1、针对工业设备的能源效率计算 -0808技术会议,2008年伊顿代理商会议 9月28日- 10月1日,2008年 Gaylord Palms Resort, Kissimmee Florida,能源效率的计算,本次技术会议将考虑的是在工业系统和过程中典型的能量损失，回顾在效率减少方面不同的系统设计方法。一种能量效率的计算方法将用来确定这些设计方法的有效性。,能源效率的计算,什么是能源？ 能源损失和效率 液压回路设计 Eaton 能源计算方法 贸易展演示,通过燃烧煤炭的发电厂,核能,能源和电力,风能,海浪能源,驾驭海浪 海洋提供了绿色能源的希望，新泽西的一家公司正在开发这样的技术。 By Sand
2、y Bauers 作家、 撰稿人 长滩岛南端的五英里处，一个特大型的黄色浮标独自漂浮。特意地安装在波浪处，偶尔打电话回家。两年后，它证明了自己，至少对发明家而言，这是一个21世纪最大技术可能的设计：每个浮标上的可再生能源；汽缸里滑动的活塞；发电。,能源（石油价格和地区储备）,能源,卡车司机本周封堵马德里的高速公路以抗议石油价格过高。,Eric Conrad, 麦迪逊加油站的经理，更换无铅汽油的价格，从每加仑$3.62到 $3.99.飓风推高了价格。,能源总结 - US,来源:https:/eed.llnl.gov/flow/,美国2007年电流,来源: http:/www.eia.doe.go
3、v/,电厂能源总览,根据美国能源部的信息，机动设备耗能占全美能源供应的64%。 也就是约每年290亿千瓦时的能源。,液压功能 ,动力单元,PB40ES 装配,PB40ES 装配,能源效率的计算,什么是能源？ 能源损失和效率 液压回路设计 Eaton 能源计算方法 贸易展演示,什么是能量?,能源: 开展工作的能力。,效率:单位时间内转换的能源大小。,电能,P 功率 V 电压 I 电流 R 电阻,机械能,输入机械能,液压能=流量X压力,液压能,能源效率的计算,什么是能源？ 能源损失和效率 液压回路设计 Eaton 能源计算方法 贸易展演示,典型能量流,o = dr x em x p x h,典型能
4、量损失,o = dr x em x p x hLo = Ldr + Lem + Lp + Lh1 + (Lh2),电动马达效率,任何机器的效率都包括电动机的效率，是由其产生的有功功率与消耗的功率之比决定的。 右图形象地说明了一个电动机消耗了$1000的电力产生了$930的有用机械功。 一般电动机的效率都以百分数表示，因此，图中的效率为93%.,$1,000 Energy Input,$930 Energy Output,$70 Heat Losses,损失 电力,控制/变频损失 变频损失 - 2% 到 5%,电机损失定子铜损 转子铜损 铁损 机械摩擦和风阻损失 负载杂散损失,损失-液压系统,液
5、压泵的损失 内部泄露 旋转组件 控制组件 机械损失 密封 支撑 风阻 o = v x t,系统损失 通道/线路 Ps 阀泄露 回路设计 过流量 过压 冷却器,设计基础:定量泵,一个完全平衡的设计使得转子作为一个动压轴承。,这种轴承 不需要更换。,设计基础：叶片设计-内部叶片,内部叶片的设计降低了进口处的压力。,这样泵可以达到高压力。,设计基础：泵设计的区别,普通泵: 针对小流量和低压设计的小型，紧凑泵,插装泵： 1、大流量和高压； 2、多种规格尺寸； 3、容易维护,活塞泵剖面图,PVH,PVM,420/620,能源效率的计算,什么是能源？ 能源损失和效率 液压回路设计 Eaton 能源计算方法
6、 贸易展演示,液压系统损失,简单回路 最小阀 -25% Loss 简单回路 油缸 - 28% Loss 简单回路 流体马达 - 31% Loss 静液压传动 - 35%-40% Loss 伺服系统 -55% Loss 低压流体传动系统 15% loss,来源: Lightning Reference Handbook,液压回路设计,定量泵 定量泵/负载传感 变量泵/压力补偿 变量泵/负载传感 PQ的变量泵 定量泵/变频器,定量泵,Q,P,P2,P1,P1,P2,Q1,定量泵,USEFUL POWER,WASTE POWER,P,Q,实际流量,PQ 定量泵曲线,PQ 定量泵曲线,定量泵,Q,P,
