docNippi-lehden artikkelista
download 
Report Transcription
Nippi-lehden artikkelista
Randax Oy Kaarevalle telalle integroitu Randax®suorakäyttömoottori Teksti: Kimmo Huurinainen Randax Oy on kehittänyt uuden integroidun sähkömoottoriratkaisun, joka soveltuu kaarevien telojen sähkökäytöksi mm. paperikoneen levitysteloihin. Uuden ratkaisun merkittävimmät edut ovat erittäin vähäinen huollontarve ja korkea luotettavuus yksinkertaisen toteutuksen ansiosta. Paperitehtaalle tuotaessa moottori on valmiiksi asennettu telalle, joten telan asentaminen käyttökuntoon käy nopeasti. Ratkaisu soveltuu uusien telojen lisäksi myös käytössä oleviin levitysteloihin pienin muutostöin, jotka voidaan toteuttaa telan huollon yhteydessä. Ratkaisun pilotointi aloitetaan toukokuussa 2012 Stora Enson paperitehtaalla PK7:lla Oulussa. Uusi Randax® kaarevan telan sähkökäyttöratkaisu Randax Oy on kehittänyt uuden integroidun sähkömoottoriratkaisun, joka soveltuu kaarevien telojen sähkökäytöksi mm. paperikoneen levitysteloihin. Uuden ratkaisun merkittävimmät edut ovat erittäin vähäinen huollontarve ja korkea luotettavuus yksinkertaisen toteutuksen ansiosta. Paperitehtaalle tuotaessa moottori on valmiiksi asennettu telalle, joten telan asentaminen käyttökuntoon käy nopeasti. Ratkaisu soveltuu uusien telojen lisäksi myös käytössä oleviin levitysteloihin pienin muutostöin, jotka voidaan toteuttaa telan huollon yhteydessä. Ratkaisun pilotointi aloitetaan toukokuussa 2012 Stora Enson paperitehtaalla PK7:lla Oulussa. Paperikoneen telojen sähkökäyttöratkaisut Paperikoneiden teloja on perinteisesti käytetty erillisellä sähkömoottoril la, jonka voima välitetään telalle vaihteiston tai hihnojen välityksellä. Oikosulkumoottoreilla on vahva ase ma telojen sähkökäytöissä ja taajuus muuttajien yleistymisen myötä myös nopeussäädettävissä telakäytöissä paperi koneella. Viime vuosina paperikoneiden telojen suorakäyttö on lisääntynyt kestomag neettimoottoreiden kasvavan suosion vuoksi. Lisäksi merkittävänä tekijänä suorakäyttöjen yleistymisessä on paperikoneiden nopeuden kasvu, jolloin telojen pyörimisnopeudet ovat nousseet kestomagneettimoottoreil le edulliselle pyörimisnopeusalueelle. Tyypillisessä suorakäytössä sähkömootto rin voima välittyy moottorin akselilta telan akselille kytkimen välityksellä. Moottori on tuettu valetulle konepetil le tai paperikoneen runkorakenteisiin 36 NIPPI VOL. 28/NO. 1/2012 kiinnitetylle moottorituelle. Paperiteollisuudessa yleisimmin käytetyt kestomagneettimoottorit on rakennettu samoihin runkoihin ja pitkälti samojen standardien mukaan kuin standardi induktiomoottorit. Tämä edesauttaa uuden teknologian käyttöönottoa, koska suuria muutoksia muihin rakenteisiin ei tarvitse tehdä. Pidemmälle integroiduil la moottoriratkaisuilla olisi kuitenkin mahdollista saavuttaa merkittäviä lisä etuja. Paras lopputulos saavutetaan suun niteltaessa tela, integroitu sähkökäyttö ja niiden liittyminen paperikoneeseen yhdessä. Markkinoilla on pidemmälle integroituja telojen sähkökäyttöratkaisuja, joista tun netuimpia ovat varmasti kuljettimissa käytettävät