Водная гидравлика: основная область применения - металлургия

Технологический университет финского города Тампере одним из первых начал исследования в области технологий водной гидравлики. Глава факультета "Машиностроение и промышленные устройства" профессор Кари Т. Коскинен с оптимизмом смотрит на будущее отрасли.

В течение последних десяти лет развития водной гидравлики основные усилия были направлены на исследование практического применения и поиск системных решений, а не на разработку технологии производства компонентов.

Видно также, что развитие концентрируется прежде всего в областях применения, отличных от традиционной передачи энергии. Сейчас к числу наиболее перспективных технологий в гидравлике относятся, например, системы обратного осмоса, гидроструйная резка, гидроснос, пожаротушение тонкораспыленной водой, связывание пыли и др.

Такое развитие также оказало влияние даже на терминологию, и в последнее время технологии, связанные с использованием чистой воды под высоким давлением, называются водяными систе мами высокого давления, а не водной гидравликой.

КМ: Каковы объемы мирового рынка водной гидравлики сегодня?

Весной 2013 года студенты Технологического университета Тампере провели опрос среди производителей водяных гидравлических компонентов и систем.

По результатам исследования можно сделать некоторые выводы относительно рынка технологий водной гидравлики. По оценкам 75% респондентов, в течение пяти последних лет наблюдается рост продаж водно-гидравлической техники, а 87,5% ожидают, что в течение ближайших 5 лет объем продаж продолжит расти. С учетом развития всей области технологий это хорошая новость. Наиболее важной причиной применения водной гидравлики была безопасность – безопасность для людей и окружающей среды; наиболее перспективными регионами для развития рынка являются Европа, Азия и США. Респонденты указали, что объемы продаж систем с применением водомасляных эмульсий (HFA) и систем на чистой воде приблизительно равны. Однако значительную долю систем на чистой воде составляют водные системы высокого давления открытого типа, и это оказывает значительное влияние на распределение объемов продаж.

В сфере гидравлических систем передачи энергии до сих пор доминируют HFA-системы. Классы мощности самых востребованных систем распределяются достаточно равномерно от 10 кВт до 100 кВт с повышениями на обоих концах данного интервала. По давлению это соответствует диапазонам от 50 до 160 бар с одной стороны и свыше 300 бар с другой стороны. Основной областью применения водной гидравлики является металлургия (50%). Также хорошо представлены такие области применения, как водоочистка, горнодобывающая и нефтегазовая отрасли.

В числе основных пожеланий для будущих разработок были отмечены усовершенствование управляющей аппаратуры, улучшение материалов, сокращение производственных затрат, повышение надежности и качества уплотнений. Более 70% компаний будет и в дальнейшем прилагать усилия по совершенствованию своих изделий, что дает серьезные основания надеяться на рост в данной области.

Совокупная доля применения водной гидравлики составляет, вероятно, около 5% мирового рынка гидравлических технологий.

КМ: Какие компании являются локомотивами в водной гидравлике?

Есть много небольших компаний, которые находятся в авангарде технологического развития. Например, компания Water Hydraulics Company из Великобритании в настоящее время производит, вероятно, наиболее полный спектр доступных на рынке комплектующих для водной гидравлики. Также имеется много компаний, которые продвигают на рынке свою компетенцию не столько в области гидравлики, сколько в областях ее практического применения (например, опреснение воды методом обратного осмоса, связывание пыли, системы пожаротушения тонкораспыленной водой и т. д.), и эти компании могут также рассматриваться в качестве локомотивов развития.

КМ: В каких новых отраслях водная гидравлика может стать востребованной?

• Удаление солей обратным осмосом;

• Горнодобывающая промышленность и добыча нефти бурением в экологически чувствительных зонах;

• Технология гидроструйной резки станет в целом более популярной по мере повышения надежности и доступности оборудования.

КМ: Ряд специалистов утверждают, что справиться с основными недостатками водной гидравлики – плохая смазывающая способность, коррозионная активность, ограниченный диапазон тепловых режимов, низкая вязкость, бактериальное загрязнение и образование накипи – удастся нескоро. Вы разделяете эту точку зрения?

Это, конечно, серьезные недостатки, но во всех областях техники имеются свои специфические проблемы. Единственная трудность, которая не может быть преодолена в случае чистой воды, – это ее ограниченный тепловой диапазон: вода замерзает при 0 °С и закипает при 100 °С. Это не может быть изменено. Последние достижения в области технологии материалов дают много возможностей для преодоления конкретных проблем, связанных с низкой смазывающей способностью и коррозионной активностью. В последние десятилетия также детально изучались проблемы микробного загрязнения и загрязнения в целом, что улучшило понимание этих вопросов и привело к разработке методов преодоления соответствующих проблем.

КМ: Возможно, для того чтобы ослабить эти недостатки, целесообразно вводить определенные присадки, т. е. уходить от концепции чистой воды и приближаться к водомасляным эмульсиям?

Присадки и эмульсии могут быть использованы для преодоления проблем, связанных с особенностями чистой воды. Их применение позволяет использовать более дешевые материалы и менее сложные компоненты, а также применять жидкости на водной основе в условиях, при которых чистая вода будет кипеть или замерзать. Однако в настоящее время чистая вода – это уже приемлемый вариант для большинства областей применения, а использование добавок или эмульсий – это всего лишь способ расширить применимость технологии или сделать ее более доступной.

КМ: Как велика разница стоимости решений на базе водной и традиционной гидравлики? Удастся ли снизить цену компонентов водной гидравлики?

Высокая стоимость водной гидравлики связана в основном с используемыми материалами и их низкой технологичностью. По мере разработки новых материалов и технологии изготовления стоимость будет снижаться. Еще одна причина высоких цен – это малые объемы производства, однако появляющиеся новейшие технологии производства добавок (например, 3D-печать) помогут снизить остроту этой проблемы в ближайшем будущем.

КМ: Что вы думаете о перспективах водной гидравлики низкого давления (LPWH)?

Эта технология активно изучалась в начале 2000-х годов. В оборудовании средней и малой мощности LPWH показала многочисленные преимущества по сравнению с более традиционными методами передачи энергии, а также в сравнении с гидравликой высокого давления.

Однако в то время технологии производства компонентов еще не достигли нужного уровня (ощущалась нехватка готовых к использованию компонентов), вследствие чего реальная применимость LPWH была слишком ограничена. Вообще процесс развития всех вновь появляющихся технологий подобен тому, что было пережито с LPWH: всегда требуется время, прежде чем на рынках возникнет достаточный спрос для разработки решений на основе новой технологии. Результаты исследований, если они предполагают совершенно новые технологические решения, почти никогда не внедряются в производство сразу. Природоохранное законодательство, а также стремление предприятий работать в экологически чувствительных зонах могут в будущем вызвать толчок, необходимый для возникновения на рынке спроса на технологию LPWH.