Новое поколение двигателей для экструдеров. Кольцевые двигатели нового поколения – тихие, компактные, энергоемкие и обладающие высоким вращающим моментом. Однако пока их приобретают только наиболее предприимчивые производители.

 Появление на рынке абсолютно нового поколения двигателей для экструдеров можно назвать "тихим вторжением". Помимо того, что они необычайно компактны и пугающе бесшумны, новые двигатели используют меньше энергии, чем их предшественники, - на 10-20 % меньше, чем двигатель постоянного тока, и на 5-10 % - чем трехфазный двигатель переменного тока.
Однако пока такие двигатели используются крайне редко. Гораздо чаще на предприятиях применяются термопластаппараты, а не экструдеры. Тем не менее, полдюжины европейских производителей разрабатывают экструдеры с новыми двигателями. Но большинство производителей даже ни разу не видели магнитоэлектрический образец двигателя с синхронным вращающим моментом.
Удивительно то, что эти двигатели нового типа уже не являются настолько "экспериментальными", как думает большинство участников рынка. Более 150 таких двигателей эксплуатируются на обрабатывающих заводах. Большинство из них приобретено европейскими предприятиями, и лишь несколько - американскими.
Промышленные применения экструдера включают производство шланговых труб, пленки, полученной методом экструзии с раздувом, и непрерывную формовку.
Новые двигатели не создают фактически никакой вибрации или шума и практически не требуют обслуживания. Они охлаждаются водой, абсолютно не создают пыли и практически не расходуют масла, что очень важно для производителей фармацевтических препаратов и упаковки для пищевых продуктов. Новые двигатели работают с постоянным вращающим моментом на любых скоростях, тогда как двигатели переменного и постоянного тока теряют вращающий момент при низких скоростях. Они гораздо проще устанавливаются и требуют гораздо меньшего количества предварительных электрификационных работ, чем их старшие "коллеги".
Двигатели с синхронным вращающим моментом имеют отличительный полый цилиндр или кольцевую форму и содержат очень высокое число магнитных пар полюсов - практически в 10 раз большее, чем другие типы электрических двигателей. В этом и кроется причина столь высокого вращающего момента (2-11 тыс. Nm) при низких скоростях (20-500 оборотов в минуту). В таком диапазоне скорости двигатели могут соединяться непосредственно с упорным подшипником экструдера без дополнительных механизмов. Обычные двигатели переменного и постоянного тока для производства высокого вращающего момента требуют высоких скоростей (2-3 тыс. оборотов в минуту) и коробки передач.

 

Двигатели с синхронным вращающим моментом являются кольцевыми и полыми. Внешняя часть кольца состоит из наэлектризованного статора с медными прорезями. Внутренняя часть - ротор с продольными полосами постоянного магнита (неодим, железо, бор). К ротору электричество не подводится.
Вращающий момент производится в промежутке между полюсами магнитных пар на роторе и полюсами пар в отверстиях на статоре. Магниты продольно двигаются на роторе между положительно и отрицательно заряженными полюсами. Число отверстий на статоре равняется числу магнитов на роторе.
Каждый кругооборот на статоре также несет положительный или отрицательный заряд. Когда на двигатель поступает переменное напряжение, обороты чередуют полярность (плюс/минус). Они изменяются несколько раз в секунду при скорости, которая равна скорости двигателя (поэтому вращающий момент и называется "синхронным").
Чем больше диаметр ротора, тем больше число полюсных пар, генерирующих энергию. Двигатель с синхронным вращающим моментом может иметь от восьми до 40 полюсных пар - во много раз больше, чем двигатель постоянного тока (две, четыре или шесть пар) и двигатель переменного тока (от четырех до шести пар). Обычные двигатели постоянного или переменного тока намагничиваются только тогда, когда через них проходит электричество.
Двигатели с синхронным вращающим моментом различных диаметров и длин доступны уже в течение нескольких лет. Вращающий момент увеличивается и с диаметром, и с длиной. Двигатели маленького диаметра сформированы подобно пончику или цилиндру; двигатели большего диаметра - подобно тонким плоским кольцам. Создание полос постоянного магнита производит больший вращающий момент, но при определенной длине вращающий момент становится настолько большим, что ротор буквально разлетается.

