RainForestのヒートホイールに不可欠な可変速ドライブ

舞台裏では、カナダとの国境からわずか40マイルのエリー湖の近くに熱帯雨林を作り、維持するために多くの機械工学が使われています。これは、クリーブランド（オハイオ）メトロパークスによって達成された偉業です。クリーブランド（オハイオ）メトロパークスは、この中西部の都市を取り巻く森林、ゴルフコース、ハイキングトレイル、その他のアトラクションの「エメラルドネックレス」を提供するレクリエーション機関です。オーケストラとロックンロールの殿堂。最先端のHVACテクノロジーがなければ、クリーブランドメトロパークス動物園の複合施設内にあるこのユニークな熱帯の生息地が存在する可能性は疑わしいです。また、高度なモーターやドライブの設計など、機器の改善によるメリットも引き続き得られます。

1992年に最初にオープンしたクリーブランドメトロパークス動物園のRainForestは、熱帯雨林やジャングルに見られるものに匹敵する、約2エーカーの植物や野生生物を含むドーム型のシミュレートされた生物圏です。ハーフトンのヒートホイールとABBモーターおよびドライブを含むその空気処理システムは、2.5時間ごとに水分を乾燥した新鮮な空気に移すことにより、施設から1日あたり18,000ポンドの水を節約します。

クリーブランドメトロパークス動物園のRainForestには、世界中の熱帯雨林で見られるものと同様の2エーカーの植物と野生生物が含まれています。毎年、100万人以上の訪問者が、この2階建てのドーム型のシミュレートされた生物圏を訪れ、中央アメリカ、アフリカ、アジアの熱帯地域を歩いている様子を体験します。鳥など、自然の中で約600匹の動物を見ることができます。ラグーン、沼地、暖かい川で遊ぶサル、爬虫類、色とりどりの魚。

厳しい気候の脆弱な環境
五大湖では気温と湿度が大きく変動しますが、「アルベルタクリッパー」の嵐は冬に氷点下の気温をすばやくもたらし、太陽が降り注ぐ夏の日は華氏90度を超えますが、熱帯雨林の訪問者と住民はほぼ一定の76を楽しんでいます。華氏と湿度76パーセント。これは、システムの信頼性を100％向上させたコンポーネントを組み込むために、長年にわたって進化してきた堅牢なHVACシステムによるものです。

3,000万ドルの投資であるレインフォレストは、エキゾチックな環境で訪問者を包み込むだけでなく、熱帯雨林とジャングルの作付面積を過開発から保護できない限り、失われているものを思い出させる役割も果たします。

恒温湿度制御に不可欠なヒートホイールアプリケーション

Direct Air Systems Inc.は、オハイオ州クリーブランドとコロンバスに拠点を置き、電気機械式モーションコントロールのスペシャリストであり、クリーブランドに拠点を置くZesco Inc.と協力して、RainForestやその他の注目すべきローカルサイトにHVACサービスを提供しています。ロックンロールの殿堂を含む。

RainForestには、100％外気である2つのエアハンドラーユニットがあります。施設に最適な環境条件を提供および維持するために、Direct Air SystemsはユニットにSEMCOエネルギーホイールシステムを設置しました。ユニットの1つは、主に冷却に使用される毎分60,000立方フィートです。一方、定格40,000 cfmのもう一方のユニットには、予熱器と加湿器のラックが装備されています。両方のユニットには、直径10フィート、1,000ポンドの乾燥乾燥剤ヒートホイールが並んでいます。これは、毎日18,000ポンドの水を節約し、RainForestの古い排気から水分を移動して乾燥した外に出すために必要です。 2.5時間に1回の気流。

示されているのは、直径10フィートの2つのヒートホイールです。これは、RainForest施設から湿気と熱を移動し、新鮮な空気を戻す手段です。それらは、ギアボックスを必要としないABBモーター/ドライブ直接トルク制御を使用して、1分間に7〜18回の速度で回転します。ギアボックスを排除することで、エアハンドリングシステムの信頼性が大幅に向上しました。