rumpumoottorit. Aiheesta löytyy myös lukuisia patenttihakemuksia ja myönnettyjä patentteja, joista osa on jo vanhentunut. Paperikoneisiin liittyvä mielenkiintoinen uutuus on Metson esittelemä DrivePro, telaan integroitava suorakäyttöinen kestomagneettimoottori. Viime vuosien kehitys kertoo alan kiinnostuneen edistyksellisistä sähkökäyttö ratkaisuista. Kaarevat telat Paperikoneissa käytetään paljon toisistaan poikkeavia telaratkaisuja, mikä asettaa haasteita myös telojen sähkökäyttöjen järjestämiselle. Eräs mielenkiintoinen telatyyppi ovat kaarevat telat, joita käytetään paperikoneissa levitysteloina paperirainan levittämiseen radan poik kisuunnassa. Kaarevassa telassa ei voida johtaa telan lävitse pyörivää akselia, kuten useimmissa muissa teloissa. Kaarevan telan läpimenevä akseli on kaareutettu ja tuettu päistään nivellaakereiden avulla paperikoneen runkoon. Kaarevan telan pyörivä vaippa koostuu useista peräkkäin asetetuista segmenteistä, jotka on laakeroitu pyörimättömälle akselille ja kiinnitetty toisiinsa joustavien kytkinelementtien välityksellä. Kaarevien telojen rakenne johtaa siihen, että tavallisilla sähkömoottoriratkaisuilla niitä ei voida toteuttaa suoravetoisina. Tyypillisesti näissä kohteissa käytetään hihnavälitystä ja telan sivuun, erilliselle tuelle asennettua sähkömoottoria. Lisäksi asennukseen kuuluvat hihnakäytön kiristämiseen ja linjaukseen tarvittavat laitteet. Kaarevat levitystelat vaativat oman sähkökäytön, sillä levitystelan toiminnan kannalta on tärkeää, että telavaipan kehänopeus on pienen virhemarginaalin sisällä sama paperiradan nopeuden kanssa. Asian merkityksen kiteyttää Stora Enson Oulun tehtaan tuotantoinsinööri Matti Lielahti: ”Tehokkaan radan levityksen kannalta telan oikea pyörimisnopeus on merkittävässä asemassa. Jo ± 1 %:n heitto nopeudessa heikentää levitysvoimaa todella merkittävästi, joten tarkka telan pyörimisnopeudensäätö on tärkeää.” Tästä eteenpäin myös kaarevat telat on mahdollista varustaa integroidulla Randax®- käyttömoottorilla. Uusi ratkaisu tarjoaa lukuisia etuja, mm. tarkan pyörimisnopeussäädön. Moottoriratkaisun on kehittänyt Randax Oy. Randax Oy Randax Oy kehittää ja toimittaa asiakkailleen integroitavia ja energiatehokkaita sähköteknologiaratkaisuja. Toimintaamme ohjaa vahvan teknologiaosaamisen ohella halu ja kyky ymmärtää eri asiakasryhmien tarpeita. Edistämme asiakkaittemme tuottavuutta, toimintavarmuutta ja kil pailukykyä asiakaskohtaisesti toteutetuilla, kestävillä ratkaisuilla, jotka alentavat asiakkaan kokonaisjärjestelmän elinkaa rikustannuksia ja pienentävät toiminnan ympäristövaikutuksia. Randax Oy:n päätuotteita ovat asiakaskohtaiset kesto magneettimoottorit ja -generaattorit, se kä laajempien sähkökäyttöjärjestelmien suunnittelu ja toteutus. Järjestelmät sisältävät esimerkiksi moottorien ohjaukseen tarvittavan tehoelektroniikan ja sovellukset sekä sähkökoneen ja asiakaslait teen välisen mekaanisen integroinnin. Yhdessä nämä muodostavat helposti asiakkaan järjestelmiin integroitavissa olevan toimituskokonaisuuden selkei ne rajapintoineen. Randax Oy:n teknologiaa