Ratgeber Pumpen Industrie Und Gewerbe

Ratgeber

Pumpen und Pumpensysteme fr Industrie und Gewerbe.

Inhalt.

Lebenszykluskosten. Einfhrung zu Lebenszykluskosten Kostenarten und Einflussfaktoren. Systemkomponenten und Energiebedarf. Einfhrung zu Systemkomponenten und Energiebedarf Wirkungsgrade Energiefluss durch die Systemkomponenten Wechselwirkungen. Kostenoptimierte Planung und Bau. Einfhrung zur kostenoptimierten Planung und zum Bau neuer Pumpensysteme Mglichkeiten zur Kostensenkung. Optimierung bestehender Anlagen. Einfhrung zur Optimierung bestehender Anlagen von Pumpensystemen Bestandsaufnahme Verbesserungsmanahmen. Auslegung von Rohrleitungen. Einfhrung zur Auslegung von Rohrleitungssystemen Strmungsgeschwingigkeit und Leistungsbedarf Wahl des Rohrleitungsdurchmessers. Auswahl und Regelung. Einfhrung zur Auswahl der Pumpe Pumpenkennlinien Laufraddurchmesser Antrieb Regelung von Pumpensystemen An- / Ausregelung Drosselregelung Bypass-Regelung Drehzahlregelung Sonstige Regelungsmechanismen. Einbindung und Steuerung von Pumpenantrieben. Einbindung des Motors in das Pumpensystem Kraftbertragung Welche Motoren sind fr Pumpenantriebe geeignet? Leistungselektronik Wechselwirkungen zwischen Frequenzumrichter, Motor und Stromnetz. Sicherheit, Zuverlssigkeit und Verfgbarkeit. Einfhrung zur Sicherheit, Zuverlssigkeit und Verfgbarkeit von Pumpensystemen Auswahl der Pumpe Kostenaspekte. Einbau und Betrieb. Einfhrung zum Einbau und Betrieb von Pumpensystemen Kritische Betriebszustnde Erlaubter Betriebsbereich Einbau der Pumpe und Gestaltung des Pumpenzulaufs. Wartung und Instandhaltung. Einfhrung zur Wartung und Instandhaltung bei Pumpensystemen Wartung Inspektion Instandsetzung und Verbesserung Instandhaltungsstrategien Strategie der verbessernden Instandsetzung Kostenaspekte der Instandhaltung. berwachung und Diagnose. Einfhrung zur berwachung und Diagnose von Pumpensystemen Messgren und Auswertungsverfahren Aufbau eines Online-Diagnosesystems. Messtechnik. Druckmessung Durchflussmessung Thermometer und Stethoskop Schwingungsmessung.

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EnergieEffizienz lohnt sich.

Lebenszykluskosten.

Einfhrung zu Lebenszykluskosten.Bei der Frage: Was kostet diese Pumpe? denken viele Menschen spontan an den Einkaufspreis fr das entsprechende Gert. Dieser Umstand trifft zwar im Prinzip auf alle Maschinen zu bei Pumpen sind aber die Folgekosten im Vergleich zum Einkaufspreis berdurchschnittlich hoch. Pumpen sind als standardisierte Maschinen im Einstandspreis oft relativ gnstig, verursachen aber aufgrund ihrer bisweilen besonders langen Laufzeiten whrend ihres Betriebs weitere Kosten, wie z. B. die Energie- und Instandhaltungskosten, die oftmals nicht bercksichtigt werden. Hinzu kommt, dass sie als Herz einer Anlage bei einem Defekt die gesamte Produktion zum Stillstand bringen knnen. Der Zuverlssigkeit kommt also unter Kostengesichtspunkten ein ganz besonderer Stellenwert zu. Nicht alle Kosten werden allein durch das Pumpenaggregat bestimmt. Vielmehr kommt es auf eine genaue Abstimmung und Optimierung aller Komponenten im System an. Die Einflsse der verschiedenen Parameter auf die einzelnen Kostenarten sind so komplex, dass es schwierig sein wird, ohne eine systematische Herangehensweise das Optimum zu finden. Eine mgliche Systematik bietet die in den USA entwickelte Methode der Lebenszykluskosten-Analyse. Das Europische Sektor Komitee Europump und der amerikanische Verband Hydraulic Institute haben diesen Ansatz fr Pumpensysteme angepasst und dabei in ihrem Leitfaden: Pumpen Lebens-Zyklus-Kosten zu diesem Thema folgende Kostenblcke ausgewhlt: investment costs installation costs energy costs operation costs maintenance costs downtime costs environmental costs disposal costs Investitionskosten Installationskosten Energiekosten Bedienungskosten Instandhaltungskosten Produktionsausfallkosten Umweltschutzkosten Auerbetriebnahmekosten Je nach Anwendungsfall kann es sinnvoll sein, noch weitere Kostenblcke zu definieren. Bei Produktionsanlagen in der Chemie-, Pharma- oder Lebensmittelindustrie empfiehlt es sich, folgende Kosten als gesonderte Blcke hinzuzufgen: cleaning-in-place costs quality costs Reinigungskosten Qualittskosten

Die einzelnen Kostenarten werden weiter unten erlutert. Bei der Planung des Pumpensystems sollte zunchst berschlgig berechnet werden, welche dieser Kostenblcke von der Gre her relevant sind und auch durch mgliche Auslegungsalternativen beeinflusst werden knnen. Wichtig ist, dass beim Vergleich verschiedener Systeme immer die gleichen Kostenarten betrachtet und nach der gleichen Methodik sowie mit demselben Leistungsumfang berechnet werden. Die Lebenszykluskosten (LCC) ergeben sich dann als Summe der diskontierten Gegenwartswerte aller ausgewhlten Kostenarten. LCC = Cic + Cin + Ce + Co + Cm + Cs + Cenv + Ccip + Cqu + Cd


Lebenszykluskosten.

Kostenarten und Einflussfaktoren.Investitionskosten Cic Zu den Investitions- bzw. Anschaffungskosten werden in der Regel nur die Einkaufskosten gezhlt, die vor der Inbetriebnahme des Systems anfallen. Diese umfassen die Einkaufskosten fr die einzelnen Komponenten und mglicherweise eine Erstausstattung an Ersatzteilen. Dazu kommen noch die Planungskosten, die Kosten des Einkaufsprozesses und eventuell notwendige Qualifizierungsmanahmen fr das Personal. Gegebenenfalls mssen noch die Kosten fr Hilfsdienste sowie die Anschaffungskosten fr die berwachungs- und Prozessleittechnik hinzugerechnet werden. Die Grenzen sollten hier pragmatisch so gezogen werden, dass nur die Faktoren hinzugezhlt werden, die bei den zu vergleichenden Alternativen tatschlich variieren. Wichtig ist aber, dass die Systematik in allen Fllen gleich bleibt. Eine detailliertere Aufschlsselung der Anschaffungskosten findet sich im VDMA-Einheitsblatt 4160 Prognosemodell fr die Lebenszykluskosten von Maschinen und Anlagen. Der gewhlte Rohrleitungsdurchmesser hat einen entscheidenden Einfluss auf die Investitionskosten. Die Kosten fr Rohrmaterial und Armaturen steigen mit dem Durchmesser. Auf der anderen Seite sinkt mit zunehmendem Durchmesser der Leistungsbedarf der Pumpe, sodass diese preiswerter wird, genauso wie der dazugehrige Motor und die Leistungselektronik. Ein anderer wesentlicher Punkt ist die Qualitt der ausgewhlten Werkstoffe. Geringe Rauigkeit, korrosionsbestndiges und verschleiarmes Material sowie hochwertige Komponenten, die bei den anderen Kostenblcken zu deutlichen Reduzierungen fhren, mssen bei den Investitionskosten durch einen in der Regel hheren Einkaufspreis bercksichtigt werden. Bezglich der Sicherheit und Zuverlssigkeit gibt es verschiedene Planungsalternativen, wie redundante Systeme oder berwachungsvorrichtungen und vorbeugende Instandhaltung, deren Investitionskosten in verschiedenen Lebenszykluskosten-Analysen verglichen werden mssen. Weitere Informationen hierzu finden sich in den Abschnitten Sicherheit und Zuverlssigkeit, Wartung und Instandhaltung sowie berwachung und Diagnose. Installationskosten Cin Zu den Installationskosten zhlen die Kosten fr Montage und Inbetriebnahme der Gesamtanlage bzw. der auszutauschenden Komponenten in einer bestehenden Anlage. Wenn fr die Installation Fremdleistungen hinzugezogen werden, ist besonders darauf zu achten, dass fr die verschiedenen Alternativen die Vergleichsbasis bereinstimmt. Der Umfang der externen und internen Leistungen sollte bei den zu vergleichenden Alternativen gleich angesetzt werden, es sei denn, technische Details machen bei einer Anlage eine Fremdinstallation notwendig, whrend das bei der Auslegungsalternative nicht der Fall ist. Wenn in einem Fall eine Fremdfirma installiert und im anderen Fall nicht, muss ein sinnvoller Stundensatz fr die Eigenleistungen gewhlt oder abgeschtzt werden, (einer Fremdinstallation entsprechend) damit die Lebenszykluskosten-Analyse nicht verflscht wird. Eine detaillierte Aufschlsselung der Installations- und Inbetriebnahmekosten fr Maschinen und Anlagen im Allgemeinen findet sich im VDMA-Einheitsblatt 4160 Prognosemodell fr die Lebenszykluskosten von Maschinen und Anlagen.

Mit Blockpumpen auf Fundamente verzichten und Installationszeiten verkrzen.


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Lebenszykluskosten.

Energiekosten Ce Die Energiekosten sind oftmals der grte Ausgabenposten, der durch ein Pumpensystem verursacht wird. Die Energiekosten sind das Produkt aus Energieverbrauch und dem Energiepreis. In der Regel ist dies der Strompreis. Der Energieverbrauch hngt von der Frderaufgabe und dem Wirkungsgrad des Gesamtsystems ab. Nheres dazu findet sich im Abschnitt Systemkomponenten und Energiebedarf. Insbesondere bei Heizungspumpen stellen die Energiekosten alle anderen Kostenarten in den Hintergrund und sollten vorrangiges Auswahlkriterium sein. Falls die Leistungsaufnahme des Pumpenmotors bekannt ist, und die Pumpe konstant in einem Betriebspunkt arbeitet, lsst sich der Jahresverbrauch einfach aus der Anzahl der Jahresbetriebsstunden errechnen. Schwieriger wird es, wenn die Frderleistung nicht konstant ist. Da auch der Wirkungsgrad des Gesamtsystems vom Frderstrom abhngt, muss im Prinzip fr jeden Betriebspunkt die Leistungsaufnahme berechnet und entsprechend der Zeitanteile, die die Pumpe in diesen Betriebspunkten fhrt, ber das Jahr aufsummiert werden. Da die Energiepreise einer starken Inflation unterworfen sind, muss diese fr den Lebenszyklus abgeschtzt werden. Gleichzeitig werden aber Zahlungen, die in der Zukunft zu leisten sind, durch einen Diskontierungsfaktor im Gegenwartswert weniger stark gewichtet. Vereinfachend knnen Energiepreisanstieg und Diskontsatz gegeneinander zu null verrechnet werden. Dann ergeben sich die LebenszyklusEnergiekosten als Produkt aus Lebensdauer und Jahresenergiekosten.

Bedienungskosten Co Zu den Bedienungskosten werden nach dem Leitfaden von Hydraulic Institute und Europump die Personalkosten fr den normalen, ungestrten Betrieb gezhlt. Sie hngen stark davon ab, welcher berwachungsaufwand fr die Pumpe notwendig ist und ob die berwachung ber ein Zentralsystem oder mobil vor Ort erfolgt. Einige Hinweise dazu finden sich im Abschnitt berwachung und Diagnose. Wenn die Inspektionen Teil einer vorbeugenden Instandhaltung sind, kann es unter Umstnden sinnvoll sein, die Bedienungskosten mit den Instandhaltungskosten zusammenzufassen. Abweichend vom Europump-Leitfaden knnte man den Bedienungskosten noch einen Kostenanteil Prozessautomatisierung zuschlagen.

Alte Pumpen verursachen unntige Energiekosten.


Lebenszykluskosten.

