มอเตอร์ไดเรกต์ไดรฟ์ช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานรวมสำหรับอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่ใช้ความเร็วต่ำแต่แรงบิดสูงได้อย่างไร

ประสบการณ์ภาคสนาม: เครื่องคนวัสดุและเครื่องบดแบบลูกบอล

เครื่องผสมยางในโรงงานผลิตพื้นผิวใช้มอเตอร์กำลัง 75 กิโลวัตต์ ผ่านเกียร์บ็อกซ์สองขั้นตอน ซึ่งต้องเปลี่ยนน้ำมันทุกสามเดือน วิศวกรของโรงงานสังเกตว่าเกียร์บ็อกซ์เพียงอย่างเดียวเป็นสาเหตุหลักของการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผนไว้ของเครื่องผสม เนื่องจากการรั่วของซีลทำให้สายการผลิตทั้งหมดต้องหยุดลง โรงงานผลิตปูนซีเมนต์รายงานรูปแบบเดียวกันกับเครื่องบดแบบบอลมิลล์ ซึ่งถังหมุนช้าๆ ต้องใช้เกียร์ลดความเร็วขนาดใหญ่ที่สูญเสียพลังงานเข้าไปประมาณร้อยละ 8 ในการส่งผ่าน โครงการศึกษามอเตอร์ขับตรง (Direct Drive Motor) ที่สถานที่ทั้งสองแห่งเริ่มต้นจากการวิเคราะห์เส้นโค้งแรงบิด ไม่ใช่จากค่าที่ระบุบนป้ายชื่อ เนื่องจากภาระงานต้องการแรงบิดสูงที่ความเร็วต่ำก่อนสิ่งอื่นใด ทางออกของมอเตอร์ขับตรงสำหรับทั้งสองโรงงานคือมอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบความเร็วต่ำ ซึ่งติดตั้งโดยตรงกับเพลา ในแต่ละกรณี ทีมงานบันทึกเวลาที่หยุดทำงานเป็นระยะเวลาหนึ่งเดือนก่อนเปลี่ยนแปลง และอีกหนึ่งเดือนหลังเปลี่ยนแปลง ช่องว่างระหว่างสองช่วงเวลานี้เผยให้เห็นความจริง: เกียร์ ไม่ใช่มอเตอร์ คือส่วนประกอบที่เปราะบางที่สุดมาโดยตลอด

ความเสี่ยงจากการสูญเสียเกียร์บ็อกซ์และการหยุดทำงานของอุปกรณ์ที่หมุนช้า

ข้อผิดพลาดทั่วไปคือการคงรูปแบบเกียร์ไว้ เนื่องจากแบบแปลนมีอยู่แล้ว จากนั้นจึงต้องคอยเฝ้าระวังน้ำมัน ซีล และการจัดแนว ซึ่งจะกินงบประมาณอย่างรวดเร็ว แรงบิดสูงที่ทำงานช้าจะยิ่งขยายการสูญเสียทุกชั้นของเกียร์ให้มากขึ้น เพราะอัตราทดต่ำมากและแรงกดที่จุดสัมผัสสูงมาก ENNENG ทางออกคือมอเตอร์ขับตรง (Direct Drive Motor) ที่ออกแบบเป็นมอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบความเร็วต่ำ ซึ่งติดตั้งโดยตรงเข้ากับเพลา การเสี่ยงต่อการรั่วของซีลจะหายไปทันทีเมื่อกล่องเกียร์ถูกถอดออก และจุดหมุนที่เหลือเพียงจุดเดียวคือแบริ่ง ดังนั้น การเปลี่ยนมาใช้มอเตอร์ขับตรงจึงช่วยกำจัดชิ้นส่วนที่เปราะบางที่สุดในระบบขับเคลื่อน ซึ่งเป็นต้นเหตุของปัญหาการหยุดทำงานทั้งหลาย อีกหนึ่งความเสี่ยงคือเสียงรบกวนและแรงสั่นสะเทือนที่ส่งผ่านเกียร์ไปยังฐานรองรับ ซึ่งรูปแบบขับตรงสามารถกำจัดแหล่งกำเนิดของปัญหานี้ได้ตั้งแต่ต้น นอกจากนี้ ตัวเลือกมอเตอร์ขับตรงยังทำให้พื้นที่บนพื้นที่เคยใช้สำหรับติดตั้งกล่องเกียร์ว่างลง ซึ่งโรงงานมักนำพื้นที่นั้นกลับมาใช้ใหม่เป็นพื้นที่จัดเก็บ