on sovellettu mm. ilman käsittelyssä, prosessipumppauksessa, metal linjalostuksessa ja hybridiajoneuvoissa. Randax®-sähkökoneiden paperikonesovellukset Keskusteluissa paperiteollisuuden laite valmistajien ja paperinvalmistajien kanssa, esille on noussut tarpeita ja haasteita, joita Randax Oy:n tuoteratkaisuilla voidaan ratkaista. Varsinkin Euroopassa kilpailun kiristyessä niin laitevalmistajat, kuin paperinvalmistajat etsivät ratkaisuja kilpailukyvyn parantamiseksi ja kustan nusten alentamiseksi, jotta omaa markkinaasemaa voidaan kohentaa. Laitevalmistajilla on mahdollisuus vaikuttaa omaan kilpailukykyynsä mm. kehittämällä uudet tuotteensa kokonaisratkaisuil taan yksinkertaisimmaksi, mikä pa rantaa luotettavuutta, laatua ja kunnossapidettävyyttä sekä alentaa kus tannuksia tuotteiden valmistamisessa, asennuksessa ja yhteensovittamisessa prosessinohjausjärjestelmiin. Tuotteen omi naisuuksia on harvoin vara karsia, mikä tekee asiasta haasteellisen. Paperinvalmistajat ovat kiinnostuneita tuotteista, jotka kohottavat valmistuksen laatua, luotettavuutta ja tuottavuutta sekä vähentävät kunnossapitotarvetta, energian-, veden- ja kemikaalien kulutusta. Uusilla sähkökäyttöratkaisuilla voidaan edistää edellä mainittuja tavoitteita esimerkiksi telakäytöissä ja pumppauksessa. Käydyissä keskusteluissa nousi esille sovelluskohde, jossa teknisesti hyvin toteutetusta telaan integroidusta käyttömoottorista olisi useita etuja ja kysyntää markkinoilla. Levitystelojen hihnavälitteiset, standardimoottoreilla toteutetut sähkökäytöt vaativat jatkuvaa huolenpitoa ja näihin positioihin toivottiin parannusta. Hihnavälityksen luotettava toiminta vaatii tiheään tapahtuvia tarkastuksia hihnakireyden, linjauksen ja kuluneisuuden suhteen. Hihnojen käyttöikä on lyhyt suhteessa telan ja sitä käyttävän sähkömoottorin käyttöikään. Huonosti linjattu, väärällä kireydellä toimiva hihna voi pahimmillaan ajan kuluessa katketa tai hammashihnanpalaset voivat irrota ja päätyä paperiradalle. Kehitetty moottoriratkaisu Uudella ratkaisulla saavutetaan mer kittäviä parannuksia useasta eri näkö kulmasta tarkasteltuna. Randax Oy:n kehittämä kaarevalle telalle integroitu sähkömoottori sijoitetaan nivellaakerin ja pyörivän telavaipan päädyn väliin. NIPPI VOL. 28/NO. 1/2012 37 häiriöitä. Kehitetty moottoriratkaisu Tällä paikalla on tavallisesti hihnapyörä, joka uudessa ratkaisussa korvataan sähkömoottorilla. Moottori on tyypiltään kestomagneettimoottori, jossa käytetään laserhitsattua teräsrunkorakennetta, kuten muissakin Randax Oy:n sähkökoneissa. Moottori on ilmajäähdytteinen. Käytettävissä oleva tila telavaipan päädyn ja nivellaakerin välissä ei ole suuri, mutta kompakti Randax®-sähkökone voidaan siitä huolimatta siihen sijoit taa. Kestomagneettimoottorista saadaan suuri vääntömomentti kokoonsa näh den. Hyötysuhde on perinteisiä mootto riratkaisuja korkeampi ja hyvän hyöty suhteen alue on laaja sisältäen myös matalat kierrosnopeudet. Tyypillisesti tela käytössä tehoa tarvitaan kiihdytyksissä. Tasaisella nopeudella ajettaessa tehon tarve on huomattavasti pienempi kuin