Instandhaltungskosten Cm Zu den Instandhaltungskosten gehren die normalen Wartungsarbeiten, wie das Reinigen und Schmieren, die geplante vorbeugende Instandhaltung und die korrektive Instandsetzung bei Pumpendefekten. Nheres dazu findet sich im Abschnitt Wartung und Instandhaltung. Die Kosten fr Wartung und eine intervallabhngige vorbeugende Instandhaltung sind das Produkt von Instandhaltungsfrequenz und der Summe aus Material- und Personalaufwand pro Instandhaltung. Wenn es unterschiedliche Wartungsprozeduren wie Routinewartung und Generalrevision gibt, empfiehlt es sich, diese Kosten getrennt zu berechnen. Die Kosten fr eine zustandsabhngige oder fr eine korrektive Instandhaltung ergeben sich analog aus dem Produkt von Schadenshufigkeit und der Summe aus Material- und Personalaufwand. Bei der zustandsabhngigen Instandhaltung sind gegebenenfalls die berwachungs- respektive Inspektionskosten hinzuzurechnen, sofern diese nicht in anderen Kostenblcken, wie z. B. den Bedienungskosten, erfasst sind. Bei der korrektiven Instandsetzung ist zu berlegen, ob bei den Personalkosten zu einem gewissen Anteil Sonntagsund Nachtarbeitszuschlge hinzugerechnet werden mssen. Die Reparaturdauer wird normalerweise nur in Bezug auf die Personalkosten bercksichtigt. Der Produktionsausfall kommt nur dann hinzu, wenn dieser nicht in einem eigenen Kostenblock veranschlagt wird. Die Schadenshufigkeit muss abgeschtzt werden. Sie ist in manchen Fllen als statistischer Wert MTBF (Mean time between failures = durchschnittlicher Ausfallabstand) fr die einzelnen Komponenten vom Hersteller erhltlich. Allerdings beruhen diese Werte auf Testbedingungen. Die tatschliche Schadenshufigkeit hngt sehr stark von den realen Bedingungen ab. Da diese nicht mit Sicherheit vorausgesagt werden knnen, ist es sinnvoll, Szenarien fr den gnstigsten und den schlechtesten Fall zu berechnen. Eine hhere Voraussagesicherheit hat man, wenn aus dem Anlagenbetrieb bereits Erfahrungen mit der Schadenshufigkeit vorliegen, die als Referenz fr eine Optimierung der Instandhaltungsstrategie, fr Verbesserungsmanahmen oder fr die Installation eines berwachungssystems genutzt werden knnen.

Weitere Informationen zum Thema Zuverlssigkeit finden sich im Abschnitt Sicherheit, Zuverlssigkeit und Verfgbarkeit. Detailliertere Aufschlsselungen der Kostenelemente finden sich in der VDI-Richtlinie 88 Einheitliche Daten fr die Instandhaltungsplanung und Ermittlung von Instandhaltungskosten und im VDMA-Einheitsblatt 4160 Prognosemodell fr die Lebenszykluskosten von Maschinen und Anlagen. Produktionsausfallkosten Cs Die Kosten von ungeplanten Produktionsausfllen aufgrund von Pumpendefekten knnen leicht zum grten Posten in den Lebenszykluskosten avancieren. Aus diesem Grund wird einer hohen Verfgbarkeit der Pumpen von vielen Betreibern allerhchste Prioritt eingerumt. Informationen zum Thema Verfgbarkeit finden sich im Abschnitt Sicherheit, Zuverlssigkeit und Verfgbarkeit. Definitionen der relevanten Gren finden sich in der VDI-Richtlinie 4 Verfgbarkeit von Maschinen und Anlagen. Die Kosten von ungeplanten Ausfllen ergeben sich aus dem Produkt von Schadenshufigkeit, Reparaturdauer und dem Produktionswert pro Zeiteinheit. In manchen Fllen mssen Vertragsstrafen fr Lieferausflle hinzugerechnet werden. Bei geplanten Instandhaltungen ist der Produktionsausfall nur anteilig zu berechnen, wenn whrend dieser Zeit mehrere Maschinen gewartet werden. Bei Instandhaltungen in ohnehin produktionsfreien Zeiten sind selbstverstndlich keine Ausfallkosten zu berechnen. Umweltkosten Cenv Zu den Umweltkosten zhlen die Entsorgungskosten von Hilfsstoffen, auszutauschenden Bauteilen und gegebenenfalls von nicht verkaufbarem Produkt bei Fehlproduktionen aufgrund von Bauteilversagen. Bei gefhrlichen Frdermedien mssen zustzlich die Kosten eines greren Unfalls mit Umweltauswirkungen multipliziert mit der Eintrittswahrscheinlichkeit whrend der Lebensdauer hinzugezhlt werden. In vielen Fllen reduzieren Manahmen, die die Zuverlssigkeit und die Haltbarkeit des Pumpensystems erhhen, die Umweltkosten.


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Lebenszykluskosten.

Reinigungskosten Ccip Viele Produktionsanlagen in der Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie mssen regelmig gereinigt werden. Man spricht von Cleaning in Place (CIP), wenn die Reinigung vor Ort, automatisch und ohne Demontage erfolgt. Dafr werden die Rohrleitungen, Behlter und Einbauten teilweise mehrmals tglich fr eine bestimmte Zeit von einer Reinigungsflssigkeit durchsplt. Whrend dieser Zeit kann keine Produktion stattfinden. Zustzlich entstehen Kosten fr die Aufbereitung oder Entsorgung des Reinigungsmediums sowie Energiekosten, da die Reinigung bei hohen Temperaturen stattfindet. Auerdem geht bei jeder Reinigung ein Teil des Produkts verloren, der sich noch in der Rohrleitung befindet. Der Aufwand fr die Reinigung ist stark vom Design der Anlage und den einzelnen Bauteilen abhngig. Da diese Abb. 1: Cleaning in Place (CIP-Anlage)

geplanten Unterbrechungen sich anders auf die Produktionskosten auswirken als ungeplante Produktionsausflle und zudem die Energiekosten teilweise an anderer Stelle entstehen, ist es sinnvoll, diese Kosten in einem gesonderten Block zusammenzufassen. Auf diese Weise spiegelt sich auch besser wider, welche Auswirkungen eine Planungsalternative auf die CIP-Fhigkeit der Anlage hat. Die CIP-Kosten berechnen sich pro Reinigung als Produkt aus CIP-Dauer und Energieaufwand zuzglich des Verbrauchs an Reinigungsflssigkeit und des Verlusts an Produkt. Zustzlich sind gegebenenfalls einmalig Kosten fr die Neuerrichtung oder den Umbau der CIP-Anlage hinzuzurechnen.

CIP-Rcklauf

Dampf Abwasseransaugleitung Splwasservorlage Splwassersammler Reinigungsmittel Sieb

CIP-Vorlauf

Kondensatrcklauf

RohrbndelWrmetauscher

Entleerungsventil optional

Chemikalieneinspeisung

Qualittskosten Cqu Jede Pumpe und jedes Rohrleitungssystem hat in irgendeiner Form Auswirkungen auf das Frdergut. So steigt z. B. durch den Leistungseintrag die Temperatur des Frderguts. Dadurch kann sich die Anzahl der in der Anlage befindlichen Mikroorganismen erhhen. In Produktionsanlagen knnen der Leistungseintrag und die Mikroorganismen die Qualitt des Produkts beeinflussen, sei es durch Verkrzung der Haltbarkeit oder nderung sonstiger Produkteigenschaften. Zustzlich knnen durch Leckagen von Schmiermittel sowie Abrieb von Dichtungen und festen Bauteilen Fremdstoffe in das Produkt gelangen. Dadurch kann fr das Produkt mglicherweise nur noch ein geringerer Verkaufspreis erzielt werden, als wenn diese Beeinflussung nicht stattgefunden htte oder es werden nachgeschaltete Behandlungsstufen notwendig. Bei vielen Pumpen in der Lebensmittelindustrie ist die Produktschonung neben der Zuverlssigkeit vorrangiges Auswahlkriterium.

Als Qualittskosten knnen die Kosten fr diese zustzlich notwendigen Behandlungsschritte und die Wertminderung des Produkts angesetzt werden. Diese sind im Vergleich zu dem theoretischen Referenzfall zu bewerten, dass die Anlage keinen ungewollten Einfluss auf das Produkt htte. Auerbetriebnahmekosten Cd Zu den Auerbetriebnahmekosten zhlen die Kosten fr die Demontage der Anlage, Entsorgung der ausgedienten Teile und gegebenenfalls die Wiederherstellung des ursprnglichen Zustands. Wie bei allen anderen Kostenarten ist bei den Auerbetriebnahmekosten der Betrag dann mit einem Diskontierungsfaktor auf den Gegenwartswert umzurechnen. Dieses Rechenverfahren ist im Ratgeber Druckluftsysteme fr Industrie und Gewerbe beschrieben. Dieses finden sie im Internet als Download unter www.industrie-energieeffizienz.de


Systemkomponenten und Energiebedarf.

Einfhrung zu Systemkomponenten und Energiebedarf.Ein Pumpensystem besteht in der Regel aus Behltern (Tanks oder Becken), Rohrleitungen, Armaturen, Messgerten, Einbauten (Wrmetauschern, Filtern oder verschiedenste verfahrenstechnische Apparate) und zu guter Letzt der Pumpe mit ihrem Antrieb als Herz der Anlage. Meistens muss das Frdermedium von einem Ort zum anderen transportiert, in einem Kreislauf umgewlzt oder auf einen bestimmten Druck gebracht werden. Die Behlter dienen dabei als vorbergehende Speicher fr das Frdergut, Rohrleitungen dienen dem Transport, Armaturen und Messgerte der Prozesskontrolle, die Einbauten und Apparate der Behandlung des Frderguts und die Pumpe muss die notwendige Energie in das System einbringen, damit sich das Frdergut von einem Ort zum anderen bewegt. Der Energiebedarf von Pumpensystemen hngt zunchst von der zu bewltigenden Frderaufgabe ab. Dabei spielt je nach Anwendungsfall das gewhlte Produktionsverfahren, das Bewsserungs- oder Abwasserbehandlungssystem oder in Gebuden z. B. die gewhlte Heizungsart eine Rolle. Oft gibt es noch Einflussmglichkeiten durch die Wahl des Aufstellungsorts von Tanks und Becken oder die Einstellung von Prozessparametern wie Heizungsvorlauftemperaturen etc. Fr eine gegebene Frderaufgabe muss nicht nur die theoretische (aus Frderstrom und statischer Hhe an den Systemgrenzen zu errechnende) Leistung aufgebracht werden, es entstehen darber hinaus an vielen Stellen im Prozess Energieverluste, die den tatschlichen Energiebedarf erhhen. Durch eine gute Anlagenplanung knnen diese Verluste reduziert werden.

Wirkungsgrade.Der tatschliche Energieverbrauch eines Pumpensystems setzt sich zusammen aus der nominalen Leistung der Pumpe und der Mehrleistung, die zur Deckung von Verlusten in Rohrleitung, Pumpe, Getriebe, Motor und eventuell dem Frequenzumrichter notwendig ist. Bildhaft kann man sich das so vorstellen, als msse die Energie vom Netz kommend erst verschiedene Stationen durchlaufen, bei denen jeweils ein Teil der Energie verloren geht, bevor sie die eigentlich sinnvolle Arbeit verrichten kann. Tatschlich sind diese Stationen meistens Umwandlungen der Energie: von der Netzfrequenz auf niedrigere Frequenzen, vom elektrischen Strom in eine Drehbewegung, von der Drehbewegung in hydraulische Energie. In der Rohrleitung wird das Frdergut mal beschleunigt, mal abgebremst, oft umgelenkt und in Ventilen von einem hheren Druck auf einen niedrigeren gedrosselt. All diese Umwandlungen sind mit Verlusten verbunden. Hinzu kommt Reibung der Welle in Lagern und Dichtungen und des Frderguts an der Rohrleitungswand.


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Energiefluss durch die Systemkomponenten.Abb. : Energiefluss im PumpensystemIn diese Richtung fliet die Energie. Verluste

Frderaufgabe

Rohrleitung

Pumpe

Kraftbertragung

Motor

Leistungselektronik

Stromnetz

Wechselwirkungen

kWh Energiebedarf

Energiekosten In diese Richtung flieen die Kosten.

Die Verluste in all diesen Stationen kann man durch einen Wirkungsgrad ausdrcken. Der Wirkungsgrad ist der Quotient von aus der Station heraus kommenden zur in diese hinein flieenden Energie. Da nur der herauskommende Teil (ohne die Verluste) fr den Prozess weiter nutzbar ist, spricht man auch vom Verhltnis von Nutzen zu Aufwand. Wegen der Verluste ist der Wirkungsgrad immer kleiner als eins. Der Wirkungsgrad des Motors ist z. B. die abgegebene Leistung geteilt durch die aufgenommene Leistung. Andersherum ausgedrckt ist die vom Motor bentigte elektrische Leistung gleich der an der Motorwelle bentigten Leistung geteilt durch den Wirkungsgrad des Motors. Pelektr. = Pwelle * 1/ Wirkungsgrad

Wenn sich zwischen Motor und Stromnetz noch ein Frequenzumrichter befindet, geht an dieser Stelle auch wieder Energie verloren. Die vom Stromnetz abverlangte und damit beim Energieversorger bezahlte Leistung entspricht dann der vom Motor verlangten elektrischen Leistung geteilt durch den Wirkungsgrad des Frequenzumrichters. So kann man die tatschlich bentigte Energie dadurch berechnen, dass man von der eigentlichen Frderaufgabe ausgehend die Energiemenge an jeder Station mit dem Kehrwert des Wirkungsgrads multipliziert. Da der Kehrwert vom Wirkungsgrad immer grer als eins ist, wird dadurch an jeder Station der Energiebedarf hher.



