Технологии приводов

Открытие Вернером фон Сименсом принципа динамо-машины и разработка первых электродвигателей помогли добиться прорыва в машиностроении и ускорить процессы производства. Сегодня компания «Сименс» поставляет приводы практически любого назначения. 

Первый электрический пассажирский лифт на промышленной выставке Пфальцгау в Мангейме, 1880 год
Первый электрический пассажирский лифт на промышленной выставке Пфальцгау в Мангейме, 1880 год

1880 год: первый электродвигатель лифта

В 1879 году Вернер фон Сименс построил первую электрическую железную дорогу. Электропитание для поезда подавалось через рельсы. В том же году у него возникла идея создания электрического лифта. В письме своему брату Карлу Вернер говорил о своей уверенности в том, что динамо-машина, используемая в качестве электродвигателя поезда, также «очень подходит» для управления лифтами и поворотными кругами сортировочных станций. Вскоре у него появилась возможность воплотить свою идею в жизнь. 

В апреле 1880 года организаторы промышленной и сельскохозяйственной выставки Пфальцгау в Мангейме спросили его, может ли компания «Сименс» создать «электрический лифт» – первый в мире – для их мероприятия. Вернер фон Сименс принял заказ, но работа заняла больше времени, чем планировалось, и в июле выставку пришлось открыть без этого технического чуда. Электрический лифт удалось установить в Мангейме только в конце августа. Электродвигатель размещался под полом и толкал лифт вверх с помощью зубчатой передачи. Лифт вызвал огромный интерес публики: с сентября по середину ноября более 8 000 человек опробовали новое средство перемещения, чтобы насладиться видом Мангейма с высоты птичьего полета. 

image
Кран в порту Гамбурга, 1891 год

1891 год: первый привод подъемного крана

В 1891 году на одной из пристаней в порту Гамбурга был введен в эксплуатацию первый электрический поворотный кран. Хотя сам кран построила гамбургская фирма «Нагель и Кемп» (Nagel & Kaemp), электрическое оборудование для него поставила компания «Сименс и Гальске». Грузоподъемность крана составляла 2,5 тонны, а скорость подъема – 1 м/сек. Высокоэффективный привод возвращал электроэнергию по мере опускания тяжелых грузов и сохранял ее в аккумуляторной батарее. После устранения некоторых проблем на начальном этапе устройство исправно работало более трех десятков лет.

 

А в 1894 году в новом порту Рийнхавен в Роттердаме компания «Сименс» вместе с тем же партнером построила сначала шесть, а затем еще семь кранов. Электрические подъемные краны с центральным управлением вытеснили использовавшиеся до того паровые механизмы. К 1900 году был введен в эксплуатацию уже 21 кран грузоподъемностью до 4 тонн каждый. Новая технология была настолько успешна, что на все новые краны, которые требовались для дальнейшего расширения порта Рийнхавен, в обязательном порядке устанавливались электрические приводы.

image
Реверсивный электродвигатель прокатного стана на сталелитейном заводе в г. Георгсмариенхютте вблизи Оснабрюка, 1906 год

1906–07: первый в мире реверсивный электрический привод

В 1906–07 годах компания «Сименс» создала первый в мире реверсивный электрический привод для линии блюминга на сталелитейном заводе в г. Георгсмариенхютте вблизи Оснабрюка. Максимальная мощность электродвигателя составляла 6 550 кВт.

 

Двухъякорный реверсивный электродвигатель служил для прокатывания стальных слитков весом около 5 тонн. Он имел два якоря, создающих крутящие моменты до 100 тонн на общем валу при максимальной скорости вращения 60 об/мин. Поскольку в электродвигателе было две части, диаметр якоря и его центробежную массу можно было существенно уменьшить. Это позволяло быстро менять направление вращения электродвигателя, что требовалось для проката, а также сокращало энергопотребление.

 

Управление осуществлялось с помощью контроллера маховика, состоящего из четырех одинаковых двигателей постоянного тока, каждый из которых был соединен с усиленным маховиком. В отличие от паровых прокатных станов, использовавших для торможения системы встречный поток пара, линию с электрическим приводом можно было затормозить практически без потерь. Электродвигатель мог менять направление линии до 28 раз в минуту, что существенно превышало реальную потребность во время нормальной работы. 

Умный электродвигатель Simodrive Posmo A, 1999 год
Умный электродвигатель Simodrive Posmo A, 1999 год

1999 год: Simodrive Posmo A

Первоначально приводная техника располагалась в шкафах управления, то есть управлялась централизованно. Лишь в 90-х годах ХХ века системы управления начали постепенно делать распределенными (децентрализованными). Для этой цели были разработаны «умные» приводы, подходящие, в частности, для выполнения сложных задач. 

