Muuttuvataajuiset ruuvikompressorit: Täydellinen opas tehokkuuteen, valintaan ja käyttöön Isossa-Britanniassa
Yhdistyneessä kuningaskunnassa, Birminghamin ja Coventryn raskaan konepajateollisuuden käytävillä Sheffieldin ja Rotherhamin terästehtaisiin, paineilma on pitkään ollut teollisen tuotannon selkäranka. Olipa kyseessä sitten tarkkuus-CNC-työstökeskus, autoteollisuuden linjan pneumaattisten kokoonpanotyökalujen käyttö tai laserleikkausprosessin laadun ylläpito, ilmakompressorisi luotettavuus ja energiatehokkuus määräävät suoraan sekä toiminnan tehokkuuden että tuloksesi. Silti monet brittiläiset valmistajat ovat vuosikymmenten ajan käyttäneet kiinteänopeuksisia mäntä- tai ruuvikoneita – jotka toimittavat täydellä paineella ilmaa kellon ympäri todellisesta kysynnästä riippumatta – ja maksaneet siitä johtuvan energiasakon. Muuttuvataajuuskäyttöisten ruuvikompressorien tulo on muuttanut tätä laskentaa perustavanlaatuisesti.
Muuttuvataajuuksinen ruuvikompressori – usein lyhennettynä VFD-ruuvikompressori tai invertterikäyttöinen kompressori – käyttää integroitua taajuusmuuttajaa ruuvipään pyörimisnopeuden jatkuvaan modulointiin ja mukauttaa paineilman tuoton tarkasti reaaliaikaiseen kysyntään. Toisin kuin kiinteänopeuksiset koneet, jotka käynnistyvät ja sammuvat kuormituksen/kevennysjakson aikana, VFD-yksikkö ylläpitää lähes vakion paineen erittäin tiukalla alueella, tyypillisesti plus-miinus 0,1 baarissa. Tämä tarkoittaa mitattavissa olevia 22–40 prosentin energiansäästöjä perinteisiin malleihin verrattuna, mikä edustaa erittäin merkittäviä kustannussäästöjä Yhdistyneen kuningaskunnan toimipaikoille, jotka toimivat korkeiden sähkötariffien ja tiukentuvien hiilidioksidipäästöjen vähentämisvelvoitteiden alaisuudessa. Teknologiaa pidetään nyt alan perustana uusille paineilma-asennuksille ISO-sertifioiduissa Ison-Britannian laitoksissa.
Miten muuttuvataajuusruuvikompressori toimii: Keskeinen toimintaperiaate
Jokaisen ruuvikompressorin sydämessä on pari kierukkaprofiiliroottoreita – yksi uros (vetävä) ja yksi naaras (käytettävä) – jotka on sijoitettu tarkkuuskoneistetun ruostumattomasta teräksestä tai valuraudasta valmistetun rungon sisään. Roottorien pyöriessä ne vangitsevat ympäröivää ilmaa roottorin noppien ja kotelon seinämän väliin ja vähentävät tätä tilavuutta asteittain nostaen painetta, kunnes paineilma poistuu poistoaukon kautta vaaditulla linjapaineella. Perinteisessä kiinteänopeuksisessa rakenteessa nämä roottorit pyörivät vakionopeudella, joka määräytyy verkkotaajuuden mukaan, tyypillisesti 50 Hz Isossa-Britanniassa, mikä tarkoittaa, että teho on joko täydellä teholla tai sitä kuristetaan imuventtiilillä – pohjimmiltaan energiaa tuhlaava järjestely.
Muuttuvataajuisessa ruuvikompressorissa IGBT-pohjainen taajuusmuuttaja sijaitsee verkkovirran ja käyttömoottorin välissä. Taajuusmuuttaja muuntaa kiinteätaajuisen verkkovirran muuttuvataajuiseksi ja -jännitteiseksi lähtövirraksi, jolloin moottori – ja siten myös ruuviyksikkö – voi käydä millä tahansa nopeudella tyypillisesti 25 Hz:n ja 75 Hz:n välillä ohjausohjelmasta riippuen. Paineanturi valvoo paineenjakotukkia reaaliajassa. Kun kysyntä kasvaa ja paineenjakotukin paine laskee kohti alempaa asetusarvoa, taajuusmuuttaja lisää moottorin nopeutta tehon lisäämiseksi. Kun kysyntä vähenee ja paine nousee kohti ylempää asetusarvoa, nopeutta alennetaan. Tuloksena on järjestelmä, joka pitää paineen erittäin tiukalla kuolleella alueella ilman energiaa tuhlaavia purkausjaksoja, jotka ovat tyypillisiä kiinteänopeuksisille koneille. Taajuusmuuttaja tarjoaa myös pehmeäkäynnistystoiminnon, joka poistaa suuret käynnistysvirrat, jotka rasittavat Ison-Britannian sähköinfrastruktuuria ja lyhentävät käynnistysvaihteiden käyttöikää.
