Двигатели и задвижвания за минно-добивната дейност

• Електродвигателите се налагат като икономически по-изгодна, по-екологосъобразна и по-лесна за поддръжка алтернатива на други популярни типове задвижващи технологии
  
  
• С частично или изцяло електрическо задвижване се проектират както мобилни и стационарни машини от сегмента на тежкото минно оборудване, така и разнообразни спомагателни системи
  
  
• Подобно на оборудването в производствения сектор, и това в минерално-суровинния отрасъл постепенно бива обхванато от принципите на четвъртата промишлена революция

Електродвигателите намират изключително широко приложение в минната и добивната промишленост. Те се налагат като икономически по-изгодна, по-екологосъобразна и по-лесна за поддръжка алтернатива на дизеловите, бензиновите двигатели и хидравличните задвижвания в редица ключови аспекти от добива на енергийни и минерално-суровинни ресурси, включително изкопаеми горива, руди и минерали. С частично или изцяло електрическо задвижване се проектират както мобилни и стационарни машини и системи от сегмента на тежкото минно оборудване, така и разнообразни спомагателни решения. Сред тях са багери, булдозери, земекопна, пробивна и сондажна техника, товарачи, насипообразуватели, мелници, трошачки, конвейери и транспортьори, локомотиви, вагонетки, подемни механизми, помпи, компресори, генератори, вентилационни инсталации и т. н.

Критични изисквания към моторите и задвижванията, използвани в минно-добивния сектор, в този контекст са максималната издръжливост на агресивни среди и условия, както и повишената надеждност и безопасност, а през последните години на преден план излиза и стремежът към оптимална енергийна и оперативна ефективност.

Евентуална повреда в мотор или задвижващ механизъм би довела не просто до нежелани престои, пропуснати ползи, а често и сериозни разходи за добивното дружество, но в много случаи и до риск за персонала и материалните активи. За да си осигурят необходимата гъвкавост, устойчивост и конкурентоспособност в съчетание с оптимална сигурност, добивните предприятия следват плътно технологичните и пазарни тенденции при електродвигателите и задвижванията.

Развитие на технологиите и пазарното търсене

Различни минерали и метали се използват все по-широко в енергетиката и по-специално в генерирането, преноса и съхранението на електроенергия, производствения отрасъл, машино- и автомобилостроенето, електрониката, авиокосмическия сектор, медицинската техника, химическата промишленост и т. н. Тази тенденция генерира непрекъснато нарастващо търсене на високоефективно минно-добивно оборудване от най-ново поколение, както и на ключови компоненти в сегмента, като електрическите двигатели и задвижвания. Фундаментална роля за еволюцията на тези системи имат честотните задвижвания или преобразуватели (VFD), които предлагат непостигана досега комбинация от прецизен контрол на скоростта и движението и икономии на енергия. Честотните регулатори осигуряват богат асортимент от допълнителни предимства на машините и системите за минерално-суровинния отрасъл, включително усъвършенствана безопасност, максимална енергийна и оперативна ефективност, намалено износване, както и безпроблемна и високопроизводителна работа.

Същевременно проектантите и производителите на специализирана техника за добив на изкопаеми горива, руди и минерали, интегрират в системите си все по-авангардни технологии, като автоматизация, Internet of Things и изкуствен интелект с цел разширяване на функционалността. Основен фокус е прогнозната поддръжка, която с помощта на свързани и интелигентни сензори, интегрирани в моторите и задвижванията, осигурява на потребителите възможности за значителна оптимизация на работата и сериозно удължаване на експлоатационния живот на техниката, а на разработчиците дава ценни изводи за усъвършенстване на всяка следваща генерация машини.

Така, подобно на оборудването в производствения сектор, и това в минерално-суровинния отрасъл постепенно бива обхванато от принципите на четвъртата промишлена революция, налагащи дигиталните технологии като освен проводник на техническия прогрес. Т. нар. двоен преход в индустрията добавя и декарбонизацията към списъка с основни приоритети за предприятията, наред с цифровизацията, а изискванията за устойчивост и прилагане на зелени или нисковъглеродни подходи и решения се насочват в особена степен към двигателите и задвижванията, които консумират около 50% от произвежданото в световен мащаб електричество на годишна база.

В този смисъл електрификацията е сред водещите тенденции не само в сектора на мобилността, но и в този на минно-добивната техника, където най-търсени през последните години са превозни и транспортни средства, машини и системи с електрическо задвижване. В резултат на това глобалният пазар на електродвигатели за минерално-суровинния отрасъл отчетливо нараства. В сегмента се предлагат две основни групи продукти според типа – ниско- и високоскоростни двигатели, а съобразно приложението те се подразделят на системи за подземни и надземни минни дейности.

Както в автомобилостроенето и авиокосмическата индустрия, така и в сектора на минно-добивната техника се търсят по-олекотени дизайни и по-издръжливи конструкции при двигателите и задвижванията. В обобщение, специализираните електромотори в сегмента стават все по-компактни, интелигентни и устойчиви, трасирайки пътя на минерално-суровинния отрасъл към високотехнологичното и нисковъглеродно бъдеще.

Водещи приложения на честотните инвертори

Използването на честотни задвижвания в минни приложения осигурява съществени ползи в различни направления, включително икономии на енергия, подобрено управление на процесите, по-дълъг жизнен цикъл на двигателите и оборудването, както и повишена безопасност за работниците в предприятията от сектора. Чрез редуцирането на енергийното потребление честотните инвертори допринасят и за намаляването на въглеродния отпечатък на минно-добивната дейност, към която са поставени особено високи изисквания за устойчивост.