Frderaufgabe

1 /

1 /

1 /

1 /

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*

Rohr

*

Pumpe

*

Kraftbertragung

*

Motor

*

Elektronik

=

Strombedarf

Der Energiebedarf ergibt sich aus der Frderaufgabe und den Wirkungsgraden der Systemkomponenten.

Aus einer mathematischen Betrachtung lassen sich nun einige interessante Schlsse ziehen: Eine Pumpe, deren hydraulischer Wirkungsgrad um ein Fnftel kleiner ist als der einer Vergleichspumpe, hat identische Auswirkungen auf die Energiekosten wie ein Aggregat, dessen Motorwirkungsgrad ein Fnftel kleiner ist. Ein Prozentpunkt Wirkungsgradverbesserung bei einer Komponente mit schlechtem Wirkungsgrad bringt mehr als dort, wo er ohnehin gut ist. Anders stellt es sich bei den Absolutwerten fr die Verluste dar: Ein Kilowatt weniger Verlust in der Rohrleitung bringt

mehr Einsparung als ein Kilowatt weniger Verlust im Motor. Keine einfache Aussage lsst sich darber treffen, an welcher Stelle ein Prozent weniger Verlust die grere Auswirkung hat. Dies hngt sowohl von der Position in der Kette als auch vom Absolutwert der Verluste ab . An dieser Stelle wird deutlich, dass bei der Auswahl einer Verbesserungsmanahme deren Auswirkung auf den Energieverbrauch des gesamten Systems berechnet oder abgeschtzt werden sollte. Fr die Bewertung der Einsparung muss diese ohnehin zusammen mit den Auswirkungen auf die anderen Kostenarten, wie z. B. Investitions- und Installationskosten betrachtet werden.

Wechselwirkungen.Die Zusammenhnge werden dadurch noch etwas komplizierter, dass die verschiedenen Bauteile gegenseitig ihre Wirkungsgrade beeinflussen knnen. Dies wird im Folgenden am Beispiel eines Frequenzumwandlers veranschaulicht, wobei diese verallgemeinernden Aussagen wiederum keine systematische Lebenszykluskosten-Analyse ersetzen knnen. Ein Frequenzumrichter hat die Aufgabe, die Drehzahl des Motors zu variieren und dadurch die hydraulische Leistung der Pumpe dem tatschlichen Bedarf anzupassen. Da auch ein Frequenzumrichter einen Wirkungsgrad kleiner als eins hat, verschlechtert er zunchst den Gesamtwirkungsgrad des Systems. Hinzu kommt, dass das Ausgangssignal des Frequenzumrichters keine glatte Sinuskurve wie beim Stromnetz ist, sondern etwas abgehackt. Dadurch verschlechtert der Frequenzumrichter den Wirkungsgrad des Motors. Wenn man verstehen will, warum der Einsatz eines Frequenzumrichters in manchen Pumpensystemen dennoch mit die hchstmglichen Energieeinsparungen erzielen kann, muss man wiederum das Gesamtsystem betrachten. In vielen Pumpensystemen wird der Durchfluss dadurch geregelt, dass bei geringerem Bedarf mit einem Regelventil gedrosselt wird. Das gedrosselte (also teilweise geschlossene) Regelventil verschlechtert aber nicht nur den Wirkungsgrad des Rohrleitungssystems ganz erheblich, sondern meistens auch ber eine weitere Wechselwirkung den der Kreiselpumpe. Durch den Einsatz des Frequenzumrichter wird das Regelventil berflssig. Unter dem Strich kommt es zu einer Effizienzsteigerung. Durch den Frequenzumrichter verschlechtert sich zwar der Wirkungsgrad des Antriebs, der von Pumpe und Rohrleitung verbessert sich aber so stark, dass insgesamt eine Einsparung bis zu dreiig Prozent der Energiekosten mglich ist. Dies gilt aber nur, wenn der Frequenzumrichter tatschlich zum Regeln eingesetzt wird und nicht ausschlielich, um eine falsch dimensionierte Pumpe zu korrigieren. Nheres dazu findet sich im Abschnitt Regelung. Ein weiteres Beispiel fr die Notwendigkeit, das System als Ganzes zu betrachten, ist der Austausch eines ineffizienten Motors durch einen Motor mit hherem Wirkungsgrad. Whrend dies fast immer eine gute Mglichkeit zum Senken der Energiekosten ist, kann es in wenigen Fllen sogar zu einer Erhhung des Energieverbrauchs fhren. Nheres dazu findet sich im Abschnitt Pumpenantriebe. Alle Stationen in der Wirkungsgradkette haben die Eigenschaft gemeinsam, dass sie direkt oder indirekt von der Frderaufgabe abhngen. Die Wirkungsgrade der Einzelkomponenten und damit auch des Gesamtsystems sind also eine Funktion von Frderstrom und Frderhhe.

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Generell wirkt sich ein Prozent weniger Verlust auf der Prozessseite strker aus als auf der Seite des Stromnetzes. Diese Tendenz wird aber berlagert dadurch, dass sich ein Prozent weniger Verlust dort strker auswirkt, wo der Wirkungsgrad geringer ist. blicherweise spricht man bei Rohrleitungssystemen nicht von Wirkungsgraden. Fr unsere Zwecke ist diese Betrachtungsweise aber hilfreich.


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Energiekosten Die Energiekosten Ce sind das Produkt aus Energieverbrauch und Energiepreis. Hinzu kommt ein fixer Anteil, der abhngig von der Maximalleistung ist. Dieser Anteil muss anteilig aus den Netzanschlusskosten berechnet werden und ist vor allem dann relevant, wenn das Pumpensystem die bentigte Spitzenleistung des Unternehmens erhht. Sollte der Energiepreis von der Tages- oder Jahreszeit abhngen, mssen die Kosten fr die verschiedenen Tarifblcke einzeln berechnet und addiert werden. Falls das Pumpensystem berwiegend in einem konstanten Betriebspunkt arbeitet, lsst sich der Energieverbrauch vereinfachend als Produkt von Betriebsstundenzahl, hydraulischer Leistung und dem Kehrwert des Anlagenwirkungsgrads berechnen. Etwas aufwendiger wird es, wenn die Frderaufgabe nicht konstant bleibt, z. B. bei variablem Frderstrom oder einem Gegendruck, der sich mit dem Fllstand des zu befllenden Tanks ndert. In diesem Fall muss das Produkt aus Wirkungsgrad, Druck und Volumenstrom ber die Betriebszeit integriert werden, wobei der Wirkungsgrad wie oben beschrieben selbst eine Funktion von Druck und Volumenstrom ist. Einfacher ist es, wenn es gelingt, einige charakteristische Betriebszustnde wie Mindestmenge, Teil-, Voll- und berlast zu identifizieren und dafr den Wirkungsgrad zu berechnen. Die Leistung kann dann als streckenweise konstant betrachtet und fr diese Betriebspunkte berechnet werden. Zur Berechnung des Jahresverbrauchs mssen die ermittelten Leistungswerte dann mit der jeweils zugeordneten Stundenzahl multipliziert und die Produkte aufsummiert werden.

Folgekosten des Energieeintrags Die Reibungsverluste in Pumpe und Rohrleitung fhren zu einer Erwrmung des Frderguts. Diese Erwrmung kann einen zustzlichen Einfluss auf die Gesamtenergiekosten haben. Die Folgekosten sind abhngig davon, ob diese Erwrmung den Prozess beeinflusst und ob sie dabei von Vorteil ist oder nicht. Bei einer Heizungsanlage reduziert sich dadurch die aufzubringende Heizenergie. Die Folgekosten sind also negativ und reduzieren in Form einer Gutschrift die Gesamtenergiekosten. Hierbei ist aber zu beachten, dass der Heizenergiepreis in der Regel um etwa ein Drittel geringer ist als der Strompreis. Entsprechend kann auch nur ein Anteil entsprechend der tatschlich eingesparten Heizkosten gutgeschrieben werden. Wenn das Frdermedium wieder auf seine Ausgangstemperatur zurckgekhlt werden muss, z. B. in der Lebensmittelindustrie, wird durch die Energieverluste in Pumpe und Rohrleitung der Kltebedarf erhht. Die Kosten der zustzlichen Klteerzeugung sind zu den Energiekosten hinzuzurechnen. Darber hinaus wirkt sich der Energieeintrag auf die Qualittskosten Cqu und ber die zustzlich bentigte Wrmetauscherflche auch auf die Investitionskosten Cic und gegebenenfalls auf die Reinigungskosten Ccip aus.Abb. : Mgliche Verteilung der Lastzustnde ber das Jahr und Annherung durch einen angenommen, vereinfachten VerlaufHydraulische Leistung

Wirkungsgrad

tatschlicher Verlauf vereinfachter Verlauf Betriebsstunden

tatschlicher Verlauf vereinfachter Verlauf Wirkungsgrad


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Kostenoptimierte Planung und Bau.

Einfhrung zur kostenoptimierten Planung und Bau neuer Pumpensysteme.Zu keinem Zeitpunkt im Anlagenleben sind die Gestaltungsmglichkeiten so gro wie in der Planungsphase einer neuen Anlage. Wer an dieser Stelle den Aufwand nicht scheut, verschiedene Alternativen anhand ihrer Lebenszykluskosten zu vergleichen, kann sich in den Folgejahren nicht nur erhebliche Kosten sondern auch eine Menge rger ersparen. Es sollte allen Beteiligten kommuniziert werden, dass das Hauptziel nicht ein minimaler Anschaffungspreis sondern eine energiesparende, zuverlssige und instandhaltungsgerechte Konstruktion der Anlage ist. Auf dieser Basis sollte zunchst eine qualitativ hochwertige Anlage nach dem Stand der Technik geplant werden. Danach schliet sich die Bewertung von Planungsalternativen an. Dieser Vorgang sollte in den verschiedenen Planungsphasen mit zunehmender Detailtiefe wiederholt werden. Als Grundlage fr die folgenden Ausfhrungen dient die Formel der Lebenszykluskosten, wie sie im Abschnitt Lebenszykluskosten beschrieben ist. Zunchst muss entschieden werden, welche Kostenblcke der Lebenszykluskosten-Formel fr die Anlage relevant sind. Dabei sollten nur solche Kostenarten ignoriert werden, die entweder verschwindend klein oder nicht beeinflussbar sind. Auch ein prozentual relativ kleiner Kostenblock kann relevant sein, wenn er sich leicht beeinflussen lsst. In manchen Branchen knnen in schlechten Jahren schon fnf Prozent mehr Kosten den gesamten Gewinn zunichte machen. Mglicherweise knnen einige Kostenarten anders strukturiert oder zusammengefasst werden. Ein weiterer vorbereitender Schritt ist die Entscheidung, welche Lebensdauer zugrunde gelegt wird und mit welchem Prozentsatz diskontiert wird. In diese Entscheidung sollten mehrere Abteilungen, z. B. Einkauf, Vertrieb, Anlagenplanung und -betrieb und mglicherweise sogar die Geschftsfhrung einbezogen werden. Sollte es hier stark divergierende Vorstellungen geben, ist es ratsam, die Kostenberechnung so aufzubauen, dass spter mit unterschiedlichen Werten fr Lebensdauer und Diskontsatz eine Sensitivittsanalyse durchgefhrt werden kann. Als Anhaltswert sollte fr den Diskontsatz der Zinssatz fr Fremdkapital angesetzt werden. Es ist nicht ratsam hier die Gewinnerwartung zu verwenden, die fr die Entscheidung verwendet wird, ob ein wirtschaftliches Engagement berhaupt eingegangen werden soll. Da die grundstzliche Entscheidung zu diesem Zeitpunkt bereits gefallen ist, tritt das damit verbundene unternehmerische Risiko auf jeden Fall auf. Als Lebensdauer kann der Zeitraum angesetzt werden, in dem auf der Anlage mit kleineren Umbauten voraussichtlich produziert wird, ohne dass sich das Verfahren grundstzlich ndert. Fr die Hauptkomponenten, wie z. B. die Pumpe, sollte unabhngig davon die technische Lebenserwartung eingesetzt werden. Mit den gewhlten Parametern werden nun die Lebenszykluskosten der geplanten Anlage berechnet. Fr die leichter quantifizierbaren Gren wie Investitions- und Energiekosten sollten mglichst genaue, absolute Werte berechnet werden. Einige andere Kostenarten, wie z. B. die Produktionsausfallkosten, knnen mglicherweise nur abgeschtzt werden. Hier ist es vor allem wichtig, dass die Randbedingungen und Einflussgren richtig beschrieben werden. Auf Basis dieser Referenzplanung kann nun berlegt werden, an welchen Stellen durch Planungsalternativen Kosten gesenkt werden knnen. Hierbei mssen alle Kostenarten betrachtet werden, also nicht nur jene, auf welche die Manahme ursprnglich abzielt, sondern auch die Neben- und Folgeeffekte. Die nderungen sollten nun mglichst genau quantifiziert werden. Wenn z. B. die Produktionsausfallkosten nicht genau bestimmt werden konnten, weil die Gesamtinstandhaltungsdauer ber den Lebenszyklus nicht sicher abzuschtzen war, kann dennoch die Differenz exakt berechnet werden, wenn sich durch ein alternatives Bauteil die Reparaturdauer in bestimmten Instandsetzungsfllen um eine halbe Stunde reduziert. Viel wichtiger als der Absolutwert der Lebenszykluskosten ist nmlich die Frage, durch welche Manahmen sich der Gesamtwert der Kosten unter dem Strich senken lsst. Der Rechenaufwand sollte also der geplanten Manahme und dem Planungsstadium angepasst sein, wobei eher die Detailtiefe fr eine einzelne Kostenart reduziert werden sollte als die systemumfassende Betrachtungsweise einzuschrnken.


