Приводы с переменной скоростью, критически важные для тепловых колес RainForest

За кулисами большое количество инженерных разработок направлено на создание и поддержание тропического леса возле озера Эри, всего в 40 милях от канадской границы. Это подвиг, совершенный Метропарком Кливленда (Огайо), организацией по организации досуга, которая предоставляет «изумрудное ожерелье» из лесов, полей для гольфа, пешеходных троп и других достопримечательностей, окружающих этот город Среднего Запада, известный как своими спортивными командами, так и первоклассными. оркестр и Зал славы рок-н-ролла. Без современной технологии HVAC вряд ли могла бы существовать эта уникальная тропическая среда обитания, расположенная на территории комплекса Cleveland Metroparks Zoo; и он продолжает получать выгоду от усовершенствований оборудования, таких как усовершенствованная конструкция двигателя и привода.

Впервые открытый в 1992 году, RainForest в зоопарке Cleveland Metroparks Zoo представляет собой куполообразную симулированную биосферу, которая содержит около двух акров растений и диких животных, сопоставимых с тропическими лесами и джунглями. Его система обработки воздуха, которая включает полутонны тепловых колес, а также двигатели и приводы ABB, экономит 18 000 фунтов воды в день за счет переноса влаги в сухой поступающий свежий воздух каждые 2,5 часа.

RainForest в зоопарке Cleveland Metroparks содержит два акра растений и диких животных, похожих на те, что встречаются в тропических лесах по всему миру. Каждый год более миллиона посетителей приезжают в эту двухэтажную куполообразную симулированную биосферу, чтобы испытать, что это такое, прогуливаться по тропическим регионам Центральной Америки, Африки или Азии - и увидеть около 600 животных в естественной среде, включая птиц, обезьяны, рептилии и разноцветные рыбки, которые играют в лагунах, болотах и ​​теплых реках.

Хрупкая окружающая среда в суровом климате
Несмотря на резкие колебания температуры и влажности на Великих озерах, где штормы «Альберта Клипер» могут быстро вызывать отрицательные температуры зимой, а залитые солнцем летние дни достигают отметки 90 градусов по Фаренгейту, посетители и жители RainForest наслаждаются почти постоянной температурой 76 градусов. градусов по Фаренгейту и 76 процентов влажности. Это связано с надежной системой отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, которая развивалась на протяжении многих лет и включает компоненты, которые повысили надежность системы на 100 процентов.

RainForest, инвестиция в размере 30 миллионов долларов, не только окутывает посетителей экзотическими окрестностями, но также служит напоминанием о том, что теряется - если только больше тропических лесов и джунглей не удастся защитить от чрезмерной застройки.

Применение теплового колеса критично для контроля постоянной температуры и влажности

Direct Air Systems Inc., расположенная в Кливленде и Колумбусе, штат Огайо, работая совместно с Zesco Inc., специалистами в области электромеханического управления движением и базирующаяся в Кливленде, предоставляет услуги HVAC компании RainForest, а также другим известным местным предприятиям. включая Зал славы рок-н-ролла.

RainForest имеет два кондиционера, которые на 100 процентов работают с наружным воздухом. Чтобы обеспечить и поддерживать оптимальные условия окружающей среды на предприятии, Direct Air Systems установила системы энергетических колес SEMCO для блоков, одна из которых имеет общую производительность 60 000 кубических футов в минуту, используемую в основном для охлаждения; в то время как другой блок, рассчитанный на 40 000 кубических футов в минуту, оборудован стойкой для предварительного нагревателя и увлажнителя. Оба агрегата имеют расположенные бок о бок колеса 10 футов диаметром и весом 1000 фунтов, которые необходимы для сбережения 18 000 фунтов воды каждый день, отводя влагу из застоявшегося отработанного воздуха RainForest и отдавая ее на улицу. поток воздуха один раз в 2,5 часа.

Показаны два тепловых колеса диаметром 10 футов, которые отводят влагу и тепло от помещения RainForest и возвращают свежий воздух. Они вращаются со скоростью от семи до 18 раз в минуту с использованием прямого управления крутящим моментом двигателя / привода ABB, для которого не требуется редуктор. Устранение коробки передач значительно повысило надежность системы кондиционирования воздуха.

