01303 Erfolgreiches Energiemanagement an Kreiselpumpen
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Pumpen können einen im Vergleich zu anderen Verbrauchergruppen relativ großen Beitrag zur Gesamteffizienz in Industrie und Gewerbe leisten. Der Pumpenhersteller KSB aus Frankenthal hat ein kompaktes Energieeffizienzkonzept erarbeitet und in der Praxis erprobt, das die Ursachen des hohen Energieverbrauchs an ihren Wurzeln packt. Es werden nicht einzelne Komponenten wie z. B. der Motor herausgegriffen und losgelöst vom Kontext der Anlage, sondern das gesamte hydro-mechatronische System optimiert. Der Ansatz reicht von der Analyse der Aufgabenstellung der Pumpe über die richtige Auslegung, die Anpassung des Laufraddurchmessers bis zur automatischen, bedarfsabhängigen Drehzahlregelung und zum Einsatz von hocheffizienten Motoren. von: |
1 Motivation oder: Was treibt uns an?
Kongruente Ziele
Ein wachsender Wettbewerbs- und Kostendruck erzwingt in vielen Unternehmen die Einführung eines wirksamen Energiemanagements. Die Motivation der Industrie und Gewerbetreibenden liegt in diesem Zusammenhang weniger darin, einen Beitrag zum Gelingen der Energiewende zu leisten, als vielmehr in der direkten Notwendigkeit, Kosten zu sparen. Erfreulich ist, dass beide Zielsetzungen kongruent sind und oftmals beiläufig das Image des Unternehmens durch ein nachweislich nachhaltiges Handeln aufgewertet werden kann.
Ein wachsender Wettbewerbs- und Kostendruck erzwingt in vielen Unternehmen die Einführung eines wirksamen Energiemanagements. Die Motivation der Industrie und Gewerbetreibenden liegt in diesem Zusammenhang weniger darin, einen Beitrag zum Gelingen der Energiewende zu leisten, als vielmehr in der direkten Notwendigkeit, Kosten zu sparen. Erfreulich ist, dass beide Zielsetzungen kongruent sind und oftmals beiläufig das Image des Unternehmens durch ein nachweislich nachhaltiges Handeln aufgewertet werden kann.
Zukunftssicherheit
Die Beschäftigung mit Energiemanagement (EnM) wird ihre Bedeutung in absehbarer Zeit nicht mehr verlieren. Selbst wenn die Energie – gewonnen aus Sonne und Wind – zukünftig nicht einmal mehr teurer würde, da diese Ressourcen unbegrenzt und kostenfrei zur Verfügung stehen, so hätte derjenige, der wenig Energie verbraucht, immer noch einen Vorteil, weil seine Generatoren kleiner sind, seine Kabel dünner und der Platzbedarf für die Anlagen geringer. Der immer intensiver werdende Wettbewerb und die erhöhte Transparenz in allen Bereichen werden stets denjenigen belohnen, dessen EnM besser arbeitet als das des anderen.
Die Beschäftigung mit Energiemanagement (EnM) wird ihre Bedeutung in absehbarer Zeit nicht mehr verlieren. Selbst wenn die Energie – gewonnen aus Sonne und Wind – zukünftig nicht einmal mehr teurer würde, da diese Ressourcen unbegrenzt und kostenfrei zur Verfügung stehen, so hätte derjenige, der wenig Energie verbraucht, immer noch einen Vorteil, weil seine Generatoren kleiner sind, seine Kabel dünner und der Platzbedarf für die Anlagen geringer. Der immer intensiver werdende Wettbewerb und die erhöhte Transparenz in allen Bereichen werden stets denjenigen belohnen, dessen EnM besser arbeitet als das des anderen.
Es wird aber höchstwahrscheinlich so sein, dass Energie teurer wird. Fangen Sie also auf jeden Fall an, darüber nachzudenken, wie Sie Energie einsparen können. Der vorliegende Beitrag widmet sich zwar in erster Linie der Optimierung von Bestandsanlagen, Erfahrungen bei der Modernisierung von Altanlagen können aber vielfach auch bei der Neuplanung einfließen.
2 Grundlagen: Funktionsprinzip und Betriebsverhalten der Kreiselpumpe
Wenn Ihnen die grundsätzliche Funktionsweise von Kreiselpumpen bereits bekannt ist, überspringen Sie diesen Abschnitt einfach und lesen Sie unter Punkt 3 weiter.
