Производство деталей для энергетики: пионерство устойчивого возобновляемого будущего

Опасения по поводу изменения климата и глобального уровня CO2 сдвинули зеленую энергию ближе к месту водителя в последние годы. По Global Energy Review МЭА, большинство экспертов ожидает, что возобновляемые источники дадут почти 30% всего электричества в 2021 году, прирост ветро- и солнечной генерации — 17% и 18% соответственно.

Несмотря на впечатляющий рост, ископаемое топливо доминирует: МЭА прогнозирует, что спрос на уголь وحده составит 60% больше, чем все возобновляемые вместе. В результате энергетические выбросы CO2 готовы к второму по величине ежегодному росту, стирая пандемийные снижения парниковых газов.

Динамичная отрасль, но одно верно: глобальное энергопотребление — в любой форме — продолжит создавать возможности для машиностроительных цехов и других дискретных производителей. Корпуса насосов и турбин, редукторы, корневые секции ветряков, устьевые и буровые компоненты — лишь малая часть деталей, производимых ежедневно энергетиками OEM и их поставщиками 1-го уровня, многие крупные, тяжелые, из сложных материалов вроде Инконеля и дуплексной стали.

Крупное — или домой

Крупные детали требуют крупные станки, приспособления, режущий инструмент — и крупные инвестиции. Клаус Миллер, вице-президент по продажам Absolute Machine Tools Inc., Лорейн, Огайо, помогает с первым. Энергетический и аэрокосмический рынки были медленны два года, но подбираются теперь.

«Мы импортируем You Ji и другие бренды ЧПУ оборудования», — Миллер. «You Ji оснащает крупные станки гидростатическими подшипниками стола — популярно у производителей энергодеталей. Они выдерживают экстремальные нагрузки и дают отличную долгосрочную точность».

Пример: Absolute установила ВТЛ You Ji со столом 4 м. Клиент обрабатывает крупные энергодетали, набравшие силу после роста инвестиций в чистую энергию ~2006, но спавшие ~десять лет назад с уходом производства в Китай, Румынию и другие дешевые страны. Новая установка может указывать на реверс тренда.

Также установлен большой расточной станок для местного клиента. Приложение не раскрыто, но для энергетики, грузоподъемность 35 000 лбф (155,7 кН). «У них уже был мостовой станок Johnford, но нужно было больше. Гидростатические подшипники и масса 59 т — правильное решение».

Чем тяжелее, тем лучше

Масса станка критична при тяжелых резах и точности на деталях больше пикапа. Миллер и другие: мало кто сегодня «делает их как раньше», поэтому цехи ретрофитят Lucas, Giddings & Lewis и другой старый железо ЧПУ. Хороший способ продлить жизнь инвестиций, но приходит время, когда даже лучшее оборудование уступает современному эквиваленту.

Другой способ максимизировать инвестиции — использовать возможности крупногабаритной обработки за пределами энергетики. Обороны, горное дело, сельское хозяйство, строительство — значительные пользователи крупногабаритных деталей. Но нужно инвестировать в гибкие станки, адаптируемые под разные детали с минимизацией простоя.

Бернард Отто, директор техподдержки и продуктовый менеджер Kiwa Japan и OKK Japan в Methods Machine Tools Inc., Садбери, Масс., рекомендует:

Многие клиенты Methods обслуживают фракинг, производят насосы, корпуса и крупные компоненты. Конкурентоспособность — не только эффективное удаление большого объема материала из стальных литьев и ковок, но и удержание шпинделя в вращении.

«Высокая загрузка шпинделя требует, чтобы оператор мог загружать/разгружать детали 7700 кг быстро, точно и безопасно», — Отто. «В большинстве случаев лучше всего паллетный сменник».

Глубокое погружение

Отто также отметил: широкий диапазон оборотов шпинделя дает гибкость. Многие ЦОВ в этой сфере имеют 50-й конус с двумя диапазонами и макс. 3600 об/мин. Это лишает возможности использовать мелкие сверла/фрезы или обрабатывать алюминий.

«OKK — один из немногих, предлагающих три шестеренчатых диапазона и до 6000 об/мин, позволяя агрессивно резать большими лицевыми фрезами и использовать мелкие режущие при необходимости», — Отто. «Делает их гораздо более универсальными для цехов с разными деталями».

Другие важные фичи: высокий упор Z для глубокого бурения, интегрированная пневмогидравлика для автоматического гидроприжимания, на расточных станках — возможность блокировать шток (ось W), сильно увеличивая жесткость при черновой обработке глубоких карманов. Отто согласен с Миллером: следование современной технологии станков — ясный путь вперед для конкурентоспособности.

Но, возможно, главная рекомендация для энергетиков и других с колеблющимся спросом — держать станки включенными и полностью операционными. Особенно для нефти и газа — очень цикличный сектор, и для компаний с оплаченными активами, простаивающими между заказами.