 

Важной вехой в развитии этой технологии стало создание позиционного привода Simodrive Posmo A, представленного компанией «Сименс» в 1999 году. Его управление было встроено непосредственно в сам электродвигатель. Это позволило применять так называемые «электронные валы» без использования дополнительных механизмов. А отдельные электродвигатели получили возможность «общаться» друг с другом, например для координации скоростей. В результате при использовании подобных приводов износ оборудования снижался, а эффективность производства повышалась. 

image
Золотой прииск Паракату в Бразилии, 2009 год

2008 год: первая в мире рудоизмельчительная мельница с функцией встряхивания застывшей шихты

В 2008 году «Сименс» осуществил пуск первой в мире рудоизмельчительной мельницы с функцией встряхивания застывшей шихты (Frozen Charge Shaker) на золотом прииске Паракату в Бразилии, принадлежащем канадской корпорации «Кинросс Голд» (Kinross Gold Corporation). При помощи этого решения, интегрированного в безредукторный привод стана Simine Mill GD, налипшую на внутренние стенки мельницы шихту можно удалять по мере необходимости, защищая тем самым мельницу от повреждений из-за неконтролируемых обвалов кусков этой шихты и значительно сокращая время технического обслуживания. При себестоимости производства в несколько тысяч долларов США в час использование данного решения позволило исключить многомиллионные потери в результате каждого перерыва на техническое обслуживание. 
 

При проведении технического обслуживания рудоизмельчительные мельницы, используемые в горной промышленности, останавливаются на несколько часов или дней. За это время оставшаяся внутри шихта легко может затвердеть и прилипнуть к стенкам мельницы, превратившись в так называемую застывшую шихту. При повторном запуске мельницы возникает опасность, что застывшая шихта не отвалится от стенок сразу же, а сначала будет вращаться вместе с барабаном и затем упадет с большой высоты. В результате это может привести к серьезным повреждениям оборудования. С помощью встроенной в приводную систему Simine Mill GD функции встряхивания застывшей шихты такие отложения можно легко отделить, включив специальный режим работы мельницы.

Integrated Drive Systems (IDS) для управления и автоматизации складского оборудования, 2014 год
Integrated Drive Systems (IDS) для управления и автоматизации складского оборудования, 2014 год

2013 год: интегрированные приводные системы

В 2013 году компания «Сименс» представила новое решение в сфере приводной техники – «Интегрированные приводные системы» (Integrated Drive System, IDS). Оно было основано на тройной технологической интеграции. Горизонтальная интеграция означает, что компоненты системы подбираются из огромного ассортимента редукторов, муфт, электродвигателей и инверторов «Сименс» для оптимального выполнения конкретных задач на производстве. 

 

Вертикальная интеграция, означающая интеграцию приводной системы в архитектуру соответствующего производственного процесса, осуществляется за счет включения IDS в TIA, что позволяет обеспечить наилучшую связь и контроль над компонентами. 

Третьим аспектом IDS является интеграция жизненного цикла. Компания «Сименс» предлагает комплексные решения для управления жизненным циклом производственных систем. Будь то проектирование, планирование, инженерно-технические и пусконаладочные работы, эксплуатация или сервисное обслуживание, IDS позволяет использовать потенциал оптимизации максимально эффективно.

image
Конвейерная система с прямым приводом на руднике Куахоне в Перу, 2015 год

2015 год: крупнейшая в мире конвейерная система с прямым приводом

Антапачай и Лас-Бамбас – первые медные рудники в Перу, на которых в 2012–13 годах были установлены безредукторные приводы. Спустя два года компания «Сименс» создала крупнейшую в мире конвейерную систему с прямым приводом для рудника Куахоне в Перу, принадлежащего мексиканской горнодобывающей компании «Саузерн коппер корпорейшн» (Southern Copper Corporation, SCC). Конвейер заменил рельсовые пути, по которым руда транспортировалась на фабрику.

В дополнение к традиционным приводам в этом проекте компания «Сименс» использовала интегрированные приводные системы (IDS) с прямыми приводами. Поскольку в них было меньше подверженных износу деталей, таких как шестерни, муфты и подшипники, они отличались высоким уровнем эксплуатационной готовности. Кроме того, использование в конструкции прямых приводов позволило создать конвейер непрерывного действия, что в свою очередь поспособствовало минимизации времени простоя, сокращению расходов и объема технического обслуживания.
 

В этом конвейере – три отдельных сегмента, оснащенных в общей сложности пятью интегрированными приводными системами. На самом большом сегменте используются два прямых привода, каждый мощностью 6000 кВт. Две подающие и забирающие ленты меньшего размера работают от двух низковольтных электроприводов мощностью 500 кВт и одного высоковольтного – мощностью 1200 кВт.