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Kreiselpumpen: Der Betriebspunkt entscheidet über die Leistung

Kreiselpumpen
Der Betriebspunkt entscheidet über die Leistung

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In der Praxis arbeiten die meisten Pumpen weit außerhalb ihres Optimums. Mit Hilfsmitteln versetzt KSB die Betreiber in die Lage, ihre Anlage so effizient wie möglich zu gestalten.

Moderne Kreiselpumpen haben heute einen Effizienzstandard erreicht, der sich kaum noch steigern lässt. Dass bei ihrem Einsatz oft mehr Energie verbraucht wird als notwendig wäre, ist der Tatsache geschuldet, dass man einer Pumpe, die läuft, kaum Aufmerksamkeit widmet. Jede Pumpe kann nur so sparsam arbeiten, wie es das sie umgebende System bestehend aus Armaturen, Rohrleitungen und Filter oder Wärmetauscher zulässt.
Läuft eine Pumpe nur in Teil- oder sogar in Überlast, wird nicht nur Energie verschwendet: Dies mindert auch die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der Verschleißkomponenten wie der Gleitringdichtungen und der Wälzlager. Die einzige Möglichkeit herauszufinden, wie gut oder schlecht eine Anlage arbeitet, besteht in der Ermittlung des Betriebspunkts, also des Schnittpunkts von Pumpen- und Anlagenkennlinie.
Starke Geräusche und Vibrationen können ein akustisches Indiz für Ineffizienz sein. In der Praxis behelfen sich Anwender mit der konventionellen Instrumentierung wie beispielsweise einem an der Druckseite der Pumpe angebrachten Manometer. So kann man grob bei bekannten Zulaufbedingungen die Förderhöhe der Pumpe bestimmen. Doch hier ist Vorsicht geboten, denn mit der für Wasser gebräuchlichen Faustformel p (in bar) x 10 = H (in Meter) wird der je nach Art und Geometrie von Pumpe und Rohrleitung beträchtliche dynamische Anteil der Förderhöhe nicht berücksichtigt.
Auch erschweren abschnittsweise flache Förderstrom-Förderhöhen-Kennlinien, wie sie zum Beispiel bei Wassernormpumpen vorkommen, oft eine exakte Bestimmung des Betriebspunktes. Im nächsten Schritt ermittelt der Praktiker die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors. Mit den gemessenen Werten und einer vom Hersteller zur Verfügung gestellten Kennlinie lässt sich der Betriebspunkt mit relativ guter Genauigkeit bestimmen. Man kann sich vorstellen, welchen Aufwand man betreiben muss, wenn in einer Anlage viele Pumpen im Einsatz sind. Der Pumpenhersteller KSB bietet dem Anwender für dieses Problem drei verschiedene Lösungen an.
Schneller Blick auf die Pumpeneffizienz per Smartphone-App
Eine erste sozusagen „ambulante“ Möglichkeit, seine Pumpen auf die Schnelle auf Effizienz zu prüfen, bietet die Smartphone-App „KSB Sonolyzer“. Mit dieser ist es möglich, den Auslastungszustand jeder Kreiselpumpe, die von einem ungeregelten Asynchronmotor angetrieben wird, zu ermitteln. Dazu muss man folgende Daten der Pumpe eingeben:
  • Motornennleistung
  • Motornenndrehzahl
  • Förderhöhe
  • Fördermenge
Diese Informationen kann man dem Typenschild an jeder Pumpe entnehmen. Nach Starten der Messung nimmt man etwa 20 s mit dem im Smartphone oder Tablet eingebauten Mikrofon die emittierenden Geräusche am Lüfter des Elektromotors auf. Aus dem Geräuschspektrum filtert die Anwendung die genaue Drehzahl des Aggregats heraus und ermittelt das Drehmoment.
Mittels der vom Anwender eingegebenen Leistungsdaten und der vom Hersteller entwickelten Hydraulik-Datenbank lässt sich so feststellen, ob die Pumpe im Teillast-Betrieb arbeitet. Die App zeigt dem Anwender auf, ob er durch Optimierung der Hydraulik oder der Antriebstechnik Energie einsparen kann. Sie ist für die beiden Betriebssysteme iOS und Android verfügbar. Durch die Verwendung eines explosionsgeschützten Smartphones oder Tablet PCs steht auch einer Verwendung im Ex-Schutzbereich nichts entgegen.
Im Pumpmeter sind Kennlinie sowie Motor- und Applikationsparameter hinterlegt
Die zweite Möglichkeit, die Effektivität einer Pumpe zu messen, ist der seit seiner Einführung im Jahr 2010 schon über 40 000-mal installierte Pumpmeter. Dieser ist bereits ab Werk Bestandteil der Pumpe. In ihm sind Kennlinie sowie die Motor- und Applikationsparameter hinterlegt. Das Gerät bestimmt den Betriebspunkt der Pumpe aus einer einzigen physikalischen Größe – dem Druck, und zwar gemessen am Eintritt und am Austritt der Kreiselpumpe.
Die Messung weiterer Größen und weitere Instrumentierung ist nicht erforderlich. Dies ermöglicht eine einfache Handhabung und erfordert einen minimalen Installationsaufwand bei optimalen Ergebnissen. Nebenbei gestattet der Funktionsumfang des Pumpmeter dem Anlagenbauer auf herkömmliche Instrumentierung in Form von Druckaufnehmern oder Manometern zu verzichten. Das stellt sogar ein gewisses Einsparpotenzial dar.
