Turbokompressori peruskuorman tuottamiseen vai säätöön?

turbokompressori puristaa ilman hyvaellae hyoetysuhteella

Tästä niin kuin monista asioista on olemassa kahta leiriä. Ratkaisuun vaikuttaa monikin tekijä.

Ensinnäkin pitää muistaa, että turbokompressorin mahdollinen säätöalue on riippuvainen siitä, miten se on alun perin mitoitettu. Sen juoksupyörät on valittu tuottamaan tietty paine tietyllä virtauksella. Kun näitä juoksupyöriä yhdistetään sarjaan kolme kappaletta, voidaan piirtää kompressorille toimintakartta:

Y-akselilla paine, X-akselilla koneen tuottama tilavuusvirta.

Tavoiteltua loppupainetta rajoittaa vasemmalla sakkausraja ja oikealla tukehtumisraja (choke). Sakkausrajan alle ei haluta mennä, koska silloin virtaus koneen sisällä kääntyy, mikä aiheuttaa isoja rasituksia laakereille ja pahimmassa tapauksessa hajottaa koko koneen. Tämän vaaran välttämiseksi on kehitetty sakkausvahteja. Tukehtumisrajan jälkeen taas virtausnopeus ei voi enää kasvaa, koska se on jo sama kuin äänennopeus. Vaikka lisättäisiin tehoa miten paljon, virtausmäärä ei kasva, lämpötila vain nousee. Sen rajan yli ei ole järkevää mennä.

Nämä rajat määrittelevät toimintakartan, joka siirtyy olosuhteiden muuttuessa. Mitä alemmalla paineella kompressoria käytetään, sitä laajempi säätöalue kuvaajien väliin mahtuu. Mitä isommalle paineelle kompressori mitoitetaan, sitä laajempi säätöalue saadaan.

Kompromissi kannattaa turbokompressorin mitoituksessa

Käytännössä joudutaan usein tekemään pieni kompromissi: uhrataan rahtunen hyötysuhteesta, mutta saadaan laajempi säätöalue ja siten joustavuutta toimintaan.

Laitteen ostajan on hyvä esittää itselleen kysymys: haluanko mitoittaa ja optimoida kompressorin yhteen ainoaan toimintapisteeseen – tietylle tuotolle tietyssä paineessa – vai olenko sitä mieltä, että pieni joustavuus on toiminnan kannalta parempi: saadaan laajempi säätöalue, vaikkakin hävitään hyötysuhteessa prosentti tai pari.

Kaikki turbokompressorit eivät ole samanlaisia

Kun osapuolet istuvat pöydän ääreen suunnittelemaan investointia, kovin mielellään aletaan vertailla ominaistehontarvelukua suoraan kilpailijoiden kesken. Pahimmillaan katsotaan vain hintalappua. Se on kohtalokas yksinkertaistus. Kaikki turbot eivät todellakaan ole samanlaisia.

Turbokompressorin elinkaari on helposti 20 vuotta. Jos laite tänään mitoitetaan johonkin pisteeseen, kuka tietää, mikä on tarve viiden vuoden päästä? Toki moni tehdas on pyörinyt neljäkin vuosikymmentä, mutta nykyisin tilanteet vaihtelevat nopeasti ja joustavuuteen kannattaa kyllä panostaa.

Kuinka turbokompressoreita säädetään?

Ruuvi- ja turbokompressoreita ei pidä verrata suoraan keskenään. Turbon mitoituksessa voi mennä pahemmin metsään kuin ruuvin. Turbon säätäminen ohjausjärjestelmällä ei ole ihan yhtä helppoa kuin ruuvikompressorin. Laitehan säätää kyllä itseään, mutta vain toiminta-alueensa puitteissa.

Herää kysymys: Jos laitoksessa on useita turbokompressoreja ja niiden ohella vielä ruuveja, miten järjestelmää ohjataan mahdollisimman tehokkaasti?

Vastaus riippuu tilanteesta. On enemmänkin sääntö kuin poikkeus, että molempia kompressorityyppejä on samassa järjestelmässä. Toki onhan niitäkin järjestelmiä, joissa on pelkkiä turboja. Silloin ilman muuta kannattaa painottaa koneen laajaa säätöaluetta.

