Ohutlevyrakenne mahdollistaa ruostumattomien terästen tehokkaan
Transcription
Ohutlevyrakenne mahdollistaa ruostumattomien terästen tehokkaan
Ohutlevyrakenne mahdollistaa ruostumattomien terästen tehokkaan hyödyntämisen sähkökoneissa ■ ■ A ino Karjalai n en, M a na ger, M a rk eti ng , Ran da x Oy ■ ■ K imm o Huuri n a i nen, R & D M a na ger, M echa n ica l E n g in e e r in g , Ran da x Oy Randax Oy:n kestomagneettimoottoreissa ja -generaattoreissa voidaan edistyksellisen ohutlevystä valmistetun runkorakenteen ansiosta hyödyntää ruostumattomia teräksiä kustannus- ja materiaalitehokkaasti. Tyypin EN 1.4521 ferriittinen ruostumaton teräs on lämmönjohtokyky-, lämpölaajenemis-, myötölujuus-, muovattavuus- ja hitsattavuusominaisuuksiltaan sopiva sähkökoneiden valmistukseen. Ruostumaton teräs parantaa sähkökoneen käyttöominaisuuksia vaativissa olosuhteissa. Randax Oy kehittää energiatehokasta sähköteknologiaa Randax on oululaislähtöinen vuonna 2006 perustettu yritys, jonka päätuotteita ovat integroidut kestomagneettimoottorit ja -generaattorit. Lisäksi Randax suunnittelee ja toteuttaa laajempia sähkökäyttöjärjestelmiä, jotka sisältävät esimerkiksi moottorien ohjaukseen tarvittavan tehoelektroniikan sovelluksineen sekä sähkökoneen ja asiakaslaitteen välisen mekaanisen integroinnin. Suoraan käyttökohteeseen integroitavissa olevilla kevyillä ja kompakteilla sähkökoneella voidaan toteuttaa optimoituja laitekokonaisuuksia, joissa sähkökäyttö on suunniteltu tarkalleen sovelluskohteen vaatimuksia vastaavaksi. Randaxin teknologiaa on hyödynnetty esimerkiksi ilmankäsittelyssä, prosessipumppauksessa, metallinjalostuksessa, paperiteollisuudessa sekä sähkö- ja hybridiajoneuvoissa. Sähkömoottorin integroiminen suoraan sovelluskohteeseen yksinkertaistaa ja pienentää useissa tapauksissa laitteen kokonaisrakennetta sekä vähentää huollon tarvetta ja tehohäviöiden määrää. Kompakti ja energiatehokas moottori ei vaadi erillisiä tukirakenteita, ja erilaiset välitykset, kuten hihnat, kytkimet ja vaihteistot, jäävät kokonaan pois. Optimoidun laitekokonaisuuden energiatehokkuus kasvaa korkeahyötysuhteisen sähkökoneen, taajuusmuuttajaohjauksen ja välitysten poistumisen ansiosta. Randax®-sähkökoneille ihanteellisia ovat sellaiset käyttökohteet, joissa integroitavuudesta, tehokkuudesta, kompaktista koosta ja tarkasta nopeussäädöstä on hyötyä. Randax®-sähkökoneet voidaan integroida käyttökohteeseen ilman omia laakereita käyttölaitteen laakerointiin tukeutuen, mikä vähentää huollon tarvetta ja kytkentäosien määrää. Tämä lisää laitekokonaisuuden toimintavarmuutta. Energiatehokkuus ja huoltotarpeen väheneminen pienentävät laitteen elinkaarikustannuksia. Kuva 1. Ruostumattomasta teräksestä valmistetaan myös nestejäähdytteisiä Randax®sähkökoneita. Ohutlevyrakenteella saadaan aikaan tehokkaasti jäähdyttävä nestekirto koko sähkökoneen runkoon. 