningsventil för sänkavlastning 3G LHV 20-30 % energieffektivisering Källa: Mikael Axin: Fluid Power Systems for Mobile Applications, LIU-TEK-LIC-2013:29, Linköpings universitet, april 2013.

Utbalansering av egenvikt hos lyftaggregat Cylinder med inbyggd ackumulator, THORDAB Hydraulsystem - BT smalgångs truck för höglager, Vector C15 Energibesparing container-truck >= 10% Energibesparing: 20-50%!

Deplacement- eller varvtals-styrd pump Totalverkningsgrad för axialkolvpump, in-line Frekvensomriktare EM EM n p P-reg. Pumpverkningsgrad, [-] $ p = 1,0 $ p = 0,5 p p = 210 bar n p 500 1000 1500 2000 2500 Pumpvarvtal, [rpm] Varvtalsstyrning är energieffektivare än deplacementstyrning Ex: n p = 1000 rpm,! p = 1,0 ger! ptot = 0,91 n p = 2000 rpm,! p = 0,5 ger! ptot = 0,85

Induktions- eller synkron reluktans-motor (SRM) Induction motor Loss origin Rotor iron Rotor conductor Windage Bearings Stator iron Stator conductor ABB review 1/11 Monitoring ahead Synchronous reluctance motor Loss reduction: 10 30% (Example: 15 kw @1500 rpm) Efficiency (%) due to loss reduction 98 96 94 92 90 88 86 84 1 10 100 1000 Rated power (kw) SynRM IM! m = 0, 95 Frekvensomriktare EM Märkeffekt:! 30 kw! f = 0, 98! m = 0, 93 n p! p = 0, 91 EM n p! pr = 0, 98 P-reg.! p = 0,86! tot = 0,85! tot = 0, 78 Förlustreduktion ca 32 %

Linjärenheter för tunga drifter EMA, EHA Frekvensomriktare Frekvensomriktare EM Rull-skruv! tot! 0, 74! em! 0, 92 n p! rs! 0,80! tot! 0,80 EM! em! 0, 92 n p! p! 0, 91! c! 0, 95

Energieffektiv försörningsenhet för industridrifter Försörjningsenhet Konstanttrycksystem för industridrifter Ackumulatorbatteri Frekvensomriktare Intermittent drift Intermittent drift EM n p EM n p EM n p Tankaggregat med filtersystem och kylare (HYDAC OXiStop) Energibesparingspotential: 20-80 %, jämfört med konventionella tryckreglerade variabla pumpar (konstant varvtal)

Förluster i hydrostatisk drivlina Typiska förlustnivåer i hydrostatisk drivlina med mekanisk växellåda 20 % Tillförd energi Pump/motor förluster Matarpump-förluster Ledningsförluster Mekaniska förluster 3 % Nyttigt arbete 2 % 55 % Totalverkningsgrad för hydrostatisk drivlina Pump/ last: 55 % 20 %

Energieffektiv hydraul-mekanisk drivlina Jarchow-concept of multi-mode power-split transmission Total speed ratio Hydrostatic speed ratio Jarchow 2-mode power-split transmission Gear configuration Linköping Studies in Science and Technology Licentiate Thesis No. 1620 Design Automation of Complex Hydromechanical Transmissions Karl Pettersson

Energiåtervinning i lastbil med hybriddrift 40 tons lastbil Potentiell energireduktion:! ER,max! 0,58 Relativ energiåtervinning Tid för konstantfart/total cykeltid

%&'()&#*+,%,$%&'()&#*+,%,- +,-./$01.2345.36789./6.4:(#)(:;.5<=)(;<* &'()&#*+,%,(.&(/012Hydraulisk parallell-hybrid i 16 tons lastbil med 3 drivaxlar Urban + >9?.@A.B)<C<;.D"E)"<* + FG-H<<&./'#%0:#)(.4$:"C0)CC)%"* Driving Schedule + /I-.I$:@<C* + 2';;.4)0<./;;GA=<<;GB$)J<* + K5A.L.6MNFO7.@E* K$:H=)(.(%'$#<C1.%P.-#<Q:$#.R.-#<J<"C%" ERDS = 0,51*Etot!" Energy recovering efficiency:!" Fritionsförluster representerar 31% av totala bromsenergin Es,b 0, 51! Etot = 0, 96! 0, 92 2! = 0,81! 0, 512 = 0, 21 Eu,d Etot / 0, 51 Källa: Investigation into the Potential of Fuel Saving from the use of Hydraulic Regenerative Systems in Heavy Vehicles, ARTSA, Australia, 2003.

Parker, avancerad hydraulisk serie-hybrid TM Källa: Parker Serial hybrid under 60 km/h Direct driving in highway speed Gear-box LP Acc. Valve block HP Acc. Gear-box Energibesparingspotential: 50% Pump/Motor Mechanical Path Motor/Pump

Hydrauliska ackumulatorer - Karakteristik Termisk verkningsgrad för ackumulator p1 ( V p 0 V 0 = 1/ n & p # 1 1 ' $! % p2 " n = 1,5 2,5 # s [ rad / s]!" [ s] = 1.0 w Komposithölje " w = 116 s Metallhölje " w = 58 s Ökas ackumulatorns termiska tidskonstant (" w ) ökar ackumulatorns cykelverknings grad för störfrekvenser högre än den kritiska frekvensen (vid min-verkningsgrad)

Optimal oljeviskositet för axialkolv-pumpar Modellbaserade verkningsgradsberäkningar Hydro-mechanical efficiency Volumetric efficiency 75 cst Overall efficiency Optimal viskositet: p p C " v opt =! np kv 12 cst Overall efficiency

Viskositetsindex Inverkan på pumpverkningsgrad VI = 200 VI = 100

Slutsatser om förlustminimering! Mobila ventilstyrda system Variabel pump och ventilsystem som medger elektronisk flödesmatchning minimerar ventilförlusterna. Sänkavlastning ska kunna utnyttjas även i applikationer som kräver lasthållningsventiler. Utbalansering av egenvikt hos lyftanordningar ger stor energibesparing.! Industriella elmotordrivna system Fast pump och varvtalsreglerad elmotor (SRM) ger väsentligt bättre energieffektivitet än deplacementreglerad pump. Elektro-hydrauliska linjärenheter (EHA) är energieffektivare och robustare än elektro-mekaniska (EMA).! Hydrauliska drivlinor och hybridsystem Hydraul-mekaniska transmissioner (power-split) ger lägre mekaniska förluster än hydrostattransmission i serie med växellåda.! Ackumulatorer och hydraulvätskor Lättvikts-ackumulatorer (komposit-hölje) ger högre cykel-verkningsgrad än ackumulatorer med metallhölje. Hydraulvätskans viskositet vid arbetstemperatur är avgörande för systemverkningsgraden. Viskositetsindex väljs för att klara komponenternas gränsviskositeter inom specificerat temperaturintervall.