Экономический эффект модернизации электроприводов грузоподъемных кранов различных типов на примере оборудования Schneider Electric

Экономический эффект модернизации электроприводов грузоподъемных кранов различных типов на примере оборудования Schneider Electric

 

            Надежность, безаварийность и производительность работы грузоподъемного крана во многом обусловлены качеством и надежностью электрооборудования. Крановое электрооборудование должно обеспечивать надежную, безаварийную работу механизмов в тяжелых температурных и метеорологических условиях, при наличии влаги и пыли, сильной вибрации, в широком диапазоне нагрузок.

 

Приобретение новых, современных энергоэффективных грузоподъемных кранов ввиду их достаточно высокой стоимости зачастую является непосильной задачей для предпринимателей и организаций. В то же время в стране имеется достаточно большой парк грузоподъемных кранов, произведенных на наших заводах в прошлом.

 

            Новый, современный подход к значительному продлению жизненного цикла имеющегося парка грузоподъемных кранов – модернизация путем замены элементов электропривода на принципиально новой основе и новой элементной базе. Сегодня это система ПЧ-АС – управление асинхронным электродвигателем переменного тока с короткозамкнутым ротором с помощью преобразователя частоты.

 

Модернизация электропривода на систему ПЧ-АС позволяет:

·         увеличить ресурс механических узлов крана за счет исключения ударных нагрузок приводов;

·         снизить эксплуатационные расходы на капитальный ремонт механического оборудования за счет значительного снижения динамических нагрузок в элементах кинематической цепи;

·         существенно сократить потребляемую электроэнергию из-за отсутствия пусковых бросков тока, исключения реостатов при регулировании скорости, снижения потребляемой из сети реактивной мощности;

·         повысить надёжность крановых приводов посредством исключения быстроизнашивающейся релейно-контакторной аппаратуры;

·         повысить надежность электрооборудования за счет применения современных комплектующих, использования электродвигателей с короткозамкнутым ротором взамен электродвигателей с фазным ротором;

·         осуществлять плавный разгон и торможение электродвигателей;

·         изменять скорости и ускорения движений механизмов крана;

·         обеспечить высокую точность регулирования скорости;

·         обеспечить качественное поддержание скорости электродвигателя при переменных нагрузках за счет применения обратной связи с помощью датчиков угла поворота вала (энкодеров);

·         обеспечить плавный останов до нуля и только затем приведение в действие тормозов благодаря жесткой механической характеристике (точное поддержание скорости);

·         обеспечить быструю реакцию на изменение нагрузки  (при резких скачках нагрузки устраняются скачки скорости);

·         повысить надежность и долговечность механического оборудования благодаря плавности переходных процессов;

·         реализовать максимально-токовую защиту, защиту от перегрева двигателя и преобразователя, от перегрузки, чрезмерных отклонений напряжения питания, обрыва фазы, межфазного короткого замыкания, замыкания фазы на землю;

·         исключить возможность падения груза вследствие рывков или перегрузки;

·         обеспечить динамическое торможение (с помощью тормозного резистора) для создания «посадочной» скорости системы;

·         повысить комфортные условия работы оператора;

·         повысить безопасность эксплуатации крана;

·         уменьшить простои по вине электропривода до 4 часов в год.

 

В крановых приводах успешно используются ПЧ семейства Altivar 71 от Schneider  Electric, предназначенные для трёхфазных асинхронных и синхронных электродвигателей мощностью от 0.75 до 630 кВт с различными типами сетевого питания. Данная серия преобразователей частоты Schneider Electric позволяет управлять с помощью алгоритма векторного управления потоком асинхронными двигателями в разомкнутой и замкнутой системах регулирования скорости и синхронными двигателями с синусоидальной Э.Д.С. в разомкнутой системе.

 

Они обладают такими прикладными функциями для крановых применений, как:

        управление тормозом, адаптированное для приводов перемещения и подъёма, и контроль состояния тормоза;

        управление окончанием хода по концевым выключателям;

        обеспечение высокоскоростной работы с пустым крюком или при небольшой нагрузке;

        выбор слабины грузовых канатов;

        выравнивание нагрузки, схема «ведущий-ведомый», управление моментом;

        функция мультидвигатель/мультиконфигурация для применения одного ПЧ в многодвигательных крановых приводах;

        контроль превышения заданной скорости, вращения в обратном направлении, перегрузки и т.д.

 

ООО НПФ «СП Сервис», основанная в 2010 году и с 2011 года являющаяся ОЕМ-партнером компании Schneider Electric (Франция), в своих проектах использует продукцию Schneider Electric при разработке, производстве, внедрении и сервисном сопровождении, связанных с модернизацией различных типов кранов.

 

В настоящее время по Техническому заданию ООО «Коксохиммонтаж Строймеханизация» г. Череповец, разработан технический проект по модернизации электропривода кранов на гусеничном ходу  МКГ-25Бр, СКГ-40/63, СКГ-63/100 и МКГС-100. Данный проект согласован с головным институтом ОАО «ВКТИ монтажстроймеханизация» г.Москва. В соответствии с утвержденным проектом разработана конструкторская документация и Технические условия. С ноября 2011 г. введен в эксплуатацию кран МКГ-25Бр и с декабря 2012 г. кран МКГС-100.

 

Кран МКГС-100 электрический, особенностью которого является повышенная мобильность за счет использования новой схемы его транспортировки. По результатам проведенных аттестационных испытаний кран показал, что используемые привода работают в половину и на треть требуемой мощности при поднятии эталонных грузов. Таким образом, потенциал привода рассчитан на подъем грузов до 200-300 тонн при соответствующем стреловом оборудовании. В настоящее время кран работает на пониженном напряжении – до 345В, что говорит о его устойчивости к «плохим» сетям. Успешно работала аппаратура и при низких температурах (минус 25–30°С).