การเปรียบเทียบเชิงเทคนิคประสิทธิภาพของมอเตอร์ขับตรง

มอเตอร์ขับตรงสามารถสร้างแรงบิดที่ต้องการได้ที่ความเร็วของโรเตอร์ โดยไม่มีเกียร์ลดรอบติดตั้งอยู่ระหว่างเครื่องจักรกับโหลด มอเตอร์ขับตรงแบบความเร็วต่ำของเอนเนง มอเตอร์แบบไดร์ฟตรงที่ใช้แม่เหล็กถาวร วางสนามแม่เหล็กไว้ที่เพลา ซึ่งช่วยกำจัดการสูญเสียจากการส่งผ่านและแรงสั่นสะเทือนที่ส่งผ่านเกียร์ ในการทดสอบจริงกับเครื่องผสมแบบเคาน์เดอร์ (kneader) หน่วยแม่เหล็กถาวรรักษาระดับประสิทธิภาพขณะทำงานที่โหลดย่อยไว้เหนือร้อยละ 90 ในขณะที่ระบบขับเคลื่อนแบบมีเกียร์แบบเดิมลดลงต่ำกว่าร้อยละ 80 เมื่อทำงานที่ครึ่งโหลด นอกจากนี้ มอเตอร์ขับตรงยังช่วยลดปริมาณสายไฟและขนาดฐานรองรับ เนื่องจากโครงสร้างโดยรวมมีขนาดเล็กลงจึงใช้เหล็กน้อยลง ผลลัพธ์ของมอเตอร์ขับตรงคือจำนวนรอยต่อที่ปิดผนึกน้อยลง และห้องทำงานเย็นลง เพราะไม่มีส่วนใดระหว่างสนามแม่เหล็กกับโหลดที่สูญเสียพลังงาน ความหนาแน่นของแรงบิดจากโรเตอร์แม่เหล็กถาวรทำให้โครงสร้างขนาดเดียวกันสามารถส่งแรงดึงที่เพลาได้มากขึ้น ดังนั้นมอเตอร์จึงสามารถออกแบบให้สั้นลงและแข็งแรงขึ้นเมื่อเทียบกับระบบขับเคลื่อนแบบมีเกียร์ที่มันเข้ามาแทนที่

การประหยัดที่วัดได้บนไลน์เครื่องผสมแบบเคาน์เดอร์

การจัดวางมอเตอร์แบบไดรเวตโดยตรงแบบเดียวกันนี้ ทำให้ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนน้ำมันทุกสามเดือน และยังลดสต๊อกซีลในคลังสินค้าด้วย โรงงานแห่งหนึ่งที่ติดตามเวลาหยุดทำงานพบว่า เครื่องผสมสามารถใช้งานได้เพิ่มขึ้นประมาณ 30 ชั่วโมงต่อเดือน หลังจากที่เกียร์ถูกถอดออก การลงทุนในมอเตอร์แบบไดรเวตโดยตรงคืนทุนได้จากการลดเวลาหยุดทำงานและการประหยัดน้ำมัน ไม่ใช่แค่จากการประหยัดไฟฟ้าเท่านั้น ทางเดินสำหรับติดตั้งเกียร์จึงกลายเป็นส่วนที่ไม่จำเป็นอีกต่อไป การประหยัดเวลาหยุดทำงานยังทำให้ช่างเทคนิคคนหนึ่งว่างจากงานสายการผลิตนี้ ไปปฏิบัติงานในสายการผลิตอื่นแทน ซึ่งโรงงานนับว่าเป็นผลประโยชน์เพิ่มเติมอีกประการหนึ่งจากการเปลี่ยนแปลงเดียวกันนี้ คลังอะไหล่ของฝ่ายบำรุงรักษาลดจำนวนรหัสอะไหล่ลงสองรายการ ทำให้แผนการจัดเตรียมอะไหล่สำรองเรียบง่ายขึ้น และยังปลดปล่อยพื้นที่ในตู้เก็บของที่ถูกยึดไว้นานหลายปี มอเตอร์แบบไดรเวตโดยตรงจึงช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานและต้นทุนสินค้าคงคลังพร้อมกัน

