Összefoglalás

Sok éven keresztül az egyenárammal való működtetés a csúszógyűrű mellett az úszókotró berendezések emelőszerkezetének széles körben alkalmazott meghajtása volt. A vektorszabályozás fejlesztése következtében (földorientált szabályozás) most elkezdődött a frekvencia-átalakítóknál ezeknek a meghajtásoknak a leváltása.

A majdnem karbantartás mentes váltakozó árammal működő rövidre zárt forgórészű és nagyon magas a védelmű (IP55) motorokkal összekapcsolva kihasználhatóak az egyenáramú motorok előnyei, anélkül, hogy azok hátrányait átvennék.

A hidraulikus meghajtásokkal szemben a karbantartási költségek lényegesen olcsóbbak és e mellett a kanalas lánckotróknál a környezetvédelem, időnk egyik legsürgősebb problémája, nem elhanyagolható szerepet játszik a meghajtási rendszer kérdésénél. A frekvencia-átalakító itt is alternatívát ajánl, amely középtávon valóra fog válni.

1. ÚSZÓKOTRÓ BERENDEZÉSEK

Az emelők működtetése, különösen az úszókotró berendezésekben való alkalmazása robusztus és megbízható meghajtást tesz szükségessé, melyek funkciója még az ilyen berendezések sajátos környezeti feltételeinél is biztosítva kell hogy legyen.

Ezért itt hosszú idő keresztül itt a csúszógyűrűs motort alkalmazták standard meghajtásként. A berendezések kitermelési teljesítményével szemben támasztott megnövekedett követelmények következtében nő az emelőszerkezet meghajtásával szembeni követelmények. Magasabb és variábilisabb sebességekre volt szükség, hogy a teljesítőképességet optimalizálják. Ehhez még hozzájárult, hogy az üzemeltetők a növekedő energia-árak miatt üzemgazdasági megfontolásokat is tesznek. Így kb. 1985-től a daruépítésben már régóta alkalmazott egyenárammal működő meghajtásokat alkalmaznak az úszókotró berendezéseknél is.

A csúszógyűrű-meghajtással szemben az egyenáram-meghajtás a következő előnyöket mutatta:

- a fordulatszám fokozatmentes változtatása

- nagy fordulatszám állíthatóság

- jó statikus és dinamikus szabályozhatóság

- energiavisszacsatolás a süllyesztett- és fékező üzemmódban

- teljes forgatónyomaték az alsó fordulatszám tartományban is

- nincs kontaktus-kopás

- nincsen indítási ellenállás

Ezeknek a meghajtásoknak a hátrányai:

- alacsony védelem (IP23)

- költséges szabályozó berendezések

- a magas karbantartási igény miatt kiesés (kefekopás, filtertisztítás)

- az üzemeltetőknek akzeptálniuk kellett a csúszógyűrűs meghajtásnál az alacsony indítónyomatékot

Míg az egyenáramú meghajtásnak sok felhasználási területen a frekvencia- átalakító és az aszinkronmotor kombinációjával már korán konkurenciája nőtt, ez csak a pulzusátalakítók kifejlesztésével és különösen ezeknek az átalakítóknak a földorientált szabályozásával gyakorolt hatást az úszókotró berendezések emelő- meghajtására.

Ezzel a szabályozással az aszinkronmotoros frekvencia-átalakító egyenáramú meghajtással szemben még fennálló hátrányait is kiküszöbölték. És nemcsak ezt – sok tekintetben a frekvencia-átalakításos meghajtás az egyenáramú meghajtásnál még jobb is.

Ha itt a műszaki követelményeket figyelembe veszik, akkor ezek:

- többmotoros meghajtás további költség nélkül (a hidraulikus markoló működtetésére)

- magasabb fordulatszám-beállíthatóság

- magasabb túlterhelhetőség

- sokkal alacsonyabb visszaható erő igény

- magasabb védelem (IP55)

- kisebb felhullámzás az ellátó hálózatban

- nincs szükség idegen szellőztetésre

Gazdasági szempontból nézve, a következő előnyök adódnak:

- kevesebb karbantartás (a csapágyakon kívül nincsenek kopó alkatrészek)

- a motorok könnyebben beszerezhetők (szabvány motorok)

- alacsonyabb üzemeltetési költség

- a szabályozó berendezés és a motorok magasabb teljesítménye

- az alacsonyabb visszaható erő – igény miatt a legtöbb esetben nincs szükség reakcióerő-kompenzáló berendezésre.