Öljyruiskutetut kaksiruuviset rakenteet hallitsevat teollisuusmarkkinoita. Voiteluöljy ruiskutetaan puristuskammioon, jossa se samanaikaisesti tiivistää roottorin välykset tilavuustehokkuuden parantamiseksi, jäähdyttää puristusprosessia roottorin ja laakerin käyttöiän pidentämiseksi ja voitelee roottorin laakerit. Puristuksen jälkeen öljy-ilmaseos kulkee keskipakois-esierottimen ja sitten tehokkaan koalisoivan öljynerotinelementin läpi, mikä vähentää öljyn kulkeutumisen alle 3 miljoonasosaan massaprosenttia – selvästi useimpien teollisten sovellusten vaatimusten sisällä ja edellytys laserleikkauksessa, lääkepakkauksissa ja elintarvikkeiden jalostuksessa käytettäville alavirran suodatusjärjestelmille.
Keskeiset materiaalit ja rakennusstandardit
Muuttuvan taajuuden ruuvikompressorien keskeiset tekniset edut
Muuttuvataajuuskäyttöisten ruuvikompressorien suorituskyky perustuu energiaan, mekaanisiin ja toiminnallisiin tekijöihin, jotka ovat erityisen vakuuttavia Ison-Britannian teollisuudessa, jossa sähkön kustannukset ylittävät säännöllisesti 25 penniä kilowattituntia kohden teollisuusasiakkaille. Seuraavat edut eivät ole teoreettisia väitteitä – ne ovat teknisiä realiteetteja, jotka on varmistettu vertaisarvioiduissa paineilmatarkastuksissa ja ISO 50001 -energianhallintaohjelmissa eri brittiläisissä tuotantolaitoksissa.
Tekniset suorituskykyparametrit
Alla oleva taulukko yhteenvetää Ever Power -muuttuvataajuisten ruuvikompressorien tärkeimmät suorituskyky- ja tekniset tiedot sellaisina kuin ne toimitetaan Ison-Britannian ja Euroopan markkinoille. Kaikki suorituskykytiedot on mitattu standardin ISO 1217:2009 (liite C) mukaisesti 20 °C:n lämpötilassa, 1 baarin absoluuttisessa paineessa ja 0%:n suhteellisessa kosteudessa.
| Parametri | CM22PVF | CM37PVF | CM55PVF | CM75PVF | CM160PVF |
|---|---|---|---|---|---|
| Nimellisteho (kW) | 22 | 37 | 55 | 75 | 160 |
| Vapaa ilman toimitus (m3/min) | 2,8–3,8 | 4,8–6,5 | 7,2–9,8 | 10,2–13,5 | 22,0–30,0 |
| Käyttöpainealue (bar) | 6–13 | 6–13 | 6–13 | 6–13 | 6–13 |
| Paineen vakaus (bar) | ±0,10 | ±0,10 | ±0,10 | ±0,10 | ±0,10 |
| Taajuusalue (Hz) | 25–75 | 25–75 | 25–75 | 25–75 | 25–75 |
| Ruuvipään materiaali | Seosteräs / valurauta | Seosteräs / valurauta | Seosteräs / valurauta | Seosteräs / valurauta | Seosteräs / valurauta |
| Moottorin hyötysuhdeluokka | IE3 / IE4 PM | IE3 / IE4 PM | IE3 / IE4 PM | IE3 / IE4 PM | IE3 / IE4 PM |
| Öljypitoisuus (mg/m3) | <3 | <3 | <3 | <3 | <3 |
| Melutaso dB(A) 1 metrin etäisyydellä | 64–67 | 65–68 | 66–69 | 67–70 | 69–72 |
| Syöttöjännite | 380–415 V / 3 vaihetta / 50 Hz | 380–415 V / 3 vaihetta / 50 Hz | 380–415 V / 3 vaihetta / 50 Hz | 380–415 V / 3 vaihetta / 50 Hz | 380–415 V / 3 vaihetta / 50 Hz |