kiihdytyksissä. Pilottikohteessa telaan asennetaan nimellisteholtaan 30 kW:n ja nimellisnopeudeltaan 1800 rpm:n moottori. Uuden ratkaisun edut Moottori on pienikokoinen ja kevyt edistyksellisen runkorakenteen ja kestomag neettiteknologian ansiosta. Keveyden myötä telan ominaisvärähtelytaajuudet eivät merkittävästi muutu, mistä on etua sovellettaessa ratkaisua käytössä oleviin teloihin. Uusissa teloissa käyttöratkai sun vaikutukset on helppo huomioida suunnitteluvaiheessa. Moottorin halkai sijat mitoitettiin siten, että roottorin sisähalkaisija on hieman suurempi kuin telan kiinteä akseli ja moottorin ulkohalkaisija nivellaakeria pienempi. Tämän ansiosta tela voidaan varastoida tasaisella alustalla, kuten ennenkin. Moottorin runko ja staattori tukeutuvat jäykästi kaarevan levitystelan pyörimättömään akseliin ja roottori pyörittää telan vaippaa. Eräs ratkaisun merkittävimmistä eduista on, että moottorissa ei tarvita omia laakereita vaan roottori tukeutuu telan pyörivän vaipan ensimmäisen segmentin laakerointiin. Tämä vähentää merkittävästi huollontarvetta ja parantaa luotettavuutta. Moottorin huoltoväli on mahdollista saada samaksi kuin itse telalla. Ennakkohuollon ja kunnossapidon kannalta integroitu telan sähkökäyttö merkitsee valvottavien kohteiden määrän vähentymistä, koska enää ei tarvitse valvoa erillistä käyttömoottoria hihnavälityksineen. Paperikoneella on useita levitysteloja, jolloin myönteiset vaikutukset kunnossapidon kannalta kertautuvat. Suoravetoinen kestomagneettikone on myös instrumentoinnin ja prosessinohjauksen kannalta mieluinen. Tahtikoneena kestomagneettimoottorin pyörintänopeus seuraa tarkasti taajuusmuuttajalta tulevaa käyttötaajuutta. Taajuusmuuttajien säätö tarkkuus riittää levitystelapositiossa oh jaamaan moottoria riittävän tarkasti ilman erillisellä anturilla toteutettua takaisinkytkentää. Induktiokoneelle tyy pillistä jättämää ei ole, eivätkä hihnakäytössä mahdolliset luistamiset pääse aiheuttamaan Paperikoneella tapahtuvien asennustöiden kannalta on edullista, että moottori kulkee kiinteästi telan mukana. Paperi tehtaalle toimitettaessa moottori on valmiiksi asennettu telalle jo telan muun kokoonpanon yhteydessä. Asennuspaikalla tarvitsee vain kiinnittää ja linjata tela paperikoneen runkoon ja kytkeä moot torin sähkönsyöttökaapelit. Rihtauksia ja moottorin säätämisiä ei tarvitse tehdä. Tästä on etua myös telan huollon yhteydessä käytettäessä telaan integroitua sähkömoottoria. Huoltoon lähetetyn te lan tilalle on helppo ja nopea asentaa samanlainen integroidulla sähkömoottorilla varustettu tela. Nopeasta asennettavuudesta on etua seisokeissa, jolloin aika on usein kortilla. Asiantuntijalausunnot Pilottiprojektissa moottorin integroiminen levitystelaan on suunniteltu yhteistyössä kotimaisen levitystelavalmistaja Finbow Oy:n kanssa. Finbow Oy:n toimitusjohtaja Urpo Versta, jolla on pitkäaikainen ja laaja kokemus paperikoneiden teloista, kommentoi kehitettyä te lan sähkökäyttöratkaisua seuraavasti: ”Randax® moottoriratkaisu kaareval le levitystelalle vaikuttaa lupaavalta. Se on mekaaniselta