A következőkben leírt berendezésekben már 1990. óta frekvencia-átalakítót alkalmaztak az úszókotróval történő kavicstermelésnél, először közbenső áramkör átalakítót (I-átalakító), majd 1994-től pulzusátalakítót (U-átalakító)alkalmaztak, mely utóbbi az új generációs, vektorszabályozással és hálózatvisszatáplálással.

1.1 Úszókotró berendezés S.G. Willersinn kavicsbányája, Fort Louis-ban

Az S.G. Willersinn 1973 óta üzemeltet a Fort Louisban lévő kavicsbányájában a kavicstermeléshez egy dupla-úszókotróberendezést, melynek a következő műszaki adatai vannak berendezésenként: (1. kép):

- töltősúly 18 Mp

- hidraulikus kanál, kanál 5 m³

- emelési sebesség 75 m/perc

- emelőszerkezet-meghajtás 2 x 120 kW, csúszógyűrű

a nagyobbá váló baggermélységgel a berendezés továbbítási teljesítménye már nem volt elegendő. Ezen kívül a teljes elektromos berendezés rossz állapotban volt és fel kellett újítani, ennél a következő feltételeket kellett teljesíteni:

- a meglévő emelőszerkezet-meghajtás további felhasználása

- a meglévő kötéldobok további felhasználása

- azonos továbbítási teljesítmény 30 %-kal nagyobb baggermélységnél

- azonos indítónyomaték, mint a meglévő csúszógyűrűs motoroknál

- alacsony karbantartási költségű motorok (nincsenek csúszógyűrűk, szénkefék)

Ezek a követelmények korlátozás nélkül megvalósíthatók voltak egy rövidre zárt forgórészű aszinkronmotor frekvenciaátalakítóval történő összekapcsolásával. 1993. januárjában a Rohr cég megbízást kapott a berendezés átalakítására.

Alkalmazásra került berendezésenként egy „áramkörök közötti átalakító” 590 kVA teljesítménnyel, és 2 rövidre zárt forgórészű motor, egyenként250 kW teljesítménnyel. (2. kép)

Ahhoz, hogy a nagyobb kiemelési mélységnél megtartsák a továbbítási teljesítményt, az addigi 75 m/perces kiemelési sebességet meg kellett emelni. Az átalakítás után a berendezés 95 m/perces kiemelési sebességgel és 117 m/perces süllyesztési sebességgel üzemel.

Az üzemeltető szerint minkét berendezés a 1993. márciusa óta hosszú üzemelési idő mellett hibamentesen üzemel, e mellett az úszókotrók üzemeltetéséhez szükséges energiaköltsége a nagyobb motorteljesítmény és magasabb továbbítási teljesítmény ellenére összességében nem növekedett.

A gyakorlatilag karbantartás mentes meghajtó motorok és a frekvencia szabályozás következtében ütésmentes berendezés üzemelés (a mechanika kímélése) emellett jelentős kihatással vannak a karbantartási költségekre és a kopásra.

1.2. Eich-i Kavicsmosó Üzem úszókotró berendezése

Readymix Kies GmbH

A Rohr cég ezt a berendezést 1991-ben prototípusként készítette és 1994. végéig a Waldsee-i Kavicsbányában saját maga üzemeltette (3. kép).

A hordsúly 14 t, a kanál 4 m³. Az emelőszerkezet meghajtására egy 200 kW-os motor szolgál, egy I-átalakítón üzemeltetve, teljesítménye 270 kVA. Teli kanállal az emelési sebesség 75 m/perc, a süllyesztési sebesség 90 m/perc.