Термин «осушитель» относится к материалу, связанному с поверхностью тепловых колес, который собирает влагу, а также запахи, которые затем выводятся из здания через верхнюю часть колес.

Колеса вращаются от семи до 18 раз в минуту, в зависимости от уровня влажности. Свежий воздух, называемый «технологическим воздухом», втягивается в нижнюю часть воздухообрабатывающих устройств и фильтруется через колеса.

Температура и влажность свежего воздуха регулируются медленным вращением колес и тем фактом, что масса колес и осушающая поверхность переносят часть тепла и влаги, собранных внутри. Обогреватели при необходимости нагревают воздух, прежде чем он попадет в просторный салон RainForest, который имеет более 60 температурных зон, в том числе для офисов, кафетерий и сувенирных магазинов.

Установки для обработки воздуха, встроенные в объект
Вместо того, чтобы монтироваться на крыше и подвергаться воздействию элементов, как это обычно делается с установками для кондиционирования воздуха, те, которые обслуживают RainForest, встроены в помещение для поддержания эффективности агрегата, которая в противном случае была бы потеряна теплым летом Кливленда и холодной зимой.

Эффективность и простота отличают систему
Процесс осушения был выбран из соображений эффективности и простоты. Был сделан вывод, что котлы, воздуховоды, тепловые трубы или другие методы не могут сравниться с 85-процентной эффективностью, обеспечиваемой тепловыми колесами. Кроме того, нагревательные колеса чрезвычайно просты в эксплуатации. Идея заключалась в том, что чем проще основное механическое оборудование, тем выше надежность и простота обслуживания. Так оно и было - до определенной степени. Хотя технология должна была работать безупречно, возникла проблема.

Каждое колесо вращается с помощью изготовленного на заказ ремня длиной 31 фут и, при первой установке, было оснащено электродвигателем переменного тока мощностью 1 л.с., рассчитанным на 1750 об / мин, и механической коробкой передач для обеспечения редуктора 5:1.

На момент установки это была довольно распространенная конфигурация оборудования. Однако было обнаружено, что механические коробки передач, используемые в RainForest, выходили из строя с угрожающей скоростью. Раз в год приходилось менять одну из коробок передач. Не было заметного рисунка, указывающего на конкретное расположение колеса и коробки передач. Это было случайно. Единственным постоянным элементом проблемы был плановый отказ коробки передач.

Наконец, проблема была выявлена. Он имел дело с оборотами в минуту. Темп был слишком медленным, чтобы системы смазки коробкой передач могли работать должным образом. В результате детали не смазывались должным образом и преждевременно изнашивались.

Путь к решению
Поскольку использование редуктора было обычным подходом при установке тепловых колес, проблема изначально не рассматривалась как проблема выбора оборудования, а рассматривалась как проблема применения. Каждая установка теплового колеса изготавливается по индивидуальному заказу и имеет свой собственный набор динамических характеристик.

Решение проблемы включало продолжение практики простой замены редукторов по мере их выхода из строя; однако вскоре стало очевидно, что это было дорого и несколько непредсказуемо.

Также рассматривалось использование коробок передач, которые смазываются по-разному, а также создание индивидуальных коробок передач, специально предназначенных для приложения RainForest. По мере того, как все больше мыслились способы решения проблемы смазки, был сделан вывод, что эти возможности граничат с экспериментированием. RainForest с его 600 обитателями животных не был подходящим кандидатом для таких рисков, особенно когда было доступно более современное решение.

С приводами редукторы не требуются
Компания Direct Air Systems подумала о своем опыте работы с другими системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и рассказала специалистам по обслуживанию зоопарка Cleveland Metroparks Zoo о решении для привода переменного тока / двигателя переменного тока, для которого не требуются редукторы. Это становилось все более распространенным и хорошо зарекомендовало себя. Это также была новейшая технология, уходящая от проблем и сложностей, которые представляли механизмы с подвижными частями.

«Когда мы увидели, что не слишком далеко продвинулись в вопросе смазки коробки передач, мы обратились к оборудованию, которое было доступно нам уже сейчас», - пояснил Стив Снайдер, президент Direct Air Systems. «Рекомендованный нами подход с прямым крутящим моментом был бы рентабельным, простым в обслуживании и простым в эксплуатации. Смазка шестерен не будет проблемой. К тому же, прямой крутящий момент - это проверенная инженерия. Cleveland Metroparks запросил заявки на участие в проекте, поскольку это государственное агентство, и наша заявка была выбрана ».

