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创新的驱动系统为食品加工节能创收

来源:荣格 发布时间:2018-07-03 491
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食品工厂的生产动力并不像操作一个开关那么简单。高峰时间的充电、停电、喘振等因素都会影响成本的计算和可靠性,工厂需要的不仅仅是标准化的优质电机。创新的状态监控传感器和外壳设计提高了动力系统的可清洁性和卫生程度,为食品加工节能创收。

食品工厂的生产动力并不像操作一个开关那么简单。高峰时间的充电、停电、喘振等因素都会影响成本的计算和可靠性,工厂需要的不仅仅是标准化的优质电机。值得庆幸的是,OEM 正从系统方法、功率输送、伺服选项到卫生设计改进和智能电机等多个方面提供解决方案。

借助ABB 公司的状态监测设备,“预知维护”已经从一个物联网概念一跃成为可以用来预先判断车间维护需求的工具。这套设备被称为智能传感器,该装置不到1000 美元,通过监测振动、电流和温度来评估轴承状态、运行温度、气隙偏心和转子绕组的状态。

ABB公司Greenville工厂的智能传感器技术支持工程师Kyle Davis说,一开始食品厂的维护技术人员可以通过智能手机APP应用程序来检查电机的健康状况,四月开始用户可以将数据上传到云服务器进行趋势和其它分析。“凭借物联网(IoT),可以通过添加固件发布增加新的特性,比如百分比加载。”

传感器的外观仅略大于一副扑克牌,用环氧材料固定在电机的散热片上。该装置是独立于电机之外的,但当可用性与需求想匹配的时候,也可以借助ABB 的Baldor Reliant 事业部将其安装到在恶劣环境中运行的NEMA 电机上。

据Davis解释,该诊断工具能兼容最大为NEMA 449的电机,每台电机的诊断工具都是特定的。根据终端用户注册传感器的序列号和电机的承载大小及频率等规格,这些数据将生成特定的诊断结果。

犹如交通信号灯的绿、黄、红三色,它们能够随时评估工厂中电机的状态,同时打分。Davis说:“超过6分就是警告,推荐进行维护,10分以上则表示问题已经非常严重。”

目前,欧洲已经使用了几千套这样的智能传感器。美国还没有开始安装,因为必须等待UL 认证的结果。初步结果显示,终端用户减少了70%的停机时间。



Davis 总结道:“这就像是你的包里多了一个工具,同时也是你的第一道防线,用来评估情况,帮你进行预测性维护。”

与此同时,能耗也有所降低。当然,电机旋转是通过齿轮或驱动器转换实现的,过程中会有一定的功率损失,但这是获得最佳性能的必要方法。赛威传动的Movigear 机电传动系统结合了电机、驱动器和变频器,用真实数据证实了降低能耗的真实性。

这个概念在2017年二季度被多伦多Van der Graaf公司用到了磁鼓电机领域。该公司开始生产一种磁鼓内集成式的DFI变频器,包含了电机和驱动器。据业主Alex Kanaris计算,该装置可节能70%。

磁鼓电机为传送带输送动力的历史长达30年,但因为可靠性和食品堆积问题并没有被多数食品生产厂运用,尤其是肉类和家禽。Kanaris相信他的公司能够通过在采矿业积累的经验,解决可靠性问题。此外,该系统在卫生设计方面也做出了改进,例如带电机的316不锈钢滚筒,齿轮传动和所有移动部件都采用封闭结构。传统磁鼓电机的驱动器在电机外部,没有永磁。与传统磁鼓电机相比,这套系统能够节省25%的能源。

Kanaris说:“这是一个三相电机,转子中的电磁场用于推动定子。”因为有了数字式逆变器,可以实现通过物联网控制速度。磁鼓组件具有自己的IP 地址,但也可以通过本地网络进行控制。

在组件中引入变频器对于整个电机封装而言非常重要,这个过程被Van der Graaf 称为“真空压力浸渍”。为了防止过早失效,电机腔体内通常会添加环氧树脂,用于密封布线和加固绕组。如果环氧树脂含有气穴,就会从静电中提取电荷,并在放电时破坏电机。

为了消除气穴,Van der Graaf 在清漆中浸没马达,并在持续时间为一小时的整个过程中施加真空。Kanaris 说:“这样就几乎不会出现气穴了。”这个过程,连同在变速箱中隔绝空气不易氧化的合成润滑剂,保证了每次更换润滑剂之间50,000 小时的运行。