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Mglichkeiten zur Kostensenkung.Eine sachgerechte Auslegung des Pumpensystems ist das wichtigste Element fr die Optimierung der Lebenszykluskosten. Alle Komponenten sollten gut aufeinander abgestimmt und mglichst optimal an die geplanten Betriebsbedingungen angepasst sein. Auch gut gemeinte Sicherheitszuschlge, also eine berdimensionierung von Pumpen und Antrieben, knnen die Investitions- und Betriebskosten in die Hhe treiben. Optimierungsmglichkeiten gibt es in allen Phasen von Anlagenplanung und -bau. Einige sind im Folgenden beispielhaft aufgefhrt. Verfahrensplanung In vielen Fllen stehen zur Erreichung desselben Produktionsziels verschiedene Verfahren zur Verfgung. Diese knnen sich stark im apparativen Aufwand und im Energiebedarf unterscheiden. Bereits in diesem frhen Planungsstadium sollten Lebenszykluskosten abgeschtzt werden. Einige Anhaltspunkte sind die erforderlichen Druck- und Temperaturniveaus und die Art der eingesetzten Maschinen. Verfahren mit rotierenden oder pulsierenden Maschinen, wie das bei Pumpensystemen der Fall ist, sind fast immer wartungsintensiver als zum Beispiel rein thermische Verfahren. Auf der anderen Seite lassen sich durch den Einsatz von Standardkomponenten, wie etwa Normpumpen, die Investitions- und Ersatzteilkosten deutlich senken. Diskontinuierliche Verfahren verursachen meist hhere Reinigungskosten als kontinuierliche Verfahren. Verfahren mit Gefahrstoffen knnen hohe Umwelt- und Bedienungskosten haben. Auswahl der Hauptkomponenten Groe Anlagenkomponenten, wie Wrmetauscher oder Filtrationsstufen, haben einen erheblichen Einfluss auf den Prozessenergiebedarf im Allgemeinen, aber auch auf die bentigte Pumpenleistung im Besonderen. Oft machen sie auch den grten Teil der anderen Kostenarten aus. Aufstellungsplanung Ist das Verfahren einmal festgelegt, lassen sich die Rohrleitungs- und Energiekosten noch durch die Aufstellung von Behltern und Maschinen beeinflussen. Selbstverstndlich sollten unntige Wege vermieden werden. Aber auch die statische Hhe spielt eine Rolle. Die Befllung eines hohen, schmalen Tanks erfordert mehr Energie als die eines flachen, breiten. Durch eine intelligente Anordnung von Abwasserklrbecken kann die zu installierende Pumpenleistung erheblich reduziert werden. Eine Solaranlage mit Warmwasserspeicher auf dem Dach bentigt meistens weniger Pumpenenergie als ein im Keller oder unterirdisch angebrachter Warmwasserspeicher.

Nutzung der Schwerkraft anstelle von Pumpenenergie bei der solaren Wassererwrmung.


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Rohrleitungsplanung Der Rohrleitungsdurchmesser hat einen entscheidenden Einfluss auf die Kosten. Aufgrund der mathematischen Beschreibbarkeit ist er das Beispiel, das am hufigsten fr Optimierungsrechnungen herangezogen wird. Die Kosten fr dnnwandige Rohrleitungen steigen in etwa linear mit dem Durchmesser. Der Energieverbrauch hingegen ist umgekehrt proportional zur vierten Potenz des Durchmessers. Es lsst sich also fr gegebene Materialpreise, Rauigkeit und Rohrleitungswiderstnde rechnerisch oder grafisch ein Optimum bestimmen. Tatschlich funktioniert dieser einfache Ansatz aber nur fr sehr lange, kontinuierlich durchstrmte Rohrleitungen. Bei kompakteren Systemen berwiegt der Einfluss der Armaturen, bei denen sich weder die Einkaufspreise noch die Strmungswiderstnde durch einfache Formeln in Abhngigkeit vom Rohrleitungsdurchmesser beschreiben lassen. Das Optimum lsst sich hier nur finden, wenn mit einer Lebenszykluskosten-Analyse verschiedene Alternativen verglichen werden. Weiterhin ist noch der mit zunehmendem Durchmesser steigende Montage- und Wrmeisolierungsaufwand zu bercksichtigen sowie die mit dem Durchmesser steigenden Reinigungskosten Ccip (Cleaning in place). Auf die Qualittskosten wirkt sich die geringere mechanische Belastung bei greren Durchmessern kostensenkend aus, hingegen fhrt die grere Verweilzeit mglicherweise zu steigenden Qualittskosten. Der bei greren Durchmessern verringerte Leistungsbedarf der Pumpe fhrt zu sinkenden Investitionskosten. Neben dem Durchmesser spielt noch die Rohrrauigkeit eine wichtige Rolle. Auch hier verhalten sich Investitions- und Energiekosten gegenlufig. Es zeigt sich, dass auch fr das scheinbar einfache Thema Rohrleitungsdurchmesser keine pauschale Aussage getroffen werden kann, sondern tatschlich fr verschiedene Varianten die Lebenszykluskosten im Einzelfall berechnet werden sollten.

Grozgige Rohrdimensionierung in einem Wasserwerk. Um groe Druckverluste zu vermeiden, wurden die Reduzierstcke sehr gestreckt. Die nachfolgenden Rohre sind zwei Nennweiten grer als die Pumpenstutzen.

Auswahl von Pumpe, Motor und Regelung Die Pumpe und ihr Antrieb sind das Herzstck vieler Anlagen. Es ist von essenzieller Bedeutung, das Pumpensystem auf den Bedarf der Anlage abzustimmen. Der Motor muss mglichst genau auf die erforderliche Pumpenleistung ausgelegt sein und sollte nicht berdimensioniert werden. Wichtig ist, die Pumpe nicht nur entsprechend der hydraulischen Erfordernisse, sondern auch an das Frdergut angepasst auszuwhlen. Die Auswahl hat Einfluss auf alle in der Lebenszyklusformel beschriebenen Kostenarten. Durch die korrekte Auswahl des ggf. notwendigen Regelsystems kann ein erheblicher Teil der Energiekosten gespart werden. Nheres dazu befindet sich im Abschnitt Auswahl und Regelung.


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Festlegung einer berwachungs- und Instandhaltungsstrategie Die Wahl der richtigen Instandhaltungsstrategie ist das Schlsselelement zur Minimierung der Produktionsausfallkosten. Durch eine Online-berwachung und Zustandsdiagnose kann die Verfgbarkeit weiter erhht werden. Der Automatisierungsgrad hat aber auch einen deutlichen Einfluss auf die Investitionskosten. Falls sich ein Online-System nicht rentiert, sollte auf jeden Fall eine Offline-berwachungsstrategie geplant werden. Bei der spteren Pumpenbestellung ist auf die entsprechende Anschlussmglichkeit oder auf integrierte Sensoren zu achten. Auswahl eines Betreibermodells Im Anlagenbau gibt es eine weite Palette von Mglichkeiten vom Bau und Betrieb der Anlage in eigener Regie ber den Kauf schlsselfertiger Anlagen bis zu Modellen, in denen der Anlagenbauer auch noch fr eine bestimmte Zeit den Anlagenbetrieb bernimmt (BOT-Build, Operate and Transfer). Der Vorteil des letztgenannten Modells ist, dass der Anlagenbauer dabei ein wirtschaftliches Interesse an der Minimierung der Betriebs- und Instandhaltungskosten hat. Auf der anderen Seite sind die Transaktionskosten fr ein solches Vorgehen zu bercksichtigen. Der Risikozuschlag des Anlagenbauers fhrt tendenziell zu einer Erhhung der Investitionskosten. Einkauf der Anlagenteile Der Anfrage- und Auftragsvergabeprozess ist ein weiterer bedeutsamer Moment, in dem die Gesamtkosten der Anlage beeinflusst werden knnen. Hier ist es wichtig, die geforderten Eigenschaften der Komponenten sowie die Betriebsbedingungen und das Frdermedium genau zu spezifizieren. Dem Anbieter sollte signalisiert werden, dass eine Optimierung der Gesamtkosten im Vordergrund steht und dass im Vergabeprozess noch Raum fr Verbesserungsvorschlge ist. Die fr die Instandhaltungs- und Verfgbarkeitsplanung wichtigen Daten sollten abgefragt werden (siehe hierzu auch die entsprechenden Abschnitte). Bei den Motoren sollte auf die Effizienzklasse geachtet und der Preis fr hhereffiziente Alternativen erfragt werden. Erst mit diesen Daten kann dann eine Feinplanung der Lebenszykluskosten vorgenommen werden.

Bei der Vergabe sollte versucht werden, neben den blichen Gewhrleistungspflichten Garantien fr die zugesagten Leistungs- und Zuverlssigkeitswerte zu vereinbaren. Die Haftungsfragen fr Produktionsausflle mssen geregelt werden. Bei greren Anlagen sollten die Abnahmemodalitten festgelegt werden. Es ist empfehlenswert, sowohl eine Qualittsabnahme-Prozedur nach der Montage als auch eine Abnahme der Leistungsparameter nach Inbetriebnahme zu vereinbaren. Bauausfhrung Auch eine fachgerechte Ausfhrung des Rohrleitungsbaus hat einen sprbaren Einfluss auf die spteren Betriebskosten. Wichtig ist, dass die Kriterien fr eine Abnahme der Qualitt vorher festgelegt wurden. Die Rohrleitung sollte spannungsfrei und mit Mglichkeiten fr eine thermische Ausdehnung ausgefhrt sein. Druckentlastungsvorrichtungen mssen an den richtigen Stellen positioniert sein. Unntige Spalte, in denen sich Feststoffe ablagern knnen, sollten vermieden und die Rauigkeit der Schweinhte kontrolliert werden. Der Pumpenzulauf muss gerade und ohne Einbauten sein. Die Fluchtung von Pumpe und Antrieb sollte berprft werden (Anleitung findet man in dem VDMA-Einheitsblatt 4). Inbetriebnahme Auch bei sachgerechter Planung arbeitet eine Anlage nach der Fertigstellung selten im optimalen Betriebspunkt. Durch eine Feinjustierung whrend der ersten Inbetriebnahme knnen auf Dauer gesehen noch einmal bis zu zehn Prozent der Energiekosten eingespart werden. Es sollte zunchst ein hydraulischer Abgleich vorgenommen werden. Im Anschluss ist dann zu prfen, welche der Optimierungsmanahmen sinnvoll sein knnen. Zu guter Letzt mssen die Regelparameter optimiert werden. Durch sorgfltiges Arbeiten lassen sich Regelabweichungen und damit dauerhafte und unntige Qualitts- und Energiekosten vermeiden.


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Optimierung bestehender Anlagen.

