泵与压缩机的云端应用


日期:2018/07/20 来源:PROCESS《流程工业》

流程工业企业如何在更快、更灵活地进行生产的同时,也满足多样化、个性化产品的市场需求呢?传统的单一产品生产设备在这里是行不通的。更快、更灵活和更个性化需要的是基于模块化方案的流程设备,而模块化流程设备的目标是可以利用这些模块实现重复性的基本功能,以便优化流程设备的工艺和缩短设备组装时间。而这一切的重点是,实现验证合格解决方案的标准化和能够重复利用这些解决方案,最终实现复制粘贴式的即插即用。

模块化的挑战

像流程泵和压缩机这类的关键部件的生产厂家,也都在致力于开发适用于新流程设备和设备扩展时使用的新型模块化解决方案(Skids),因为未来的流程设备设计师们优先考虑的是功能,即模块化和系统的解决方案,其优点是:设计师们不必再仔细地考虑诸如流程泵、真空泵或者压缩机系统等部件的所有具体细节。更重要的是,模块化的组件、部件可以在新建项目中重复使用已经通过验证的解决方案了,这节约了时间和资金。流程设备运营商可以一次次地快速组装具有不同功能独立模块,使其完成不同的流程工艺。

通用设备越来越多地使用电气技术元器件和传感器
通用设备越来越多地使用电气技术元器件和传感器

模块化流程设备的特点是,某一系列同一功能的模块有着不同的规格大小,例如同一类型的流程泵有着不同的体积流量和压力范围,而对这些技术装备的一个重要要求就是标准化。KSB公司开发了虚拟叶轮修整技术,利用智能手机对流程泵的转速进行调整和设置,与流程泵叶轮的机械调整不同的是,这不需要人工干预。因此,如果流程泵的实际工作点偏离经济、节能的流量/扬程工作点时可以简单地利用智能手机快速进行优化,或者对相关的工作点变化采取相应的措施。流程泵的个性化可以明显推迟流程泵的采购期。当然,这也会减少流程泵的变型种类,这一点在未来流程泵选择中将会发挥更加重要的作用。现在,个性化的流程泵可以凭借特定的固定转速实现整个流程泵工作特性区域的全貌覆盖,具有几乎相同的效率和净吸压头NPSH值。这样,液压系统的变量复杂系数就减少了50%,也为规划设计和管理节约了时间和资金。

多级高压泵(例如Grundfos公司、Rheinhütte公司、Flowserve公司和Xylem公司)也是实现模块化功能块的理想方法。不同的组合,不同的材料以及不同的连接和设备型号为流程设备操作者提供了各种组合选项。通过输送级的数量多少,可以灵活地选择模块规格来满足流程泵的性能要求,通过水泵电机的超同步运行使得流程泵生产厂也可以对流程泵的尺寸规格施加影响,使其结构更加紧凑。

模块化和标准化为流程泵厂商在企业网站上简单地配置流程泵解决方案提供了机遇,与今天的流程设备规划设计师们通过配置器设计的方式相似,可以实现真实制造过程的虚拟连接,并按需提供流程泵。

在实践中贯彻工业4.0

在能源成本快速上涨的压力下,通用设备也越来越多地配备电子元器件和传感器了,但仅仅是这样还不足以使这些装备满足工业4.0的要求。在生成大数据之后,应对智能数据进行分析和评估。先由传感器提供数据,带有分析软件的微处理器再解读这些数据,最终由执行器完成任务。

在实践中贯彻落实工业4.0意味着,设备控制系统不再仅仅由中央过程控制系统控制。智能化在生产现场体现为,能够完成特定的功能、优化其他技术设备的控制和监控。未来下一步的工作就将是云中的数字化,这个数字化双胞胎还可以与其他数字化双胞胎一起访问其他数据源或者网络,例如实体系统中的执行器。

贯彻落实工业4.0工作的重要准备工作就是实现连通性和互动性,对流程设备操作者来讲,最大的优点是:更高的透明度、更高的设备可用性和更高的生产能力,以下是3个例子:

KSB公司为流程设备运营商提供的“流程泵运行状态检测”App能够通过流程泵控制装置“Pumpmeter”来测定流程泵的负荷曲线,并通过流程泵转速调节模块获得提高流程泵效率和系统可用性的操作建议。

Grundfos公司提供的化学品App软件。水处理和化学品分销领域中,客户经常遇到连接计量泵时的容器经常出现混淆的情况。这一化工应用程序能够确保只有事先由云技术“批准”的容器才能连接到计量泵上去。更重要的是,这一App还能监控容器的充填状态,以及控制后续新的灌装容器。

Boge压缩机公司和Aventics公司合作,为数字化技术的入门者开发了智能化气动技术App软件Smart Pneumatic Grid。利用OPC UA通信技术协议可以实现压缩空气生产设备与压缩空气使用设备之间的智能联网,提供了对整个系统拓扑结构进行监控、控制和优化的可能性。Aventics公司介绍道,这一智能化气动技术应用软件能够采集各个能源消耗层次的信息,并实现可视化。只需稍加处理就能从这些信息中导出Boge流程泵的调节控制信息。另外,这一应用软件还能向流程设备操作者显示增加了的压缩空气消耗量。

