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Hochpräzise, synchronisierte hydraulische Servo‑Steuerungssysteme für Zylinderventile und ähnliche Anwendungen
Veröffentlichungszeit:
2024-12-30 18:04
Kategorie:
Lösung
Hochpräzises digitales Servo-Synchronaktuator-System
Zylinderventil-Multi-Relais-Digital-Servo-Synchron-Hydraulik-Steuerungssystem
Zylinderventil-Synchron-Hydraulik-Steuerungssystem mit elektrischer Wasserabschlussfunktion
Bei Wasserkraftmaschinen mit großen Einlassventilen oder hohen Lastbedingungen können Zylinderventile als Stellglieder für das Schließen und Öffnen eingesetzt werden, wodurch die Ansteuerung von einem einzelnen Hydraulikzylinder auf die gleichzeitige Nutzung mehrerer Hydraulikzylinder umgestellt wird. Am Beispiel eines Zylinderventils, das von sechs Hydraulikzylindern angetrieben wird: Während des normalen Öffnungs‑ und Schließvorgangs des Ventils sind die durch den Wasserstrom verursachten Stoßbelastungen – sowohl zeitlich als auch über die Querschnittsfläche hinweg – nicht konstant; sie äußern sich als dynamische, in Echtzeit auftretende Belastungen. Daher ist beim Öffnen oder Schließen des Ventils eine hochpräzise, synchronisierte Bewegungsabfolge erforderlich; diese Eigenschaft lässt sich nur gewährleisten, wenn mehrere Hydraulikzylinder in der Lage sind, die Hubgenauigkeit der hydraulischen Stellglieder in hoher Frequenz und in Echtzeit anzupassen und so eine präzise Synchronisation der Bewegung sicherzustellen.
Daher sollten Aktorelemente mit Synchronisationsfunktion eingesetzt werden. Frühere Lösungsansätze sahen die Verwendung mechanischer Synchronisationsprodukte wie Synchronmotoren oder die Implementierung von digitalen Hydraulikzylindern mit Spindelantrieb vor. Synchronmotoren gewährleisten bei normalem Betrieb zuverlässige Bewegungsfunktionen; jedoch treten im Laufe der Betriebszeit aufgrund mechanischen Verschleißes zunehmend Abweichungen in der Synchronisationsgenauigkeit auf, was zu zusätzlichen Antriebsdrehmomenten im Betrieb der Ventilaktuatoren führt und dazu, dass die Schließcharakteristik den Regelanforderungen nicht mehr entspricht. Die Synchronisation mittels digitaler Hydraulikzylinder mit Spindelkonstruktion hingegen vermeidet das Problem der nachhaltigen Verschlechterung der Synchronisationsgenauigkeit, das durch den langfristigen mechanischen Verschleiß von Synchronmotoren entsteht; gleichzeitig bringt diese Lösung jedoch zwei weitere Probleme mit sich: Erstens kann die Kavitation, die beim Lauf der Spindelgewinde auftritt, zu Rissen und einem Stillstand des Zylinder‑Aktuators führen; zweitens kommt es bei der hochpräzisen Drehzahlmessung durch den Encoder zu Fehlern, die zu Datenverlusten führen, sowie zu erheblichen Wartungsschwierigkeiten, da zur Gewährleistung der Synchronisationsgenauigkeit jeder einzelne digitale Hydraulikzylinder individuell maßgefertigt werden muss.
Sivell‑Lösung: Angesichts der hohen Sicherheitsanforderungen in Betriebszuständen wie Wasserkraft, Chemie und anderen Industriebereichen muss das Synchronisationssystem auch die zuverlässige, hochpräzise Synchronisationsabschaltung im Falle eines Stromausfalls gewährleisten. Die Verwendung von Kettenrädern und der Schwerkraft ist offensichtlich eine veraltete Lösung. Daher ist es erforderlich, unter Berücksichtigung der Funktionsmerkmale des elektrohydraulischen Steuerungssystems im Ausfallbetrieb weiterhin eine hochpräzise Synchronisationsabschaltung unter dynamischen Wasserbedingungen sicherzustellen. Traditionell wird hierfür häufig eine mechanische Ketten‑Schwerkraft‑Antriebstechnik eingesetzt, um die Synchronisationsabschaltung im Fall eines Stromausfalls zu realisieren. Die Sivell‑Lösung hingegen basiert auf einem mehrfach servogesteuerten Hydraulikzylinder mit Hochfrequenz‑Servoventilen, einem Mehrweg‑Synchronisationszylinder‑Ventil sowie einem Kolben‑Speicher‑System mit Notbetrieb, wodurch ein hydraulisch gesteuertes Synchronisationssystem entsteht. Dieses System löst die Herausforderungen einer hochpräzisen, langfristig zuverlässigen Funktion der Synchronisationsmechanismen unter dynamischen Lasten sowie die Anforderungen an eine zuverlässige, hochpräzise Zwangsabschaltung im Falle eines Stromausfalls.
Das Servo‑Synchronisationsmodulsystem nutzt als Antriebsquelle einen Kolben‑Speicher mit Energieüberwachung und realisiert im Falle eines Stromausfalls eine hydraulische Schließung des beweglichen Wassers mittels speziell konstruierter Synchronisations‑Hydraulikzylinder‑Ventile. Dadurch wird die Präzision der Synchronisationsbewegungen erheblich erhöht; zugleich präsentiert sich das Gesamtsystem äußerst kompakt, ermöglicht einen langfristig sicheren Betrieb und gewährleistet dauerhaft eine hohe Synchronisationsgenauigkeit.
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Der Druckspeicher ist ein äußerst interessantes Bauelement im Hydrauliksystem; ähnlich wie der Kondensator in der Elektrotechnik oder die Feder in der Mechanik dient er als wichtiges Energiespeicherelement und findet vielfältige, äußerst clevere Anwendungen – etwa in Hybridantrieben, in Stoßdämpfern, zur Stabilisierung des Systemdrucks (manchmal auch zur Stabilisierung des Durchflusses) sowie zur zeitweiligen Energieabgabe zur Simulation von Stößen.
1. Die Lebensdauer von Blasen ist im Allgemeinen relativ kurz (im Vergleich zu Kolbenpumpen), und die Qualität der Blasen variiert je nach Hersteller erheblich; 2. Zahlreiche Faktoren können die Lebensdauer der Blase verkürzen und zu einem Bruch führen, darunter unterschiedliche Qualitäts‑ und Lebensdauerschwankungen der Blase selbst, unsachgemäße Durchführung der einzelnen Montageschritte (z. B. fehlende vorherige Flüssigkeitsfüllung zur Schmierung), Fehler bei den Vorbefüllschritten (z. B. nicht langsames Befüllen mit Gas), Berechnungsfehler beim Vorbefülldruck, eine Öffnungsströmungsgeschwindigkeit, die nahe oder über 7 m/s liegt, eine beim Energiespeicherbetrieb pro Hub nahe oder unter 10 Sekunden liegende Zeit, Kollisionen der Blase mit keilförmigen Ventilen während des Betriebs, starke Temperaturschwankungen (einschließlich ausgeprägter saisonaler Temperaturunterschiede), langfristige seitliche Vibrationen und Erschütterungen, Korrosion durch das Fluid sowie Trägheitswirkungen kleiner fester Verunreinigungen im Arbeitsmedium und vieles mehr.
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