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テクノロジー成熟度の向上を促進
鉄道事業者は、非常に低いデューティサイクルを含むあらゆる運転条件において、高い運用効率と高い稼働率を兼ね備えたエアコンプレッサ技術を必要としています。このニーズに応えるため、ワブテックは次世代のエアコンプレッサの広範な実地試験と開発に着手しました。ワブテックのカバー付き/セクターシールピストン付きBuran CSSは、極端な温度や湿度、低デューティサイクル用途など、あらゆる動作条件に耐えることができる最先端のソリューションです。
潤滑式コンプレッサからオイルフリーコンプレッサへのシフト
何十年もの間、列車にはブレーキやサスペンションシステムに電力を供給するためのエアコンプレッサが装備されてきました。鉄道向けコンプレッサ技術は、主に潤滑式レシプロピストンコンプレッサまたは潤滑式スクリューコンプレッサなど、業界の既存のコンプレッサ技術をベースにしていました。
しかし、潤滑式コンプレッサ技術には次のような重大な欠点があるというお客様からの声が寄せられました。
- 毎日のオイル検証
- コンプレッサの消費時に補充する
- オイルとフィルターの定期的な交換とリサイクル
- オイルを含むエアドライヤーの凝縮液の機内保管
- 通常のコンデンセートタンクの空化とリサイクル
潤滑式コンプレッサの使用も、デューティサイクルが必要なため、複雑になります。列車の空気生成システムを設計する際には、デューティサイクルと初期準備中の列車の充填時間という 2 つの相反する要件のバランスを取る必要があります。鉄道事業者は当然ながら、可能な限り短い充填時間を求めています。
デューティ・サイクルについては、ここで考慮すべき要素が 2 つあります。まず、コンプレッサは高温で動作するように設計された熱力学的機械です。次に、圧縮プロセス中に水が空気から分離され、凝縮するとオイルと混ざります。負荷サイクルが短いと、コンプレッサが十分に熱くなり、水が完全に蒸発しない可能性があります。この水がオイルと混ざり合うと、潤滑に関する深刻な問題が発生し、コンプレッサーに重大な損傷を与える可能性があります。
オイルフリーへの第一歩
約15年前、鉄道業界の多くの人々がオイルフリーコンプレッサ技術を真剣に検討し始めました。列車での使用に最も適したオプションは、必要な空気流範囲全体をカバーできるレシプロピストンです。その範囲は、短距離列車の300リットル/分から、長距離列車や機関車の場合は2,500リットル/分までさまざまです。
ワブテックでは、オイルフリーコンプレッサ技術の開発と検証に主眼を置いたのが、ピストンとシリンダ間の新しい摩擦圧縮技術でした。ハイデューティーサイクル摩耗を詳細に分析した結果、ほとんどの市場プレーヤーに採用されるソリューションにたどり着きました。これは、2つの圧縮セグメントとピストン本体のPTFEベースの摩擦材で構成されていました。
このソリューションは、かなり高いデューティサイクルでもうまく機能しました。しかし、コンプレッサが通常の動作温度に達しない低デューティサイクルでは、摩擦材や圧縮材が早期に摩耗してしまいました。5% という低いデューティ・サイクル、長時間のパーキング・モード、または屋根に取り付けることでコンプレッサーの冷却が悪化する場合に、激しい摩耗が見られることがありました。
デューティ・サイクル・レギュレータを使用すると、コンプレッサの動作を許容レベルに維持できます。これを実現するには、メインパイプ回路のバルブを使用して漏れを制御し、コンプレッサのデューティサイクルを最小限に抑えます。ただし、これは完全なソリューションというよりは一時的なものであり、エネルギー効率の向上が求められることを考えると理想的ではありません。
市場の要求を超えていく
ワブテックのエンジニアは、レシプロ式オイルフリーコンプレッサ技術において、低負荷サイクルへの耐性を高めるために多大な努力を払ってきました。妥当な時間枠でソリューションを検証するために、あらゆる条件下での摩擦・圧縮材料の使用を高速シミュレーションできる独自のテストベンチを開発しました。新しいソリューションの開発と検証には長い道のりがあり、私たちの努力は報われました。
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一部のアプリケーションでは引き続き低デューティサイクルアプリケーションが使用されるため、デューティサイクルレギュレータなしでこのような条件に耐え、許容寿命に達するソリューションが必要になることは明らかでした。これこそまさに、新たに特許を取得した当社のCSSピストンアセンブリとシリンダーが提供しているものです。
最初のステップはテストベンチのデモンストレーションでした。5% という低いデューティ・サイクルと恒久的な低温条件で、CSS ソリューションは大きなマージンで同等のオーバーホール周期を容易に達成できました。
2 番目のステップは列車内での検証でした。現在、CSS ソリューションでは 500 台を超えるコンプレッサが稼働しています。当社では、デューティ・サイクルや温度の低い用途に優先的にCSSを導入し、これらのコンプレッサの測定を定期的に実施しています。現場で観察した摩耗率は、テストベンチで同様のシミュレーション条件で測定した場合よりもさらに優れています。このような最悪の条件下でも、CSSソリューションは通常のコンプレッサMTBOに相当する12,000ポンピング時間以上に達することがわかっています。
私たちの次の課題は、MTBOを通常の市場要件を超えるものにすることです。
このプロセスを通じて信頼してくださったお客様に感謝するとともに、得られた結果には大変満足しています。オイルフリーレシプロコンプレッサ技術の成熟化は大きな一歩を踏み出しました。
ワブテックの新世代BuranコンプレッサであるBuran CSSは、過酷な運転条件や最先端技術に対する高い耐性を備えた、新しい市場リファレンスです。