Wirkungsgrad an Hammelmann Schneidpumpenaggregaten mit Plungerpumpen. Eine Präsentation von Horst H. Teschke / WHD-Consulting

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1 Wirkungsgrad an Hammelmann Schneidpumpenaggregaten mit Plungerpumpen Eine Präsentation von Horst H. Teschke / WHD-Consulting

2 Energieausbeute Plungerpumpe Druckübersetzer Mechanisch Bis zu 95% der eingesetzten Antriebsleistung wird in wasserhydraulische Leistung umgesetzt. Wirkungsgrad Hydraulisch Ca. 60% der eingesetzten Antriebsleistung kann in wasserhydraulische Leistung umgesetzt. Energieausbeute Prozent Plungerpumpe Druckübersetzer 10 0 Mechanisch Hydraulisch

3 Physikalische Grundlagen Leistung [kw] = Druck [bar] x Fördermenge [l/min] / (600 x Wirkungsgrad [µ]) Wirkungsgrad zu Pumpen

4 Wirkungsgradberechnung Wirkungsgradberechnung aus Maschinendaten: Druckübersetzer Prospektangabe Betriebsdruck = 4100 bar (3800 bar) Fördermenge = 3,6 l/min Motor = 37 kw [kw] = 4100 [bar] x 3,6 [l/min] / (600 x Wirkungsgrad [µ]) Wirkungsgrad [µ] = 0,66 0,62

5 Druckübersetzer Hydraulische Umsetzung Ca. 60% der eingesetzten Antriebsleistung kann in wasserhydraulische Leistung umgesetzt. Druckübersetzer die oszillierende Bewegung der Plunger (Kolben) wird erzeugt indem man einen hydraulischen Druck auf die Fläche eines großen Kolben an dem einen kleinen Plunger befestigt ist. Durch Änderung der Beaufschlagungsrichtung auf den großen Kolben, erzeugt durch ein Umschaltventil im Hydrauliksystem, erfolgt die Umkehrbewegung.

6 Wirkungsgradberechnung aus Maschinendaten: Plungerpumpe HDP kw Betriebsdruck = 3500 bar Fördermenge = 3,1 l/min 22 [kw] = 3500 [bar] x 3,1 [l/min] / (600 x Wirkungsgrad [µ]) Wirkungsgrad [µ] = 0,82

7 Plungerpumpen in Schneidpumpenaggregaten Mechanische Umsetzung Bis zu 95% der eingesetzten Antriebsleistung wird in wasserhydraulische Leistung umgesetzt. Kolben- / Plungerpumpe die oszillierende Bewegung der Plunger (Kolben) wird wie beim Verbrennungsmotor über eine Kurbelwelle erzeugt indem die Drehbewegung des Antriebsmotor in eine oszillierende Bewegung umgewandelt wird.

8 Wirkungsgradberechnung aus Maschinendaten: Plungerpumpe HDP kw Betriebsdruck = 3500 bar Fördermenge = 3,1 l/min 22 [kw] = 3500 [bar] x 3,1 [l/min] / (600 x Wirkungsgrad [µ]) Wirkungsgrad [µ] = 0,82 Achtung!: Maschinendaten geben die max. Eckdaten an. Unberücksichtigt bleibt hierbei: 1. Kompression = Fördermengenverlust ohne Leistungsverbrauch (hier 7%) somit = 3,5 l/min 2. Antriebsmotor nach kw-klassen genormt 3. Betriebsdruckangabe kann zulässiger Maximaldruck sein (Bauartbedingung) 4.

9 Physikalische Grundlagen Umrechnungszahl aus Einheiten Arbeitsdruck, Kurzzeit Druck, Betriebsdruck, Dauerbetriebsdruck Leistung [kw] = Druck [bar] x Fördermenge [l/min] / (600 x Wirkungsgrad [µ]) Mechanischer Wirkungsgrad 0,97 (Getriebe) Auswurfmenge, theoretischer Volumenstrom, volumetrischer Wirkungsgrad 0,94 Kompressibilität Wasser 7% Gesamt volumetrischer Wirkungsgrad 0,87 Wirkungsgradfaktoren zur Pumpe Nebenaggregate z.b. Öldruckschmierung Kurbelwelle

10 Wirkungsgrad Schneidpumpenaggregaten Physikalische Grundlagen Umrechnungszahl aus Einheiten Leistung [kw] = Druck [bar] x Fördermenge [l/min] / (600 x Wirkungsgrad [µ]) Antriebsverluste z.b. Keilriementrieb, elastische Kupplung (0,97) Wirkungsgrad Antriebsmotor (0,95) Wirkungsgradfaktoren zum Aggregat Betriebsnotwendige Nebenaggregate z.b. Kühlung, Wasserzulaufpumpe ect.

