Skruvkompressorer med fast varvtal eller VSD?

Appendix 1

För att bibehålla energieffektiviteten i applikationen är det viktigt att välja en kompressor eller kombination av kompressorer som, inklusive redundans och framtida expansioner, uppfyller kraven och även är lämplig för konsumtionsmönstret. Valet mellan en kompressor med fast varvtal och en varvtalsstyrd modell styrs i huvudsak av konsumtionsmönstret. I det följande går vi kort igenom vad som gäller för installationer med skruvkompressorer.

Kompressorer med fast varvtal

Kompressorer med fast varvtal ska gå mycket pålastade för att vara energieffektiva

En kompressor med fast varvtal går antingen pålastad (motorn går och kompressorn producerar tryckluft) eller avlastad (motorn går men ingen luft produceras, dvs. maskinen går på tomgång). Det finns inga mellanlägen och oavsett konsumtionsmönster så producerar kompressorn 100% luft eller ingen luft alls. Hur maskinen jobbar bestäms i regel av ett förinställt tryckband där skillnaden mellan det minimala trycket (lasta på) och det maximala trycket (lasta av) är runt 0,5 bar. Den avlastade tiden (tomgångstiden) kan begränsas av en stoppfördröjningstimer. När tiden löper ut stannar kompressorn, ställer sig stand-by och startar inte förrän trycket sjunkit till det inställda minimivärdet. Tryckbandet och tomgångstidens längd beror på hur många starter och stopp som elmotorn klarar av utan att bli för varm, samt av den totala driftekonomin. En avlastad skruvkompressor med fast varvtal drar cirka 20-25 % av sin nominella effekt och det är mycket viktigt att tomgångstiden blir så kort som möjligt. Samtidigt får inte antalet starter och stopp bli så många att maskinen tar skada. Stora skruvkompressorer med fast varvtal klarar i regel 5-6 starter och stopp på en timme, mindre varianter något fler, det är främst elmotorn som utgör begränsningen. Skruvkompressorer med fast varvtal är ideala i applikationer där luftbehovet är mer eller mindre konstant och andelen pålastade timmar motsvarar 80-100 % av maskinens kapacitet. Då finns det inte mycket pengar att spara med en varvtalsstyrd maskin. Stora maskiner med fast varvtal är mycket vanliga i fabriker och industrier där flödesbehovet är tämligen konstant och andelen tomgångstid är låg, exempelvis inom processindustrin och pappersindustrin. Där går maskinerna ofta dygnet runt och antalet starter och stopp är mycket få. Skruvkompressorer med fast varvtal kommer också till sin rätt i väldimensionerade flerkompressorinstallationer. Maskinen går då 100% pålastad alternativt står stand-by beroende på hur mycket hjälp den varvtalsstyrda maskinen behöver för att täcka luftbehovet. Genom en smart algoritm i kompressorns kontrollsystem (PLC) kan även stoppfördröjningen minimeras om antalet starter och stopp under den senaste tidsperioden varit få.

Kompressorer med varvtalsstyrning

GA 90 VSD+ Oil-injected screw compressor with variable speed drive

Kompressorer med varvtalsstyrning (VSD) är ideala då flödesbehovet varierar

En varvtalsstyrd kompressor anpassar sitt varvtal efter luftbehovet med hjälp av en frekvensomriktare. Om luftbehovet är lågt går varvtalet ned och om luftbehovet är stort går varvtalet upp. Många av de moderna skruvkompressorerna har stora regleromården, de bästa mellan 15-100 %, vilket gör att de oftast kan köras med optimalt varvtal. När luftbehovet avtar helt stannar de flesta maskiner mycket snabbt eller direkt, vilket minskar tomgångsförlusterna väsentligt. I motsats till skruvkompressorer med fast varvtal tar inte VSD-maskiner skada av upprepade starter och stopp. Detta är något som man drar nytta av i energieffektiva anläggningar där flödesbehovet varierar. Skruvkompressorer med varvtalsstyrning är lämpliga i applikationer där luftbehovet varierar över tiden och där flödesbehovet ligger inom kompressorns reglerområde (den så kallade VSD-zonen). I sådana applikationer ger varvtalsstyrningen upphov till stora energibesparingar, eftersom energiförluster kopplade till avlastad drift försvinner. En kompressor med variabelt varvtal ska hela tiden jobba inom sitt reglerområde, jobbar den utanför det området kan en större eller mindre modell vara att föredra. En varvtalsstyrd kompressor från Atlas Copco känner du lätt igen eftersom den alltid har beteckningen VSD direkt efter modellnamnet på bilden är en GA90VSDFF. Den ser nästan exakt likadan ut som en GA 90+ med fast vartal (se bilden i stycket ovan).

