RainForest의 히트 휠에 중요한 가변 속도 드라이브

캐나다 국경에서 불과 40마일 떨어진 이리 호수(Lake Erie) 근처의 열대 우림을 만들고 유지하는 데 많은 기계 공학이 사용됩니다. 이것은 스포츠 팀으로 유명한 이 중서부 도시를 둘러싼 삼림 지대, 골프 코스, 등산로 및 기타 명소의 "에메랄드 목걸이"를 제공하는 레크리에이션 기관인 Cleveland(Ohio) Metroparks가 달성한 위업입니다. 오케스트라와 로큰롤 명예의 전당. 최첨단 HVAC 기술이 없었다면 Cleveland Metroparks 동물원 단지 내에 위치한 이 독특한 열대 서식지가 존재할 수 있었는지 의심스럽습니다. 고급 모터 및 드라이브 설계와 같은 장비 개선의 이점을 계속해서 누리고 있습니다.

1992년에 처음 개장한 The RainForest at Cleveland Metroparks Zoo는 열대 우림과 정글에서 볼 수 있는 2에이커의 식물과 야생 동물을 포함하는 돔형 시뮬레이션 생물권입니다. 1/2톤 히트 휠과 ABB 모터 및 드라이브를 포함하는 공기 처리 시스템은 2.5시간마다 습기를 건조하고 유입되는 신선한 공기로 전달하여 시설에서 하루 18,000파운드의 물을 절약합니다.

Cleveland Metroparks 동물원의 RainForest에는 전 세계의 열대 우림에서 볼 수 있는 것과 유사한 2에이커의 식물과 야생 동물이 있습니다. 매년 백만 명이 넘는 방문자가 중앙 아메리카, 아프리카 또는 아시아의 열대 지역을 걷는 것과 같은 경험을 하기 위해 이 2층 돔형 생물권을 방문하고 자연 환경에서 새, 석호, 늪, 따뜻한 강에서 노는 원숭이, 파충류 및 다채로운 물고기.

거친 기후의 취약한 환경
"앨버타 클리퍼" 폭풍이 겨울에 영하의 기온을 신속하게 전달할 수 있는 오대호의 온도와 습도가 크게 변하고 햇볕이 내리쬐는 여름의 최고 화씨 90도에도 불구하고 RainForest의 방문자와 주민들은 거의 일정한 즐거움을 누리고 있습니다. 화씨 76%의 습도. 이는 시스템의 신뢰성을 100% 향상시킨 구성 요소를 통합하기 위해 수년에 걸쳐 진화한 강력한 HVAC 시스템 때문입니다.

3천만 달러를 투자한 RainForest는 방문객들을 이국적인 환경으로 둘러싸고 있을 뿐만 아니라 더 많은 열대우림과 정글 면적이 과잉 개발로부터 보호되지 않는 한 잃어버린 것을 상기시켜줍니다.

항온 및 습도 제어에 중요한 히트 휠 적용

클리블랜드와 오하이오주 콜럼버스에 지점이 있는 Direct Air Systems Inc.는 전기-기계 모션 제어 전문가인 Zesco Inc.와 협력하여 클리블랜드에 기반을 두고 있으며 RainForest 및 기타 주목할만한 지역 사이트에 HVAC 서비스를 제공합니다. 로큰롤 명예의 전당 포함.

RainForest에는 100% 외부 공기인 두 개의 공기 처리 장치가 있습니다. 시설에 최적의 환경 조건을 제공하고 유지하기 위해 Direct Air Systems는 장치에 SEMCO 에너지 휠 시스템을 설치했으며 그 중 하나는 주로 냉각에 사용되는 분당 60,000입방피트입니다. 정격 40,000cfm인 다른 장치에는 예열기와 가습기 랙이 장착되어 있습니다. 두 장치 모두 매일 18,000파운드의 물을 보존하는 데 필요한 직경 10피트, 무게 1,000파운드의 건조식 열 바퀴를 가지고 있습니다. 2.5시간에 한 번 공기 흐름.

여기에는 RainForest 시설에서 수분과 열을 이동시키고 신선한 공기를 되돌려주는 수단인 직경 10피트의 2개의 열 바퀴가 있습니다. 기어박스가 필요 없는 ABB 모터/드라이브 Direct Torque Control을 사용하여 분당 7~18회 회전합니다. 기어박스를 제거함으로써 공조 시스템의 신뢰성이 크게 향상되었습니다.

방습제란 열바퀴 표면에 접착하여 습기와 악취를 모아 바퀴의 상부를 통해 건물 밖으로 배출시키는 물질을 말합니다.

바퀴는 습도 수준에 따라 분당 7~18회 회전합니다. "공정 공기"라고 하는 신선한 공기는 공기 처리기의 바닥 부분으로 유입되고 바퀴를 통해 여과됩니다.