При модернизации использовалось решение ABB Direct Torque Control, в котором крутящий момент двигателя переменного тока используется в качестве основного элемента управления.

Компактные приводы ABB ACS 800, входящие в состав решения ABB Direct Torque Control, занимают гораздо меньше места по сравнению с предыдущими моделями приводов. Это особенно полезно в помещениях с ограниченным пространством.

Первоначальный двигатель переменного тока мощностью 1 л.с. и редуктор в каждой из систем энергетического колеса были удалены и заменены комбинацией 5-сильного асинхронного двигателя ABB / низковольтного привода переменного тока. Такое расположение позволяет подключать двигатель напрямую к двигателю / нагрузке без использования редуктора или импульсного энкодера. Решение ABB обеспечивает полный крутящий момент двигателя до нулевой скорости.

Благодаря использованию алгоритма приводы ABB, в данном случае модели ACS с регулируемой скоростью, могут работать без энкодера для обеспечения обратной связи по скорости. Алгоритм позволяет приводу вычислять состояние крутящего момента и магнитного потока двигателя 40 000 раз в секунду. Отсутствие энкодера еще больше снижает необходимость в обслуживании и сокращает время простоя.

Хотя каждая система энергетического колеса управляется отдельными системами Johnson Controls, состояние двигателей и приводов контролируется комплексной системой управления зданием Johnson Controls RainForest.

В случае отказа системы управления приводы ACS ABB автоматически переходят на заданную скорость вращения, чтобы обеспечить поддержание теплопередачи. Запасные двигатели проходят инвентаризацию в RainForest, а приводы хранятся в офисе Direct Air Systems, в нескольких минутах от предприятия.

С момента установки комбинации двигатель / привод ABB более четырех лет назад в обслуживании не было никаких перерывов. Direct Air Systems видит все более широкое использование прямого управления крутящим моментом.

«Это определенно один из подходов, которые мы рекомендуем», - объясняет Снайдер. «Часто есть несколько способов решить проблему. Исходя из обстоятельств в этом случае, метод прямого управления крутящим моментом оказался хорошим решением. Мы применили его и к другим проектам. У него есть три характеристики, которые нам нравятся. Это рентабельно, просто и надежно ».

Модель спасения тропических лесов мира
Благодаря вкладам посетителей в The RainForest и усилиям других организаций и правительств ограниченные участки скудных площадей тропических лесов и джунглей теперь защищены от чрезмерной застройки. Продолжающаяся поддержка позволит выделить еще больше на этой ценной земле, которая не только служит убежищем для дикой природы для местных растений и животных, но также улучшает окружающую среду Земли за счет удаления углекислого газа из атмосферы. Кроме того, эти охраняемые территории становятся важными источниками чудодейственных лекарств завтрашнего дня.

Более миллиона человек в год посещают RainForest, наслаждаясь почти постоянной влажностью 76 градусов F / 76 процентов, поддерживаемой системой кондиционирования воздуха. Помимо развлечения и обучения по биологии, другая задача учреждения - напоминать посетителям о необходимости защищать естественные тропические леса, которые, по оценкам, теряются со скоростью 1,5 акра в секунду из-за вырубки лесов.

Показанный на Animal Planet, RainForest - одна из нескольких достопримечательностей зоопарка Cleveland Metroparks Zoo, который занимает территорию в 168 акров и представляет собой самую большую коллекцию видов приматов в Северной Америке среди 3000 животных.

Об авторе:

ABB, продукты для автоматизации, низковольтные приводы, является крупнейшим в мире производителем электродвигателей и приводов. В США интегрированный канал торговых представителей, дистрибьюторов и системных интеграторов позволяет ABB, Нью-Берлин, Висконсин, поставлять полную линейку энергоэффективных электроприводов, двигателей и инженерных систем приводов для широкого круга промышленных и коммерческих предприятий. клиенты. Производимая продукция включает приводы переменного и постоянного тока с регулируемой скоростью для электродвигателей мощностью от 1/8 до 135 000 лошадиных сил, а также решения для систем привода для конкретных применений, отвечающие разнообразным потребностям клиентов. Для получения дополнительной информации посетите www.abb.us/drives.com.