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

Podczas projektowania nowego zakładu dla grupy Gropper skupiono się na wydajności energetycznej i zrównoważonej produkcji. W zakładzie wytwarza się i butelkuje wyłącznie wysokiej jakości soki owocowe nieprodukowane z koncentratu (NFC). Sprężone powietrze pod ciśnieniem 40 bar do maszyn do rozdmuchowego formowania tworzyw PET wytwarza wysokowydajna sprężarka tłokowa firmy Gardner Denver, którą optymalnie zintegrowano z procesami w nowym zakładzie w Stockach w Niemczech.


Szczegóły zastosowania

W 2015 r. grupa Gropper z siedzibą w Bissingen w Szwabii w Niemczech przetworzyła około 290 milionów kilogramów mleka (w tym 50 milionów kilogramów biomleka) do wyrobu różnorodnych produktów mlecznych. Większość z nich sprzedawano pod markami dużych sieci detalicznych w Niemczech, a niektóre w innych krajach europejskich. Grupa Gropper zatrudnia około 700 osób i skupuje mleko od 870 dostawców, a w ostatnim roku podatkowym osiągnęła obrót w wysokości około 400 milionów euro.

Firma stale się rozwija, a w ostatnich kilku latach zaczęła produkować koktajle smoothie oraz soki owocowe NFC. Okazało się to sukcesem: roczna produkcja tych towarów osiągnęła już 80 milionów kilogramów. Aby stworzyć podstawy dalszego rozwoju, Gropper otworzył całkowicie nowy zakład w Stockach jesienią 2015 r. Produkuje się w nim wyłącznie soki NFC, które wymagają transportu i magazynowania w chłodni. Pozwala to zachować naturalnie świeży smak.

Bezolejowa sprężarka tłokowa typu WH 29 3N, bezpośrednio napędzana bezwałowym silnikiem 325 kW,
z maksymalnym przepływem objętościowym 1800 m3/h (przy ciśnieniu 40 bar)

Pełne wykorzystanie wszystkich środków oszczędzania energii

Ponieważ nowy zakład budowano od podstaw, pracownicy byli w stanie w pełni wykorzystać potencjał planowania nowoczesnej fabryki — to obszar, w którym mają dużą wiedzę. Berthold Burgmeier, kierownik działu technologii: „Sami projektujemy i optymalizujemy nasze systemy, a wydajność, uniwersalność i ekonomiczne zużycie energii są dla nas niezwykle ważne”.

Dlatego na etapie inwestycji liczą się koszty nabycia i eksploatacji. Dotyczy to w szczególności wytwarzania sprężonego powietrza, które jest wymagane, gdy produkcja butelek z tworzyw PET odbywa się na miejscu. Formy wstępne wielkości kciuka są „nadmuchiwane” sprężonym powietrzem pod ciśnieniem do 40 bar przed napełnieniem ich sokiem, napojem itp.


Osoby odpowiedzialne za projektowanie tego systemu i powiązanych urządzeń peryferyjnych w Gropper mogły korzystać z dotychczasowych doświadczeń: w Bissingen używa się już czterech maszyn do formowania rozdmuchowego tworzyw PET oraz linii rozlewniczych. Dlatego Gropper nie miał wątpliwości, że wielostopniowe sprężarki tłokowe będą najbardziej ekonomicznym sposobem generowania ciśnienia na takim poziomie.

Wysoka wydajność dzięki bezwałowemu silnikowi z napędem bezpośrednim

W bezpośrednim porównaniu najlepszym wyborem okazała się maszyna typoszeregu W firmy Belliss & Morcom, należącej do Gardner Denver Group. Dlatego zakupiono bezolejową sprężarkę tłokową typu WH 29 3N z bezwałowym silnikiem 325 kW i maksymalnym przepływem objętościowym 1800 m3/h (przy ciśnieniu 40 bar).

Jedną z cech sprężarek tłokowych typoszeregu W jest specjalna koncepcja napędu, w której nie ma napędu pasowego, przekładni ani sprzęgła. Ten napęd bezpośredni z bezwałowym silnikiem zapewnia wyjątkowy poziom wydajności i długi okres eksploatacji, a ponadto zajmuje bardzo mało miejsca.

Sterowanie obciążeniem połowicznym/pełnym w standardzie

Maszyny tłokowe typoszeregu W oferują obustronne działanie: na każdy obrót przypadają dwa cykle ssania i sprężania. Łatwo jest również nimi sterować, nawet w wersji podstawowej, ponieważ mogą być użytkowane z połowicznym obciążeniem (50% pełnego obciążenia) za pomocą rozładowujących zaworów ssących bez zmniejszania wydajności. Ponieważ są optymalnie zrównoważone i mogą być dostarczane na podstawach antywibracyjnych, nie wymagają specjalnego podłoża. Precyzyjne prowadzenie tłoka i tłoczyska zgodnie z zasadą wodzika przekłada się na wyjątkowo długi okres eksploatacji sprężarki.