신선한 공기의 온도와 습도는 바퀴의 느린 회전과 바퀴의 질량과 건조제 표면이 내부에서 수집한 열과 습기의 일부를 전달한다는 사실에 의해 조절됩니다. 필요한 경우 히터는 공기가 사무실, 카페테리아, 선물 가게를 포함하여 60개 이상의 온도 구역이 있는 RainForest의 넓은 내부로 전달되기 전에 공기를 따뜻하게 합니다.

시설에 내장된 공기 처리 장치
공기 처리 장치에서 일반적으로 수행되는 것처럼 지붕에 장착되고 요소에 노출되는 대신 The RainForest를 제공하는 장치는 클리블랜드의 따뜻한 여름과 추운 겨울에 손실될 장치 효율성을 유지하기 위해 시설에 내장되어 있습니다.

효율성과 단순성으로 시스템 구분
건조제 공정은 효율성과 단순성을 위해 선택되었습니다. 보일러, z-덕트, 히트 파이프 또는 기타 방법은 히트 휠이 제공하는 85% 효율과 비교할 수 없다는 결론이 내려졌습니다. 또한 열 휠은 작동이 매우 간단합니다. 기본적인 기계 장비가 단순할수록 신뢰성이 높아지고 유지 보수가 용이하다는 생각이 들었습니다. 어느 정도까지는 사실로 판명되었습니다. 기술이 완벽하게 작동했어야 했지만 잔소리 문제가 발생했습니다.

각 바퀴는 맞춤형으로 제작된 31피트 길이의 벨트로 회전하며, 처음 설치될 때 1,750rpm 정격의 1마력 AC 전기 모터와 5:1 기어 감속을 제공하는 기계식 기어박스가 장착되었습니다.

설치 당시에는 상당히 일반적인 장비 구성이었습니다. 그러나 RainForest에 사용된 기계식 기어박스가 놀라운 속도로 고장난 것이 발견되었습니다. 1년에 한 번 기어박스 중 하나를 교체해야 했습니다. 특정한 바퀴와 기어박스 배열을 가리키는 식별 가능한 패턴은 없었습니다. 무작위였습니다. 문제의 유일한 일정한 요소는 기어박스의 일상적인 고장이었습니다.

어려움이 마침내 확인되었습니다. 분당 회전수를 처리했습니다. 기어박스의 스플래쉬 윤활 시스템이 제대로 맞물리기에는 속도가 너무 느렸습니다. 그 결과 부품이 제대로 기름칠되지 않았고 조기에 마모되었습니다.

해결 방법
히트휠을 장착할 때 기어박스를 사용하는 것이 일반적인 접근 방식이었기 때문에 초기에는 장비 선택의 문제로 보지 않고 적용의 문제로 보았습니다. 각 히트 휠 설치는 맞춤 제작되며 고유한 역학 세트가 있습니다.

문제에 대한 해결책에는 기어박스가 실패했을 때 단순히 교체하는 관행을 계속하는 것이 포함되었습니다. 그러나 이것이 비싸고 다소 예측할 수 없다는 것이 곧 명백해졌습니다.

또한 다르게 윤활되는 기어박스를 사용하고 RainForest 애플리케이션에 특정한 맞춤형 기어박스를 만드는 것도 고려되었습니다. 윤활 문제를 처리하는 방법을 고안하는 데 더 많은 생각이 들어감에 따라 이러한 가능성은 실험에 가깝다는 결론이 내려졌습니다. 600마리의 동물이 살고 있는 RainForest는 특히 최신 솔루션을 사용할 수 있을 때 그러한 위험을 감수하기에 좋은 후보가 아닙니다.

드라이브가 있는 경우 변속기가 필요하지 않음
Direct Air Systems는 다른 HVAC 응용 프로그램에 대한 경험을 생각하고 기어박스가 필요하지 않은 AC 드라이브/AC 모터 솔루션을 Cleveland Metroparks Zoo 유지 관리 팀에 언급했습니다. 이것은 점점 더 일반적인 배열이 되었고 좋은 실적을 보였습니다. 또한 움직이는 부품 메커니즘이 제시하는 문제와 복잡성에서 벗어나는 최첨단 기술이었습니다.

Direct Air Systems의 사장인 Steve Snyder는 다음과 같이 설명합니다. “우리가 추천한 직접 토크 접근 방식은 비용 효율적이고 유지 관리가 쉬우며 작동이 간단한 것이었습니다. 기어 윤활은 문제가 되지 않습니다. 또한 직접 토크는 입증된 엔지니어링입니다. Cleveland Metroparks는 공공 기관이기 때문에 프로젝트에 대한 입찰을 요청했고 우리 입찰이 선택되었습니다.”