「乾燥剤」という用語は、湿気と臭気を収集するヒートホイールの表面に結合した材料を指します。臭気は、ホイールの上部を介して建物から排出されます。

ホイールは、湿度レベルに応じて、1分間に7〜18回回転します。 「プロセスエア」と呼ばれる新鮮な空気は、エアハンドラーの下部に引き込まれ、ホイールを介してろ過されます。

新鮮な空気の温度と湿度は、ホイールのゆっくりとした回転と、ホイールの質量と乾燥剤の表面が内部から集められた熱と湿気の一部を伝達するという事実によって緩和されます。ヒーターは、必要に応じて、オフィス、カフェテリア、ギフトショップなど、60を超える温度ゾーンがあるTheRainForestの広々とした内部に空気が通過する前に暖めます。

施設に組み込まれたエアハンドリングユニット
エアハンドリングユニットで一般的に行われているように、屋根に取り付けられて要素にさらされるのではなく、RainForestにサービスを提供するユニットは、クリーブランドの暖かい夏と寒い冬に失われるユニットの効率を維持するために施設に組み込まれています。

システムを区別する効率とシンプルさ
乾燥剤プロセスは、効率と単純さの両方のために選択されました。ボイラー、Zダクト、ヒートパイプ、またはその他の方法は、ヒートホイールが提供する85％の効率と比較できないと結論付けられました。さらに、ヒートホイールの操作は非常に簡単です。基本的な機械設備がシンプルであればあるほど、信頼性とメンテナンスのしやすさが増すと考えました。それが事実であることが証明されました–ある程度まで。テクノロジーは完璧に機能するはずでしたが、しつこい問題が発生しました。

各ホイールは、カスタム製作された31フィートの長さのベルトで回転し、最初に取り付けられたとき、定格1,750 rpmの1馬力のAC電気モーターと、5：1のギア減速を提供する機械式ギアボックスが装備されていました。

インストールの時点では、これはかなり一般的な機器構成でした。しかし、RainForestに使用されているメカニカルギアボックスが驚くべき速度で故障していることが発見されました。年に一度、ギアボックスの1つを交換する必要がありました。特定のホイールとギアボックスの配置を指す識別可能なパターンはありませんでした。ランダムでした。問題の唯一の恒常的な要素は、ギアボックスの日常的な故障でした。

難しさがついに特定されました。それは毎分回転数を扱いました。ギアボックスのスプラッシュ潤滑システムが適切にかみ合うにはペースが遅すぎました。その結果、部品に適切な給油が行われず、早期に摩耗していました。

ソリューションへの道
ヒートホイールを設置する際にはギアボックスの使用が一般的なアプローチであったため、この問題は当初、機器の選択の1つとは見なされず、アプリケーションの問題と見なされていました。各ヒートホイールの取り付けはカスタムメイドであり、対処するための独自のダイナミクスのセットがあります。

この問題の解決策には、ギアボックスが故障したときに単に交換するという慣行を継続することが含まれていました。しかし、これは高価で、いくぶん予測不可能であることがすぐに明らかになりました。

また、異なる潤滑性のギアボックスを使用することや、RainForestアプリケーションに固有のカスタマイズされたギアボックスを作成することも検討されました。潤滑の問題を処理する方法を考案することについてより多くの考えがなされるにつれて、これらの可能性は実験に隣接していると結論付けられました。 600人の動物が生息するRainForestは、特に最新のソリューションが利用可能である場合、そのようなリスクを冒すのに適した候補ではありませんでした。

ドライブを使用する場合、ギアボックスは必要ありません
Direct Air Systemsは、他のHVACアプリケーションでの経験について考え、クリーブランドメトロパークス動物園のメンテナンスチームに、ギアボックスを必要としないACドライブ/ ACモーターソリューションについて言及しました。これはますます一般的な取り決めになりつつあり、良い実績がありました。それはまた、可動部品メカニズムが提示した問題や複雑さから離れて、最先端の技術でした。

「ギアボックスの潤滑の問題があまり進んでいないことがわかったとき、私たちは利用可能な機器に目を向けました。現在、Direct AirSystemsの社長であるSteveSnyderは説明しました。 「私たちが推奨した直接トルクアプローチは、費用効果が高く、保守が簡単で、操作が簡単なものでした。ギアの潤滑は問題になりません。さらに、直接トルクは実証済みのエンジニアリングです。クリーブランドメトロパークスは公的機関であるため、プロジェクトの入札を求め、私たちの入札が選ばれました。」