7、P2,P1,P1,P2,Q1,定量泵,WASTE POWER,P,Q,实际流量,实际压力,PQ 定量泵曲线,PQ 定量泵曲线,变量泵/压力补偿,Q,P,P2,P1,P1,P2,Q1,变量泵/压力补偿,WASTE POWER,P,Q,实际流量,PQ 变量泵曲线,PQ -变量泵曲线,变量泵/负载敏感,Q,P,P2,P1,P1,P2,Q1,变量泵/负载敏感,WASTE POWER,P,Q,实际流量,实际压力,PQ 变量泵曲线,PQ 变量泵曲线,定量泵/变频器,P1,Q,P,P1,Q1,定量泵/变频器,WASTE POWERZERO,P,Q,实际流量,所需压力,实际压力,PQ-定量泵/变频器曲线,PQ
8、-定量泵/变频器曲线,负载干扰,P,Q,全部流量,实际流量,所需压力,实际压力,P1,Q1,WASTE POWER,USEFUL POWER,定量泵性能曲线,定量泵性能曲线,变量泵性能曲线,变量泵性能曲线,能源效率与回路设计,低效率很大程度上是因为占空比 回路设计对效率有明显的影响 EC对各种不同的设计有一定的评价方法 负载干扰损失，M-O损失不会改变结果,能源效率的计算,什么是能源？ 能源损失和效率 液压回路设计 Eaton 能源计算方法 贸易展演示,Eaton 能源计算法,Eaton 电气 ACE 计算器 基于Excel 以比较的方式表达 (KWH, $) 每个工作表的屏幕快照,Eaton
9、 电气计算器,量化低效率的方法,如何以及从哪里得到数据 目录！ 工程/实验室数据库 逼近法 =0.97 (变频器单位) 来自叶片产品的定量泵数据 来自活塞产品的变量泵数据 针对压力，速度，位移的校正因子 近似的待机损失 120度的温度 在循环中没有关闭电动机 没有蓄能器（典型例子：流量损失转换成压力损失）,能源计算器,能源计算器,能源计算器,能源计算实例,注塑机 打包机,示例 -注塑机,示例 -注塑机,示例 -注塑机,示例 -注塑机,示例 打包机,示例 打包机,示例 打包机,示例 打包机,能源效率的计算,什么是能源？ 能源损失和效率 液压回路设计 Eaton 能源计算方法 贸易展演示,贸易展演
10、示,节能概念 变频器 集成电动机 人机界面 展台位置,液压回路设计中的节能概念,单泵卸载载荷 多泵高/低压卸载回路 蓄能器的使用 泵控制-负载敏感，扭矩限制等 优化压力（P）和流量（Q）的需求在一个应用周期中 优化生产线的规模，以减少流体损失 使用工业液压中的新概念：液压辅助（HLA）,活塞泵卸载示例,来自于 PSC2.0 动力单元配置器,许多系统需要在低压时有大体积，然后通过工具迅速移动夹紧，则变为高压小体积。这可以通过使用两个泵的高/低压回路实现。在快速移动时，两个泵都向系统内增压。夹紧的压力升高时，大体积的主泵卸载，小泵维持压力。小泵的输出流量足够低，以防止油温过高。不同于先导操作，卸载
11、阀可以通过电磁阀控制以及压力开关驱动。,高/低压回路示例,通过在本回路中使用蓄能器可以保持压力，补偿泄露并节省能源。当虎钳在夹紧位置时，蓄能器保持了压力，而且泵输出在低压下被卸载。蓄能器用于补偿以前的活塞在油缸中的密封泄露。当夹紧压力降低到卸载阀的预设值时，阀关闭，泵重新对蓄能器充液。,蓄能器回路示例 夹紧,节能概念,带PVH57集成电机泵 Cutaway-MP22,什么使得电动机的效率低下？,交流异步电动机的能量损失有五大因素：摩擦损失，风阻损失，噪声损失，铜损和铁损。前三者的机械损失是非常恒定的，通常是能量损失的一小部分。 铜损基本上是热能损失，是负载的函数。铁损则是由于涡流以及定子和转子