Im Folgenden lesen Sie in einfachen Worten das Mindeste, was Sie wissen sollten, um in das Energiemanagement von Kreiselpumpen einzusteigen. Ihr Wissen wird sich im Laufe der Zeit von selbst vermehren. Keinesfalls ist also dieser Grundlagenteil als vollständig anzusehen. Vieles ist stark vereinfacht dargestellt.
Wirkprinzip
Kreiselpumpen bestehen zumeist aus einem sogenannten Spiralgehäuse, in dem ein rotierendes Laufrad eine axial eintretende Flüssigkeit, das Fördermedium, durch die Fliehkraft radial beschleunigt. Die Flüssigkeit wird im spiralförmigen Gehäuse, das sich entlang des Laufradumfangs aufweitet, zum Druckstutzen geleitet. Durch den so entstehenden Druckunterschied zwischen saug- und druckseitigem Rohranschlussstutzen wird die Flüssigkeit im gesamten angeschlossenen Rohrsystem in Bewegung versetzt. Das ist das Ziel der Pumpenanwendung. Das Volumen pro Zeiteinheit nennt man dabei Förderstrom (Formelzeichen: Q, Einheit: m³/s oder m³/h). Als Maß für die verrichtete Arbeit der Kreiselpumpe wird die Förderhöhe (kurz H) angegeben. Sie wird in der Einheit Meter gemessen, weil man sie bezogen auf die Gewichtskraft des Fördermediums angibt. Dies hat den Vorteil, dass ihr Zahlenwert unabhängig von der Dichte des Mediums ist. Die Förderhöhe entspricht daher nicht immer – wie oft vereinfacht angenommen – dem manometrischen Druckunterschied zwischen Saug- und Druckstutzen, sondern beinhaltet auch den dynamischen Energieinhalt, also den Geschwindigkeitsunterschied.
Kreiselpumpen bestehen zumeist aus einem sogenannten Spiralgehäuse, in dem ein rotierendes Laufrad eine axial eintretende Flüssigkeit, das Fördermedium, durch die Fliehkraft radial beschleunigt. Die Flüssigkeit wird im spiralförmigen Gehäuse, das sich entlang des Laufradumfangs aufweitet, zum Druckstutzen geleitet. Durch den so entstehenden Druckunterschied zwischen saug- und druckseitigem Rohranschlussstutzen wird die Flüssigkeit im gesamten angeschlossenen Rohrsystem in Bewegung versetzt. Das ist das Ziel der Pumpenanwendung. Das Volumen pro Zeiteinheit nennt man dabei Förderstrom (Formelzeichen: Q, Einheit: m³/s oder m³/h). Als Maß für die verrichtete Arbeit der Kreiselpumpe wird die Förderhöhe (kurz H) angegeben. Sie wird in der Einheit Meter gemessen, weil man sie bezogen auf die Gewichtskraft des Fördermediums angibt. Dies hat den Vorteil, dass ihr Zahlenwert unabhängig von der Dichte des Mediums ist. Die Förderhöhe entspricht daher nicht immer – wie oft vereinfacht angenommen – dem manometrischen Druckunterschied zwischen Saug- und Druckstutzen, sondern beinhaltet auch den dynamischen Energieinhalt, also den Geschwindigkeitsunterschied.
Laufradformen
Das Gehäuse und die Form der Laufräder können stark unterschiedlich ausgeführt sein. Der zu erzeugende Druck, der freie Durchgang für mitgeförderte Feststoffanteile und viele andere Faktoren können eine Rolle spielen. Abbildung 2 zeigt einige Laufradformen als Beispiele.
Das Gehäuse und die Form der Laufräder können stark unterschiedlich ausgeführt sein. Der zu erzeugende Druck, der freie Durchgang für mitgeförderte Feststoffanteile und viele andere Faktoren können eine Rolle spielen. Abbildung 2 zeigt einige Laufradformen als Beispiele.
Das Laufrad sitzt auf einer Welle. Diese wird durch einen der konstruktiv aufwendigsten Teile der Pumpe, die Wellendichtung, geführt und steht so für den Antrieb zur Verfügung. Die Welle wird über zwei Wälzlager im sog. Lagerträger oder – bei sog. Blockpumpen – direkt durch die Lager im Motor fixiert.