Energooszczędny sterowany częstotliwościowo napęd ze sterownikiem PLC

Gropper zdecydował się na jeszcze bardziej wydajną wersję typoszeregu W z napędem sterowanym częstotliwością. Sprężarka tłokowa ma bardzo duży zakres regulacji — od 530 do 1800 m3/h (od 30 do 100%). Pozwala to produkować lżejsze butelki PET lub ich mniejsze ilości z taką samą wydajnością (chociaż w zakładzie napełniane są głównie pojemniki o objętości 0,9 do 1,35 litra, możliwe jest także napełnianie butelek 0,33 litra). Jednocześnie praktycznie nie występują straty podczas biegu jałowego, ponieważ ciśnienie można utrzymywać na stałym poziomie w bardzo wąskim zakresie ciśnienia.

Systemem steruje zaprogramowany przez Gardner Denver sterownik PLC Siemens S7, który steruje sprężarką odpowiednio do potrzeb (z ciśnieniem sieciowym jako zmienną referencyjną). Ponadto w przypadku wytwarzania lżejszych butelek można w razie potrzeby zmniejszyć ciśnienie poniżej 30 bar. Pomaga to również zapewnić ekonomiczne generowanie sprężonego powietrza odpowiednio do potrzeb.

Specjaliści w dziedzinie sprężonego powietrza z firmy Gardner Denver mieli za zadanie zaprojektować sprężarkę i sterownik. Pracowali nad tym wspólnie z Clausem Meyerem, projektantem urządzeń elektrycznych w Gropper. Zaprojektowali również interfejs użytkownika, na którym są wyświetlane stany robocze zakładu, w tym energooszczędny osuszacz ziębniczy ze sprężarką spiralną z asortymentu Gardner Denver.


Formy wstępne wielkości kciuka „nadmuchuje się” pod ciśnieniem do 40 bar.
Maszyna do butelkowania soków NFC w nowym zakładzie grupy Gropper w Stockach

Gotowe do użycia systemy z wysokowydajnym chłodzeniem

Woda chłodząca do sprężarki Belliss & Morcom jest doprowadzana przez układ, który również został zaprojektowany przez Gardner Denver. Redundantny układ dwóch energooszczędnych pomp o mocy napędowej wynoszącej tylko 5,5 kW (z mocą chłodzenia 300 kW) zamontowano na płozach. Energooszczędna chłodnica dachowa zapewnia chłodzenie za pomocą wentylatorów z regulacją prędkości napędzanych przez nowoczesne silniki EC. Regulacja odbywa się na podstawie temperatury wlotowej, dzięki czemu dostosowują swoją moc do temperatury zewnętrznej. Automatyczna regulacja lato/zima dostosowuje temperaturę wlotową do aktualnych warunków klimatycznych.


Odzysk ciepła: optymalna integracja w procesie

Optymalna integracja sprężarki w procesach sterowanych temperaturą jest kluczowa dla wydajności generowania sprężonego powietrza. System w Stockach zapewnia ku temu optymalne warunki, ponieważ cały zakład zaprojektowano i wybudowano od podstaw. Berthold Burgmeier: „Podczas sprężania powietrza powstaje ciepło odpadowe, które wykorzystujemy do innych procesów”. Dlatego wraz z maszyną tłokową firma Gardner Denver dostarczyła wymiennik ciepła. Przepływ objętościowy można regulować przy użyciu zaworu regulacyjnego, tak aby temperatura wylotowa była utrzymywana na jak najwyższym poziomie, tzn. około 50°C.

Kluczowym elementem do odzysku ciepła jest zbiornik wody o pojemności 10 m3, który można wykorzystać jako źródło ciepłej wody lub jako zasobnik energii za pośrednictwem wymiennika ciepła. Układ chłodzenia i odzysk ciepła również są sterowane przez centralny sterownik PLC stacji sprężonego powietrza.

Duża dyspozycyjność

Maszyna Belliss & Morcom jest podłączona do ogólnej sieci zakładowej o ciśnieniu 7 bar w zakładzie w Stockach z wykorzystaniem reduktora ciśnienia, dzięki czemu może również zasilać tę sieć w sytuacji awaryjnej. Sieć z ciśnieniem 40 bar również zaprojektowano w sposób redundantny: wkrótce Gardner Denver zainstaluje drugą sprężarkę tłokową tego samego typu wraz z drugą linią rozlewniczą w zakładzie w Stockach. Będzie ona pełnić funkcję systemu zapasowego, który zapewni doprowadzanie sprężonego powietrza do produkcji butelek PET, a także doprowadzanie odpowiedniej ilości powietrza na potrzeby rozbudowy w przyszłości.


Robert Kupka i Dirk Tenbrink z działu ds. kluczowych klientów Gardner Denver oraz Berthold Burgmeier z
Gropper przed nową sprężarką tłokową Belliss & Morcom WH 29 H3N w Stockach