11 Beachte!: Gesamtwirkungsgrad = Produkt der Einzelwirkungsgrade Wirkungsgrad Pumpe [µ]) = Mechanisch x Volumetrisch gesamt = 0,97 x 0,94 Wirkungsgrad Pumpe [µ] = 0,91 Erf. Wellenleistung [kw] = Druck [bar] x Fördermenge [l/min] / (600 x 0,91 [µ]) 19,9 [kw] = 3500 [bar] x 3,1 [l/min] / (600 x 0,91 [µ])

12 Gesamtwirkungsgrad = Produkt der Einzelwirkungsgrade Wirkungsgrad für Antriebsleistung Pumpe [µ]) = Mechanisch x Volumetrisch gesamt x Antriebsverluste = 0,97 x 0,94 x 0,97 Wirkungsgrad für Antriebsleistung Pumpe [µ] = 0,88 Erf. Antriebsleistung [kw] = Druck [bar] x Fördermenge [l/min] / (600 x 0,88 [µ]) 20,5 [kw] = 3500 [bar] x 3,1 [l/min] / (600 x 0,88 [µ])

13 Gesamtenergiebedarf Hochdruckpumpe = Erf. Antriebsleistung Pumpe x Wirkungsgrad Motor Energiebedarf Pumpenaggregat [kw] = Druck [bar] x Fördermenge [l/min] / (600 x 0,88 [µ] x 0,95) 21,6 [kw] = 3500 [bar] x 3,1 [l/min] / (600 x 0,88 x 0,95 [µ])

14 Gesamtenergiebedarf Hochdruckaggregat = Erf. Antriebsleistung Pumpe x Wirkungsgrad Motor + Leistung Nebenaggregate Pumpe + Betriebsnotwendige Nebenaggregate Energiebedarf Pumpenaggregat [kw] = Druck [bar] x Fördermenge [l/min] / (600 x 0,88 [µ] x 0,95) + Öldruckschmierung Kurbelwelle + Vordruckpumpe 22,4 [kw] = 3500 [bar] x 3,1 [l/min] / (600 x 0,88 x 0,95 [µ]) + 0,3 kw + 0,5 kw

15 Vorhandene hydraulische Schneidleistung = Schneiddruck [bar] x Volumendurchsatz Düse [l/min] / 600 Schneiddruck nicht gleich Betriebsdruck da Druckverlust im System (siehe Druckverlusttabelle) Druckverlust bei Einkopfanlage Rohr 6,35 x DN 2,4 ca bar Schneiddruck bei Betriebsdruck 3500 bar ~ 3200 bar Volumendurchsatz Düse (siehe Düsentabelle) Düse 0,25 mm ca. 1,58 [l/min] bei 3200 bar Vorhandene hydraulische Schneidleistung [kw] = 3200 [bar] x 1,58 [l/min] / 600 = 8,43 kw

16 Erforderlicher Leistungsbedarf unserer Plungerpumpe zum erreichen der vorhandenen hydraulische Schneidleistung = Betriebsdruck [bar] x Volumendurchsatz Düse [l/min] / (600 x 0,88 x 0,95) + Öldruckschmierung Kurbeltrieb + Vordruckpumpe = 3500 [bar] x 1,58 [l/min] / (600 x 0,88 x 0,95 ) + 0,3 kw + 0,5 kw Der gesamt Leistungsbedarf des Hochdruckaggregat liegt bei 11,8 kw Die installierte Leistung von 22 kw hat somit keine Aussagekraft bezüglich des Leistungsbedarfs, sie begrenzt lediglich die max. mögliche Leistungsabnahme.

17 Wie die zuvor gezeigten Folien darstellt, ist die auf der letzten AWT Sitzung getroffene Aussage, dass die Energieeinsparung beim Einsatz von Plungerpumpen bei ca. 30 % liegt, zu pauschal. In der Praxis werden für die beschriebenen Einsatzfälle Standardmäßig Druckübersetzer mit 37 kw Antriebsleistung (3,6 l/min und 3800 bar) eingesetzt. Die erzielbare Energieeinsparung liegt hierbei sogar bei > 60% The way to cut energy costs!

18 Eine Präsentation von Horst H. Teschke / WHD-Consulting Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! FAQ