ЭНЕРГЕТИКА ПРИВОДОВ КУЗНЕЧНЫХ МОЛОТОВ

В.П. Кошелев,
г. Нижний Новгород, Нижегородский ГТУ

Е.М. Кузьмичев,
г. Заволжье, ЗЗГТ

Паровой привод для кузнечных молотов стал применяться более ста пятидесяти лет назад и использовал энергию сжигаемого в котле топлива для получения пара и подачи его в кузницу напрямую без промежуточного преобразования в другие, экономичные в транспортировке, виды энергии (электрическую).

Энергетическая цепочка представляется так:

Такие энергетические системы существуют и сейчас, но требует расположение котельной рядом с кузницей, сама кузница обязательно должна быть достаточно мощной, с большим числом потребителей (молотов) и непрерывным циклом работы. Отработанный пар должен использоваться для других полезных целей (отопления и т.п.), хотя это необходимо не всегда. Энергетические показатели системы сильно зависят от времени года и климатической зоны. Основные потери энергии в виде утечек тепла происходят на паропроводе, если он длинный. Весьма низок индикаторный к.п.д. парового цилиндра молота из-за огромных потерь энергии на выхлоп. Оптимальным рабочим давлением парового привода молотов установлено 1,0?1,1МПа, а температура пара, поступающего в молот, должна быть не менее 220?2300С. Нетрудно представить температурные условия работы кузнецов и механизмов самих молотов, особенно уплотнений в цилиндрах и золотниках.

Появление в начале ХХ века промышленных электрических систем транспортировки энергии позволило развести на значительные расстояния котельную и кузницу, что имело, прежде всего, социальное и экологическое значение. К тому времени появились также гидроэлектростанции и довольно экономичные мощные электродвигатели.

По своей конструкции паровые кузнечные молоты оказались пригодными для питания сжатым воздухом с соответствующими параметрами, и тогда в системах приводах молотов появились воздушные компрессоры с электромотором.

Энергетическая цепочка от котла до поковки теперь представляется так:

Эффективный к.п.д. привода воздушного молота, выполненного по указанной схеме, начиная с электродвигателя компрессора, может быть получен перемножением к.п.д. соответствующих участков энергетической линии:

h_э = h_дв * h_компр * h_тр * h_е = 0,85 * 0,45 * 0,75 * 0,05 = 1,4 % (1)

По паспортным данным 1-тонного воздушного молота М211, находящегося в хорошем рабочем состоянии, среднечасовой расход воздуха составляет 792 нм3/час без учета потерь на воздушной линии в виде прямых объемных и тепловых утечек энергии.

Цифры часовых расходов воздуха молотами, приведенные в каталогах и паспортах фирм, особенно иностранных, имеют разброс, часто занижались в рекламных целях и несколько расходятся с цифрами, полученными в результате испытаний, проведенных в ряде кузниц страны в реальных условиях Я.Н. Марковичем, А.И. Карабиным, А.И. Зиминым, И.В. Климовым, В. Ф. Щегловым, С.С. Лифшицем, А.Л. Ашкинази и многими другими исследователями.

По их данным среднечасовой расход воздуха 1-тонным паровоздушным штамповочным молотом при среднестатистическом режиме работы и техническом состоянии машин и энергосистемы, для средней климатической зоны

Там же приводятся данные о реальном потребном расходе энергии для получения поршневым компрессором одного нормального кубометра сжатого воздуха:

Расход электроэнергии в месяц на работу одного штамповочного молота М211 с воздушным приводом составляет:

Р = ТЧ n Ч D Ч l_сж= 14Ч 22Ч 1000Ч 0,6 = 184800 кВт час /мес (2)
где: Т = 14 часов работы компрессора в сутки;
n = 22 рабочих дня молота в месяц.

Установленная мощность компрессорного двигателя Nдв = DЧ l_сж= 600 кВт
Стоимость потребляемой электроэнергии в месяц на один молот М211 с пневмоприводом составляет по действующим расценкам: C = 184800 кВтчасЧ 0,266 руб/кВтчас +112,92 руб/кВтЧ 600 кВт = 116,91 тыс. руб

Во всем мире уже давно прекратили выпускать паровоздушные молоты из-за их очень низкого экономического к.п.д., который в целом находится в пределах всего лишь 1%. Это проблема мирового уровня.