Einfhrung zur Optimierung bestehender Anlagen von Pumpensystemen.Eine groe Anzahl bestehender Pumpensysteme bieten hohe Potenziale fr Einsparungen. Zum einen gibt es durch den technischen Fortschritt und das zunehmende EnergiepreisBewusstsein inzwischen viele Anlagenkomponenten mit hheren Wirkungsgraden als noch vor einigen Jahren. Zum anderen ben Pumpen, Motoren und Rohrleitungskomponenten durch Alterung an Wirkungsgrad ein. Pumpen knnen bei schlechter Wartung bis zu 1 Prozent an Wirkungsgrad verlieren. In Rohrleitungen nimmt der Leitungswiderstand durch Korrosion und Ablagerungen zu. Armaturen werden undicht, was zu Druckverlusten im System fhren kann. Hinzu kommt, dass sich eine Anlage durch den Austausch von Komponenten oft vom Auslegungsoptimum entfernt, wenn der Aufwand einer Neuberechnung gescheut wird. Da die richtige Abstimmung der Komponenten aufeinander das Schlsselelement fr geringe Gesamtkosten ist, sollten bei einer angestrebten Verbesserung nicht einfach nur blind Einzelteile ausgetauscht, sondern eine Optimierung des Gesamtsystems vorgenommen werden. Wir verstehen unter Optimierung eine Minimierung der Gesamtlebenskosten der Anlage, wie sie durch die Formel im Abschnitt Lebenszykluskosten definiert sind. Oft werden Verbesserungsmanahmen geplant, wenn durch einen Defekt ohnehin der Austausch von Komponenten, wie zum Beispiel Pumpe oder Motor, ansteht. Tatschlich ist dies ein guter Zeitpunkt fr die Umsetzung von Verbesserungsmanahmen. Fr die Planung ist es aber eigentlich schon einen Schritt zu spt. Beginnt man mit der Planung vor dem Defekt, ist es wesentlich einfacher, ausreichend Daten fr eine systematische Minimierung der Lebenszykluskosten zu sammeln.

Bestandsaufnahme.Eine gute Kenntnis der Bestandsanlage ist eine wichtige Voraussetzung fr eine Optimierung. Daher sollte eine LCCAnalyse mit einer Bestandsaufnahme beginnen. Insofern dies noch nicht geschehen ist, sollten die Anlagenkomponenten inventarisiert werden. Kostenfaktoren sollten identifiziert werden. Anhand von alten Werkstattberichten knnen Rckschlsse auf verschleianfllige Komponenten gezogen und Instandhaltungsintervalle berechnet werden. An den Maschinen oder in der Instandhaltungsabteilung sollten Formbltter fr die Erfassung von Ausfallzeiten bereitgestellt werden. Vorlagen dafr gibt es z. B. in der VDI-Richtlinie 4 Verfgbarkeit von Maschinen und Anlagen. Soweit dies mglich ist, sollten an der laufenden Anlage hydraulische Daten aufgenommen werden. Mglicherweise muss dafr ein Testbetrieb mit Wasser gefahren werden. Der Druckverlust ber die Rohrleitung bei verschiedenen Frderstrmen und der Frderstrom der Pumpe bei variablem Gegendruck sollte gemessen werden. Wenn die apparativen Mglichkeiten dazu vorhanden sind, sollte auch die Leistungsaufnahme des Motors in den verschiedenen Betriebspunkten aufgenommen werden. Innerhalb der Rohrleitung sollte der Druckabfall ber Einbauten wie zum Beispiel Wrmetauscher, Filter oder Blenden zur Strmungsregulierung gemessen werden. Bei verzweigten Rohrleitungssystemen sollten die Volumenstrme in den verschiedenen Strngen gemessen werden. Bei Wrmetauschern kann berprft werden, ob die Frderstrme dem tatschlichen Bedarf entsprechen, bei Tankbefllungen, ob die Fllzeiten eventuell verlngert werden knnten und in geschlossenen Kreislufen, ob die Frderstrme in der vorliegenden Hhe tatschlich notwendig sind.


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Anhand der gesammelten Daten knnen Schwachstellen und Potenziale fr Effizienzsteigerungen identifiziert werden. Verschiedene Verbesserungsmglichkeiten sollten im Hinblick auf ihre Auswirkung auf die Lebenszykluskosten untersucht werden. Dabei ist es nicht notwendig, einen genauen Zahlenwert fr die Lebenszykluskosten der gesamten Anlage zu berechnen. Es reicht aus, sich darber klar zu werden, welche Faktoren die Kosten der Anlage direkt oder indirekt be-

einflussen und wo Folgekosten entstehen knnen. Die Ergebnisse solcher berlegungen sollten schriftlich oder grafisch festgehalten werden, sodass sie von anderen Personen nachvollzogen werden knnen. Fr die Verbesserungsvorschlge sollte dann die nderung der verschiedenen Kostenarten als Differenzwert berechnet werden. Hierbei ist es notwendig, einen mglichst weit reichenden Blick ber alle Kostenarten zu haben.

Verbesserungsmanahmen.Mgliche Verbesserungsmanahmen, die in dieser Reihenfolge geprft und umgesetzt werden sollten, sind folgende: Instandhaltung optimieren Die Instandhaltungsstrategie sollte berprft werden. Dafr sind die Instandhaltungs- und Produktionsausfallkosten im Istzustand zu bewerten. In welchem Zustand werden die Verschleiteile zurzeit ausgetauscht? Kommt es zu Folgekosten bei Defekten? Mgliche Instandhaltungsstrategien sind im Abschnitt Wartung und Instandhaltung beschrieben. Soll eine zustandsbezogene Instandhaltung implementiert werden, ist dies in den Spezifikationen der in Zukunft zu beschaffenden Komponenten zu bercksichtigen. An den Pumpen und Motoren mssen entsprechende Sensoren vorgesehen werden. Regelstrategie berprfen Die Regelung bietet pauschal bei vielen Bestandsanlagen die grte Einsparmglichkeit. Bypass- und Drosselregelung knnen hohe unntige Energiekosten, aber auch Qualitts-, Instandhaltungs- und Produktionsausfallkosten erzeugen, wenn die Anlage oft in Teillast betrieben wird. Informationen hierzu finden sich im Abschnitt Auswahl und Regelung. Falls auf Drehzahlregelung umgestellt werden soll, ist dies bei der Spezifikation des neuen Motors zu bercksichtigen oder der bestehende entsprechend umzursten. Sollte die Drosselregelung beibehalten werden, ist zu berprfen, ob Pumpe und Regelventil richtig ausgelegt sind. Im Volllastbetrieb sollte das Ventil fast komplett geffnet sein (Herstellerangaben beachten) und einen minimalen Druckverlust aufweisen. Gegebenenfalls ist das Regelventil auszutauschen und die Pumpenleistung anzupassen.


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Flaschenhlse weiten Mglicherweise hat die Rohrleitung zwar einen ausreichend groen Durchmesser fr den Auslegungsfrderstrom, aber durch lokale Verengungen wird trotzdem ein hoher Druckverlust erzeugt. Solche Flaschenhlse knnen dort auftreten, wo fr Ventile oder Messgerte ein kleinerer Durchmesser gewhlt wurde, um Investitionskosten zu sparen. Oder die Rohrleitung wurde bewusst durch eine Blende verengt, um den Volumenstrom zu drosseln. Solche Einschnrungen fhren zu einer steileren Anlagenkennlinie, also zu einer rapiden Zunahme der Energieverluste mit steigendem Frderstrom. Selbst wenn die Reduzierung des Durchmessers bei der ursprnglichen Anlagenplanung noch konomisch vertretbar war, kann es sein, dass durch eine gestiegene Anlagenauslastung, hhere durchschnittliche Frderstrme oder gestiegene Energiepreise an diesen Stellen nun unntige Kosten verursacht werden. Wenn es ohne bermig hohen Investitions- und Installationsaufwand mglich ist, sollten solche Flaschenhlse beseitigt werden.

Rost und Mineralien haben das Trinkwasserrohr zugesetzt. Der Querschnitt des Rohres wird verengt. Die Wandrauigkeit nimmt zu. Die Folge: hhere Strmungsgeschwindigkeit und gestiegene Druckverluste.

Einschnrungen der Strmung verursachen zustzliche Druckverluste

Druckverbraucher austauschen Bei Komponenten mit hohen Druckverlusten, wie Filtern und Wrmetauschern, ist zu prfen, ob diese durch Alternativen mit gnstigeren hydraulischen Eigenschaften ersetzt werden knnen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn aufgrund von Korrosion oder Ablagerungen ohnehin eine Investition notwendig wird oder wenn z. B. durch hufige Dichtungsprobleme die Instandhaltungs- oder Produktionsausfallkosten der Komponenten besonders hoch sind.

Volumenstrme anpassen Falls sich herausgestellt hat, dass einige der Prozessschritte mit geringeren Frderstrmen gefahren werden knnen, ist die Prozessfhrung entsprechend anzupassen. Mglicherweise muss eine Anpassung der Pumpenleistung oder Einfhrung einer Drehzahlregelung in Erwgung gezogen werden. Bei verzweigten Systemen mit parallelen Strngen, wie z. B. Heizungsanlagen, sollte ein hydraulischer Abgleich vorgenommen werden. Das heit, dass in den Strngen die Druckverluste so angepasst werden, dass durch alle Strnge der richtige Volumenstrom fliet. Diese Aufgabe wird dadurch erschwert, dass sich alle Strnge gegenseitig beeinflussen. Im Ergebnis sollte der Gesamtdruckverlust minimal sein, was bedeutet, dass immer mindestens ein Strang ungedrosselt sein muss. In Systemen mit Thermostatventilen kann der Einsatz einer automatischen Strangdifferenzdruckregelung sinnvoll sein.


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Pumpe anpassen Eine der wichtigsten Optimierungsaufgaben ist die berprfung, ob die Pumpe im tatschlichen Betriebspunkt mit ihrem optimalen Wirkungsgrad arbeitet. Falls dies nicht der Fall ist, sollte die Pumpe ausgetauscht oder die Frderleistung durch Abdrehen oder Austausch des Laufrads angepasst werden. Der Einsatz eines Frequenzumrichters allein zur Einstellung des Volllast-Betriebspunkts (also ohne Regelungsaufgaben) ist nicht sinnvoll, da auch dieser einen eigenen Energieverlust hat (siehe auch Abschnitte Systemkomponenten und Energiebedarf, Auswahl und Regelung und Antriebstechnik und Motoren). Bei berprfung der Pumpe sollten auch der Zustand des Laufrads und der Spaltabstand geprft und gegebenenfalls korrigiert werden. Mglicherweise ist auch aus diesem Grund ein Austausch des Laufrads ntig. Bei der Beschaffung neuer Laufrder ist zu prfen, ob es Alternativen mit hherwertigen Werkstoffen und geringerer Oberflchenrauigkeit gibt. Abb. 4: Anpassung durch Abdrehen des Laufrads

Antrieb verbessern Der Pumpenantrieb ist der Punkt, an dem mit besonders geringen baulichen Vernderungen deutliche Wirkungsgradverbesserungen erzielt werden knnen. Motoren ben im Laufe ihres Lebens zwangslufig an Wirkungsgrad ein. Bei groen Motoren knnen eine Generalberholung und eine Erneuerung der Wicklung den Wirkungsgrad wieder verbessern. Insbesondere bei kleinen Motoren und solchen, die lange Jahreslaufzeiten aufweisen, ist es aber oft sinnvoller, den Antrieb komplett auszutauschen und bei der Gelegenheit auf einen Motor mit hherer Effizienzklasse umzustellen. Hinweise dazu befinden sich im Ratgeber Elektrische Motoren und Antriebssysteme im Internet als Download unter www.industrie-energieeffizienz.de. Auch ein berdimensionierter Motor ist sehr hufig Grund fr unntige Energieverluste. Eine Neudimensionierung kann auch ntig werden, wenn durch die oben genannten Verbesserungsmanahmen der Leistungsbedarf reduziert wurde. In die Bewertung sollten nicht nur Investitions- und Energiekosten einflieen, sondern auch die oft lngere Lebensdauer von Hocheffizienzmotoren bercksichtigt werden. Auch die geringere Wrmeabstrahlung in die Umgebung kann insbesondere in klimatisierten Produktionshallen ein Gesichtspunkt sein. Regelung neu parametrieren Durch Alterung und Umbauten in der Anlage knnen sich die Anlagenparameter so gendert haben, dass die Regelung eine unntig hohe Einschwingzeit oder bleibende Regelabweichung hat. Auch die oben genannten Verbesserungsmanahmen machen eine Neujustierung der Regelung ntig. Eine schlecht eingestellte Regelung kann nicht nur zu hheren Energiekosten, sondern auch zu hheren Instandhaltungskosten (z. B. bei den Regelventilen) und hufigeren Produktionsausfllen fhren.

Reduzierter Laufraddurchmesser

Durch ein Abdrehen des Laufrads kann eine berdimensionierte Pumpe den Erfordernissen angepasst werden.


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Auslegung von Rohrleitungen.

