Применение новых энергосберегающих технологий в промышленности

Конический роликоподшипник. Этот подшипник позволяет сократить энергопотребление не менее чем на 30% и изначально разработан для применения в оборудовании для тяжелой промышленности, где энергопотребление превышает 1 МВт, таких как металлургия, добыча полезных ископаемых, железнодорожный транспорт, судостроение, ветроэнергетика, конвейеры и литьевые машины. Размерный ряд диаметра наружного кольца таких подшипников составляет от 200 до 600 мм, а первой сферой применения станут ветровые турбины.

Чтобы продемонстрировать возможности новых подшипников, представим себе все ветровые турбины в мире по состоянию на конец 2006 года. Если заменить все подшипники в редукторах этих турбин энергосберегающими коническими роликоподшипниками SKF, они смогут дополнительно произвести 770 млн. КВт/ч энергии в год.

Экономия энергопотребления обеспечивается за счет технических усовершенствований конструкции подшипника, а именно: шероховатости поверхности, профиля и геометрии дорожек качения, а также применения специального полимерного сепаратора и оптимизированного комплекта роликов. Применение оптимизированного комплекта роликов позволяет уменьшить вес подшипника, в результате чего он становится энергосберегающим, поскольку требует меньше энергии для вращения тел качения, меньше инерции вращающихся деталей, тем самым, снижая вероятность их проскальзывания и заедания.

Радиальный шарикоподшипник

Этот тип подшипника позволяет экономить не менее 30% энергопотребления в машинах самого различного назначения. Изначально такой подшипник будет использоваться в машинах с невысокими нагрузками, а его первой сферой применения станут промышленные электродвигатели в самых различных отраслях. В ближайшее время компания планирует начать серийное производство подшипников небольших размеров. Для иллюстрации возможностей таких подшипников представим себе, что энергопотребление промышленных систем, в которых используются электродвигатели, в США и Евросоюзе составляет 1,36 млн кВТ/ч ежегодно. Если предположить, что в этих двигателях будут использоваться энергосберегающие радиальные шарикоподшипники SKF, ежегодная экономия составит 2460 млн кВТ/ч.

Энергосбережение обеспечивается за счет технических усовершенствований внутренней геометрии подшипника, использования нового сепаратора из полимерного материала и смазки, обладающей низким уровнем трения. В тесном контакте с университетами ведется работа над проблемами снижения энергопотребления. На протяжении ряда лет инженеры SKF совместно с учеными Массачусетского института технологии (MIT) занимаются разработкой новых математических моделей оценки и измерения параметров энергопотребления для повышения энергоэкономичности существующих систем и разработки новых технических решений. Одним из примеров является модель оценки параметров энергопотребления подшипников, позволяющая оценивать влияние на энергопотребление и ресурс подшипников любых изменений, вносимых в их конструкцию на стадии производства, эксплуатации и утилизации.

Применение новых видов подшипников в промышленных компрессорах.

Внедрение трех разных технических решений в каждом конкретном случае позволило добиться следующей существенной экономии энергопотребления промышленных компрессоров. Ежегодная экономия 700 тыс. КВт/ч была достигнута в результате замены гидродинамических подшипников на подшипники SKF с магнитным подвесом в компрессоре для перекачки природного газа мощностью 2 МВт. При этом, отпала необходимость использования таких компонентов смазочных систем, как насосы, охладители и фильтры, а также не нужна утилизация отработанного масла.

Подшипники с магнитным подвесом передают крутящий момент через подвешенный в магнитном поле вал, частота вращения которого регулируется путем изменения параметров магнитного поля. Благодаря бесконтактному подвесу вала механическое трение в этой системе практически полностью отсутствует.

За четырехлетний период эксплуатационных испытаний трех компрессоров установок кондиционирования воздуха, оснащенных гибридными подшипниками SKF, было сэкономлено более одного миллиона КВт/ч электроэнергии. Благодаря тому, что гибридные подшипники могут смазываться хладагентом, подшипниковые узлы компрессора не требуют смазки маслом. В традиционных системах для смазывания подшипников используется смесь из хладагента и масла. Устранение использования систем подачи масла позволило достичь дополнительной экономии затрат и исключить вредное воздействие на окружающую среду.

В гибридных подшипниках вместо традиционных стальных тел качения используются тела качения из нитрида кремния. Экономия энергопотребления в среднем 5% на каждую машину была достигнута благодаря использованию разработанной SKF технологии позиционирования ротора для оптимизации конструкции подшипниковых узлов винтовых компрессоров промышленных систем кондиционирования воздуха. Учитывая, что базовое количество установленных систем составляет 1 млн единиц, а ежегодный прирост – 100 000 единиц, потенциальная экономия при среднем энергопотреблении каждой системы 200 000 КВт/ч может достигнуть 25 000 млн КВт/ч.

Технология позиционирования ротора позволяет оптимизировать внутренние зазоры в подшипниках винтовых компрессоров и тем самым уменьшить утечки и повысить общую эффективность работы компрессоров.

Подшипник качения для железнодорожного транспорта.

Сегодня во всем мире железнодорожной индустрии уделяется все больше внимания, и к ее развитию привлекаются все большие силы. Экологические задачи, проблемы с энергоносителями, растущая перенаселенность больших городов и инвестиции в строительство магистральных дорог повышают значимость возможностей железнодорожного транспорта, способных обеспечить поддержку стабильному функционированию мировой транспортной системы. Железнодорожный транспорт является растущей отраслью. Общий объем рынка железнодорожных транспортных средств составляет 22 миллиарда евро, а темпы его роста составляют 3,2% в год.

