Energiansäästöä hydrauliikan hajautuksella
Energian ja raaka-aineiden hinnat kohoavat, joten tuotantojärjestelmien käyttökulujen alentaminen on yksi keino estää tuotteiden hinnannousu samassa tahdissa.
Tuotantojärjestelmän energiatehokkuutta voi parantaa yksittäisillä muutoksilla, mutta isommat parannukset voivat vaatia laajempaa uudelleenarviointia.
Keskitetystä hajautettuun hydraulijärjestelmään?
Vuosikymmenien ajan tuotantolinjojen hydraulijärjestelmiä on toteutettu keskitetyillä hydraulikoneikoilla. Yhdellä koneikolla tuotetaan hydrauliteho lukuisille käyttökohteille, vaikka ne olisivat ripoteltuna ympäri tuotantolinjaa tai tehdasta. Tämä voi tuntua tutulta ja turvalliselta ratkaisulta myös uutta järjestelmää suunniteltaessa, koska näin on ollut aina ennenkin. Hydrauliikan hajautus on kuitenkin usein realistinen toteutusvaihtoehto ja selkeitä etuja on saavutettavissa.
Hajautettu järjestelmä
Hajautetussa järjestelmässä hydraulikoneikkoja joudutaan hankkimaan useampia ja ne sijoitetaan lähelle käyttökohteita. Kooltaan yksittäiset koneikot ovat selvästi pienempiä kuin mitä keskitetyn järjestelmän koneikko olisi ja juuri tämä mahdollistaa koneikon sijoittamisen lähelle käyttökohdetta. Koneikosta voidaan saada todella kompakti, jos säiliön koko optimoidaan hyödyntämällä virtaussimulointeja ja uudentyyppisiä paluusuodattimia, jotka tehostavat ilman erottumista öljystä. Tehokkaimpana vaihtoehtona säiliöoptimoinnissa on alipaineeseen perustuvat menetelmät (esim. HYDAC OXiStop), jotka poistavat vapaan ilman lisäksi myös liuennutta ilmaa ja vettä.
Hajautetussa järjestelmässä putkistojen pituudet pysyvät maltillisina, mikä lyhentää järjestelmän rakentamiseen kuluvaa aikaa ja alentaa putkiston hankintahintaa. Myös mahdollisia vuotopaikkoja on vähemmän hajautetun järjestelmän putkilinjoissa ja vuodot on helpompi havaita. Hajautuksen myötä hydraulijärjestelmän kokonaisöljymäärä pienenee, koska pitkiin putkistoihin ei varastoidu öljyä.
Lyhyempien putkilinjojen ansiosta putkistojen painehäviöt pienenevät, mutta energiaa säästyy myös, kun hajautetun järjestelmän koneikko voidaan optimoida yhteen tai korkeintaan muutamaan käyttökohteeseen. Pumpun tuoton, painetason tai säätöperiaatteen suhteen ei siis tarvitse päätyä kompromisseihin.
Tuotantolaitoksen toimintavarmuuden näkökulmasta hajautettu hydraulijärjestelmä voi parantaa tilannetta. Jos keskitetyn hydraulijärjestelmän koneikko hajoaa, vaikutukset ovat laaja-alaiset ja tuotanto saattaa pysähtyä useammalla tuotantolinjalla. Hajautetussa järjestelmässä vikaantuminen vaikuttaa vain yhteen koneikkoon ja tuotantolinjojen ongelmat voivat olla rajatummat.
Uutta järjestelmää rakennettaessa hajautettu hydraulijärjestelmä on nopeammin valmis käyttöön kuin keskushydraulijärjestelmä. Hajautetun järjestelmän pienikokoinen koneikko voidaan valmistaa puhtaissa kokoonpanotiloissa ja testata huolellisesti etukäteen. Tällaisen järjestelmän puhtaustaso on aivan eri luokkaa kuin paikalla rakennetussa järjestelmässä pitkine putkilinjoineen. Käyttöönotto nopeutuu, kun testaukseen ja huuhteluun menee vähemmän aikaa.