| Jäähdytysmenetelmä | Ilmajäähdytteinen | Ilmajäähdytteinen | Ilma / Vesi | Ilma / Vesi | Vesijäähdytteinen |
| Suojausluokka | IP55 | IP55 | IP55 | IP55 | IP55 |
| Viestintäprotokolla | Modbus RTU | Modbus RTU | Modbus RTU / PROFIBUS | Modbus / PROFIBUS | Modbus / PROFIBUS / Ethernet |
Teollisuuden sovellusskenaariot Isossa-Britanniassa
Länsi-Midlandsissa, erityisesti Wolverhamptonin, West Bromwichin ja Walsallin tiheässä ohutlevyteollisuuden alihankkijoiden keskittymässä, toimivat kuitulaser- ja CO2-laserleikkauskoneet vaativat puhdasta, kuivaa ja täysin tasaisen paineistettua paineilmaa. Kaikki apukaasun syötön paineenvaihtelut – olipa kyseessä sitten generaattorin typpiavusteinen kaasu tai niukkahiilisen teräksen leikkausilma-avusteinen kaasu – vaikuttavat suoraan leikkausleveyteen, reunan laatuun ja leikkauspinnan hapettumiseen. Muuttuvataajuuksisista ruuvikompressoreista on tullut uusien laserkoneiden asennusten oletusarvoinen ominaisuus juuri siksi, että ne pitävät paineen ±0,1 baarin sisällä riippumatta siitä, kuinka monta työstökonetta samanaikaisesti ottaa ilmaa rengaspäästä. Invertterikäyttöinen järjestelmä reagoi jokaiseen kysynnän muutokseen – yhdestä koneesta kolmeen samanaikaisesti käynnissä olevaan koneeseen – ilman painehäviöitä, jotka heikentäisivät Jaguar Land Roverin toimitusketjuun tarkoitettujen tiukkojen toleranssien omaavien autoaihioiden reunanlaatua. ISO 8573-1 luokan 1 mukainen ruostumattomasta teräksestä valmistettujen tarkkuussuodatinkoteloiden käyttö suodatuksessa varmistaa edelleen, että sädelinssit ja suuttimet pysyvät puhtaina, mikä pidentää merkittävästi optiikan vaihtovälejä.
Nykyaikainen autojen korikokoonpano perustuu pneumaattisiin vastushitsauspistooleihin, momenttiohjattuihin mutterinvääntimiin ja maalin sumutusjärjestelmiin, jotka yhdessä asettavat erittäin vaihtelevan ja usein arvaamattoman kysyntäprofiilin paineilmaverkostolle. Tyypillinen Coventryn tuotantoalueella toimiva Tier 1 -autoteollisuuden toimittaja voi havaita hetkellisiä 30–50 prosentin kysynnän vaihteluita vuorojaksojen, mallinvaihtojen ja työkalujaksojen välillä. Tehtaalle asennetut muuttuvataajuiset ruuvikompressorit, joko käyttö-/varatilapareina tai master-slave-monikompressoriverkostoissa, vaimentavat näitä vaihteluita antamatta paineen poiketa pneumaattisten työkalujen valmistajien määrittelemän toimitusalueen ulkopuolelle. Tuloksena on tasainen työkalun suorituskyky, varmennettu vääntömomentti ja ennustettava hitsauksen laatu – kaikki nämä syötetään suoraan IATF 16949 -laatujärjestelmän vaatimustenmukaisuusraportointiin. VFD-invertteripaneelin energiankulutuksen seurantatiedot voidaan viedä suoraan työmaan MES-järjestelmiin, mikä tukee tuottavuus- ja resurssitehokkuusraportointia, joka on nyt vakiokäytäntö Ison-Britannian autoteollisuuden OEM-toimittajien arvioinneissa.