改造には、ACモーターのトルクを主要な制御要素として使用するABBの直接トルク制御ソリューションが含まれていました。

ABBダイレクトトルク制御ソリューションの一部であるコンパクトABBACS 800ドライブは、以前のドライブモデルよりもはるかに小さい設置面積を必要とします。これは、スペースが限られているエリアで特に役立ちます。

各エナジーホイールシステムの元の1馬力ACモーターとギアボックス機器は取り外され、ABB5馬力誘導モーター/ AC低電圧ドライブの組み合わせに置き換えられました。この配置により、ギアボックスやパルスエンコーダを必要とせずに、モーターをモーター/負荷に直接接続できます。 ABBソリューションでは、モーターの全トルクをゼロ速度まで下げることができます。

アルゴリズムを使用することにより、ABBドライブ（この場合は可変速度ACSモデル）をエンコーダなしで実行して速度フィードバックを提供できます。このアルゴリズムにより、ドライブはモーターのトルクと磁束の状態を1秒間に40,000回計算できます。エンコーダーを排除することで、メンテナンスがさらに削減され、ダウンタイムが短縮されます。

各エネルギーホイールシステムは個々のジョンソンコントロールズシステムによって制御されますが、モーターとドライブのステータスは、RainForestの包括的なジョンソンコントロールズビル管理システムによって監視されます。

制御に障害が発生した場合、ABB ACSドライブは、熱伝達が維持されるように、事前に設定されたrpmレートに自動的に移行するように設計されています。スペアモーターはTheRainForestで在庫管理され、ドライブは施設から数分のDirect AirSystemsのオフィスに保管されています。

4年以上前にABBモーター/ドライブの組み合わせを設置して以来、サービスの中断はありませんでした。 Direct Air Systemsでは、直接トルク制御の使用が増えています。

「これは間違いなく私たちが推奨するアプローチの1つです」とSnyder氏は説明します。 「多くの場合、問題を解決する方法は複数あります。この場合の状況に基づいて、直接トルク制御法が優れた解決策であることが証明されました。他のプロジェクトにも適用しています。それは私たちが好きな3つの特徴を持っています。費用対効果が高く、シンプルで信頼性があります。」

世界の熱帯雨林を救うためのモデル
The RainForestへの訪問者による貢献、および他の組織や政府の努力により、現在、限られた量の希少な熱帯雨林やジャングルが過開発から保護されています。継続的な支援により、この貴重な土地のさらに多くが確保され、在来の動植物の野生生物保護区として機能するだけでなく、大気から二酸化炭素を取り除くことで地球環境を改善します。さらに、これらの保護地域は、明日の奇跡の薬の重要な供給源であることが証明されています。

年間100万人以上がTheRainForestを訪れ、空気処理システムによって維持されるほぼ一定の76度F / 76パーセントの湿度環境を楽しんでいます。生物学に関する娯楽と教育を提供することに加えて、施設のもう1つの使命は、森林破壊により1秒あたり1.5エーカーの割合で失われると推定される在来の熱帯雨林を保護する必要性を訪問者に思い出させることです。

アニマルプラネットで紹介されているRainForestは、クリーブランドメトロパークス動物園のいくつかのアトラクションの1つで、168エーカーをカバーし、3,000匹の動物の中で北米で最大の霊長類のコレクションを備えています。

作者について：

ABB、Automation Products、Low-Voltage Drivesは、電気モーターとドライブの世界最大のメーカーです。米国では、営業担当者、販売代理店、およびシステムインテグレーターの統合チャネルにより、ウィスコンシン州ニューベルリンのABBは、エネルギー効率の高い電気駆動装置、モーター、およびエンジニアリング駆動システムの完全なラインを幅広い産業用および商用に供給することができます。顧客。製造される製品には、1/8から135,000馬力までの電気モーター用のACおよびDC可変速度ドライブ、および多様な顧客のニーズを満たすためのアプリケーション固有のドライブシステムソリューションが含まれます。詳細については、www.abb.us /drives.comをご覧ください。