Der Anwender kann mittels der einfachen Anzeige des Pumpmeters mit international verständlicher Symbolik und einer typischen Kennliniendarstellung den Betriebspunkt der Pumpe bei der Inbetriebnahme sofort beurteilen. Der durch Pumpmeter fortlaufend bestimmte Betriebspunkt wird anhand der gespeicherten Kennlinie entsprechend des Lastbereichs eingeordnet und das Entfallen der Betriebsstunden auf die verschiedenen Bereiche registriert. Das Lastprofil kann mit einer PC-Software jederzeit ausgelesen werden. Es wird über einen Zeitraum von bis zu zehn Jahren gespeichert. Auf der Basis dieses aufgezeichneten Lastprofils kann der Betreiber individuell für die jeweilige Pumpe Optimierungsmaßnahmen, wie die Nachrüstung einer Drehzahlanlage, vornehmen. Deren Wirksamkeit ist dann auch direkt quantifizierbar.
Service-Techniker kümmern sich um große, leistungsstarke, kundenspezifische Pumpen
Für besonders große, leistungsstarke, kundenspezifische Pumpen bietet die Service-Sparte von KSB noch eine dritte Möglichkeit die Wirtschaftlichkeit, eines Aggregates zu überprüfen: den sogenannten SES System Effizienz Service. Dieser ist in mehrere Einzelschritte gegliedert: Bei der ersten Begehung einer Anlage verschaffen sich die Spezialisten von KSB Service zunächst einen Überblick über die Anlage und legen in Absprache mit dem Betreiber fest, welche Maschinen man messtechnisch erfassen soll.
Während der folgenden Messphase zeichnen von KSB entwickelte Datenlogger alle relevanten Parameter auf. Die Geräte erfassen in dieser Zeit eine Vielzahl von Kenngrößen, mit deren Hilfe sich ein präzises Bild von der Anlage und ihrer Fahrweise gewinnen lässt. Neben saug- und druckseitigem Druck, Temperaturen und Durchflussmengen erfassen sie außerdem elektrische Messwerte wie Spannungen, Ströme, Leistungen und Drehzahl. Um den Verschleißzustand von Pumpen beurteilen zu können und Schäden vorzubeugen, misst man auch die an den Lagerträgern auftretenden Schwingungen. So können die Fachleute Fehlausrichtungen, Verspannungen und Unwuchtprobleme sowie Schwingungen ermitteln, die andere Komponenten der Anlage auf die Pumpen übertragen.
Die Daten werden in der Regel über eien Zeitraum von ein bis drei Wochen aufgezeichnet. Falls dies nicht ausreicht, um ein repräsentatives Bild zu gewinnen, können die Daten durch längerfristige Messwerte – wie zum Beispiel ein Ganzjahresdiagramm des Förderstroms – ergänzt werden. Dies kann etwa in Anlagen vorkommen, bei denen der Kühlwasserbedarf starken saisonalen Schwankungen unterworfen ist.
Die gesammelten Daten dienen als Basis für die Ausarbeitung konkreter Optimierungsvorschläge, mit deren Hilfe sich der Energieverbrauch senken, die Verfügbarkeit von Pumpen und Anlagen steigern und Schäden pro aktiv vermeiden lässt. Kunden bekommen klare Handlungsempfehlungen zusammen mit allen Messwerten in einer übersichtlichen Präsentation zur Verfügung gestellt. Diese geben transparent Auskunft darüber, welche Umbauten zu welchen Einsparungen führen würden, wie sich Fehler und Schäden am besten beseitigen oder in Zukunft verhindern lassen und welche Kosten, Verbrauchsreduzierungen sowie Amortisationszeiten bei der Umsetzung der einzelnen Maßnahmen zu erwarten sind.
Nach der Umsetzung der technischen Veränderungen bietet KSB seinen Kunden eine kostenlose Zweitmessung an, die nach Abschluss aller Arbeiten die Wirksamkeit der empfohlenen Optimierungsmaßnahmen dokumentiert. Seit der Einführung des SES 2006 wurde mehr als 450 Systemanalysen in den Bereichen Energie, Industrie und Wasser erfolgreich bearbeitet.
Christoph P. Pauly, Pressereferent, KSB, Frankenthal

So funktionieren Kreiselpumpen
Das Wirkungsprinzip war schon immer gleich: Im Inneren einer Kreiselpumpe befindet sich ein Laufrad, das über eine Antriebsachse in Bewegung versetzt wird. Dadurch wird die Flüssigkeit beschleunigt und durch die Zentrifugalkraft an den äußeren Rand des Pumpenlaufrades geschleudert. So wird zum einen das Fluid durch die Austrittsöffnung der Pumpe befördert und zum anderen ein Unterdruck an der Eintrittsöffnung erzeugt, der das Medium immer weiter in die Kreiselpumpe zieht. Durch den fortlaufenden Betrieb mit hoher Leistung können so selbst größte Fördermengen effizient und konstant gefördert werden, weshalb Kreiselpumpen insbesondere in industriellen oder kontinuierlich ablaufenden Vorgängen zum Einsatz kommen.


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