Компания SKF является ведущим поставщиком подшипников качения для железнодорожного транспорта и обеспечивает полный ассортимент продукции и услуг для всех видов подвижного состава, включая высокоскоростные поезда, локомотивы, пассажирские спальные вагоны, пригородные поезда, общественный железнодорожный транспорт (метро, трамвай) и товарные вагоны.

Решением для товарных вагонов является применение компактных буксовых узлов с коническими роликоподшипниками. Такая конструкция позволяет получить новые преимущества с точки зрения увеличения интервала технического обслуживания, улучшения характеристик эксплуатации и повышения безопасности. Различные региональные рынки характеризуются различными требованиями к нагрузкам на ось и применением различных конструкций колесных тележек. Для обеспечения соответствия узлов различным спецификациям в компании были разработаны компактные узлы (CTBU) нескольких типоразмеров. Для российского рынка товарных вагонов SKF предлагает узлы двух конструкций, рассчитанных под нагрузку на ось, равную 23,5 и 25 т.

Кроме того, для нужд грузового автомобилестроения выпускаются специальные буксовые узлы. Последним словом в разработке конструкций такого типа является Gigabox, совместная разработка компаний ContiTech и SKF. Gigabox представляет собой систему подвески с резиновыми амортизаторами и встроенными гидравлическими демпферами. Такая конструкция открывает новые возможности в снижении шума и достижении более низкой стоимости эксплуатационного цикла изделия.

Решения для европейских и азиатских высокоскоростных и пассажирских поездов, эксплуатируемых в Германии, Франции, Италии, Испании и Швеции, а также в Китае и на Тайване. В их состав входят специализированные буксовые узлы, подшипниковые узлы, датчики тяговых двигателей и подшипники редукторов. Датчики применяются для контроля работы устройств различного назначения, таких как тормоза, тахографы, системы автоматического управления поездами, системы открывания дверей и т.д. В общественном железнодорожном транспорте инженерно-технологические решения компании SKF применяются в тележках вагонов и приводных системах. Для транспортных средств с низким расположением пола и трамвайных вагонов была разработана конструкция моста, обеспечивающего поддержку двух независимых колес. Сигналы, поступающие с датчиков, установленных в подшипниковые узлы, будут использоваться в антиблокировочной системе торможения, системе автоматического управления поездом и системе безопасности открывания дверей.

Разработан полный ассортимент подшипников и узлов для тяговых двигателей и редукторов, включая цилиндрические роликовые подшипники, конические роликовые подшипники, радиально упорные шариковые подшипники, подшипники с четырехточечным контактом. Для предотвращения прохождения электрического тока через подшипники (что может привести к разрушению подшипников или к снижению их характеристик) применяются подшипники INSOCOAT с электрической изоляцией и гибридные подшипники. Подшипники тяговых двигателей поставляются с заложенной пластичной смазкой, они готовы к установке подсистем, оборудованных датчиками скорости и температуры.

Датчики компактных узлов с коническими роликоподшипниками для их применения в высокоскоростных поездах Разработан подшипниковый буксовый узел, открывающий новые возможности увеличения интервалов технического обслуживания, улучшения эксплуатационных характеристик и повышения безопасности. Эта конструкция может применяться в различных железнодорожных транспортных средствах. Одним из новейших примеров применения таких узлов могут служить высокоскоростные поезда Pendolino с наклоняемыми тележками.

Ключевым моментом в обеспечении эксплуатационных характеристик и надежности железнодорожного подвижного состава в течение продолжительного периода времени является жесткая программа испытаний. Большинство производственных мощностей SKF находится в железнодорожном испытательном центре, являющемся частью научнотехнического центра компании в Нидерландах. В этом центре проводятся испытания как полностью собранных букс вместе с сопутствующими изделиями (рама колесной тележки) и подшипниковых узлов и их компонентов, например, уплотнений и сепараторов. В этом центре находится стенд динамических испытаний, на котором можно имитировать скорости более 450 км/ч, при этом условия испытаний подбираются на основе записей динамических воздействий на рельсовых путях в различных частях света.

Одним из примеров технических решений, повышающих надежность и безопасность, является применение полимерных сепараторов. Для сравнения стальных и полимерных сепараторов были проведены испытания подшипников в условиях недостаточного смазывания. Даже в экстремальных условиях признаки отказа подшипников с полимерными сепараторами были менее опасны. Сегодня полимерный сепаратор компании SKF является стандартным элементом в различных устройствах, где применяются подшипники, например, в высокоскоростных поездах, локомотивах, пригородных поездах, грузовых автомобилях и общественном железнодорожном транспорте.

Заключение

Сегодня энергетическая эффективность и энергосбережение рассматриваются в качестве ключевых направлений экономического роста во всем мире. Проблема энергосбережения стоит особенно остро, поскольку целые предприятия, города и регионы сталкиваются с дефицитом энергии и различными ограничениями в связи с сокращением природных ресурсов, недостатком электрогенерирующих мощностей и отсутствием широкого применения экологичных технологий. Проблемы энергетической эффективности и энергосбережения требуют комплексного подхода и особенно актуальны в сферах недвижимости и строительства, электро- и теплоэнергетики, энергоемких отраслях промышленности и транспортном секторе.

Список литературы

1. Быстрицкий Г.Ф. Общая энергетика. М., 2005 г. 
2. Водянников В.Т. Экономическая оценка проектных решений в энергетике АПК. С-п., 2008 г. 
3. Котиков Ю.Г. Транспортная энергетика. М., 2006 г.
4. Асаул А.Н., Денисова И.В. Применение энергосберегающих технологий в строительстве как мероприятие инженерной защиты окружающей среды. СПб., 2002 г.
5. Федоров С.Н. Приоритетные направления для повышения нергоэффективности зданий. Энергосбережение, 2008
6. Url: http://www.energyeffect.net
7. Url: http://www.energosovet.ru