มาตรฐานที่มีอำนาจในการออกแบบระบบขับเคลื่อนแบบไม่มีเกียร์

มาตรฐานกำหนดกรอบสำหรับทางเลือกแบบไม่ใช้เกียร์ โดย IEC 60034-1 ครอบคลุมการทดสอบประสิทธิภาพที่พิสูจน์ว่ามอเตอร์ขับตรง (Direct Drive Motor) ให้ค่าแรงบิดตามที่ระบุไว้ที่ความเร็วต่ำ ส่วน IEC 60034-30-1 กำหนดระดับประสิทธิภาพพลังงาน (IE class) ทำให้มอเตอร์แบบแม่เหล็กถาวรแสดงค่า IE4 หรือ IE5 บนป้ายชื่อ ISO 10816 จำกัดค่าการสั่นสะเทือน ซึ่งมีความสำคัญยิ่งขึ้นเมื่อไม่มีเกียร์มาลดการสั่นของเพลาอีกต่อไป ขณะที่ ISO 50001 กำหนดให้การประหยัดพลังงานต้องอิงข้อมูลที่วัดได้จริง ซึ่งสามารถจัดหาได้จากเครื่องบันทึกข้อมูลก่อนและหลังการติดตั้ง โครงการมอเตอร์ขับตรงควรจัดทำรายงานการทดสอบเพื่อให้ฝ่ายการเงินเห็นทั้งบรรทัดค่าใช้จ่ายน้ำมันหล่อลื่นและการหยุดเดินเครื่อง ไม่ใช่เพียงบรรทัดการใช้พลังงานเท่านั้น ผู้ซื้อที่ระบุมอเตอร์ขับตรงตามเส้นโค้งแรงบิดตั้งแต่ต้น จะหลีกเลี่ยงการทบทวนระบบเกียร์โดยสิ้นเชิง เพราะข้อเสนอได้คำนึงถึงรูปแบบภาระงานที่โรงงานดำเนินการจริงอยู่แล้ว

คู่มือปฏิบัติสำหรับการเลือกมอเตอร์ขับตรง

เลือกมอเตอร์ขับตรงจากเส้นโค้งแรงบิด ไม่ใช่จากค่ากำลังไฟฟ้าที่ระบุบนป้ายชื่อหน่วยกิโลวัตต์ เนื่องจากโหลดที่หมุนช้าแต่ต้องการแรงบิดสูง จำเป็นต้องได้แรงบิดที่กำหนดไว้ที่จำนวนรอบต่อนาทีต่ำ โปรดสอบถาม ENNENG เพื่อกำหนดจำนวนขั้วให้สอดคล้องกับความเร็วของกลองหรือสกรู และยืนยันว่าแผ่นยึด (flange) สอดคล้องกับเครื่องจักรที่ขับเคลื่อน ติดตั้งมอเตอร์แบบไดรเวตโดยตรง (Direct Drive Motor) ไม่จำเป็นต้องใช้แม่พิมพ์จัดแนว (alignment jig) แต่ยังคงต้องใช้เพลาที่ตรงและผิวหน้าของข้อต่อที่สะอาด ตรวจสอบอุณหภูมิแบริ่งสัปดาห์ละหนึ่งครั้งในเดือนแรก เนื่องจากเครื่องจักรแบบไดรเวตโดยตรงจะแสดงความผิดปกติผ่านความร้อนได้เร็วกว่าเครื่องจักรแบบมีเกียร์ซึ่งอาจซ่อนความผิดปกตินั้นไว้ ใบเสนอราคาสำหรับมอเตอร์แบบไดรเวตโดยตรงควรระบุอัตราส่วนการลดความเร็ว (reduction ratio) ที่ถูกกำจัดออกไป เพื่อให้เห็นการประหยัดค่าใช้จ่ายได้ชัดเจนบนเอกสาร บันทึกค่าแรงบิดไว้พร้อมแผนบำรุงรักษา และตรวจสอบสลักเกลียวฐานรองรับใหม่อีกครั้งหลังทำงานครบ 200 ชั่วโมง มอเตอร์แบบไดรเวตโดยตรงใช้ค่าตั้งค่าควบคุม (control setpoints) เดียวกับที่โรงงานใช้งานอยู่แล้ว ทำให้ช่วงเวลาการนำเข้าสู่ระบบ (commissioning window) สั้นลงเหลือเพียงหนึ่งกะ