Einfhrung zur Auslegung von Rohrleitungssystemen.Die Frage, welche Kosten ein Pumpensystem ber seine Lebensdauer verursacht, hngt ganz wesentlich von einer anforderungsgerechten technischen Auslegung ab. Am Anfang steht die Festlegung des technischen Prozesses. Aus diesem leitet sich ein Bedarf an verfahrenstechnischen Apparaten und Behltern ab. Durch die geforderten Drcke und Volumenstrme der Systemkomponenten und die rumliche Aufstellung derselben ergibt sich eine Frderaufgabe. Fr die Feinplanung ist es nun sinnvoll, jeweils Anlagenabschnitte zwischen zwei Apparaten oder Behltern als Einzelsystem zu betrachten. Die dem System von auen aufgegebene Transport- bzw. Druckerhhungsaufgabe kann nun in verschiedenen Varianten umgesetzt werden. Dabei sind ein Rohrleitungsdurchmesser und eine Regelstrategie festzulegen. Beide zusammen haben Einfluss auf den Leistungsbedarf und die geeignete Bauform der Pumpe. Frderhhe Bei Pumpensystemen ist es blich, anstelle von Drcken mit sogenannten Druckhhen zu rechnen. Die Frderhhe einer Pumpe kann im Gegensatz zum Frderdruck fr eine Drehzahl und einen Frderstrom unabhngig von der Dichte des Frderguts angegeben werden. Der statische Druck und die kinetische Energie der Flssigkeit lassen sich nach folgenden Formeln in eine Druckhhe bzw. Geschwindigkeitshhe umrechnen:Druckhhe [m] = Druck [bar] * 100 Dichte [kg/I] * Fallbeschleunigung [m/s 2]

Die verfahrensbedingte Frderhhe, die das Pumpensystem erbringen muss, ergibt sich aus der Differenz der Druckhhen, der Geschwindigkeitshhen und der geodtischen Hhen (Hhe ber N.N.) am Ein- und Austritt des Anlagenabschnittes.H = paus pein * g + Uaus2 Uein2 2* g + (zaus zein)

p = Druck, = Dichte, g = Fallbeschleunigung, U = Strmungsgeschwindigkeit, z = geodtische Hhe

Welche dieser Einflussgren am wichtigsten ist, hngt ganz von der Aufgabe des Pumpensystems ab. Soll ein unter Druck stehender Dampfkessel gespeist werden, ist der erste Term der Formel entscheidend, bei einer Feuerwehrpumpe die aus einem groen, offenen Tank ansaugt und am Ende des Schlauchs einen mglichst langen Strahl erzeugen soll, der mittlere und bei einer Pumpe, die ein hochgelegenes Wasserreservoir befllt, der letzte Term.

Geschwindigkeitshhe [m]

=

(Strmungsgeschwindigkeit [m/s] 2 2* Fallbeschleunigung [m/s 2]

Die Fallbeschleunigung (Erdanziehungskraft-Konstante) betrgt in unseren Breitengraden etwa ,81 m / s.


0


Strmungsgeschwindigkeit und Leistungsbedarf.Der zweite Aspekt der Frderaufgabe ist der Frderstrom, der meistens in Kubikmetern pro Stunde angegeben wird. Die hydraulische Leistung, die der betrachtete Anlagenabschnitt erbringen muss, ergibt sich aus dem Produkt von Frderhhe, Frderstrom, Dichte und Fallbeschleunigung. Rechnet man mit den praxisblichen Einheiten kg/ l fr die Dichte , m/ h fr den Frderstrom Q und m fr die Frderhhe H, so ergibt sich die hydraulische Systemleistung P in kW:P = * Q* H 367

Die im realen Pumpensystem tatschlich bentigte Leistung ist immer grer als die theoretische hydraulische Leistung, da an verschiedenen Stellen im System Energieverluste auftreten. So erzeugt die Strmung in der Rohrleitung Reibungsverluste. Diese sind umso grer, je hher die Strmungsgeschwindigkeit ist. Whlt man fr einen gegebenen Frderstrom einen kleineren Rohrleitungsdurchmesser, nehmen die Strmungsgeschwindigkeit und damit auch die Energieverluste zu. Und zwar erheblich: Sie steigen in etwa in vierter Potenz mit dem Kehrwert des Durchmessers!

Wahl des Rohrleitungsdurchmessers.Der Rohrleitungsdurchmesser hat einen erheblichen Einfluss auf die spteren Energiekosten und sollte daher mglichst optimal festgelegt werden. Je grer der Durchmesser, desto geringer die Energiekosten. Er kann aber auch nicht beliebig gro gewhlt werden, da mit steigendem Durchmesser die Investitions- und Montagekosten, die Verweilzeit des Produkts in der Rohrleitung und im diskontinuierlichen Betrieb die Restmengen bei Rohrleitungsentleerung oder Produktwechsel zunehmen. Einen ebenfalls nicht zu vernachlssigen Einfluss hat die Rohrrauigkeit. Zur Minimierung der Lebenszykluskosten sollten auf jeden Fall Vergleichsrechnungen mit Rohren unterschiedlicher Qualitten angestellt werden. Ein gutes Hilfsmittel fr die Abschtzung des Leistungsbedarfs und die Ermittlung eines geeigneten Durchmessers sind Rohrreibungsdiagramme. Diese findet man in Standard-Tabellenwerken von Fachverlagen oder DVGW- bzw VDI-Richtlinien. Sie sind fr unterschiedliche Rauigkeitsklassen und Frdergter erhltlich. Aus ihnen kann der Druckverlust als Funktion von Durchfluss und Leitungsdurchmesser unmittelbar abgelesen werden. Fr Reibungsdiagramme wird meistens die doppelt-logarithmische Darstellung gewhlt. Da der Druckverlust ber einen weiten Strmungsbereich im Quadrat zur Strmungsgeschwindigkeit bzw. in vierter Potenz zum Durchmesser zunimmt, ergeben sich in dieser Darstellung geradlinige Kurvenverlufe. Um die Druckverluste der Armaturen einzubeziehen, werden diese wie ein virtuelles Stck Rohrleitung betrachtet, welches den gleichen Strmungswiderstand hat. Dafr mssen zunchst die quivalenten Lngen ermittelt werden. Diese sind teilweise in Katalogen zu finden, sodass auf diese Weise der Druckverlust eines ganzen Rohrleitungssystems mit Hilfe von Reibungsdiagrammen ermittelt werden kann.

Ccip

Cqu

Cd

Cenv

Cin

Co

Cs

Cic

Cm

Ce


1


Abb. : Druckabfall in neuen Graugussrohren (Wasser 20C)

10015

50 20 10 Druckverlusthhe [m pro 100 m Rohr] 5 2 1 0,5 0,2 0,1 0,05 0,02 0,01 0,5

50

5,0 34, m/s 3,5 0 2,5 2,0 1,5

U=

Str

m

un

20

gsg

25

esc

hw

32

ind

igk

40

eit

[m

/s]

80

1,2 1,0 0,8 0,6 0,5 0,4 U= 0,4

100

5

65

125

150 175 20 0

25 0 30 0 35 0 40 0

50 0

60 0 700 80 0 90 100 0 0 120 0 140 0 160 18 0 20 00 00

1

2

5

10

2

5

101 2

5

102

2

5

103

2

5

Volumenstrom Q [m3/h]

Komplexere Rohrleitungssysteme sollten zunchst gedanklich in ihre Bestandteile zerlegt werden, wie zum Beispiel gerade Rohrabschnitte gleichen Durchmessers, Krmmer, Armaturen, Einbauten etc. Diese knnen dann rechnerisch wie Widerstnde in elektrischen Stromkreisen behandelt werden. Der Widerstand eines Bauteils ist dann der Druckverlust geteilt durch das Quadrat des Volumenstroms: Q2

Der Gesamtwiderstand in Reihe geschalteter Widerstnde ergibt sich aus der Summe der Einzelwiderstnde, der von parallelen Rohrleitungsabschnitten aus dem Kehrwert der Quadratwurzel der Kehrwerte der Einzelwiderstnde (siehe dazu Abb. 6).

R =

Abb. 6: Widerstnde als Ersatzschaltbild fr ein System mit parallelen Rohrleitungen

R1

R2

Rn

1 Rges

=

1 R1

+

1 R2

+

1 Rn

Bei bestehenden Anlagen, die umgebaut oder fr neue Betriebsbedingungen optimiert werden sollen, kann experimentell eine Widerstandskennlinie aufgenommen und der Netzwiderstand daraus ermittelt werden. Fr neue Planungen wird dieser aus in Literatur und Katalogen erhltlichen Widerstandsbeiwerten berechnet. In der Praxis wer-

den bei der Berechnung von Rohrleitungssystemen auch oft zunchst die lngenbezogenen Gren spezifischer Druckverlust p/ l und spezifischer Widerstand R/ l ermittelt, um diese spter mit der entsprechenden Gesamtlnge einzelner gleichartiger Rohrabschnitte zu multiplizieren.

Ro

hr

104

du

m/

s

rch

me

sse

r [m

m]



Anlagenkennlinien Die von der Pumpe aufzubringende Frderhhe ergibt sich aus dem verfahrensbedingten Anteil und den Verlusten im Rohrsystem. Ersterer ist, wenn man von der Geschwindigkeitsdifferenz an den Systemgrenzen absieht, statisch, also vom Frderstrom unabhngig. Letzterer nimmt in etwa mit dem Quadrat des Frderstroms zu. Die berlagerung von beiden lsst sich als Anlagenkennlinie im Q/ H-Diagramm darstellen.

Abb. : Anlagenkennlinien im Q/ H-Diagramm

Zunehmender Widerstand

Frderhhe (Druck) H

statischer Anteil

Frderstrme Q

Je kleiner der Rohrleitungsdurchmesser, desto steiler die Kennlinie. Auch die Drosselung eines Ventils bewirkt, dass der Netzwiderstand an dieser Stelle hher wird und die Anlagenkennlinie entsprechend steiler. Den gleichen Effekt hat ein Filter, der sich nach und nach zusetzt, nur eben viel langsamer. In allen drei Fllen nehmen die Druckhhenverluste in der Rohrleitung zu, whrend die statische, an der Systemgrenze nutzbare Frderhhe konstant bleibt. Das heit, die Anlage wird ineffizienter. Betriebspunkte und Regelstrategie Damit das Frdermedium in der gewnschten Geschwindigkeit durch die Rohrleitung flieen kann, muss eine Pumpe jeweils die aus der Anlagenkennlinie ersichtliche, dazugehrige Frderhhe aufbringen. Der maximal bentigte Frderstrom und die entsprechende Frderhhe definieren zusammen den Auslegungsbetriebspunkt. Beide sollten bei der Pla-

nung so exakt wie mglich festgelegt werden. bertriebene Sicherheitszuschlge sind nicht sinnvoll. Neben dem VolllastBetriebspunkt kann es je nach Prozessanforderungen auch noch weitere Teillast-Betriebspunkte geben, auf die das System auszulegen ist. Mglicherweise ist es sinnvoll, mit mehreren parallelen oder in Reihe geschalteten Pumpen zu arbeiten. Manche Regelstrategien beruhen auf einer Manipulation der Anlagenkennlinie, wie zum Beispiel der Einsatz eines Regelventils. Weitere Hinweise hierzu finden sich im Abschnitt Auswahl und Regelung. Da die Betriebspunkte, fr die die Pumpe auszulegen ist, von der gewhlten Regelstrategie abhngen, ist es wichtig, diese vor Auswahl der Pumpe festzulegen.


Auswahl und Regelung.

Einfhrung zur Auswahl der Pumpe.Zur Erfllung einer Frderaufgabe steht dem Anwender eine Vielzahl von Pumpentypen zur Verfgung. Sie lassen sich in zwei Hauptklassen, nmlich die Verdrngerpumpen und die Strmungsmaschinen (in erster Linie Kreiselpumpen) unterteilen. Bei Verdrngerpumpen wird die Flssigkeit z. B. durch einen Kolben, ein Zahnrad oder eine Membran in die Druckleitung geschoben. Verdrngerpumpen bauen in der Regel keinen stetigen Druck auf, sondern haben einen oszillierenden Druckverlauf. Strmungsmaschinen erzeugen die Druckdifferenz durch Umlenkung und Beschleunigung der Flssigkeit, z. B. durch die Fliehkraft in einem sich drehenden Laufrad. Sie haben einen kontinuierlichen Frderstrom und einen stetigen Frderdruck. Die meisten Frderaufgaben lassen sich mit Kreiselpumpen kostengnstiger bewerkstelligen als mit Verdrngerpumpen. In einigen Sonderfllen sind Kreiselpumpen jedoch nicht geeignet, z. B. beim Ansaugen aus starkem Unterdruck, berwinden sehr groer Frderhhen bei gleichzeitig geringen Frderstrmen oder bei bestimmten Frdergtern. In solchen Fllen kann aus einem reichhaltigen Angebot verschiedener Verdrngerpumpen-Bauarten der passende Typ gewhlt werden. Aber auch innerhalb der Kreiselpumpen-Familie gibt es groe Unterschiede, die z. B. durch die Form des Laufrads, die Anzahl der Laufrder oder durch die Art der Anstrmung bestimmt werden.