伺服和感应选项

Interroll 公司也是一家卫生磁鼓电机供应商。据其磁鼓电机产品工程师Steven Olszanowski 介绍,作为OEM 厂商,他们用带磁鼓的钢质变速箱替代同步电机,这种钢质变速箱配备的是异步感应电机或永磁同步电机。

Interroll 在7 年前推出了同步伺服电机,安装在切片机和磁鼓内。异步电机机型进一步拓宽了应用范围。

伺服驱动器对Kollmorgen公司而言并不是新鲜事物,但他们同时也提供交流感应电机。然而无论使用什么类型的电机,清洗困难和容易积水是最难解决的两大问题。据公司市场开发经理Bill Sutton 介绍,这是一项由Kollmorgen 公司发起的调研,最终结果由弗吉尼亚理工大学食品科学与技术部完成。

基于这些发现,公司重新设计了AKM 伺服电机,承载额定值为IP65或IP67,这两种都不能承受苛性化学品的高压冲洗。重新设计的成果是AKMH伺服电机,它是advanced Kollmorgen motor hygienic 的首字母缩写,是先进的Kollmorgen 卫生电机的简称。

在AKM 和竞争对手电机的比较试验中,三个区域的表面接种了非致病性大肠杆菌,这三个区域分别是标签、光洁表面、密封件、紧固件及电缆。清洗后,仍然能够在其它两个电机上检测到微生物,而AKMH上未检测到细菌,其设计满足了美国肉类研究所设定的10大卫生设计原则。

使用32微米表面光洁度的316不锈钢有助于实现这一结果,Sutton说。此外,电缆连接采用了衬套,而不是更典型的金属对接金属的方法。



SEW-Eurodrive 公司市场部经理Donald Stier 认为,去毛机是电机最恶劣的应用环境之一。通常来说,这一应用环境内的电机可以持续工作最多两个月,每台去毛机都会配备至少12 台电机,即便这样也不能避免设备停机。然而,SEW 在一家食品厂安装了一套AKMH 电机、电机和齿轮的组合却总共运行了四个多月。完全密封的定子和导管箱、IP69K 不锈钢电源连接器、PTFE 密封件,以及无键中空轴衬套系统都是附加保护的组成部分。

Nord Gear 公司是SEW 的直接竞争对手。NORD 工程师专注于制造低成本的含耐腐蚀不锈钢的标准还原剂,其研发结果之一是ToPH-2。在电催化过程中,铝外壳被浸泡在合金中,这种合金提供了坚硬粗糙的表面,永久地粘结到原料上。外壳耐腐蚀,比不锈钢便宜,可以让电机的运行温度更低,使用寿命更长。

Nidec 电机号称拥有最全的电机、驱动器和齿轮产品组合。虽然名字听起来像是日本家电,但产品管理总监Tim Albers 指出,U.S. Motors 的前身是艾默生电机部,是Nidec 在北美最畅销的品牌。此外,Nidec 的收购还包括了三个直角齿轮事业部。Nidec 的产品范围非常广,电机功率从微瓦到10,000 hp 都有涵盖。

该公司最新的一款产品是由电池供电的无线传感器Forecyte,可检测旋转设备的状态。不像ABB传感器,它不监测电流,但可以测量振动和温度。它也不具备ABB 设备的一些特性,Albers 说,但是对于压缩机和泵等设备来说却也是一个有用的诊断工具。“有关物联网的讨论已经有很长时间了,现在,基础设施都已经实现了。”他补充说。与其为不确定投资回报率的系统投资六位数来打基础,像Forecyte 这样的工具却更值得制造商们尝试,成本也在只10,000 ~ 15,000 美元左右。

在IPPE 博览会上,Baldor Realon 公司推出了其扩展和升级的食品安全电机系列。“不锈钢发动机通常最高为5hp,但越来越多的客户要求我们提供更大的规格,”产品经理David Steen 解释说,目前产品线范围是0.5-30hp。

铸造不锈钢脚取代金属脚,“非常标准的圆形”环状圈密封导管箱不会有任何进水的可能。据Steen 的说法,裂缝和轮廓的潜在积水可能性也被消除了。前一代不锈钢密封电机的最高等级也是IP69K,“但我们在密封方面做了一些改进。”他补充说。

更高的IP 等级对于电机制造商而言,与其说是期望,不如说是趋势。他们严格控制设备制造环节,延长电机在严苛冲洗环境下的寿命。一旦传感器成本进一步下降,状态监测将成为一项普通功能。集成了控制工具的电机和驱动元件将大大降低无功损耗,这种降幅将达到我们过去无法想象的程度。

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