«В таких ситуациях наша служба часто получает звонки от клиентов, пытающихся запустить станок, не использовавшийся месяцами или годами, и обнаруживающих заклинившую ось или мертвый электронный компонент. Поэтому мы говорим цехам: циклите станки периодически, и лучше — поставьте их на плановое профилактическое обслуживание у авторизованного дистрибьютора. Это помогает избежать неприятных сюрпризов, независимо от бренда, размера или типа работы».

Надежное зажимание

Брэден Дамман поддержал необходимость гидроприжимания, но отметил: интегрированная пневмогидравлика — не предпосылка. Инженер-приложений Vektek LLC, Эмпория, Канзас, Дамман укажет на дополнительные конфигурации, включая приспособления с гидравликой, питание от внешнего «аккумулятора» — устройства, поддерживающего давление во время обработки.

Какой бы подход ни был, гидроприжимание — явный победитель в последовательности и надежности, если не в цене. «В большинстве применений гидравлика — самое дорогое решение, хотя первоначальные затраты быстро окупаются ростом производительности. Устраняет вариацию ручного зажимания и обязательна для автоматизированных процессов».

Иронично, но большая часть крупногабаритного энергоприжимания, с которым сталкивается Дамман — для вторичных операций. «Видим много компонентов газовых турбин с мелкими деталями и тугшими толерансами. Клиент часто хочет закрепить деталь на ЧПУ шлифовальном станке для финиша и автоматизировать. Гидроприжимание почти всегда предпочтительно из-за высокой повторяемости».

Ларри Роббинс, президент SMW Autoblok Corp., Уилинг, Иллинойс, сторонник повторяемого зажимания, но отмечает: часто нужно репозиционировать крупные детали из-за их вариабельности. «Будь то ковка или литье, выше метра в диаметре — почти всегда нужен способ скорректировать положение в патроне. Мы давно предлагали независимую регулировку губок в ручных и гидро патронах, последнее время расширили на электрически активируемую линейку».

Энергетичное зажимание

Роббинс объяснил: патроны MM e-motion имеют запатентованную линейную систему позиционирования (LPS), позволяющую оператору — автоматически или вручную — измерить положение детали в станке тач-пробом, передать данные контроллеру и патрон центрирует деталь. Каждая губка питана и управляется своим «e-мотором», приводом через индуктивный связыватель, позволяя использовать на стационарных или вращающихся применениях. Детали любой формы и размеров до 1250 мм, модификация зажимной силы даже во время обработки.

Роббинс и SMW Autoblok испытали заторможенность в энергетике и авиации два года, но недавно подъем. Интересно: спрос из нефти и газа на патроны для все больших труб — вызов и для зажимания, и для станков.

«Раньше перепроектировали мастер-губки для увеличения емкости существующих патронов, теперь перед совершенно новыми дизайнами из-за просьб о сквозных отверстиях 24" (610 мм). Такие диаметры нагружают шпиндельные подшипники токарного. Можем немного смягчить через упорные приспособления, но снова подходим к пределам технологии зажимания. Энергетики на пороге создания совершенно нового рынка».

Согласие об автоматизации

Провайдер систем автоматизации Fastems LLC USA, Вест-Честер, Огайо, видит похожие требования к новым технологиям. Региональный менеджер по продажам Лой МакЭлдоуни: энергетический сектор традиционно медленно принимал автоматизированную обработку деталей, но мышление меняется благодаря нехватке квалифицированных кадров. «Как многие отрасли, они теряют экспертизу и вынуждены автоматизировать где могут».

Требуется несколько вещей. Один из паллетных ЦОВ — хорошее начало, за ним — автоматическое зажимание. Помимо гидро- и электронного прижимания, доступны пневматические или механические нулевые системы позиционирования. МакЭлдоуни: удерживающие зажимные гайки часто монтируются прямо на крупные детали, с принимающим ресивером на паллете.

Наиважнейшее — разработка стабильных, предсказуемых процессов. Сложно на любой детали, но особенно для низкообъемного, высокосмешанного производства, обычного для энергетики. Все больше поставщиков нефтегазовых компонентов это делают.

«Обоснование инвестиций в автоматизацию и последующую разработку процессов не требует высоких объемов так, как довольно повторяющихся заказов», — МакЭлдоуни. «Для компаний с долгосрочными соглашениями и видимостью на 18–24 месяца вперед, меньше страшно тратить на выделенные приспособления, паллеты и автоматизированную или даже полуавтоматизированную систему хранения. При заказе — загрузить паллету, вызвать программу и запустить. С нашей MMS и интегрированным контроллером ячейки — в режиме lights-out. В любом случае, даже низкообъемное производство становится очень эффективным».