การตรวจรับมอบและการบำรุงรักษา

มอเตอร์ไดรเวตโดยตรงต้องการการดูแลน้อยกว่าเกียร์ที่ถูกแทนที่ แต่ตลับลูกปืนยังคงต้องได้รับการตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอ ให้หล่อลื่นตามตารางเวลาที่ ENNENG พิมพ์ไว้บนป้ายชื่อ และบันทึกแนวโน้มอุณหภูมิเพื่อตรวจจับการเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ตั้งแต่เนิ่นๆ โรงงานที่จัดการมอเตอร์ไดรเวตโดยตรงเป็นสินทรัพย์แบบปิดผนึกมักจะไม่ต้องเดินผ่านทางเดินเกียร์อีกเลย เพราะไม่มีส่วนใดระหว่างสนามแม่เหล็กกับโหลดที่ต้องเรียกช่างมาซ่อมบำรุง มีเพียงตลับลูกปืนหนึ่งชุดกับข้อต่อหนึ่งตัวเท่านั้นที่อยู่ในแผนบำรุงรักษา ซึ่งทีมงานส่วนใหญ่สามารถดำเนินการให้เสร็จสิ้นภายในกะทำงานเดียว โดยไม่จำเป็นต้องใช้ผู้เชี่ยวชาญ หลังจากใช้งานครบ 200 ชั่วโมง ให้ขันสลักฐานใหม่และตรวจสอบค่าการสั่นสะเทือนเทียบกับมาตรฐาน ISO 10816 จากนั้นมอเตอร์จะเข้าสู่ภาวะปกติที่ทีมงานสามารถควบคุมและดูแลได้เองโดยไม่ต้องพึ่งความช่วยเหลือจากภายนอก

ติดต่อ ENNENG

โครงการมอเตอร์ไดรเวตโดยตรงเริ่มต้นด้วยกราฟเส้นโค้งแรงบิด ดังนั้นโปรดส่งความเร็วของโหลดและความต้องการแรงดึงไปยังทีมวิศวกรรม ENNENG จะจัดทำข้อเสนอพร้อมโครงสร้างที่สามารถติดตั้งโดยตรงกับเพลาได้ทันที โดยไม่ต้องใช้แบบแปลนเกียร์

• วอตส์แอป: +86 18562780228
• อีเมล: [email protected]
• โทรศัพท์: +86 532 66000559

คำถามที่พบบ่อย

คำถาม: มอเตอร์ไดรเวตโดยตรงสามารถกำจัดเกียร์ออกไปได้จริงหรือไม่

A:ใช่ โมเตอร์แบบไดรเวตโดยตรง (Direct Drive Motor) กำจัดเกียร์ทั้งหมดออกไป เพราะโรเตอร์แม่เหล็กถาวรสร้างแรงบิดสูงสุดได้ตั้งแต่ความเร็วต่ำซึ่งโหลดหมุนอยู่แล้ว ENNENG ออกแบบจำนวนขั้วให้สอดคล้องกับดรัมหรือสกรู ทำให้เพลาเชื่อมต่อโดยตรงกับเครื่องจักรโดยไม่ต้องผ่านขั้นตอนลดรอบ การกำจัดเกียร์นี้ยังช่วยตัดน้ำมันหล่อลื่น ซีล และอุปกรณ์จัดแนวที่เป็นสาเหตุหลักของความหยุดชะงัก

คำถาม: การกำจัดเกียร์ช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานเท่าใด

A:โมเตอร์แบบไดรเวตโดยตรงช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายได้พร้อมกันสามด้าน ได้แก่ 1) การสูญเสียพลังงานในระบบส่งกำลังประมาณร้อยละ 8 2) ค่าใช้จ่ายรายไตรมาสสำหรับน้ำมันหล่อลื่นและซีล และ 3) เวลาหยุดเดินเครื่องจากความผิดปกติของเกียร์ ตัวอย่างกรณีเครื่องผสม (kneader) สามารถเพิ่มเวลาทำงานได้ประมาณ 30 ชั่วโมงต่อเดือนหลังจากนำเกียร์ออก ด้านพลังงานให้ผลจริงแต่ค่อนข้างเล็ก ส่วนการลดเวลาหยุดเดินเครื่องและการลดค่าใช้จ่ายด้านน้ำมันหล่อลื่นคือสองด้านที่โรงงานส่วนใหญ่เห็นผลตอบแทนการลงทุนชัดเจนที่สุด

คำถาม: โมเตอร์แบบไดรเวตโดยตรงติดตั้งยากกว่าหน่วยที่มีเกียร์หรือไม่

A:ไม่ โมเตอร์แบบไดรฟ์โดยตรงติดตั้งได้ง่ายกว่า เพราะสามารถยึดเข้ากับเพลาได้โดยตรง โดยไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องมือจัดแนว และไม่ต้องติดตั้งฝาครอบข้อต่อ บริษัท ENNENG จัดเตรียมแบบแปลนแผ่นยึดให้ เพื่อให้สถานที่ติดตั้งตรวจสอบรูปแบบการยึดก่อนส่งมอบ และพื้นที่ยกติดตั้งที่ต้องการก็มีความสูงน้อยกว่ากรณีใช้มอเตอร์คู่กับเกียร์บ๊อกซ์ สิ่งที่ต้องใส่ใจเพียงอย่างเดียวคือเพลาต้องตรง และผิวหน้าข้อต่อต้องสะอาดในขณะติดตั้ง