38 • OHUTLEVY 2/2013 www.ohutlevy.com Teknisiä tietoja ja viitearvoja Randax®-sähkökoneiden mahdollisilta toiminta-alueilta Moottorityyppi: Sähkökäyttö: PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) – kestomagnetoitu tahtikone toimii moottorina ja generaattorina VS (Variable Speed) – nopeussäädettävä käyttö Kestomagneettikonetta käytetään aina taajuusmuuttajalla Pyörimisnopeus: Teho: 0-7500 [rpm] 0-500 [kW] Vääntömomentti: Hyötysuhdeluokka: 0-2000 [Nm] IE4 Jännitealue: 230-690 [V] Eristysluokka: F tai H Jäähdytys: Ilmajäähdytys kiinteällä siivellä Ilmajäähdytys erillisellä sähköpuhaltimella Nestejäähdytys Runkomateriaalit: EN 1.4521 Ferriittinen haponkestävä ruostumaton teräs EN 1.4462 Ruostumaton duplex-teräs EN 10130 Muovattavat ohutlevyteräkset EN 10268 Lujat muovattavat ohutlevyteräkset Runkotyyppi: Laippakiinnitys. Sovelluskohtainen kiinnitysrajapinta. Laserhitsattu ohutlevyrakenne mahdollistaa joustavat materiaalivalinnat Randax®-sähkökoneiden kennorunko on toteutettu ohutlevyteknologiaa ja laserhitsausmenetelmää käyttäen. Kennorakenteen ansiosta erilaisia teräslaatuja voidaan hyödyntää kustannustehokkaasti, sillä vähäisellä ja tehokkaalla materiaalinkäytöllä saadaan aikaan kevyt, jäykkä ja luja runkorakenne. Ohutlevyjen muovaus ja leikkaus eivät aiheuta mainittavaa materiaalihukkaa. Randax®-sähkökoneiden runkorakenne on kehitetty laserhitsausteknologian vaatimusten mukaan. Tarkkojen kokoonpanomenetelmien ja laserhitsauksen avulla muotoon leikatuista ja muovatuista ohutlevyosista saadaan mittatarkka runkorakenne ilman tarvetta jälkikoneistukselle. Laserhitsauksessa lämpöä tuodaan vähän ja tarkkaan kohdistetusti, mikä mahdollistaa erilaisten teräslaatujen joustavan käytön. Tunkeuma hallitaan tarkasti ja limisaumat voidaan hitsata tehokkaasti. Laserilla useiden erilaisten saumatyyppien hitsaus on mahdollista ilman lisäainetta. Randax®sähkökoneissa on vain vähän koneistettuja osia, ja ohutlevyä on tuotteen painosta noin 70 %. Teräslajien ominaisuudet ohjaavat materiaalivalintoja Sähkökoneiden runkomateriaalien valintaan vaikuttavat koneen jäähdytystapa ja käyttöympäristön asettamat vaatimukset. Lisäksi käytetyn teräslajin lämmönjohtokyvyn, lämpölaajenemisominaisuuksien, myötölujuuden, muovattavuuden ja hitsattavuuden tulee soveltua sähkökoneen runkorakenteeseen. Erityisesti vaativiin käyttöympäristöihin tarkoitetuissa ilmajäähdytteisissä Randax®-sähkökoneissa käytetään tyy- www.ohutlevy.com Kuva 2. Ohutlevystä valmistettu kennorakenne tekee sähkökoneen rungosta keveän ja lujan tehokkaalla materiaalinkäytöllä. OHUTLEVY 2/2013 • 39 pin EN 1.4521 ferriittistä ruostumatonta terästä. Se sopii myös nestejäähdytteisten koneiden runkomateriaaliksi silloin, kun jäähdytysnestepiiri on suljettu. Hyvin korroosiota kestävä EN 1.4521 soveltuu sähkökoneiden valmistukseen mekaanisten ominaisuuksiensa ansiosta ja sen korroosionsietokyky on yleisimmin käytetyistä ferriittisistä ruostumattomista teräksistä paras. EN 1.4521:n korkea 18 % kromipitoisuus ja 2 % molybdeeniseosteisuus tekevät siitä hyvän vaihtoehdon austeniittisille, ns. haponkestäville teräksille, sillä ferriittinen EN 1.4251 johtaa lämpöä huomattavasti austeniittisia teräslaatuja paremmin. Sen lämpölaajenemisominaisuudet ovat lähes samat matalaseosteisten hiiliterästen kanssa, eli se lämpölaajenee huomattavasti austeniittisia teräslaatuja vähemmän. EN 1.4521:n hyvän lämmönjohtavuuden ansiosta sähkökone jäähtyy tehokkaasti, ja maltillinen lämpölaajeneminen mahdollistaa mittatarkan runkorakenteen hitsaamisen ilman jälkikoneistusta. Vetelyt ja mittamuutokset ovat paljon pienempiä kuin austeniittisilla tai duplex-teräksillä. Titaani- ja niobistabiloinnin ansiosta EN 1.4521:n mikrorakenne säilyy ferriittisenä myös korkeissa lämpötiloissa, eikä haurasta martensiittista mikrorakennetta synny