Sprężone powietrze o ciśnieniu 40 barów do rozdmuchiwania w nowym zakładzie grupy Gropper

Podczas planowania nowego zakładu grupy Gropper koncentrowano się na efektywności energetycznej i zrównoważonej produktywności. Zakład ten wykorzystywany jest wyłącznie do produkcji i butelkowania soku owocowego wysokiej jakości produkowanego nie z koncentratu. Sprężone powietrze o ciśnieniu 40 barów zasilające maszyny do wydmuchu butelek PET jest wytwarzane przez bardzo sprawną sprężarkę tłokową firmy Gardner Denver, która została w optymalny sposób włączona do instalacji w nowym zakładzie w Stockach w Niemczech.


Szczegółowe dane dotyczące zastosowania

Grupa Gropper, której siedziba mieści się w Bissingen w niemieckim regionie Szwabia, przetworzyła w 2015 r. około 290 milionów kilogramów mleka (z czego 50 milionów to biomleko), z którego wyprodukowała różnorodne produkty mleczne i nabiałowe. Większość z nich sprzedawana jest pod markami dużych sieci handlowych w Niemczech, a część w innych krajach Europy. Grupa Gropper zatrudnia około 70 pracowników, kupuje mleko od 870 dostawców, a w ostatnim roku finansowym osiągnęła obroty wynoszące około 400 milionów euro.

Grupa przez cały czas rozwija się, a w ciągu ostatnich kilku lat zaczęła produkcję napojów typu smoothie oraz soków owocowych produkowanych nie z koncentratu. Rozwój ten okazał się sukcesem: roczna produkcja tych towarów osiągnęła już poziom 80 milionów kilogramów. Aby umożliwić dalszy rozwój, jesienią 2015 r. grupa Gropper otwarła całkowicie nowy zakład produkcyjny w Stockach. Zakład ten produkuje wyłącznie soki nie z koncentratu, które wymagają transportu i przechowywania w warunkach chłodniczych. Jest to konieczne dla zachowania naturalnie świeżego smaku produktów.

Bezolejowa sprężarka tłokowa typu WH 29 3N, napędzana bezpośrednio bezwałowym silnikiem o mocy 325 kW, 
o maksymalnej wydajności 1.800 m3/h (przy ciśnieniu 40 barów)

W pełni wykorzystano wszelkie możliwości oszczędzania energii

Ze względu na to, że nowy zakład został wybudowany od zera, inwestor mógł w pełni wykorzystać możliwości nowoczesnego planowania zakładów produkcyjnych - w obszarze, w którym ma rozległe doświadczenie. Berthold Burgmeier, Główny Technolog: - Sami projektujemy i optymalizujemy nasze systemy, a sprawność, elastyczność i niskie zużycie energii mają dla nas ogromne znaczenie.

Z tego względu zarówno ważne są zarówno cena zakupu jak i koszty w całym cyklu życia. Dotyczy to szczególnie wytwarzania sprężonego powietrza niezbędnego do produkcji butelek PET w zakładzie. Preformy butelek wielkości kciuka są „nadmuchiwane” sprężonym powietrzem o ciśnieniu do 40 barów, a następnie napełniane sokiem lub innym napojem.


Osoby odpowiedzialne w grupie Gropper za zaprojektowanie tego systemu oraz związanych z nim urządzeń peryferyjnych mogły wykorzystać zdobyte wcześniej doświadczenia: w Bissingen wykorzystywane są już cztery maszyny do produkcji butelek PET oraz linie butelkowania. Dzięki temu pracownicy firmy Gropper nie mieli wątpliwości co do tego, że najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem pozwalającym na uzyskanie takiego poziomu ciśnienia jest zastosowanie wielostopniowych sprężarek tłokowych.

Wysoki poziom sprawności dzięki bezpośredniemu napędowi z silnikiem bezwałowym

W wyniku bezpośredniego porównania stwierdzono, że najlepszym wyborem będzie sprężarka serii W firmy Belliss & Morcom należącej do Grupy Gardner Denver. Podjęto zatem decyzję o zakupie bezolejowej sprężarki tłokowej WH 29 3N z silnikiem bezwałowym o mocy 325 kW i maksymalnym przepływie objętościowym wynoszącym 1800 m3/h (przy ciśnieniu 40 barów).

Jedną z cech sprężarek tłokowych serii W jest specjalna koncepcja napędu pozbawiona napędu pasowego, przekładni, czy sprzęgła. Wykorzystywany w nich napęd bezpośredni silnikiem bezwałowym wyróżnia się wyjątkowo wysoką sprawnością, trwałością oraz skrajnie niewielkimi rozmiarami.

Sterowanie pracy przy połowicznym/pełnym obciążeniu jako standard

Sprężarki tłokowe serii W to sprężarki podwójnego działania: przy każdym obrocie wykonywane są dwa cykle ssania i sprężania. Są one także łatwe do regulacji, nawet w wersji podstawowej, ze względu na możliwość pracy z połowicznym obciążeniem (50% obciążenia pełnego) poprzez rozładowanie zaworów ssących bez obniżenia ich sprawności. Ponieważ są one optymalnie wyważone i mogą być wyposażone w mocowania antywibracyjne, nie ma konieczności stosowania specjalnych fundamentów. Z kolei precyzyjne prowadzenie tłoka i tłoczyska zgodnie z zasadą trawersy zapewnia bardzo długi okres eksploatacji sprężarki.