Уже несколько десятилетий все ведущие молотостроительные кампании Германии, Чехии, Японии, Англии, США и др. выпускают и продают на весь мир полную гамму молотов и пресс-молотов с индивидуальным электрогидравлическим и электропневмогидравлическим приводом. Более 35 лет у нас в стране успешно работают сотни таких 1-тонных и 2-тонных молотов моделей КРН, KJH и KHZ, поставленных из ЧССР в рамках СЭВ. В настоящее время ведущей в этом отношении является германская кампания LASCO, которая давно и настойчиво пытается выйти на российский рынок, участвуя во всех промышленных выставках и даже поставив в Россию на эксплуатацию несколько рекламных образцов гидроприводов, адаптированных к станинам наших молотов.

Технологические достоинства этого поколения кузнечных молотов не вызывают сомнений. Прежде всего, индивидуальность приводов позволяет мобильно, частями, вплоть до единичного молота, запускать в работу отдельные участки кузнечного цеха, не запуская компрессорную станцию. Улучшается точность поковок и увеличивается стойкость штампового инструмента и многое другое, но самое главное достоинство гидроприводов в молотах - это громадная экономия энергии за счет к. п. д., на порядок выше паровоздушного привода.

Энергетическая цепочка от электросчетчика до поковки теперь представляется еще короче:

Эффективный к.п.д. привода гидромолота, выполненного по указанной схеме (начиная с электродвигателя) может быть получен перемножением к.п.д. соответствующих участков энергетической линии:
h_э = h_дв Ч h_гидр Ч h_тр=0,85Ч 0,8Ч 0,95=64,6 % (3)
Установленная мощность двигателя на молоте Nдв = 44 кВт
Расход электроэнергии в месяц на работу реконструированного штамповочного молота с электрогидравлическим приводом составляет:

Стоимость потребляемой электроэнергии в месяц на один молот М211 с пневмоприводом составляет по действующим расценкам:

Экономический эффект от замены одного воздушного привода на электрогидравлический для 1-тонного штамповочного молота М211 только за счет экономии электроэнергии составляет:

На машиностроительных и инструментальных заводах г. Н. Новгорода и области в свое время было сосредоточено несколько сотен штамповочных молотов чехословацкого производства с гидрпневматическим приводом, и накоплен тридцатипятилетний опыт их освоения, который обобщен сотрудниками кафедры "Машины и технология ОМД" Нижегородского государственного технического университета и использован при ремонте и модернизации импортных ГШМ

С учетом экономической ситуации в России можно утверждать, что в Нижегородской области возникли благоприятные условия для создания ГШМ:

1. Без технологического оборудования ударного действия (молотов) машиностроение существовать не может. В настоящее время в России молотостроение перестало существовать.
2. Паровоздушные молоты должны по возможности быстрее исключаться из эксплуатации и замещаться молотами с гидроприводами. Потребность в ГШМ имеется не только Нижегородской области, но и в других регионах России, странах СНГ, Китае.
3. Стоимость импортных молотовых гидроприводов весьма высока (более 7,5 млн. руб.).
4. Многочисленные иностранные и патенты этого направления давно израсходовали сроки их действия

Машиностроительные заводы, ученые и конструкторы г.Н.Новгорода и области создают на базе НГТУ ассоциацию "Гидромолот" по разработкам и производству надежных гидравлических штамповочных молотов.

В настоящее время работы ведутся на основе договоров с конкретными предприятиями-заказчиками, и этот путь пока себя оправдывает, поскольку объемы работ могут оперативно изменяться в зависимости от финансовых возможностей того или иного предприятия. Уже находятся в эксплуатации или в монтаже несколько ГШМ различных исполнений и мощности, в том числе, для установки на станины старых паровоздушных молотов. При реконструкции молота одновременно проводится реконструкция его фундамента с установкой молота на рессорную подшаботную виброизоляцию, позволяющую практически полностью устранить вредное вибрационное воздействие молота на окружающие сооружения, оборудование и людей. Настоящая публикация преследует цель - обратить достойное внимание руководителей промышленных предприятий на поставленный вопрос в условиях энергетического кризиса.