Dieses Optimierungsbeispiel umfasst die Redimensionierung einer Pumpe und ihres Motors (in diesem Fall bereits im Antrieb) sowie die Umstellung der Steuerung von einer Strategie mit konstantem Druck auf eine proportionale Steuerung.
Ausgangssituation: Die Pumpe wird von einem 90-kW-Motor angetrieben, der mit einem Antrieb mit variabler Drehzahl ausgestattet ist. Sie versorgt ein Kaltwassernetz von Verbrauchern mit konstante Druckregelung.
Messung von Durchflussmengen, Drücken und
elektrische Verbräuche
Messung der Messwerte
Klassifizierte Ströme
Der Durchfluss schwankt zwischen 85 und 330 m3/h. Wir haben die Durchflüsse in 6 Klassen eingeteilt.
Man sieht:
Mit einer maximalen Durchflussmenge von 330 m3/h und einer überwiegenden
Durchflussklasse zwischen 85 und 220 m3/h liegen die Durchflussmengen deutlich unter dem Auslegungswert von 430 m3/h.
Die Durchflussmengen sind viel niedriger als der Auslegungswert von 430 m3/h.
-> schlechte Auslegung der Durchflussmenge
Übertragung der Betriebspunkte auf die aktuelle Pumpenkennlinie
Das kann man sehen: |
die Pumpe ist in Bezug auf den Druck sehr schlecht
dimensioniert
(bei einer Einstellung von 3 bar würde der Durchfluss Q bei 50 Hz > 600 m3/h betragen,
weit vom Nennbetriebspunkt der Pumpe entfernt) |
die Pumpe ist in Bezug auf den Durchfluss schlecht dimensioniert (die häufigste Arbeitspuncht
liegt bei 1/3 des Qnom und das Qmax wird bei 2/3 des Qnom gemessen) |
der alte Asynchronmotor hat wahrscheinlich eine geringere
Effizienz (Arbeiten bei niedriger Geschwindigkeit) |
Der Wirkungsgrad der Pumpe ist trotz des CF bescheiden (die grün markierten 50-Hz-Fct-Punkte im gelben Bereich sind weit vom Optimum entfernt). |
Optimierungen
Die Pumpe wird redimensionert mit angepasster Druck und Fördermenge (3 bar,
320m3/h) und IE4-Synchronmotor |
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Wir wählten eine Pumpe mit einem maximalen Wirkungsgrad in der Nähe des häufigsten Durchflussbereichs (125 bis
215 m3/h) |
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Die Bedingungen erlauben eine
proportional |
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Neue Merkmale der Pumpe |
Ergebnisse
Für jeden Durchflussbereich werden der Druck davor und danach und der
Wirkungsgrad der verschiedenen Komponenten davor und danach berücksichtigt. In den folgenden Berechnungen ist der Wirkungsgrad der Wandler
in den Wirkungsgrad des Motors einbezogen.
In Situationen mit variablen Durchflussmengen (variable Geschwindigkeit), müssen die Kennzahlen berückischtig werden. In diesem Zusammenhang sollte das Merkblatt Nr. 8 für den Wirkungsgrad einer mit reduzierter Drehzahl laufenden Pumpe berücksichtigt werden.
Bei Asynchronmotoren sinkt der Wirkungsgrad
relativ schnell mit der Frequenz. Unterhalb von 40 Hz muss der tatsächliche Wirkungsgrad
bei dieser Drehzahlen verfügbar sein der vom Wirkungsgrad bei 50 Hz abweicht.
Wir haben hier für jede der 6 Klassen von Q (90, 135, 177, 217, 271, 323 m3/h) folgendes Berechnet:
Δp vor der Optimierung (30 mCE konstant) und nach
(proportional gemäß der orangefarbenen Einstellkurve auf der Kennlinie der
neue Pumpe)
Phydr = Δp * Q
ηPumpe vorher, Pumpenwirkungsgrad vor der
Optimierung (grüne Punkte auf der aktuellen Pumpenkennlinie)
ηPumpe nachher, Pumpenwirkungsgrad nach
der Optimierung (große orangefarbene Punkte auf der Effizienzkurve des
neue Pumpenkennlinie)
ηmotor, Wirkungsgrad der Motoren vorher und nachher
entsprechend der Charakteristik des Motors mit variabler Drehzahl, einschließlich des CF-Wirkungsgrads
Pel vorher und nachher (nicht erklärt in der
Tabelle unten),Pel =Phydr / ηtot = Δp *
Q / ηPumpe *ηMotor
Energie- oder Jahresverbrauch vorher und nachher: E = Nh *Pel
Das kann man sehen:
Die proportionale Einstellung erlaubt einen Druckabfall,
mit Ausnahme des Betriebs bei maximalem Durchfluss.
Die hydraulische Leistung wird entsprechend reduziert.
Die neue Pumpe hat einen viel höheren Wirkungsgrad bei den häufigsten Durchflüsse.
Der neue Motor hat einen hervorragenden Wirkungsgrad.
Der Unterschied zum alten Motor vergrößert sich, wenn die Drehzahl reduziert wird.
Die schlechte Dimensionierung der aktuelle Pumpe führt zu niedrige Drehzahlen, die den Wirkungsgrad des Motors und Konverter verringern
Die Verbrauchsreduzierung beträgt etwa 50 % bei reduzierter Geschwindigkeit.
Insgesamt liegen die Einsparungen bei über 40 %.