 

7 декабря 2011 г. был запущен в эксплуатацию первый гусеничный кран марки МКГ-25БР, электропривод которого выполнен на преобразователях частоты производства Schneider Electric.  Кран МКГ-25БР  полноповоротный самоходный кран на раздвижном гусеничном ходу с дизель-электрическим многомоторным приводом, предназначенный для монтажных, погрузочно-разгрузочных работ, мостостроения и энергетического строительства.

 

При внедрении ПЧ-АС расходы на электроэнергию уменьшились более чем в 9 раз, а минимальный объем экономии в год составил 272 186 рублей. При этом, основными расходами на эксплуатацию устройства были затраты на электроэнергию. Затраты на эксплуатацию электрооборудования отсутствуют.

 

Анализируя применение частотно-регулируемого электропривода на примере гусеничных кранов марки МКГ-25Бр и МКГС-100 получается, что:

I. Техническая эффективность от внедрения частотно-регулируемого электропривода выявляет следующие возможности МКГС-100:

        регулирование скорости от "0" до и выше номинальной;

        плавный разгон и торможение;

        ограничение тока на уровне номинального в пусковых, рабочих и аварийных режимах;

        увеличение срока службы механической и электрической частей оборудования;

         устойчивая работа в диапазоне температур от –40 до +40°С.

II. Экономическая эффективность от внедрения частотно-регулируемого электропривода МКГ-25Бр выглядит следующим образом.

 

По результатам первого года эксплуатации имеем следующие показатели:

1.jpg

За год эксплуатации потреблено всеми приводами суммарно 4072 кВт*ч электроэнергии, что при стоимости электроэнергии в среднем 3 руб. за 1 кВт*ч составит 12116 рублей.

 

В следующей таблице показано потребление электроэнергии при тех же условиях эксплуатации без применения частотно-регулируемого электропривода.

2.jpg

 Итого за год эксплуатации было бы потреблено всеми приводами суммарно 36934 кВт*ч электроэнергии, что при стоимости электроэнергии в среднем 3 руб. за 1 кВт*ч составило бы 110 802 рубля.

  

Вывод

 

Затраты только по расходу электроэнергии на эксплуатацию ЧРП привода на 98686 рублей или в 9,14 раза меньше, чем в обычном приводе. Экспериментальный кран нормально эксплуатировался при низких температурах (минимально –37°С), время запуска при этом составляло не более 10 минут.

 

Другие годовые затраты на эксплуатацию приводов приведены на диаграммах:

 3.jpg

Как видно из диаграмм основным расходом на эксплуатацию электропривода после модернизации является затраты на потребленную электроэнергию. Из выше перечисленного следует, что минимальный объем экономии за год составил 272 186 руб.

 

Несмотря на кажущуюся значительную стоимость современных преобразователей, окупаемость вложенных средств за счёт экономии энергоресурсов и других составляющих эффективности не превышает в среднем 3-5 лет. Это вполне реальные сроки, а учитывая многолетний ресурс подобной техники, можно подсчитать ожидаемую экономию на длительный период.

 

Но самое главное преимущество этого оборудования заключается в том, что оно представляет собой один из наиболее выгодных объектов для инвестирования средств предприятия:

·         возвращает вложенные средства за период срока окупаемости (около 3-5 лет), начиная с первого дня внедрения, а в последующие 15-20 лет предприятие получает чистую прибыль;

·         инвестиции ни на минуту не покидают пределов предприятия.

 

Немаловажным фактором экономии является резкое снижение простоев крана из-за выхода из строя оборудования, что приносит дополнительный доход. Например, если кран не эксплуатируется из-за выхода из строя оборудования, то убыток только из-за простоя составит:

для МКГ-25Бр – 500 руб. в час;

для монтажных кранов – 12000 руб. в день;

для строительных кранов – 6000 руб. в день.

 

При затратах на модернизацию в пределах 2 млн. руб. окупаемость составляет для монтажных кранов – 170 рабочих дней, для строительных – 340 рабочих дней.

 

По заказу ООО «Коксохиммонтаж Строймеханизация» ООО НПФ «СП Сервис» при консультативной и технической поддержке Schneider Electric разработал пошаговую систему модернизации гусеничных кранов, включая возможность контроля и даже управления краном дистанционно - через Интернет.

 

Специалисты ООО НПФ «СП Сервис» (Ярославль) с учетом проделанной работы предлагают следующие шаги по развитию направления модернизации гусеничных кранов:

перевод схемы управления с дискретного на управление с помощью промышленных контроллеров по сети CANopen, что даст возможность убрать все провода управления, заменив их одним проводом CAN, контролировать работу всех узлов привода и оповещать оператора крана о возможных неисправностях и необходимых действиях в той или иной ситуации, контроля работы параметров приводов и ведение архива неисправностей и других параметров по желанию заказчика, возможность контроля и даже управления краном дистанционно (через интернет);

- дальнейшее совершенствование системы «климат-контроля», с возможностью работы привода крана при температурах ниже –40°С;

- применение активного выпрямителя, позволяющего возвращать генерируемую энергию обратно в сеть, выдавать в сеть «чистую» синусоиду, работать с сетями в которых провалы напряжения достигают 40%;

- проработка вопроса по применению радиоуправления приводом крана, что позволит в определенных случаях оператору крана работать вне кабины управления;

- работа по снижению себестоимости оборудования за счет применения инновационного оборудования и внедрения новых технологий производства (при мелкосерийном производстве).

·         

 

 


Назад в раздел