Grundfos公司利用自己的通讯总线可以将最多15个计量泵连接到Grundfos公司的云技术系统中去
Grundfos公司利用自己的通讯总线可以将最多15个计量泵连接到Grundfos公司的云技术系统中去,并能利用智能手机使用流程泵与云平台相互连接,云中的数据是安全的

智能数据的机遇

智能数据提供了使用迄今为止不可能使用商业模式的机遇。迄今为止,制造商们销售的都是真实的“硬件”,但实质上这是“所有权”的转移。可以想象的解决方案是,顾客可以在A向B支付“所有权”的资金,也就是说顾客不再只是投资硬件本身,这是数字附加值相对于传统解决方案的优势。

未来,通用设备的供应商将会为用户提供更高附加值的产品。为此,KSB公司成立了自己的专业工作组——“业务创新实验室”。15~20名企业内部和外部的人员在四个专业小组中开展工作,他们将根据客户的技术数据开发服务产品,在互联网平台上给出报价,并了解如何将增材制造(3D打印)用于配件生产。

混合解决方案

目前,混合动力技术是汽车工业领域中大力宣扬的技术,电力和内燃机相结合的混合动力是一座很好的技术桥梁。流程泵领域中的混合动力解决方案也日益受到欢迎,例如GEA Hilge公司开发的TPS系列单级泵:有着常规传统叶轮、并得到了初级侧吸水螺杆(导流轮)支持的离心泵。利用这种混合技术,使得离心泵具有了自吸能力,因此非常适合于当作CIP原位清洁回流泵和含气体的液体介质输送中使用,是通道泵经济型的替代解决方案。
Egger公司研发生产的TEO旋流泵将半开式叶轮和Turo旋流叶轮的优点结合到一起,当泵送的液体介质中含有的气体成分较大,例如最大达到10%时,推荐使用这种旋流泵。

混合式空气压缩机将活塞式和隔膜式空气压缩机的优点也结合到了一起,相互结合之后充分发挥了两者的优势,尤其是在要求的压缩空气有着高达150 MPa的压力,以及要在无油润滑的情况下生产工业用气体或混合气体时。同时,混合式的空气压缩机也保证了符合未来环保法规要求的设备投资。为了利用不同空气压缩原理的优势,空压机外壳制造的配合尺寸非常精密。由于两种空压机压缩空气的物理原理相同,因此在热力学技术领域中,这两种压缩方法可以结合到一起。流程工艺技术领域各工艺过程之间(例如冷却器、容器、分离器)所需的空气压缩机在压缩原理上没有什么不同的要求。根据NEA集团公司的介绍,利用活塞式压缩机作为低压级、隔膜式压缩机作为高压级是实现无润滑生产高压压缩空气的最佳组合。

扭转局面的3D打印

因为金属材料3D打印的意义越来越重要,3D打印技术将很快彻底地改变现在的售后服务市场。金属材料3D打印是指激光在设定的熔焊点将金属粉末熔化,激光射束离开后这些熔焊点就开始冷却、凝固,然后才喷涂一层精细的金属粉末,再次进行激光熔焊并冷却凝固。这一过程周而复始,直至冷却凝固的硬化区域呈现理想的形状为止。

这种方法还可以用来修复受损的离心泵叶轮或者柱塞泵的泵咀。农业和工程机械制造商Caterpillar公司和John Deere公司展示的云技术产品清楚地说明了3D打印技术的未来发展方向。云技术产品方案的设想是,将备件数据存储在一个数据库中供世界各地所有有访问权的人使用。如果地球上某地的一家修理厂需要使用这一数据库中的数据时,它就可以方便地下载这些数据,并当场打印成文字资料。

流程泵制造商KSB公司的3D打印技术也处于行业内的领先地位,预计将来会节约大量的资金费用,至于能够节约多少,目前还无法量化。要在备件供应领域中采用3D打印技术,需要对相应的零部件重新进行设计,在节约原材料的同时也可以减少3D打印的步骤。当前,该公司的3D打印技术还处于研发阶段,也在部分备件生产中得到了应用,未来就可以快捷且经济地生产小批量的备件了。

最后一个重要问题就是:机械制造的技术服务正在发挥越来越重要的作用。对于流程泵的供应商来讲,要进一步加强技术服务和备件领域中的工作;对于大型制造商来说,售后服务的市场收入将占总经营收入的30%~35%。

结语

在流程工业领域中,对灵活性、更多的个性化定制产品和更快的上市速度的要求越来越高。各个生产厂家如何同时满足所有的要求则取决于它们自己,只要提出的解决方案别太离奇了就行。化工和制药工业领域的客户中,选择大量的流程泵和空压机的常常比较保守,但已被实践证明的成功案例是它们最佳的参考。