Pumpenkennlinie.Jede Pumpe hat eine Kennlinie, aus der erkenntlich wird, welche Volumenstrme sie bei verschiedenen anstehenden Gegendrcken frdern kann. Bei Verdrngerpumpen hngt der Frderstrom fast nur von der Drehzahl ab und nimmt bei steigendem Gegendruck nur um soviel ab, wie sich die Drehzahl des Pumpenantriebs aufgrund des hheren Drehmoments reduziert. Bei Kreiselpumpen hingegen ist der Frderstrom neben der Drehzahl auch stark von der Frderhhe abhngig. Der Betriebspunkt stellt sich am Schnittpunkt von Anlagenund Pumpenkennlinie ein.

Abb. 8: Pumpenkennlinien fr Verdrngerpumpen

Abb. : Pumpenkennlinien fr KreiselpumpenPumpenkennlinien

Frderhhe (Druck) H

geringere Drehzahl

Anlagenkennlinie

Frderstrom Q

Betriebsbereich und Pumpenwirkungsgrad Mit einer geeigneten Regelung knnen die meisten Pumpen einen weiten Betriebsbereich im Q / H-Diagramm abdecken. Insbesondere bei Kreiselpumpen variiert jedoch innerhalb des mglichen Betriebsbereichs der hydraulische Wirkungsgrad der Pumpe stark. In den vom Pumpenhersteller erhltlichen Kennliniendiagrammen sind die Wirkungsgrade bei

den verschiedenen Frderstrmen und -hhen abhngig von der Drehzahl grafisch dargestellt. Um die Energiekosten und den Verschlei der Pumpe zu minimieren, muss die Pumpenbauart und -gre so auf die Prozessanforderungen und die gewhlte Regelstrategie abgestimmt werden, dass die verschiedenen Betriebspunkte mglichst im Bereich der besten Wirkungsgrade liegen.


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NPSH-Wert Ein wichtiges Auslegungskriterium fr Kreiselpumpen ist der erforderliche Vordruck. Dieser hngt vom Dampfdruck und damit auch von der Temperatur des Frderguts ab. blicherweise wird die erforderliche Druckhhe am Saugstutzen unter der englischen Abkrzung NPSH (Net Positive Suction Head) in Pumpendiagrammen grafisch als Funktion des Frderstroms dargestellt. Wird dieser Druck unterschritten, kommt es zu Kavitation in der Pumpe, was zu Schden an den Laufrdern fhren kann. Nheres hierzu findet sich im Abschnitt Einbau und Betrieb. Bei der Planung muss berprft werden, ob der NPSH-Wert bei allen Betriebszustnden der Pumpe eingehalten werden kann. Ist dies nicht der Fall, gibt es Mglichkeiten, diesen zu erhhen, z. B. indem der Vorlaufbehlter an einem hheren Ort aufgestellt und damit der statische Druck im Vorlauf erhht wird. Oder es muss eine andere Pumpe gewhlt werden, die einen niedrigeren NPSH erfordert, z. B. eine mit geringerer Drehzahl oder eine mehrstufige Pumpe. Drehzahl, spezifische Drehzahl und Laufradform Wie oben bereits gezeigt wurde, hat die Drehzahl einen Einfluss auf die Pumpenkennlinie und damit auf den Betriebspunkt bei einer gegebenen Anlagenkennlinie. Dieser Effekt wird auch zur Regelung mit drehzahlvariablen Antrieben genutzt. Unabhngig davon gibt es auch bei ungeregelten Pumpen Varianten mit verschiedenen Drehzahlen. Dies kann entweder durch ein Getriebe erreicht werden oder durch die Verwendung eines anderen Motors. So gibt es zu vielen Kreiselpumpen, die regulr mit einem -poligen Asynchronmotor verkauft werden und bei europischer Netzfrequenz mit .000 Umdrehungen pro Minute arbeiten noch eine baugleiche Schwester mit 4-poligem Motor, die dann mit 1.00 Umdrehungen pro Minute arbeitet. Die Pumpenkennlinie ist dabei im Q / H-Diagramm parallel in Richtung des Ursprungs verschoben. Eine andere Gre ist die spezifische Drehzahl ns, die nichts ber die tatschliche Drehzahl aussagt, sondern der Klassifizierung der Pumpenbauformen dient. Sie gibt die Drehzahl an, mit der ein in allen Teilen geometrisch hnliches Laufrad arbeiten msste, um im Bestpunkt bei einer Frderhhe von 1 m einen Frderstrom von 1 m/s zu liefern. Aus der spezifischen Drehzahl lassen sich Rckschlsse auf die Pumpenbauform, die Form der Pumpenkennlinie und auch den maximal erreichbaren Wirkungsgrad ziehen.

Als Daumenregel kann man Folgendes festhalten: Je hher die spezifische Drehzahl, desto hher der hydraulische Wirkungsgrad und das Verhltnis von Frderstrom zu Frderhhe. Trotz des geringeren Wirkungsgrads kann es manchmal notwendig sein, Pumpen mit geringeren spezifischen Drehzahlen zu whlen, weil der Anwendungsfall bei einem geringen Frderstrom eine hohe Frderhhe erfordert. Verschiedene Laufradbauformen sind: Flgelrder ns Radialrder ns Halbaxialrder ns Axialrder ns = 4 bis 1 U/min = 8 bis 4 U/min = 40 bis 160 U/min = 100 bis 00 U/min

Abb. 10: Wirkungsgrade unterschiedlicher Laufrder100 % 90 % 80 % 70 % Wirkungsgrad 60 % 50 % 40 % 30 % 4 5 6 7 8 10 20 30 40 50 60 80 100

Spezifische Drehzahl ns



Laufraddurchmesser.Bei Kreiselpumpen hat eine Variation des Laufraddurchmessers einen hnlichen Effekt wie eine Variation der Drehzahl. Das liegt daran, dass beide Gren einen direkten Einfluss auf die Fluidgeschwindigkeit an den Flgelspitzen des Laufrads haben. Dieser Effekt wird zur Abstimmung der Pumpenleistung auf den tatschlichen Bedarf genutzt. Kreiselpumpen einer Bauform werden von vielen Herstellern standardmig mit verschiedenen Laufrdern angeboten. So kann die Pumpenbauart gewhlt werden, bei der die Form der Kennlinie am besten den Anforderungen an Stabilitt und Regelbarkeit entspricht und die den hchsten Wirkungsgrad ermglicht. Der Schnittpunkt mit der Anlagenkennlinie wird dann durch die Wahl des Laufraddurchmessers festgelegt. Weiterhin wird die Mglichkeit, das Laufrad auf einer Drehmaschine zu verkleinern (das Laufrad abzudrehen), genutzt, um eine Pumpe, die mit einem geringfgigen Sicherheitszuschlag ausgelegt wurde, nach dem Praxistest genau anzupassen.

Antrieb.Da je nach gewhltem Laufraddurchmesser und Betriebspunkt unterschiedlich maximale Drehmomente ntig sind, werden viele Pumpen mit verschiedenen Motoren zur Auswahl angeboten. Die erforderliche Motorleistung lsst sich ebenfalls im Pumpendiagramm ablesen. Die notwendige Motorgre sollte sehr genau ermittelt werden, da die Pumpe mit einem zu kleinen Motor ihre Aufgabe nicht erfllen kann und ein zu groer Motor neben den zustzlichen Investitionskosten zu unntigen Energieverlusten und damit hheren laufenden Kosten fhrt. Weitere Informationen befinden sich im Ratgeber Elektrische Motoren und Antriebssysteme im Internet als Download unter www.industrie-energieeffizienz.de.

Abb. 11: Typisches Pumpendiagramm mit Wirkungsgraden, Motorleistung und NPSH-Wertabnehmender Wirkungsgrad Bestpunkt abnehmender Wirkungsgrad abnehmender Laufraddurchmesser

Frderhhe H [m]

Frderstrom Q Frderstrom Q

NPSH [m]

abnehmender Laufraddurchmesser

Leistung [kW]


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Regelung von Pumpen und Pumpensystemen.Jede Pumpe ist optimal auf einen bestimmten Arbeitspunkt ausgelegt. Fr diesen Punkt erfllt sie eine Aufgabe, indem sie einen bestimmten Frderstrom gegen einen bestimmten Druck bereitstellt. Fr diesen Punkt erreicht sie ihren hchsten Wirkungsgrad. Oft werden aber an eine Pumpe in verschiedenen Betriebssituationen unterschiedliche Anforderungen gestellt. Es kann vorkommen, dass sich der Gegendruck im Laufe des Betriebs ndert, z. B. wenn ein Tank gefllt wird und der Flssigkeitsspiegel steigt oder wenn ein Filter in der Rohrleitung sich nach und nach zusetzt. Viele Pumpen knnen sich bis zu einem gewissen Grad selbstndig an andere Betriebszustnde anpassen, selten aber tun sie dies optimal. Eine Regelung kann helfen, eine Pumpe bei genderten Systembedingungen in einen stabileren oder effizienteren Betriebszustand zurckzufhren. Ein anderer Fall tritt ein, wenn aufgrund uerer Bedingungen nicht mehr die volle Auslegungsleistung des Pumpensystems bentigt wird, etwa weil die Produktion zurckgefahren wird, oder weil ein Heizungssystem wegen hherer Auentemperaturen eine geringere Wrmemenge bentigt. Wenn die Pumpe dann noch mit der Auslegungsleistung weiter liefe, wre das Gesamtsystem ineffizient, selbst wenn die Pumpe, fr sich allein betrachtet, noch in einem effizienten Betriebspunkt arbeiten wrde. In diesem Fall kann eine Regelung helfen, die Gesamtsystemeffizienz zu verbessern.

An- / Ausregelung.Eine sehr einfache, aber auch sehr effiziente Art der Regelung ist das An- und Ausschalten der Pumpe. Steht nur eine Pumpe zur Verfgung, dann handelt es sich um eine einfache Zweipunktregelung. In diesem Fall gibt es nur Betrieb oder Nichtbetrieb. Dies geht immer dann, wenn ein intermittierender Frderstrom erlaubt ist, wenn beispielsweise der Flssigkeitsspiegel in einem hinter der Pumpe gelegenen Behlter oder im Pumpensumpf bzw. Vorlaufbehlter in gewissen Grenzen schwanken darf. Die Vorteile dieser Regelung sind, dass fast keine zustzlichen Investitionskosten anfallen und die Pumpe immer in ihrem Auslegungspunkt betrieben wird. Nachteilig wirkt sich dabei aus, dass Pumpe, Motor und Stromnetz durch die Schaltvorgnge belastet werden und dass immer mit vollem Volumenstrom und damit auch hohen Reibungsverlusten gefahren wird. Die Frage, ob diese Regelung wirtschaftlich ist, lsst sich nur durch eine Betrachtung der Gesamtkosten entscheiden. In die Investitionskosten Cic und Installationskosten Cin flieen die Gre des Behlters und die in der Regel eher geringen Automatisierungskosten als Faktoren ein. Das Behltervolumen ist der Schalthufigkeit anzupassen, bzw. bei bereits vorhandenem Behlter die Schalthufigkeit dem Behltervolumen. Die Instandhaltungskosten hngen von Schalthufigkeit, Pumpen- und Motorbauart sowie Leistung und statischem Gegendruck ab. Lngere Pausen zwischen den Schaltungen wirken bei den Instandhaltungskosten kostensenkend aber bei den Investitionskosten aufgrund des hheren erforderlichen Volumens kostensteigernd. Die Energiekosten hngen von Durchmesser und Lnge der Rohrleitung, sowie vom Verhltnis zwischen Pausen- und Betriebszeiten ab. Lngere Gesamtpausenzeiten wirken hier kostensteigernd, da dann whrend des Betriebs mehr Volumenstrom durch die Rohrleitung gefrdert und die Pumpenleistung entsprechend grer dimensioniert werden muss. Verallgemeinernd lsst sich feststellen, dass bei kurzen Rohrleitungen und ohnehin vorhandenen Behlterkapazitten diese Art der Regelung tendenziell kostengnstig ist.



Eine Variante, die mehrere Betriebspunkte erlaubt, ist ein System mit mehreren parallelen Pumpen, die je nach Leistungsbedarf einzeln oder gemeinsam angeschaltet werden. Diese Anordnung hat gegenber der Einpumpenvariante den Vorteil, dass ein kontinuierlicher, wenn auch nur stufenweise einstellbarer Teillast-Frderstrom mglich ist. Dadurch ist kein oder nur ein kleinerer Pufferbehlter notwendig. Auerdem Abb. 1: Parallele Pumpen und Pumpe mit Bypass

erhht sich die Verfgbarkeit des Systems und es fallen hchstens dann Produktionsausfallkosten an, wenn eine Instandhaltungsmanahme genau dann durchgefhrt werden muss, wenn eigentlich alle Pumpen bentigt wrden. Weitere Hinweise hierzu finden sich im Abschnitt Sicherheit, Zuverlssigkeit, Verfgbarkeit.