Good Manufacturing Practice (GMP) -lääkkeiden tuotanto kaikkialla Yorkshiressä – mukaan lukien vakiintunut lääkeklusteri Harrogatessa ja kasvavat lääkinnällisten laitteiden valmistajat Leedsin ympäristössä – edellyttää instrumentti- ja prosessi-ilmaa, joka täyttää ISO 8573-1 -standardin luokan 0 tai luokan 1 öljyn, veden ja hiukkasten spesifikaatiot. VFD-ruuvikompressori, jossa on öljysuihkutettu ruuvipää, kattava alavirran suodatus (mukaan lukien koalisaattori, aktiivihiiliöljyhöyryn adsorberi ja steriili kalvosuodatin) ja ruostumattomasta teräksestä valmistettu puskurisäiliö, tarjoavat validoidun ja dokumentoidun paineilman syötön, jolla on täysi erän jäljitettävyys. Invertterin pehmeäkäynnistysominaisuus poistaa hiukkasten aiheuttamat häiriöt käynnistyksen aikana, mikä on MHRA:n (Medicines and Healthcare products Regulatory Agency) sääntelemä puhdastilaympäristöjen vaatimustenmukaisuusvaatimus. Energiankulutuksen seurantaominaisuutta käytetään samanaikaisesti Ison-Britannian energiansäästömahdollisuuksien järjestelmän (ESOS) auditointivaatimusten täyttämiseen, jotka Brexitin jälkeiset määräykset ovat säilyttäneet Ison-Britannian yrityksille asiaankuuluvat kynnysarvot ylittäville toimijoille.
Sheffieldin maailmankuulu erikoisteräs- ja takomosektori tarjoaa paineilmalaitteille erittäin vaativia käyttöolosuhteita. Ympäristön lämpötilat ovat korkeat, metallihiukkasten epäpuhtaudet ja käyttöjaksot ovat pitkittyneitä huippuja takomon kuormitusjaksojen aikana, joita seuraa lyhyet seisokkiajat. IP55-luokitellut kotelot ja ATEX-hyväksytyt suojausvaihtoehdot sopivat erityisen hyvin Sheffieldin erikoisteräsympäristöön. Kompressorin kyky hidastua seisokkivaiheen aikana säästää energiaa ja vähentää ruuvipään öljyn lämpökuormitusta – tämä on kriittistä korkean ympäristön lämpötilan omaavissa takomoalueissa, joissa ulkoisen jäähdytysveden lämpötila voi olla korkea. Sheffieldin toimipaikat, jotka käsittelevät ilmailu- ja avaruusteollisuuden metalliseosta tehtyjä takomotuotteita paikalliselle toimitusketjulle, ovat dokumentoineet 28–34%:n energiakustannusten alennuksia korvaamalla vanhat mäntäkompressorit invertterikäyttöisillä ruuviyksiköillä. Takaisinmaksuaika on 24–36 kuukautta nykyisillä Ison-Britannian sähkötariffeilla.
Nottinghamshireen, Leicestershireen ja Lincolnshireen keskittyvässä laajassa elintarvike- ja juomatuotantokeskittymässä paineilma on suoraan kosketuksissa tuotteeseen puhallusmuovauksessa, pakkauksessa ja kuljetuksissa. Tämä edellyttää öljyn siirtymisen estämistä kokonaan, minkä VFD-ruuvikompressorin ja monivaiheisen ruostumattomasta teräksestä valmistetun suodatuksen yhdistelmä saavuttaa luotettavasti. Taajuusmuuttajan kyky reagoida nopeasti monikaistaisten pakkauslinjojen kysynnän muutoksiin ilman paineenvaihteluita estää entisestään pullojen hylkäämisen ja tiivistevirheet, jotka voisivat laukaista elintarviketurvallisuustarkastusmenettelyt. Ever Power -mallistossa on saatavilla NSF H1 -hyväksyttyjä elintarvikelaatuisia öljyvaihtoehtoja, jotka tarjoavat lisävaatimustenmukaisuusmarginaalin BRCGS-sertifioiduille laitoksille tällä alueella, jossa jälleenmyyjien auditoinneissa sovelletaan tiukkoja paineilman laatuvaatimuksia.