Няколко са основните групи оборудване в сектора, които реализират най-отчетливи ползи при интегрирането на честотни регулатори. Сред тях са лентовите транспортьори и другите конвейерни системи, които достигат дължина до няколко километра и се използват за пренос на добитите суровини през различните етапи на първичната обработка. Инверторите интелигентно управляват скоростта на тези съоръжения според моментните потребности и натоварване, като така спестяват значителни количества енергия и ненужно износване на компонентите и осигуряват плавно движение на лентите дори при различни товари.

В минерално-суровинния сектор се използва активно помпена техника с различен капацитет и предназначение, чиято работа също може значително да бъде оптимизирана чрез внедряването на честотни задвижвания. Посредством прецизен контрол на скоростта и въртящия момент тези системи предотвратяват различни типове характерни неизправности, като повреди вследствие на воден удар. Все по-търсена полза предвид широкото приложение на помпени системи в сектора е редуцирането на енергийното потребление, а осигуряването на по-плавно стартиране и спиране оказва благоприятен ефект както върху управлението на технологичните процеси, така и върху експлоатационния живот на оборудването.

Помпите са необходими например за обезводняване и обработка на утайки. Честотното управление на двигателя на помпата гарантира, че той работи с точно толкова мощност и капацитет, колкото са необходими към момента, за да не се допуска свръхпотребление на енергия при използването му с постоянна скорост.

В съвременната минно-добивна практика честотните регулатори са “златен стандарт” и при оборудването за трошене и смилане, тъй като намаляването на размера на добитите късове твърди изкопаеми горива, руди и минерали е от ключова важност за по-нататъшното им транспортиране и обработка. И тук честотните инвертори се използват основно за гарантиране на оптимална скорост и въртящ момент с цел постигането на максимално ефективна работа според моментния тип на обработваните суровини. В допълнение, така оборудването може гъвкаво да се адаптира към материали с различна твърдост при намалено механично натоварване върху системата.

Сходни са доводите при интегрирането на честотни регулатори и при пробивната и сондажна техника, използвана за разширяване на работните зони и оформяне на тунели. Тя обикновено преминава през слоеве от различни материали, които биха могли да я повредят при неподходяща скорост и натоварване.
Класическа област на приложение на честотните задвижвания за електродвигатели са ОВК инсталациите. Вентилационните решения са ключови не само за комфорта, но и за безопасността на работниците в мините и подземните добивни площадки, където рискът от вдишване на опасни газове и прахообразни субстанции и тяхното възпламеняване и експлодиране при по-висока от допустимата концентрация е многократно по-голям от този в други сектори. Честотното управление на капацитета и скоростта на вентилаторите гарантира ефикасна работа с минимална консумация на енергия.

Компресорите също се използват широко в минно-добивните предприятия, за да доставят сгъстен въздух, жизненоважен за редица ключови дейности, като сондиране с пневматично задвижвана техника и захранване на разнообразни инструменти. Честотните инвертори регулират скоростта на въздушните компресори, като гарантират, че подаването на сгъстен въздух отговаря на търсенето и пести енергия.

Друга област на техниката, за която е характерно честотното управление, са подемно-транспортните системи, които са основно средство за придвижване на добитите минерали и суровини извън мините и работните площадки. Прецизният контрол на скоростта гарантира плавно ускоряване и намаляване в зависимост от моментните потребности, отново с цел безопасна и максимално ефективна работа.

Ключови тенденции при двигателите

Водеща тенденция при честотните задвижвания за електродвигатели в минно-добивни приложения е миниатюризацията при същевременно интегриране на повече номинална мощност в по-компактен корпус. Макар до неотдавна постояннотоковите електродвигатели (DC) да бяха най-широко използвани в минния сектор, все повече производители на специализирано оборудване за отрасъла интегрират в системите си променливотокови (AC) мотори заради множеството им предимства, особено в подземните дейности. Тези системи се отличават с по-безшумна работа, по-високо ниво на безопасност, повишена производителност и ефективност. При тях са значително по-ниски разходите за инсталация и поддръжка в сходни или еднакви експлоатационни условия. Това е от голямо значение при двигателите, чиято конструкция включва специални компоненти, като колектори и комутатори, които традиционно изискват по-сложно и често обслужване. Паралелно с това машините с постоянна скорост за подземни мини и галерии се заместват с оборудване, което разполага с възможности за честотно управление и предлага по-прецизен контрол на операциите.

При надземните съоръжения все по-голям превес пред масово използваните доскоро индукционни или асинхронни двигатели взимат синхронните, които се доказват като по-ефективни. Преходът от DC към AC мотори с честотни инвертори за цифрово управление на скоростта значително намалява необходимостта и от аналогови техники за нейното регулиране. Постепенно отпада нуждата от хидравлични системи за управление на скоростта, стартери, механични предавки, каскадни задвижвания, компоненти за потискане на вибрациите, както и контролни елементи за управление на лопатките на вентилаторите.

Ефективността и производителността на един електродвигател с честотен регулатор в минно-добивния сектор до голяма степен зависи и от охладителната система, която може да отстрани излишната топлина от инвертора, конвертора, полупроводниковите силови прибори и спомагателните компоненти и така значително да увеличи сервизния им живот и този на цялостното оборудване. Ето защо значителни иновационни усилия се насочват и по посока по-съвременни и устойчиви технологии за охлаждане.