Ezen a berendezésen gyűjtöttek először tapasztalatokat a fekvenciaátalakításos emelőberendezésekkel üzemeltetett úszókotrókkal kapcsolatban, illetve értékelték ki azokat.

A ellensúly-rendszerrel kapcsolatban az energiaköltségeket egy ugyanilyen továbbítási teljesítményű csúszógyűrűs motorral szemben jelentősen csökkenteni lehetett.

Ugyanez vonatkozik a karbantartási költségekre és a kopásra. A frekvenciaszabályozott emelőberendezésekkel kapcsolatban a Willersinn-i Kavicsüzemnél szerzett jó tapasztalatok alapján (a Readymixnek ott részesedése van) az úszókotró berendezést 1994. végén a Readymix megvásárolta az Eich-i Kavicsmosó üzem részére, ott kissé átalakítva 1995. augusztusa óta működik. Az előkészítő berendezéshez való anyagtovábbítás hidraulikusan történik. A nyers kavicsot egy kavicstovábbító pumpán és egy úszó csővezetéken keresztül közvetlenül a berendezésbe továbbítják.

1.2 Schüttler úszókotró berendezés, Rodgau-Niederroden

A Schüttler cég 1994. júniusában döntött egy új úszókotró berendezés megvásárlása mellett, mellyel az akkor működőm 1978-as 16 tonnás berendezést akarták leváltani. Az alkalmazandó meghajtási technika többszöri tanácsadás után a frekvenciaszabályozás javára dőlt el. Ehhez döntőek voltak ennek a technikának már a bevezetőben bemutatott előnyei.

A kavicsüzem vezetői egy cső-úszókotró mellett döntöttek, melynek a műszaki paraméterei a következők (4. kép):

- hordsúly 30 Mp

- hidraulikus kanál űrtartalma 8 m³

- emelési sebesség0-110 m/perc

- ereszkedési sebesség 0-160 m/perc

- baggermélység víz alatt 60 m

A vevő által megkívánt, a névleges nyomaték 2,6-szorosának max. húzónyomatékával 2 db., egyenként 315 kW teljesítményű meghajtómotort és egy 1000 kVA teljesítményű átalakítót szereltek be. Mindkét motort ezzel az átalakítóval hajtanak meg.

Ennél a berendezésnél került először alkalmazásra egy cső-berendezésben egy vektorszabályozású pulzus-átalakító az emelőszerkezet számára. Így az által a lehetőség által, hogy a súly 0 fordulatszámnál is teljes forgatónyomatékkal biztonságban meg van tartva, a mechanikus emelőszerkezet fékje tartófékként működik, a fékbetétek jelentős kopása már nem adott.

A beépített, szabadon programozható technológia-szabályozók által az olyan funkciók, mint a kiemelés súlytól függő szabályozása, a lógó kötél felismerése és az emelés ismétlődése üres vagy majdnem üres kanálnál drága külső berendezés nélkül megvalósítható.

Egy szintén beépített pulzus-inverter az üres kanál leengedésénél és a fékezéseknél keletkező generátor teljesítményt vissza tudja játszani a hálózatba, ami az energiaköltségek további csökkenésével jár. (5. kép)

A berendezés irányítópultjába beépített operátor-panelen keresztül az üzemeltető számára lehetővé válik az emelési- és süllyesztési sebességek ésszerű határokon belül történő egyéni beállítása. Ezzel a kiemelési ciklus optimalizálható és a berendezés mechanikus kopása még tovább csökkenthető.

Az egy éves üzemeltetés után nyert tapasztalatok utólagosan igazolják, hogy helyesen döntöttek e mellett a meghajtási rendszer mellett. A jelentősen nagyobb kitermelési teljesítmény mellett – nagyobb kiemelési mélységnél is – az üzemeltető szerint az energiaköltségek a régi berendezéséhez képest valamivel csökkentek. Az egyenáramnál és a csúszógyűrűs motorénál magasabb beszerzési ár néhány éven belül amortizálódik, minthogy az átalakító kitűnő teljesítményfaktorának köszönhetően ennél a berendezésnél sem szükséges visszaható-erő kompenzáló berendezés.