 

Первые двигатели с синхронным вращающим моментом были созданы в 1980-х гг. Но тогда они были большие и очень дорогие, поэтому позволить их себе могли только военные. Такие двигатели сначала использовались для радаров, телескопов или систем слежения за ракетами, позже - для подъемников и станков.
К середине 1990-х гг. производители двигателей разработали первые стандартные модели постоянного магнита и постоянно увеличивали их вращающий момент. Они добрались и до производства пластмасс и поняли, что именно на этом рынке новый тип двигателя имеет огромное преимущество из-за постоянного вращающего момента при любых скоростях и их изменении от нуля и обратно. "Тем не менее, формование все еще в три-четыре раза чаще используется в данной области, чем экструзия", - отмечают производители двигателей.
"Люди думают, что новый двигатель более дорогой, но это не так, - говорит Штефан Халстрик, управляющий директор Kuhne GmbH (Германия). - Сам синхронный двигатель, может быть, и стоит дороже, чем его предшественники, но система в целом более дешевая". Первые два синхронных двигателя вращающего момента были применены на пленочном производстве Kuhne, один из них установили в 1997 г., а второй - в 2001 г. Они были изготовлены по специальному заказу компанией Etel Motion Technology (Швейцария).
Стандартные модели новых двигателей стали доступны лишь в последние три-четыре года. Большинство этих из них эксплуатируются еще меньше года.
Производители двигателей постоянно совершенствуют их способность наращивать вращающий момент. В настоящее время верхний предел синхронных двигателей - 10-11 тыс. Nm для экструдеров диаметром до 100 мм.
Последних цифр добились только в сентябре этого года. Siemens AG произвела 148 кВт двигатель с вращающим моментом 11 тыс. Nm для 100 мм экструдера. До этого самый большой двигатель этого типа работал с вращающим моментом в 7 тыс. Nm для экструдера диаметром 80 мм.
Производители двигателей с си нхронным вращающим моментом не останавливаются на достигнутом. "Через один-два года мы сможем произвести модели, работающие при 20-30 тыс. Nm", - обещает представитель компании Oswald Elektromotoren GmbH (Германия). Siemens также говорит о планах подобного рода, утверждая, что в стадии реализации находится проект на 32 тыс. Nm до 1000 оборотов в минуту и до 120 мм для пленки, полученной методом экструзии с раздувом и до 150 мм для пленки, отлитой из раствора.

 

Пять европейских компания предлагают двигатели нового типа с достаточным вращающим моментом: Oswald, Siemens, Etel, Baumuller Nurnberger и Bosch Rexroth AG.
Oswald, Siemens и Etel выпускают двигатели в промышленных масштабах. Baumuller проводит лабораторные испытания с тремя экструдерами OEMs и скоро планирует промышленный запуск.
Компания Oswald поставила около 120 двигателей для экструдеров (плюс 150 для термоформования). Все они - модели с более низким вращающим моментом, большим количеством оборотов в минуту и только шестью полюсными парами. Этот тип двигателей относится к среднему классу, имеет три разновидности в зависимости от длины и работает лишь при 1000 Nm.
Oswald сотрудничает с фирмой Maschinentechnik GmbH (Германия), которая производит двухслойную пленку на специальной версии 500 Nm двигателя от Oswald на главном экструдере диаметром 50 мм.
"Более высокого вращающего момента компания Oswald добилась на другом двигателе, названном G-Torque: в настоящее время он составляет до 5900 Nm для экструдеров диаметром от 60 до 72 мм. Вращающий момент такого двигателя скоро достигнет 10 тыс.  Nm", - утверждает компания. Kuhne также создала один опытный образец с TF двигателем для своей системы HTS (High Torque and Speed). Двигатель этой компании также используется на новом экструдере Proton от Cincinnati Extrusion GmbH в Австрии.
Компания Siemens поставила 45 двигателей нового типа пока для экструдеров (плюс 350 для формования). Она была партнером Reifenhauser при разработке как самого первого двигателя для линии экструдеров Reitorque с синхронным вращающим моментом от 200 Nm, так и самой последней модели на 11 тыс. Nm. Но Siemens готова работать и с другими клиентами и ждет увеличения спроса в области экструдеров. "В ближайшие 12 месяцев, мы надеемся заполучить пять или шесть новых клиентов", - говорит Гидо Мольснер, старший коммерческий инженер Siemens.
Davis-Standard - первый американский производитель экструдеров, который использует двигатель с синхронным вращающим моментом. Компания представила свой первый экструдер с двигателем 1FW3 от Siemens на выставке в Дюссельдорфе. Вращающий момент двигателя - 7 тыс. Nm при 200 оборотах в минуту.
Компания Etel представила свои двигатели нового поколения в прошлом году, и сегодня уже более 40 из них используются в экструдерах (плюс почти 200 в термопластаппаратах).
Baumuller также произвела уже около 40 новых двигателей с синхронным вращающим моментом для экструдеров (плюс 100 для термопластаппаратов). Она произвела свой первый двигатель два года назад и сейчас работает в трех стандартных диаметрах и 20 длинах при вращающем моменте до 7 тыс. Nm. Двигатели Baumuller проходят испытания на Battenfeld Extrusionstechnik, Rubicon и BFA (Германия).
Двигатели с синхронным вращающим моментом Bosch Rexroth используются для термопластаппаратов, но ни один из них пока не испытывался на экструдерах. Компании Fanuc (Япония) и ABB (Швеция) производят новые двигатели с достаточно высоким вращающим момент, но их двигатели не применяются при изготовлении пластмасс.