Kompressorer med fast varvtal i kombination med VSD-maskiner

En kompressorinstallation kan bestå av en enda kompressor som täcker hela behovet av tryckluft, men det är sällan den mest optimala lösningen. Ofta går det att uppnå mer energieffektiva och driftsäkra system genom att kombinera olika maskiner. I system där behovet av tryckluft är stort och varierande kan det vara en fördel att kombinera en skruvkompressor med fast varvtal och en skruvkompressor med varvtalsstyrning (VSD). I en sådan lösning skiljer man på baslasten (grundförbrukningen) och konsumtionstoppar (flödebehovet utöver baslasten).

För att regleringen ska bli så optimal som möjligt (det vill säga tomgångsförlusterna minimeras) samtidigt som flöde och tryck är stabila så måste vissa givna förutsättningar vara uppfyllda:

VSD-maskinen måste starta först i sekvensen och vara den sista att stanna

VSD-maskinen står för luftförsörjningen upp till en nivå som ligger i linje med baslasten. När förbrukningen överstiger den varvtalstyrda maskinens kapacitet startar maskinen med fast varvtal och lägger sig 100% på-lastad, det vill säga nyttjas till sin maximala kapacitet utan förluster. VSD-maskinen ligger kvar och reglerar för variationer i flödet. När flödesbehovet sjunker igen tar VSD-maskinen över hela lasten och maskinen med fast varvtal ställer sig snabbt i stand-by. Detta ger en mycket energieffektiv drift eftersom båda maskinerna utnyttjas i det närmaste optimalt med väldigt låga tomgångsförluster. 

VSD-maskinen måste vara större än maskinen med fast varvtal

En VSD-maskin som är större än maskinen med fast varvtal kan alltid reglera med ökat eller minskat varvtal när den andra maskinen startar och stoppar, detta efter hur förbrukningen varierar. Är storleksförhållandet det omvända kan en icke fördelaktig jojo-effekt uppkomma i systemet. Bakgrunden är att en VSD-maskin inte kan reglera varvtalet ned till 0% och i drift kommer den alltid att ge en viss luftvolym, exempelvis 15 – 20% av sin maximala kapacitet. Om maskinerna inte är anpassade till varandras kapacitet kan så kallade reglerhål uppstå där den varvtalsstyrda kompressorn reglerar mellan min och maxvarvtal samtidigt som maskinen med fast varvtal lastar av och på i ett upprepat mönster, så länge förbrukningen ligger inom reglerhålet. Följden blir varierande tryck och tomgångsförluster samtidigt som det sliter på maskinerna i onödan. Exempelvis skulle en varvtalsstyrd 75kW kompressor kunna reglera flödet optimalt tillsammans med en 45-55 kW kompressor med fast varvtal, men inte tvärtom.

Genom en väldimensionerad flerkompressorinstallation där en kombination av kompressorer framgångsrikt sköter luftförsörjningen finns det mycket pengar att spara.

Lär dig mer om planering och dimensionering av trycklyftsystem

Att planera och dimenisonera en tryckluftsanläggning kräver kunskap inte bara om kompressporer och blåsmaskiner utan också om annan tryckluftsutrustning. Klicka på länkarna nedan och lär dig mer om hur du designar ett driftsäkert och energieffektivt trycklyftssystem som uppfyller kundens specifika krav vad gäller produktivitet, kostnadseffektivitet och miljö.

Varvtalsstyrning (VSD) Kompressorer Fast varvtal