Ever Power: Tarkkuusvalmistus ja räätälöintimahdollisuudet
Ever Power on käyttänyt yli kaksi vuosikymmentä rakentaakseen paineilmatuotantolaitosta, joka yhdistää suuren teollisuustoimittajan mittakaavan erikoistuneen mittatilaustyöpajan tekniseen joustavuuteen. Tuotantokampuksemme kattaa yli 60 000 neliömetriä ilmastoitua kokoonpano- ja testaustilaa, jossa sijaitsee vertikaalisesti integroitu valmistusprosessi, joka kattaa ruuvipään roottorin koneistuksen, moottorin käämityksen, paineastioiden valmistuksen, invertteriohjelmoinnin sekä koko järjestelmän testauksen ja hyväksynnän. Tämä integrointi ei ole sattumaa: se on rakenteellinen syy siihen, miksi Ever Power voi toimittaa räätälöityjä muuttuvataajuisia ruuvikompressorikokoonpanoja Ison-Britannian asiakkaille ilman pitkiä toimitusaikoja ja premium-hintoja, jotka tyypillisesti liittyvät perinteisten eurooppalaisten toimittajien räätälöityihin paineilmalaitteisiin.
Esittelyssä olevat tuotteet Ever Power -valikoimasta
Kaksi erinomaista mallia muuttuvataajuisesta ruuvikompressorivalikoimastamme on saatavilla välittömästi tarjouksen saamiseksi. Ne on konfiguroitu Ison-Britannian 415 V:n 3-vaiheiselle 50 Hz:n syöttöjännitteelle ja toimitetaan täydellisten CE-merkintöjen, PED 2014/68/EU -vaatimustenmukaisuusvakuutuksen ja Iso-Britanniaa koskevien asennusohjeiden kanssa.
CM160PVF tuottaa 22,0–30,0 m3/min paineilmaa jopa 13 baarin paineella. Sitä käyttää 160 kW:n IE4-kestomagneettimoottori ja tehokas ruuviyksikkö, joka on testattu jatkuvassa 24/7-tuotantoympäristöissä. Vakiona oleva vesijäähdytys, Modbus/PROFIBUS/Ethernet-liitettävyys ja integroitu lämmöntalteenottovaihtoehto tekevät tästä ensisijaisen vaihtoehdon suurille Ison-Britannian tuotantolaitoksille, jotka pyrkivät sekä huipputehoon että energiatehokkuuteen. Sen kestävät ruostumattomasta teräksestä valmistetut sisäosat kestävät Yorkshiren ja Midlandsin raskaille konepajalaitoksille tyypillisiä korkeita ympäristön lämpötiloja ja kysynnän vaihteluita.
Monipuolinen, muuttuvanopeuksinen ruuvikompressorimme kattaa 22–75 kW:n tehoalueen ja sen modulaarinen rakenne hyväksyy useita paine-, suodatus- ja säiliökokoonpanoja. Yksikkö on valittu laserleikkaustyöpajoihin, CNC-työstökeskuksiin ja elintarvikepakkauslinjoille kaikkialla Isossa-Britanniassa, erityisesti silloin, kun lattiatilan rajoitukset ja plug-and-play-käyttöönottovaatimukset tekevät all-in-one-aluspaketista paremman. IE3-moottori vakiona, ilmajäähdytteinen, Modbus RTU -liitettävyys ja tehtaalla ladattu paineprofiili välitöntä käyttöönottoa varten Isossa-Britanniassa tekevät tästä yhden nopeimmin liikkuvista tuotelinjoistamme Britannian markkinoilla.
Asiakkaan menestystarina: Sheffield Precision Aerospace Components
Halford Precision Engineering, pitkään toiminut alihankintavalmistaja, joka palveli ilmailu- ja puolustusteollisuutta 14 000 neliömetrin toimipisteestään Sheffield Business Parkissa, oli käyttänyt kolmea ikääntyvää kiinteänopeuksista ruuvikompressoria, joiden asennettu kapasiteetti oli yhteensä 132 kW. Huomattavasta asennetusta tehosta huolimatta työmaalla esiintyi säännöllisesti paineen laskuja vuorojen vaihdon aikana, kun useita 5-akselisia työstökeskuksia ja robottikokoonpanosoluja otettiin käyttöön samanaikaisesti. Tästä johtuva paineen epävakaus aiheutti mitattavissa olevaa mittahajontaa AS9100D-toleranssien mukaisesti koneistetuissa alumiiniseoksesta valmistetuissa lentokoneiden rakenneosissa ja lisäsi poikkeamaraporttien määrää, mikä vaaransi heidän Tier 2 -hyväksyntänsä suuren brittiläisen ilmailu- ja avaruuslaitevalmistajan kanssa.