 

Для монтажа новых двигателей на экструдерах нужны не только квалифицированные механики. Требуется еще и написать контролирующее программное обеспечение. "Недостаточно просто взять и установить двигатель на экструдере, потому что вращение, электрика и контроль полностью отличаются от таких же параметров в двигателях постоянного и переменного тока", - говорит г-н Мольснер из компании Siemens.
Но эти трудности преодолимы. В прошлом году Soplar AS (Швейцария) установила около 100 двигателей Oswald со средней частотой на экструдерах. Более 85 из них пошли на абсолютно новое оборудование, 15 были модифицированы. Те, кто принимал в этом участие, говорят, что это было совсем не трудно.
"Вам нужен преобразователь и способ задать необходимую скорость. Но в данном случае двигатель абсолютно стандартный, и контроль за ним тоже стандартный", - объясняет один инженер, установивший множество новых двигателей.
Soplar решилась попробовать новые двигатели из-за слишком высоких затрат на обслуживание трехфазных двигателей переменного тока. "У нас были проблемы с упорным подшипником. Когда двигатель работал с большими оборотами, подшипник стирался. А с новыми двигателями вообще нет никаких проблем", - говорит инженер компании Soplar.
Soplar переписала контролирующее программное обеспечение, чтобы приспособить новые синхронные двигатели.
К счастью, компания уже использовала двигатель, который был совместим и с двигателями переменного тока, и с двигателями с синхронным вращающим моментом. Экструдеры с двигателями нового поколения действуют на 50 заводах, в том числе и на трех - в США.
Единственное юридическое ограничение на использование двигателей с синхронным вращающим моментом касаются способа, которым они присоединяются к шахте двигателя экструдера. Reifenhauser запатентовала метод проводки шахты в центре полого двигателя, что на данный момент является самой эффективной связью.

 

Компания Nordfolien (Германия) выпускает трехслойную соэкструзивную пленку при помощи трех экструдеров Reifenhauser Reitorque. На линии, запущенной в июле, производится пленка для тяжелых транспортных мешков. Nordfolien утверждает, что с новыми двигателями нет вообще никаких проблем в процессе обработки, но пока они используются недостаточно долго, чтобы оценить энергосбережения.
Oldroyd AS (Норвегия) начала использовать экструдер Reitorque с вращающим моментом в 7 тыс. Nm в июне.
Компания Empur Produktions (Германия) стала первым производителем труб, установившим у себя двигатель с синхронным вращающим моментом. Его эксплуатация началась в мае 2003 г. Представитель Empur утверждает, что теперь компания настолько серьезно экономит на электроэнергии, что созрела до покупки еще пяти машин с подобными двигателями.
Aquatherm (Германия) конкурирует с Empur в производстве труб. Она переняла опыт своего конкурента и недавно установила 50 мм экструдер Reitorque с вращающим моментом 7 тыс. Nm.

 

 

 

 

 
По материалам
Plastics Technology
Перевела
Елена Бекназарова