Energooszczędny napęd z regulacją częstotliwości ze sterownikiem PLC

Grupa Gropper wybrała jeszcze bardziej sprawną wersję sprężarki serii W z napędem z regulacją częstotliwości. Ta sprężarka tłokowa ma bardzo szeroki zakres regulacji wydajności od 530 do 1800 m3/h (30-100%), dzięki czemu możliwa jest równie sprawna produkcja mniejszych ilości lub lżejszych butelek PET (w zakładzie wykorzystuje się przede wszystkim butelki o pojemności 0,9-1,35 litra, ale także o pojemności 0,33 litra). Jednocześnie praktycznie do zera ograniczono straty przy rozładunku, ponieważ możliwe jest utrzymanie stałego ciśnienia w bardzo wąskim zakresie wartości.

Systemem steruje sterownik PLC Siemens S7, zaprogramowany przez firmę Gardner Denver, który reguluje pracę sprężarki odpowiednio do zapotrzebowania (ciśnienie w instalacji jest wykorzystywane jako zmienna odniesienia). Dodatkowo ciśnienie można obniżyć poniżej wartości 30 barów na czas produkcji lżejszych butelek. Pozwala to także zapewnić ekonomiczne wytwarzanie sprężonego powietrza odpowiednio do zapotrzebowania.

Specjaliści firmy Gardner Denver w dziedzinie sprężarek dostali zadanie zaprojektowania zarówno sprężarki, jak i sterownika. Przy realizacji tego zadania współpracowali z Clausem Meyerem, Planistą ds. Inżynierii Elektrycznej w grupie Gropper. Zaprojektowali również interfejs użytkownika wyświetlający stan pracy zakładu, obejmującego również energooszczędny osuszacz ziębniczy ze sprężarką spiralną z gamy Gardner Denver.


Preformy wielkości kciuka są „nadmuchiwane” powietrzem o ciśnieniu do 40 barów.

Systemy pod klucz z wysoce sprawnym chłodzeniem

Wodę chłodzącą do sprężarki Bellis & Morcom dostarcza instalacja, która również została zaprojektowana przez firmę Gardner Denver. Układ dwóch energooszczędnych pomp, z jedną pompą rezerwową, o mocy zaledwie 5,5 kW (o mocy chłodzenia wynoszącej 300 kW) został zainstalowany na podstawie. Chłodzenie zapewnia energooszczędna chłodnica dachowa z wentylatorami z regulacją prędkości napędzanymi nowoczesnymi silnikami EC. Praca silników jest regulowana stosownie do temperatury na dopływie, co oznacza regulację ich mocy do temperatury zewnętrznej. Automatyczny regulator lato/zima dostosowuje temperaturę na dopływie do bieżących warunków pogodowych.


Odzysk ciepła: optymalna integracja w ramach procesu

Optymalna integracja sprężarki w ramach procesu o kontrolowanej temperaturze ma krytyczne znaczenie dla sprawności wytwarzania sprężonego powietrza. System wykonany w Stockach zapewnia optymalne warunki pod tym względem, ponieważ cały zakład został zaprojektowany i wybudowany od zera. Jak twierdzi Berthold Burgmeier: - Podczas sprężania powietrza powstaje ciepło odpadowe, które wykorzystujemy w innych procesach. Z tego względu oprócz sprężarki tłokowej kupiliśmy w firmie Gardner Denver również wymiennik ciepła. Przepływ objętościowy można regulować przy pomocy zaworu sterującego, tak aby utrzymać temperaturę na odpływie na maksymalnie wysokim poziomie, tzn. około 50 °C.

Kluczowym elementem systemu odzysku ciepła jest zbiornik wody o pojemności 10 m3, który można wykorzystywać jako źródło ciepłej wody lub, jako zbiornik energii dzięki użyciu wymiennika ciepła. Zarówno obwód chłodzenia, jak i system odzysku ciepła są sterowane przez centralny sterownik PLC na stanowisku sprężarek.

Wysoka dostępność

Sprężarka Belliss & Morcom jest podłączona w zakładzie w Stockach do ogólnej instalacji sprężonego powietrza o ciśnieniu 7 barów poprzez reduktor ciśnienia, co umożliwia zasilanie również tej instalacji w sytuacji awaryjnej. Instalacja o ciśnieniu 40 barów również ma układ rezerwowy: wkrótce w zakładzie w Stockach firma Gardner Denver zainstaluje drugą sprężarkę tłokową tego samego typu wraz z drugą linią butelkowania. Sprężarka ta będzie stanowić urządzenie rezerwowe zapewniające sprężone powietrze na potrzeby produkcji butelek PET, jak również stanowiące rezerwę pozwalającą zaspokoić zapotrzebowanie na sprężone powietrze w przypadku rozbudowy zakładu w przyszłości.


Robert Kupka i Dirk Tenbrink, Key Account Managerowie w firmie Gardner Denver oraz Berthold Burgmeier
z firmy Gropper przed nową sprężarką WH 29 H3N firmy Belliss & Morcom w zakładzie w Stockach