12、的磁滞后效应，是电机端电压的函数，与负载无关。当铁损和铜损相近时，即电机驱动75%至90%的负载时，电机的运行效率最高。随着负载增加，铜损占主导地位。当负载很低，铁损占主导地位，即意味着大量的能量损失。,电压不平衡 这种情况的特征是进入电机的三相电压不相等。一般来说，只有66%的三相电压是相等的。每年，这个问题导致了美国工业在能源消耗、生产损失以及电机故障上有$40亿到$150亿美元的浪费。不平衡的原因有难以控制的内部因素和外部影响，可能包括以下几点： 对称传输线的缺少 大的单相负载 不明原因的单相接地故障轴对齐 轴对齐的目的是为了电机输出高效率地传输到驱动设备上。理想情况下，电机轴与驱动设备
13、的轴完全同轴。轴之间的错位会降低效率，因为它促进振动，噪音，过热联轴器以及轴承过早耦合失效。,电机安装注意点,集成电动机 电力损失,集成电动机 流体阻力损失,变频器,NVX9000 微型驱动，电压是240V，单相或者三相， 50/60 Hz 。从1/4 到2 hp不等. 核定电压为 115 V, 单相，50/60 Hz 的模型从 1/4到1/2 hp 不等. MVX9000 微型驱动为直到10hp的三相电机提供了可变的速度控制。 单相或者三相输入电压可以高达480V，三相电机输出可以高达480V。SLX9000 驱动 - 紧凑而强大. SVX900 驱动的小型版本。 380 至 500V, 1
14、至 40 Hp 。SPX9000 高性能：208 - 240V , 3/4 - 100 Hp 380 - 500V, 1 - 1800 Hp 525 - 690V, 3 - 2000 Hp,对同样的负载而言，使用了变频器，则节省了约有50-70%的能量。而且提供一种软启动的方式以降低启动时电流的波动。变频器是否总是节省能源？VSD是一个改进的系统。如果实施不当，会增加能量消耗。例如，一个需要持续的，从负载系统中完整输出的过程若带上变频器则需要更多的能源。什么样的系统最适合变频器？任何带节流输出的负载都与VSD应用相适合。VFD对操作时间较长，节流较多或者节流输出操作次数多的负载，回报是最迅速的
15、。,通过变频器的问题,HMI 操作面板,当今的市场主要是处理各种接口与客户的，与供货商的，与机器的。有4，6，8，10四种模型，HMI是真正的触摸屏（触感区别于其他的设备）。即使对于最大的应用程序也有程序功能键。由于拥有存储数据，报警以及将数据导入到USB的功能，因此使用HMI将使您与您的机器连接更加容易。,马力公式的人机界面截图,计算马力,电机功率的单位是马力或瓦。马力是功率单位，等于746瓦。瓦是衡量一个1伏的电压差有1安培电流产生的动力单元的单位。电机功率的单位也是马力和瓦。马力是用来衡量电动机工作时产生的能量的。电压是已知时，通过电流和效率计算电动机的马力，公式如下： HP = V x
16、 I x Eff 746 HP = 马力 V = 电压 I = 电流 Eff. = 效率,能源与噪音/振动 集成电机泵（IMP）和变频器（VFD）,Eaton 液压集成电机泵的优点： 1. 节省控制尺寸上减少35 to 50% 2. 降低噪音70% (约10分贝) 3. 安装/维护简单 4. 无动态密封/无泄露 5. 可接变频器,Eaton Cutler-Hammer变频器优点： 1. 高效率和低操作成本 2. 可控制的线性加速/减速 3. 电动实现反向操作 4. 经济高速地操作 5. 轻松完成多个电动机的操作,变频系统优点/应用 能源计算/车轮演示液压示意图,系统优点： 1.过程控制和节能 2.自适应生产速率 3.变速/扭矩的补偿 4.操作安静，系统简单,典型应用： 1.夹紧机械 2. 注射成型机 3. 输送机 4. 加工设备 5. 船用绞车/矿山设备 6. 其他,Eaton 能源计算/车轮演示液压示意图,总结 下一步内容,工具使用期限 现场提供email或者发邮件到: S 提供每个工作数据表的占空比 工具部署 ACE展台中工具位置,有问题吗？,2008年伊顿代理商会议 9月28日- 10月1日,2008年 Gaylord Palms Resort, Kissimmee Florida,