Druckseite

Erluterung der Zeichen in der Grafik von links nach rechts: Reservoir, Drossel, Pumpe, Rckschlagklappe, Drossel

Drosselregelung.Bei der Drosselregelung wird der Frderstrom durch ein Regelventil in der Rohrleitung gedrosselt. Diese Art der Regelung ist sehr weit verbreitet bei Kreiselpumpen kleiner und mittlerer Leistungsgre. Sie ist apparativ sehr einfach umzusetzen. Da sich beim Drosseln des Ventils der Rohrleitungswiderstand erhht, steigt der Gegendruck an der Pumpe und es stellt sich entsprechend der Pumpenkennlinie ein neuer Frderstrom ein. Im Kennliniendiagramm stellt sich das so dar, dass die Rohrleitungskennlinie mit zunehmender Drosselung immer steiler wird und der Schnittpunkt der Kennlinien sich nach links in Richtung kleinerer Frderstrme verschiebt. Die Drosselregelung verursacht aus zwei Grnden zustzliche Energieverluste: Zum einen wird am Regelventil hydraulische Energie in Wrme umgewandelt. Zum anderen entfernt sich der Betriebspunkt bei der Drosselung vom Auslegungspunkt der Pumpe und des Motors und fhrt so in der Regel zu einer Verschlechterung der Wirkungsgrade. Abb. 1: Verschiebung des Betriebspunkts bei der Drosselung eines Regelventils

Pumpenkennlinie Drosselung Frderhhe (Druck) H

Anlagenkennlinie

Frderstrom Q


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Bei Verdrngerpumpen lsst sich der Frderstrom nicht ohne Weiteres durch Drosseln der Rohrleitung regeln, da diese Pumpen konstruktiv bedingt bei einer konstanten Drehzahl immer den gleichen Frderstrom liefern. Ein Regelventil in der Rohrleitung kann jedoch zur Regelung des Druckes verwendet werden, wobei dann Vorrichtungen dafr getroffen werden mssen, dass die Pumpe nicht durch Fahren gegen ein geschlossenes Ventil beschdigt werden kann. Eine Mglichkeit dafr wre ein Bypass mit einem Sicherheitsventil. Verwendet man im Bypass statt des Sicherheitsventils ein berstrmventil, welches einen konstanten Druck hlt, kann das Regelventil in der Rohrleitung auch zum Regeln des Volumenstroms verwendet werden. Diese Variante wre eine Mischform aus der Drossel- und der weiter unten beschriebenen Bypassregelung.

Bei der betriebswirtschaftlichen Bewertung einer Drosselregelung mssen als Anschaffungskosten die Kosten fr das Regelventil, Automatisierungskosten sowie die Sicherheitsvorkehrungen, wie Berstscheibe oder Sicherheitsventil und gegebenenfalls ein Bypass zur Absicherung des Mindestfrderstroms bercksichtigt werden. Die Energiekosten ergeben sich aus dem Energieverbrauch bei den jeweiligen Punkten auf der Pumpenkennlinie und der Anzahl der Stunden, die das System in diesen Betriebspunkten gefahren wird. Hierbei ist zu beachten, dass sich bei Teillast nicht nur der Pumpensondern auch der Antriebswirkungsgrad verschlechtert. Hinzu kommen noch die Instandhaltungskosten des Regelventils und eventuell hhere Instandhaltungskosten der Pumpe, wenn diese durch hufiges Fahren in einem ungnstigen Betriebspunkt mechanisch stark beansprucht wird. Zustzliche Qualittskosten knnen entstehen, wenn das Produkt im Regelventil mechanisch beansprucht wird, oder sich im Ventil Keime oder Ablagerungen festsetzen.

Bypassregelung.Bei einer Bypassregelung wird ein Teil des Frderstroms von der Druckseite auf die Saugseite der Pumpe, z. B. in den Vorlaufbehlter, zurckgefhrt. Die Menge des zurckgefhrten Produkts kann durch ein Regelventil oder bei Konstantdruckregelung durch ein berstrmventil bestimmt werden. Die Bypassregelung wird vor allem bei Verdrngerpumpen eingesetzt, wo eine Drosselung des Volumenstroms nicht mglich ist. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Mindestmengenregelung bei Hochdruckkreiselpumpen, mit der in besonderen Betriebssituationen, wie z. B. beim Anfahren gegen ein geschlossenes Ventil in der Rohrleitung, dafr gesorgt wird, dass ausreichend Frdergut durch die Pumpe zirkuliert. Hierdurch soll eine unzulssige Erwrmung des Frderguts und damit einhergehende Belastung von Dichtungen und Lagern vermieden werden.



Eine Bypassregelung kann auch eingesetzt werden, wenn ein intermittierender Frderstrom bentigt wird, aber der Motor zum Schutz vor berhitzung nicht so hufig geschaltet werden darf. In diesem Fall werden hhere Energiekosten in Kauf genommen, um die Instandhaltungskosten zu begrenzen. Diese Art der Regelung ist aber nur zu empfehlen, wenn die Frderunterbrechungen sehr kurz gegenber den Zeiten mit Volllast-Frderung sind. Abb. 14: Parallele Pumpen und Pumpe mit BypassBypass

Ein Vorteil der Bypassregelung ist, dass die Pumpe immer in ihrem Auslegungspunkt betrieben wird. Nachteilig sind der bei groen Frderstrmen hohe Platzbedarf fr Rohrleitung und Armaturen, sowie die Tatsache, dass die nicht bentigte hydraulische Energie im Bypass komplett in Wrme umgewandelt wird. Hieraus resultieren nicht nur unntige Energiekosten, sondern eventuell auch weitere Folgekosten durch die Erwrmung. Daher ist die Bypassregelung bei Kreiselpumpen meistens energetisch noch ungnstiger als die Drosselregelung. Eine Ausnahme bilden Pumpen, deren Leistungsaufnahme mit fallendem Frderstrom steigt, z. B. Axialpumpen. Hier ist die Bypassregelung energetisch gnstiger als die Drosselregelung. Bei den Investitions- und Installationskosten fr die Bypassregelung mssen die Automatisierungskosten sowie Kosten fr die Rohrleitung und zustzliche Armaturen bercksichtigt werden. Die Energiekosten sind in allen Betriebszustnden, also auch bei Teillast, so hoch wie im Volllast-Betrieb. Hinzuzurechnen sind die Folgekosten der Erwrmung wie Qualittskosten oder Energiekosten fr die sptere Abkhlung des Frderguts.

Druckseite

Erluterung der Zeichen in der Grafik von links nach rechts: Reservoir, Drossel, Pumpe, Rckschlagklappe, Drossel

Drehzahlregelung.Eine Drehzahlregelung beeinflusst die hydraulische Leistung der Pumpe und damit die Pumpenkennlinie. Bei einer Verdrngerpumpe ist der Frderstrom direkt proportional zu Drehzahl oder Hubfrequenz. Bei einer Kreiselpumpe hngt die abgegebene hydraulische Leistung von der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads ab. In Abhngigkeit vom Rohrleitungswiderstand stellt sich dann ein Frderstrom ein. So lassen sich bei Kreiselpumpen durch Drehzahlvariation Druck und Volumenstrom regeln, bei Verdrngerpumpen lediglich der Volumenstrom.


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Der Effekt einer reduzierten Drehzahl bei einer Kreiselpumpe hnelt dem Effekt eines reduzierten Laufraddurchmessers. Die Pumpenkennlinie verschiebt sich parallel nach links unten im Q/H-Diagramm. Bei Pumpensystemen, die nur Reibungsverluste haben und keine statische Druckdifferenz berwinden mssen, bewegt sich der Schnittpunkt der Kennlinien und damit der Betriebspunkt bei Variation der Drehzahl entlang einer Linie konstanten Wirkungsgrads. Ist die Pumpe so ausgelegt, dass sie bei Volllast im Bestpunkt arbeitet, kann sie durch Drehzahlregelung auch bei Teillast mit optimalem Wirkungsgrad gefahren werden. Solche Systeme sind zum Beispiel Umwlzpumpen in geschlossenen Kreislufen. In diesen Fllen kann eine Drehzahlregelung im TeillastBetrieb einen erheblichen Teil der Energiekosten einsparen. Weniger stark ausgeprgt ist dieser Vorteil bei einem hohen statischen Druckanteil. Hier verschiebt sich der Betriebspunkt bei Drehzahlreduzierung in einen Bereich schlechteren Wirkungsgrads. Ein solches System ist z. B. ein von einer Kreiselpumpe gespeister Dampfkessel. Die Form der Pumpenkennlinie hat ebenfalls einen Einfluss. Bei steilen Kennlinien (z. B. axialen und halbaxialen Pumpen) sind die Einsparungen grer als bei flachen (z. B. Radialpumpen). Abb. 1: Verschiebung der Pumpenkennlinie bei Variation der Drehzahlkleinere Drehzahl

Fr die Investitions- und Installationskosten einer Drehzahlregelung sind die Automatisierungskosten und die Kosten des drehzahlvariablen Antriebs anzusetzen. Die Energiekosten ergeben sich aus dem Energieverbrauch bei den jeweiligen Schnittpunkten der verschobenen Pumpenkennlinie mit der Anlagenkennlinie, dem Antriebswirkungsgrad und der Anzahl der Stunden, die das System in diesen Betriebspunkten gefahren wird. Die Energieeinsparung gegenber Volllast-Betrieb und gegenber anderen Regelungsarten ist umso grer, je steiler die Pumpen- und Systemkennlinie verlaufen und je hufiger die Pumpe in Teillast betrieben wird. Beim Volllast-Betrieb knnen unter Umstnden Energiekosten durch einen genderten Antriebswirkungsgrad gegenber einem ungeregelten Motor hinzukommen. Bei den Instandhaltungs- und Produktionsausfallkosten ergeben sich Kosteneinsparungen aufgrund der geringeren mechanischen Belastung der Pumpe im Teillast-Betrieb. Verallgemeinernd lsst sich feststellen, dass sich ein drehzahlvariabler Antrieb fast immer rentiert, wenn das Lastprofil ber die Betriebszeit starke Unterschiede ausweist, der Anteil der Reibungsverluste hoch ist und eine stufenweise Regelung mit parallelen Pumpen nicht machbar oder nicht wirtschaftlich ist. Bei Elektromotoren kann die Drehzahlregelung durch Spannungs- oder Frequenzumrichter oder stufenweise ber eine Polumschaltung erfolgen. Bei Verbrennungs- und Gasmotoren erfolgt sie ber die Brennstoffzufuhr. Auch variable Kraftbertragungsmechanismen wie stufenlose Getriebe kommen zum Einsatz. Diese haben aber hufig hohe eigene Energieverluste. Weitere Hinweise finden sich im Ratgeber Elektrische Motoren und Antriebssysteme im Internet als Download unter www.industrie-energieeffizienz.de.

Frderhhe (Druck) H

Frderstrom Q

Zustzliche Vorteile der Drehzahlregelung sind die Verringerung von Kavitationsgefahr, schwingungsanregenden Krften und hydraulischer Belastung der Pumpenlager. Die hydraulischen Krfte nehmen in etwa quadratisch mit der Strmungsgeschwindigkeit an den Laufrdern ab. Die Lebensdauer der Lager verlngert sich dadurch sogar in siebter Potenz!


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Sonstige Regelungsmechanismen.Zusammenfassende Bewertung Jede beschriebene Regelungsart hat in bestimmten Konstellationen ihre Berechtigung. Man kann daher nicht eine der verschiedenen Varianten grundstzlich als beste Lsung fr alle Anwendungsflle bezeichnen. Dies bedeutet aber keinesfalls, dass es gleichgltig wre, welche Regelung eingesetzt wird. Das Gegenteil ist der Fall die Unterschiede in den Lebenszykluskosten knnen immens sein. Es wird geschtzt, dass durchschnittlich Prozent des Energieverbrauchs von Pumpensystemen durch eine Optimierung der Regelung eingespart werden knnten. Durch die steigenden Energiepreise sowie die gestiegene Qualitt und die gesunkenen Preise der Leistungselektronik ist heute in vielen Anwendungsfllen der Einsatz einer elektronischen Drehzahlregelung ausgesprochen rentabel. Wichtig bei der Auswahl einer Regelungsstrategie ist, nicht die Mhe einer fachgerechten Auslegung zu scheuen und sich schon im Vorfeld Gedanken ber die jhrlichen Betriebsstundenzahlen in Voll- und Teillast zu machen. Die Entscheidung sollte dann fr die Alternative mit den geringsten Lebenszykluskosten getroffen werden.

Abb. 16: Energieverbrauch verschiedener Regelungsarten im Teillastbetrie

Date post:	12-Jul-2015
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Ratgeber Pumpen Industrie Und Gewerbe

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