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:
[email protected]
[email protected]
Randax Oy
Konetie 33 90620 Oulu
[email protected]
www.randax.fi
NIPPI VOL. 28/NO. 1/2012
39