  • Jos säätötarve eli paineilman kulutuksen vaihteleva osuus on turbokompressorin hallittavissa, se ohjaa tuottoa omalla säätöalueellaan lähes häviöttömästi. Tällöin se on ehdottomasti kannattava vaihtoehto kuormitus-kevennys-säädölle, joka syö sähköä silloinkin kun se ei tuota ilmaa.
  • Sekajärjestelmissä yksi malli on se, että turbo ajaa peruskuormaa ja säätöön käytetään ruuveja. Pahimmassa tapauksessa jopa useampi ruuvi keventää samaan aikaan. Onhan olemassa myös kierrosnopeussäätöisiä ruuveja, mutta jos on kyse isosta järjestelmästä, pitää muistaa, että ruuvin käyttöalue loppuu tasolla 350 kW, jolla turbon käyttöalue alkaa.
  • Toisessa mallissa säätö hoidetaan useilla ruuveilla tai yhdellä turbolla, jolla on riittävä säätöalue. Kun turbon säätöaluetta maksimoidaan, päästään jopa 45 prosenttiin sen kapasiteetista. Tällöin teholtaan 400 kW kompressorin säätöalue on lähes 200 kW. Normaalilla ruuvilla ei tähän päästä.

Balance-ohjausjärjestelmä hallitsee järjestelmän erilaiset komponentit siten, että ohjaus on mahdollisimman häviötön.

Ohjausfilosofia on usein ohkaisella pohjalla. Mennään se kylki edellä, että uusi kun kompressori tarvitaan, se mitoitetaan vain tiettyyn käyttötilanteeseen ja ominaisenergiantarvetta katsotaan vain yhdessä pisteessä.

Mennään helpoimman kautta, laiteinvestoinnissa keskitytään vertailemaan pelkästään sen yhden uuden laitteen ominaisuuksia ja unohdetaan tutkia, miten laite istuu järjestelmän kokonaisuuteen. On niin paljon helpompaa ostaa yksi uusi osa kuin miettiä sen sopivuutta kokonaisuuden kannalta ja arvostaa joustavuutta, säädettävyyttä, muutoksen hallintaa.

Paineilman kulutuksen keskiarvoa ei ole

Toisinaan mietitään keskiarvoa: ”keskimäärin” paineilmaa kuluu näin paljon. Todellisuudessa laitoksessa ehkä tehdään kaksivuorotyötä. Viikonloppuna vain jokunen laite vaatii vähän paineilmaa, kun taas arkena voi kulutusprofiili olla täysin toisenlainen. Keskiarvo on luku, joka ei koskaan ole totta. Keskimääräistä tarvetta ei koskaan esiinny. Mitoitusperusteet ovat silloin väärät.

Rehellisyyden nimissä pitää sanoa, että jos ruuvikompressorit korvataan turbokompressoreilla, järjestelmän hyötysuhde paranee laitteiden ominaisuuksien ansiosta. Jos sitten säätö kuitenkin tehdään ruuvilla, joka ajaa kuormitus-kevennys-käyntiä, tehostaminen jää puolitiehen. Se on se helppo tapa.

Entä kun ostetaan laitteen sijaan paineilmaa palveluna?

Tilanne kärjistyy vielä, kun ei osteta vain yhtä laitetta, vaan koko palvelua. Paperilla yksi palvelu voi näyttää ihan samalta kuin toinenkin. Ostajalle saattaa olla tosi hankala tilanne, kun pitäisi tietää niin monista asioista. Luotatko silloin myyjään? Myyjienkin osaamistaso vaihtelee. Saat erilaista viestiä sen mukaan, keneltä kysyt.

Muistilista palvelun ostajalle

  • Kysy oikeita asioita, myös säädöstä.
  • Tarkenna palvelun sisältöä; tiedä, mitä saat.
  • Älä tuijota vain yhteen tekijään.
  • Muista, että pelkän hinnan vertaaminen on helppoa – liian helppoa.

Lisätietoja

Soederling Ben
Söderling, Ben
Johtaja
Paineilma
P. 010 550 4580
Johtaja, Paineilma