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Promuovere la crescita della maturità tecnologica
Gli operatori ferroviari necessitano di tecnologie di compressione d'aria che combinino alti livelli di efficienza operativa e un'elevata disponibilità in servizio in tutte le condizioni operative, incluso un ciclo di lavoro molto basso. Per rispondere a questa esigenza, Wabtec ha intrapreso un'ampia sperimentazione sul campo e lo sviluppo della prossima generazione di compressori d'aria. Buran CSS di Wabtec con pistone rivestito e sigillante a settori è una soluzione all'avanguardia, in grado di resistere a tutte le condizioni operative, comprese temperature e umidità estreme, e alle applicazioni a basso ciclo di lavoro.
Passaggio dai compressori lubrificati a quelli senza olio
Da decenni, i treni sono dotati di compressori d'aria per alimentare i sistemi frenanti e di sospensione. Le tecnologie di compressione per il settore ferroviario si basavano sulla tecnologia dei compressori industriali esistente, prevalentemente compressori a pistoni alternativi lubrificati o compressori a vite lubrificati.
Tuttavia, i clienti hanno riscontrato che le tecnologie dei compressori lubrificati presentavano alcuni gravi inconvenienti, tra cui la necessità di:
- Verifica giornaliera dell'olio
- Riempimento al consumo del compressore
- Sostituzione e riciclo regolari dell'olio e del filtro
- Conservazione a bordo dei condensati dell'essiccatore d'aria contenenti olio
- Svuotamento e riciclaggio regolari dei serbatoi di condensa
L'uso di compressori lubrificati è inoltre reso complesso dal ciclo di lavoro richiesto. Quando si progetta il sistema di generazione dell'aria di un treno, è necessario trovare un equilibrio tra due requisiti contraddittori: il ciclo di lavoro e il tempo necessario per riempire il treno durante la preparazione iniziale. Naturalmente, gli operatori ferroviari cercano il tempo di rifornimento più breve possibile.
Per quanto riguarda il ciclo di lavoro, ci sono due fattori da considerare qui. Innanzitutto, i compressori sono macchine termodinamiche progettate per funzionare a caldo. In secondo luogo, durante il processo di compressione, l'acqua viene separata dall'aria e si mescola con l'olio quando condensa. Un ciclo di funzionamento breve potrebbe non consentire al compressore di surriscaldarsi abbastanza da far evaporare completamente l'acqua. Lasciare che quest'acqua si mischi con l'olio potrebbe causare seri problemi di lubrificazione e danneggiare gravemente il compressore.
I primi passi verso l'assenza di olio
Circa 15 anni fa, molti operatori del settore ferroviario iniziarono a prendere seriamente in considerazione la tecnologia dei compressori oil-free. L'opzione più adatta per l'uso sui treni è il pistone alternativo, che può coprire l'intero intervallo di flusso d'aria richiesto. Si va da 300 l/min per i treni corti fino a 2.500 l/min per i treni lunghi o le locomotive.
In Wabtec, il nostro obiettivo principale nello sviluppo e nella convalida della tecnologia dei compressori oil-free era la nuova tecnologia di attrito e compressione tra pistone e cilindro. Dopo un'analisi approfondita dell'usura ad alto ciclo di lavoro, abbiamo raggiunto una soluzione che è stata adottata dalla maggior parte degli attori del mercato. Si trattava di due segmenti di compressione e di un materiale di attrito a base di PTFE sul corpo del pistone.
Questa soluzione ha funzionato bene in cicli di lavoro ragionevolmente elevati. Tuttavia, nei cicli di funzionamento ridotti in cui il compressore non raggiungeva la normale temperatura di esercizio, abbiamo riscontrato un'usura prematura del materiale di attrito e compressione. In cicli di funzionamento inferiori al 5%, con prolungata modalità di parcheggio o quando il raffreddamento del compressore veniva esacerbato da una disposizione montata sul tetto, a volte abbiamo riscontrato una forte usura.
L'uso di regolatori del ciclo di lavoro consente di mantenere il funzionamento del compressore a un livello accettabile. Ciò si ottiene utilizzando una valvola sul circuito principale della tubazione che crea una perdita controllata per garantire un ciclo di funzionamento minimo del compressore. Tuttavia, si tratta più di un ripiego che di una soluzione completa e non è la soluzione ideale in considerazione della richiesta di una maggiore efficienza energetica.
Andare oltre le esigenze del mercato
Gli ingegneri di Wabtec hanno fatto di tutto per aumentare la resilienza ai bassi cicli di lavoro nella tecnologia dei compressori alternativi senza olio. Per convalidare una soluzione in tempi ragionevoli, abbiamo sviluppato un banco di prova unico per creare una simulazione accelerata dell'uso di materiali di attrito e compressione in tutti i tipi di condizioni. È stato un lungo viaggio per sviluppare e convalidare una nuova soluzione e i nostri sforzi sono stati ripagati.
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Era chiaro che alcune applicazioni sarebbero rimaste con un ciclo di lavoro ridotto e avrebbero quindi richiesto una soluzione in grado di resistere a tali condizioni e raggiungere una durata di vita accettabile senza un regolatore del ciclo di lavoro. Questo è esattamente ciò che offre ora il nostro gruppo pistone e cilindro CSS, recentemente brevettati.
La nostra prima fase è stata una dimostrazione su un banco di prova. Con un ciclo di funzionamento a partire dal 5% e a una bassa temperatura permanente, la soluzione CSS ha raggiunto facilmente la periodicità equivalente delle revisioni con un ampio margine.
La seconda fase è stata la convalida sul treno. Ora abbiamo più di 500 compressori in servizio con la soluzione CSS. Abbiamo scelto di implementare il CSS in via prioritaria sulle applicazioni con cicli di lavoro e temperature bassi e di condurre regolarmente misurazioni su questi compressori. Il tasso di usura che osserviamo sul campo è persino migliore rispetto a condizioni simulate simili sul nostro banco di prova. Anche in queste condizioni peggiori, sappiamo che la soluzione CSS può raggiungere più di 12.000 ore di pompaggio, il che corrisponde al normale compressore MTBO.
La nostra prossima sfida sarà spingere MTBO oltre le consuete esigenze di mercato.
Siamo grati ai nostri clienti per la fiducia accordataci durante tutto questo processo e siamo molto soddisfatti del risultato ottenuto. Abbiamo raggiunto un importante passo avanti nella maturità della tecnologia dei compressori alternativi senza olio.
La nuova generazione di compressori Buran di Wabtec, Buran CSS, è il nuovo riferimento di mercato, altamente resistente a condizioni operative estreme e all'avanguardia.