esimerkiksi hitsatessa. Tämän johdosta EN 1.4521:n hitsattavuus on huomattavasti parempi kuin aikaisempien sukupol- Pintakäsittelyn kokonaisvaltainen konsepti Meiltä saat: Ruostumaton teräs parantaa sähkökoneen käyttöominaisuuksia Ruostumaton teräs parantaa Randax®-sähkökoneen käyttöominaisuuksia ankarissa korroosio-olosuhteissa. Tällaisissa ympäristöissä käsitellään kemikaalipitoisia kaasuja tai nesteitä, lämpötilat ovat korkeita tai lämpötilanvaihtelut suuria, kosteuspitoisuus on korkea, sääolosuhteet ovat ankarat tai hygieniavaatimukset tiukat. Vaativia käyttöympäristöjä on erityisesti metallinjalostus- ja kemianteollisuudessa, puunjalostusteollisuudessa, elintarvike- ja lääketeollisuudessa, jätteidenkäsittelylaitoksissa, meriteollisuudessa ja erilaisissa avomerellä tai rannikolla sijaitsevissa kohteissa. Randax®-sähkökoneissa käytettävien ruostumattomien teräsohutlevyjen pinta on korkealaatuinen ja sen viimeistelytaso voidaan valita useista vaihtoehdoista kunkin sovelluksen vaatimuksia vastaavaksi. Randax® -sähkökoneet räätälöidään sovelluskohtaisesti. Tuotekehitysyhteistyötä • Jauhemaalit • Lämmönkestävät teipit • Maalaussuojat • Ripustuskoukut ja -telineet • Erikoisratkaisut • Automatisointi • Koulutus DuPontTM Alesta® and the DuPont Oval is a Trademark of DuPont used under licence. Pakkalantie 27 A, 01510 VANTAA | puh. 020 779 8790 | www.coatingtech.fi 40 • OHUTLEVY 2/2013 vien ferriittisten terästen. Hitsattavuutta rajoittaa ainoastaan raekoon kasvu lämpövyöhykkeellä, minkä vuoksi lämmöntuonti hitsauksessa on pidettävä pienenä parhaan lopputuloksen saavuttamiseksi. Randax®-sähkökoneiden runkorakenteet hitsataan laserilla, jossa lämmöntuonti on tarkan fokusoinnin ansiosta hitsausmenetelmistä vähäisintä. EN 1.4521-terästä voidaan muovata kaikilla yleisillä menetelmillä. Randax®-sähkökoneissa on useita muovattuja ohutlevyosia, kuten jäähdytyselementti, jäähdytysilman ohjain ja liitäntäkotelon osat, mikä tekee materiaalin muovattavuudesta tärkeää. Muovauksessa tarvittavat voimat ovat samaa tasoa matalaseosteisten hiiliterästen kanssa. Myös koneistusominaisuuksiltaan EN 1.4521 on verrattavissa matalaseosteisiin hiiliteräksiin. Ferriittisen mikrorakenteensa ansiosta EN 1.4521 ei ole herkkä jännityskorroosiolle vetojännityksen alaisissa rakenteissa klooripitoisissa ympäristöissä, kuten monet austeniittiset teräslajit. Koska tavanomaisimpiin ferriittisiin ruostumattomiin teräksiin ei seosteta lainkaan arvokasta nikkeliä, ne ovat austeniittisia lajeja edullisempia, eivätkä ne ole alttiita nikkelin hinnan vaihteluille. Ruostumattoman teräksen käyttö tämänkaltaisissa sovelluksissa ei ole itsestäänselvyys. Materiaalivaihtoehtoja on suuri määrä, ja jo pelkästään SFS-EN 10088-1 -standardissa on määritelty noin 160 erilaista ruostumatonta terästä. Randax Oy:n apuna materiaalivalinnoissa ja ensimmäisissä testauksissa oli mukana Kemi-Tornion ammattikorkeakoulun materiaalien käytettävyyden tutkimusryhmä, jonka yhteydessä toimivassa JaloteräsStudiossa tehtiin osittain myös ensimmäiset rungon osien prototyypit. Outokummun Tornion tehtaiden tutkimuskeskus (TRC) on myös antanut oman panoksensa yhteistyöhön toimittamalla koemateriaaleja sekä teräkseen ja sen käyttöön liittyvää tietoa. Lisätietoa: Timo Schäfer, Managing Director +358 44 734 6310 [email protected] www.randax.fi www.ohutlevy.com