rakenteeltaan hyvin toteutettu ja yksinkertaisuudessaan toimiva ja luottamusta herättävä. Moottorin jäähdytys on järjestetty siten, että ilmavirta pääsee esteettä ja tehokkaasti kulkemaan. Levitysteloille integroituja moottoriratkaisuja on nähty markkinoilla aiemminkin, mutta niiden ongelmana on ollut puutteellinen jäähdytys tai mekaaninen epästabiilius. Asiakkaamme tiedustelevat aika ajoin integroiduilla sähkökäytöillä varustettuja teloja, joten onnistuneen pilotoinnin jälkeen Randax Oy:n ratkaisun kaupalliset hyödyntämismahdollisuudet vaikuttavat lupaavilta.” Stora Enson Oulun tehtaan kunnossapidolta on saatu arvokkaita neuvoja levitystelo jen käyttökokemuksista. Loppukäyttäjien kokemukset ovat uuden tuotteen ke hitystyön kannalta ensiarvoisen tärkeitä. Kehitysprojektissa on tehty yhteistyötä myös Oulun yliopistossa, Konetekniikan 38 NIPPI VOL. 28/NO. 1/2012 Moottoriratkaisun kehittäjät. Vasemmalta lukien: Kalle Holappa, Kimmo Huurinainen, Matti Rantapää ja Timo Schäfer osastolla paperikonetekniikkaa opettavan ja tutkivan Professori Juhani Niskasen kanssa. Hänellä on akateemisen kokemuksen lisäksi pitkä kokemus paperikoneita valmistavasta teollisuudesta ja markkinoista, jota vasten on hyvä peilata paperikoneissa vuosien varrella tapahtunutta kehitystä ja tulevaisuuden suuntauksia. Niskanen summaa asian seuraavasti: ”Luotettavuus korostuu pape rikoneissa, sillä niissä on valtava määrä komponentteja. Kokonaisluotettavuushan on luotettavuuksien tulo ja paperikoneessa on tuhansia komponentteja, jotka voivat aiheuttaa tuotantolinjan pysähtymisen. Kaarevat telat sinänsä vaativat nykyi sellään muita teloja enemmän huoltoa. Samoin hihnakäytöt ja vastaavat vaa tivat paljon huoltoa. Randaxin kehit tämässä uudessa kaarevan telan suo rakäyttömoottorissa huollontarve on olennaisesti vähäisempi. Rakenne on yksinkertaistunut, eikä moottorissa tarvita laakereita. Tahtimoottorin käyttö ei vaadi takaisinkytkentää tässä sovelluksessa. Valitut ratkaisut yksinkertaistavat kokonaisuutta, joten luotettavuus paranee.” Projektin kuluessa tehdyssä uutuus tutkimuksessa vastaavia ratkaisuja ei ole löydetty. Käyttöratkaisun kaupalliset hyö dyntämismahdollisuudet vaikuttavat usei den asiantuntijalausuntojen perusteella niin lupaavilta, että kehitetyn ratkaisun suojaamiseksi on jätetty patenttihakemus. Pilotointi Pilottiprojektin kohteena oli käytössä ollut levitystela, joka oli huollontarpeessa. Levitystela varustettiin kehitetyllä suora käyttömoottorilla telan huollon yhteydessä. Uudella käyttöratkaisulla varustettu levi tystela asennetaan paperikoneelle tou kokuun 2012 lopussa, jonka jälkeen käyttökokemuksia alkaa kertyä. Onnis tuneen pilotoinnin jälkeen ratkaisua voidaan soveltaa myös muihin kohteisiin. Lisätietoja Randax Oy:n kehittämästä käyttöratkaisusta ja Randax Oy:n toiminnasta antavat artikkelin kirjoittajana toiminut tuotekehityspäällikkö Kimmo Huurinainen ja toimitusjohtaja Timo Schäfer. Yhteystiedot: kimmo.huurinainen@randax.fi timo.schafer@randax.fi Randax Oy Konetie 33 90620 Oulu info@randax.fi www.randax.fi NIPPI VOL. 28/NO. 1/2012 39