개조에는 AC 모터의 토크를 기본 제어 요소로 사용하는 ABB의 직접 토크 제어 솔루션이 포함되었습니다.

ABB Direct Torque Control 솔루션의 일부인 소형 ABB ACS 800 드라이브는 이전 드라이브 모델보다 훨씬 작은 설치 공간을 필요로 합니다. 이것은 공간이 제한된 영역에서 특히 유용합니다.

각 에너지 휠 시스템의 원래 1마력 AC 모터 및 기어박스 장비가 제거되고 ABB 5마력 유도 모터/AC 저전압 구동 조합으로 교체되었습니다. 이 배열을 사용하면 기어박스나 펄스 인코더 없이도 모터를 모터/부하에 직접 연결할 수 있습니다. ABB 솔루션은 최대 모터 토크를 0 속도로 낮춥니다.

알고리즘을 사용하여 ABB 드라이브(이 경우 가변 속도 ACS 모델)는 속도 피드백을 제공하기 위해 인코더 없이 실행할 수 있습니다. 이 알고리즘을 통해 드라이브는 모터의 토크 및 자속 상태를 초당 40,000번 계산할 수 있습니다. 인코더를 제거하면 유지보수가 더욱 줄어들고 가동 중지 시간이 줄어듭니다.

각 에너지 휠 시스템은 개별 Johnson Controls 시스템에 의해 제어되지만 모터 및 드라이브의 상태는 RainForest의 포괄적인 Johnson Controls 건물 관리 시스템에 의해 모니터링됩니다.

제어 오류가 발생하는 경우 ABB ACS 드라이브는 자동으로 사전 설정된 rpm 속도로 이동하여 열 전달이 유지되도록 설계되었습니다. 예비 모터는 RainForest에 보관되어 있으며 드라이브는 시설에서 몇 분 거리에 있는 Direct Air Systems의 사무실 위치에 보관됩니다.

ABB 모터/드라이브 조합을 설치한 지 4년이 넘은 이후로 서비스가 중단된 적이 없습니다. Direct Air Systems는 직접 토크 제어의 사용이 증가하고 있습니다.

Snyder는 "우리가 권장하는 접근 방식 중 하나입니다."라고 설명합니다. “종종 문제를 해결하는 방법은 한 가지 이상입니다. 이 경우의 상황에 비추어 볼 때 직접 토크 제어 방식이 좋은 솔루션임이 입증되었습니다. 다른 프로젝트에도 적용했습니다. 그것은 우리가 좋아하는 세 가지 특성을 가지고 있습니다. 비용 효율적이고 간단하며 신뢰할 수 있습니다."

세계 열대우림을 구하기 위한 모델
RainForest 방문자의 기부와 다른 조직 및 정부의 노력을 통해 제한된 양의 열대 우림과 정글이 과잉 개발로부터 보호됩니다. 지속적인 지원은 토종 동식물의 야생 동물 피난처 역할을 할 뿐만 아니라 대기에서 이산화탄소를 제거하여 지구의 환경을 개선하는 이 귀중한 땅을 훨씬 더 많이 확보할 것입니다. 또한, 이러한 보호 지역은 미래의 기적의 의약품에 대한 중요한 출처임이 입증되고 있습니다.

1년에 100만 명이 넘는 사람들이 RainForest를 방문하여 공조 시스템에 의해 유지되는 거의 일정한 습도 76도/76% 환경을 즐기고 있습니다. 오락과 생물학 교육을 제공하는 것 외에도 이 시설의 다른 임무는 방문객들에게 삼림 벌채로 인해 초당 1.5에이커의 속도로 손실되는 것으로 추산되는 토착 열대우림을 보호해야 할 필요성을 상기시키는 것입니다.

Animal Planet에 소개된 RainForest는 168에이커에 달하는 클리블랜드 메트로파크 동물원의 여러 명소 중 하나이며 북미에서 3,000마리의 동물 중 가장 많은 영장류 종 컬렉션이 있습니다.

저자 소개:

ABB, Automation Products, Low-Voltage Drives는 세계 최대의 전기 모터 및 드라이브 제조업체입니다. 미국에서는 판매 대리점, 유통업체 및 시스템 통합업체로 구성된 통합 채널을 통해 위스콘신주 뉴베를린에 있는 ABB가 에너지 효율적인 전기 드라이브, 모터 및 엔지니어링 드라이브 시스템의 전체 라인을 광범위한 산업 및 상업 분야에 공급할 수 있습니다. 고객. 생산되는 제품은 1/8에서 135,000마력까지의 전기 모터용 AC 및 DC 가변 속도 드라이브와 다양한 고객 요구를 충족하는 응용 프로그램별 드라이브 시스템 솔루션을 포함합니다. 자세한 내용은 www.abb.us/drives.com을 참조하십시오.