Nykyaikainen pyörimisnopeussäädetty koneikko
Perinteisesti teollisuushydrauliikassa toimilaitteiden säätö on toteutettu kuristamalla öljyvirtausta servo- tai proportionaaliventtiileillä. Tällä tavalla saadaan keskitetyssä hydraulijärjestelmässä jaettua pumpun tuotto helposti useille toimilaitteille, mutta energiatehokkuuden näkökulmasta ratkaisu ei ole paras. Jos hajautetussa hydraulijärjestelmässä on käytössä vain yksi toimilaite kerrallaan, voidaan toimilaitteen nopeuden tai voiman säätö toteuttaa ilman häviösäädettyjä venttiileitä pumpun tuottoa säätämällä. Nykyaikainen ja nopeasti yleistyvä tapa tuoton hallintaan on pumpun pyörimisnopeuden säätäminen. Pumpun ei tarvitse olla säätyvätilavuuksinen, joten pumppuina voidaan käyttää yksinkertaisia ja edullisia kiinteätuottoisia pumppuja, esimerkiksi sisä- tai ulkoryntöisiä hammaspyöräpumppuja. Toteutettavissa oleva tehoalue on laaja, sillä pyörimisnopeussäädettyjä pumppuyksiköitä on yleisesti tarjolla tehoalueella 0.75-200 kW. Pumppuyksiköiden syöttöjännitteen taajuus voi olla 50 ja 60 Hz, joten koneikkoa ei tarvitse räätälöidä eri markkina-alueille vaan sama malli käy kaikkialla.
Mahdollisuus pumppuyksikön liittämisestä IIoT-järjestelmiin on myös oleellista nykyaikaisissa tuotantojärjestelmissä. Vaikka pumppuyksiköt ovat sijoitettuna eri puolille tehdasta tai tuotantolinjaa, voidaan niiden toimintakuntoa helposti valvoa etänä ja tarvittaessa hälytykset sekä huoltotarpeet ohjautuvat huoltohenkilökunnalle suoraan.
Hajautuksella monipuolisia etuja metsäkonetehtaassa
Vieremäläinen metsäkonevalmistaja Ponsse käytti tehtaassaan aiemmin keskushydraulijärjestelmää. Sillä tuotettiin vaadittava hydrauliteho eri testauspaikoille, joten putkilinjoja risteili sinne tänne tehdashallissa. Hydraulijärjestelmän mitoituksessa oli jouduttu huomioimaan eri käyttöpaikkojen suurin mahdollinen samanaikainen tehontarve, joten normaalissa käyttötilanteessa järjestelmä oli ylimitoitettu ja toimi osateholla huonolla hyötysuhteella. Lisäksi paineen ja tilavuusvirran säädössä ei voitu mennä pelkästään yhden käyttökohteen vaatimusten mukaan, joten sähköä kului ja hukkalämpöä syntyi.
Tehdaslaajennuksen yhteydessä päätettiin siirtyä hajautettuun hydraulijärjestelmään ja tuotannon eri käyttöpaikoille tuli omat koneikot. Uusissa koneikoissa käytetään pyörimisnopeussäädettyjä HYDAC Kinesys -pumppuyksikköjä, joten energiankulutusta on saatu leikattua huomattavasti. Energiankulutus on nykyään tärkeässä roolissa, mutta lisäksi työntekijöiden viihtyvyyteen pitää kiinnittää huomiota. ”Uudet koneikot ovat aivan tuotantolinjan vieressä, mutta silti työntekijät eivät altistu melulle”, kiittelee Heikki Selkälä, joka oli uudistuksen yksi vetäjistä Ponssella. Selkälä ja hänen kollegansa Antti Haapalainen näkevät uuden hajautetun järjestelmän etuna myös sen, että jos jollakin testauspaikalla joudutaan käyttämään Hätä-seis -painiketta, työt eivät katkea muilla testauspaikoilla, kuten vanhassa järjestelmässä. Uutta järjestelmää valittaessa yhtenä kriteerinä oli myös järjestelmän toimintavarmuus. Koneikkoja ei ole kahdennettu, joten luotettavuuden pitää olla korkealla tasolla.
Artikkeli julkaistu Promaint 3/2020
