Napędzanie wzrostu dojrzałości technologicznej

Obraz

Operatorzy pociągów potrzebują technologii sprężarek powietrza, które łączą wysoki poziom wydajności operacyjnej i wysoką dostępność w eksploatacji we wszystkich warunkach eksploatacyjnych, w tym w bardzo niskim cyklu pracy. Aby odpowiedzieć na tę potrzebę, firma Wabtec podjęła szeroko zakrojone próby terenowe i opracowywanie sprężarek powietrza nowej generacji. Wabtec Buran CSS z tłokiem uszczelniającym pokrytym i sektorowym jest najnowocześniejszym rozwiązaniem, zdolnym do wytrzymania wszystkich warunków pracy, w tym ekstremalnych temperatur i wilgotności oraz zastosowań w niskich cyklach pracy.

Przejście ze sprężarek smarowanych na bezolejowe

Od dziesięcioleci pociągi są wyposażone w sprężarki powietrza do zasilania ich układów hamulcowych i zawieszenia. Technologie sprężarek dla szyn opierały się na istniejącej technologii sprężarek przemysłowych, głównie smarowanych tłokowych tłokowych lub smarowanych sprężarkach śrubowych.

Jednak klienci stwierdzili, że technologie sprężarek smarowanych miały pewne poważne wady, w tym potrzebę:

• Codzienna weryfikacja oleju
• Uzupełnij po zużyciu sprężarki
• Regularna wymiana i recykling oleju i filtrów
• Przechowywanie kondensatów osuszacza powietrza zawierającego olej na pokładzie
• Regularne opróżnianie i recykling zbiorników kondensatów

Zastosowanie sprężarek smarowanych jest również skomplikowane przez wymagany cykl pracy. Podczas projektowania układu wytwarzania powietrza pociągu należy znaleźć równowagę między dwoma sprzecznymi wymaganiami: cyklem pracy i czasem napełnienia pociągu podczas wstępnego przygotowania. Oczywiście operatorzy pociągów szukają możliwie najkrótszego czasu napełniania.

W przypadku cyklu pracy należy wziąć pod uwagę dwa czynniki. Po pierwsze, sprężarki są maszynami termodynamicznymi, które są zaprojektowane do pracy na gorąco. Po drugie, podczas procesu kompresji woda jest oddzielana od powietrza i miesza się z olejem, gdy skrapla się. Krótki cykl pracy może nie pozwolić sprężarce na tyle gorąco, aby całkowicie odparować wodę. Pozwolenie na zmieszanie się tej wody z olejem może prowadzić do poważnych problemów ze smarowaniem i krytycznego uszkodzenia sprężarki.

Pierwsze kroki do bezolejowego

Około 15 lat temu wielu w branży kolejowej zaczęło poważnie rozważać technologię sprężarek bezolejowych. Najbardziej odpowiednią opcją do stosowania w pociągach jest tłok posuwisto-zwrotny, który może pokryć cały wymagany zakres przepływu powietrza. Waha się to od 300 l/min dla krótkich pociągów do 2500 l/min w przypadku długich pociągów lub lokomotyw.

W firmie Wabtec głównym celem opracowywania i walidacji technologii sprężarek bezolejowych była nowa technologia tarcia i sprężania między tłokiem a cylindrem. Po dogłębnej analizie zużycia w cyklu wysokich obciążeń doszliśmy do rozwiązania, które zostało przyjęte przez większość graczy rynkowych. Składał się on z dwóch segmentów ściskających i materiału ciernego opartego na PTFE na korpusie tłoka.

To rozwiązanie działało dobrze w stosunkowo wysokich cyklach roboczych. Jednak w cyklach niskich obciążeń, w których sprężarka nie osiągnęła normalnej temperatury roboczej, napotkaliśmy przedwczesne zużycie materiału ciernego i ściskającego. W cyklach roboczych do 5%, z długim trybem parkowania lub gdy chłodzenie sprężarki jest pogarszane przez układ montowany na dachu, czasami stwierdzaliśmy poważne zużycie.

Zastosowanie regulatorów cyklu pracy umożliwia utrzymanie pracy sprężarki na akceptowalnym poziomie. Osiąga się to za pomocą zaworu w obwodzie głównej rury, który tworzy kontrolowany wyciek, aby zagwarantować minimalny cykl pracy sprężarki. Jest to jednak bardziej przerwa niż kompletne rozwiązanie i nie jest idealne ze względu na zapotrzebowanie na zwiększoną efektywność energetyczną.

Wykraczając poza wymagania rynku

Inżynierowie firmy Wabtec dołożyli wszelkich starań, aby zwiększyć odporność na cykle o niskim obciążeniu w technologii sprężarek tłokowych bezolejowych. Aby zweryfikować rozwiązanie w rozsądnych ramach czasowych, opracowaliśmy unikalne stanowisko testowe, aby stworzyć przyspieszoną symulację wykorzystania materiałów ciernych i ściskających we wszystkich rodzajach warunków. To była długa droga do opracowania i walidacji nowego rozwiązania, a nasze wysiłki się opłaciły.

Obraz

Oczywiste było, że niektóre zastosowania pozostaną przy zastosowaniach o niskim cyklu pracy, a zatem wymagałyby rozwiązania zdolnego wytrzymać takie warunki i osiągnąć akceptowalną żywotność bez regulatora cyklu pracy. Właśnie to oferuje teraz nasz nowo opatentowany zespół tłoka CSS i cylinder.

Naszym pierwszym krokiem była demonstracja stanowiska testowego. Dzięki cyklowi pracy zaledwie 5% i przy stałej niskiej temperaturze rozwiązanie CSS z łatwością osiągnęło równoważną okresowość remontów z dużym marginesem.

Drugim krokiem była walidacja w pociągu. Obecnie mamy ponad 500 sprężarek w obsłudze z rozwiązaniem CSS. Postanowiliśmy priorytetowo wdrożyć CSS w zastosowaniach o niskich cyklach pracy i temperaturach oraz regularnie przeprowadzać pomiary na tych sprężarkach. Współczynnik zużycia, który obserwujemy w terenie, jest nawet lepszy niż w podobnych symulowanych warunkach na naszym stanowisku testowym. Nawet w tych najgorszych warunkach wiemy, że rozwiązanie CSS może osiągnąć ponad 12 000 godzin pompowania, co odpowiada zwykłemu kompresorowi MTBO.

Naszym kolejnym wyzwaniem będzie wypchnięcie MTBO poza zwykłe wymagania rynku.

Jesteśmy wdzięczni naszym klientom za zaufanie przez cały ten proces i jesteśmy bardzo zadowoleni z uzyskanego wyniku. Osiągnęliśmy ważny krok w dojrzałości technologii sprężarek tłokowych bezolejowych.

Nowa generacja sprężarek Buran firmy Wabtec, Buran CSS, to nowy punkt odniesienia na rynku, wysoce odporny na ekstremalne warunki pracy i najnowocześniejszy.