Ennen hankintaa tehdyssä paineilmatarkastuksessa havaittiin, että todellinen keskimääräinen kysyntä kolmen vuoron aikana oli 631 TP5T asennettua kapasiteettia, ja huippuarvot ylsivät 921 TP5T:iin. Muuttuvan kysyntäprofiilin ansiosta muuttuvataajuinen ruuvikompressoriratkaisu oli selvästi edullinen. Halford Engineering valitsi kaksi Ever Powerin CM160PVF-yksikköä master-slave-kokoonpanossa, joita ohjasi Ever Powerin moniyksikköinen sekvensointiohjain, korvaten kaikki kolme vanhaa konetta. Ever Powerin Ison-Britannian tekninen tiimi toimitti käyttöpistemallinnuksen, putkistokaavioiden tarkastelun ja kohdekohtaisen energiansäästöennusteen, jota tukivat tarkastuksesta saadut yksityiskohtaiset mittaustiedot.
Kaksitoista kuukautta käyttöönoton jälkeen Halford Engineeringin työmaan energiapäällikkö raportoi paineilmajärjestelmän sähkönkulutuksen laskeneen 34,8% lähtötasoon verrattuna, mikä vastaa noin 41 000 punnan vuotuista säästöä Yhdistyneen kuningaskunnan vallitsevilla teollisuussähkötariffeilla. Paineen vakaus runkoputkessa parani mitatusta 1,4 baarin vaihteluvälistä alle 0,15 baariin, ja ilmanpaineen vaihtelusta johtuvien poikkeamaraporttien määrä laski nollaan kahdentoista kuukauden aikana asennuksen jälkeen. Kahden kompressorin asennus tarjosi myös luontaisen N+1-redundanssin, mikä poisti tuotannon keskeytysriskin, joka aiemmin oli edellyttänyt työmaalta hätävuokraussopimuksen ylläpitämistä paikallisen paineilmaurakoitsijan kanssa.
Mitä Ison-Britannian asiakkaat sanovat Ever Power -kompressoreista
”CM160PVF on mullistanut paineilmatilanteemme. Ratkoimme koneistuslinjamme paineongelmia kahden vuoden ajan vanhoilla kiinteänopeuksisilla koneilla. Ever Power -yksiköiden käyttöönoton jälkeen en ole saanut yhtään soittoa tehtaalta alhaisesta paineesta. Energiansäästöt ovat todellisia – sähkölaskumme vahvisti 33%:n paineilmapiirin tyhjenemisen ensimmäisen kokonaisen neljänneksen aikana.”
”Valitsimme muuttuvanopeuksisen käyttöyksikön uuteen laserleikkauspajaamme Coventryssä, emmekä voisi olla tyytyväisempiä. 6 kW:n kuitulaserillamme leikkauslaatu on huomattavasti parempi – puhtaammat reunat, vähemmän kuonaa ruostumattomissa profiileissa. Ever Powerin tekninen tiimi oli erittäin nopea mitoittamaan järjestelmän ja toimitti laatujärjestelmämme tarvitsemat asiakirjat ennen kuin pystyimme hyväksymään käyttöönoton. Toimitus oli nopeampi kuin odotimme.”
”Ever Powerin räätälöintitarjous on aito, ei myyntipuhe. Tarvitsimme ruostumattomasta teräksestä valmistetun vastaanottosäiliön elintarvikelaatuisten tehdasauditointivaatimustemme täyttämiseksi sekä erityisen HMI-näyttömuodon, joka sopisi tehtaamme olemassa oleviin valvomohuoneen näyttöihin. Molemmat toimitettiin täsmälleen määriteltyjen vaatimusten mukaisesti. Ruostumattomasta teräksestä valmistettu tarkkuussuodatinpaketti on täyttänyt ISO 8573-1 -luokan 1 laatuvaatimukset jokaisessa neljännesvuosittaisessa tarkastuksessa kahdeksan kuukautta sitten tapahtuneesta käyttöönotosta lähtien.”