Motor-Check Messen von Antrieben vor Ort. Rolf Tieben

Transkript

1 Motor-Check Messen von Antrieben vor Ort Rolf Tieben Motor Summit 2012 Rolf Tieben 1

2 Inhalt Motor-Check Methode Grobanalyse (SOTEA) ILI + Messungen Umsetzungen Auswertungen und Erkenntnisse ILI + Messungen Motor Summit 2012 Rolf Tieben 2

3 Motor-Check Motor Summit 2012 Rolf Tieben 3

4 Die 4 Schritte Motor Summit 2012 Rolf Tieben 4

5 Schritt 1: SOTEA Berechungen Effektiver Elektrizitätsverbrauch der Antriebe [GWh/a] Anteil effektiver Elektrizitätsverbrauch der Antriebe 69.3 [%] Anteil zu erneuernde Motoren 68.0 [%] Anteil Motoren mit FU 40.0 [%] Verbesserter Elektrizitätsverbrauch der Antriebe [GWh/a] Effizienzpotential (Energie) [GWh/a] Effizienzpotential (in Franken) [Mio CHF/a] Effizienzpotential (in Prozent) 16.1 [%] Zusatzinvestition zur Realisierung des Effizienzpotentials [Mio CHF] Payback-Zeit zur Realisierung des Effizienzpotentials 1.3 [a], Topmotors SOTEA,10.000,9.707 [GWh/a],8.000,6.000,4.000,8.146 Effektiver Elektrizitätsverbrauch der Antriebe Verbesserter Elektrizitätsverbrauch der Antriebe Effizienzpotential (Energie),2.000,1.561,0.000 Summen pro Jahr Release 1 Copyright : topmotors Motor Summit 2012 Rolf Tieben 5

6 Schritt 2: ILI + Motor Summit 2012 Rolf Tieben 6

7 Schritt 2: ILI + Decision Maker Ziel: Auswahl Motoren für Optimierung Motor Summit 2012 Rolf Tieben 7

8 Schritt 3: Messungen 1000 ILI + vom Musterobjekt Verbesserung Messung übrige Nennleistung Motor (kw mechanisch) log Baujahr Motor Summit 2012 Rolf Tieben 8

9 Schritt 4: Massnahmen BFE - S.A.F.E. 9

10 Auswertung ILI Motoren Motor Summit 2012 Rolf Tieben 10

11 Motor Summit 2012 Rolf Tieben 11

12 Motor Summit 2012 Rolf Tieben 12

13 Motor Summit 2012 Rolf Tieben 13

14 Motor Summit 2012 Rolf Tieben 14

15 Zusammenfassung Erkenntnisse von 1518 Motoren: Mittleres Alter: 16 J. (ältester Motor 46 J.) 56% sind zu alt, im Durchschnitt 83% zu alt 14% der Antriebe besitzen einen FU Betriebsstunden Median: 4185h; Mittelwert 4323 h/a Mechanische Nennleistung Median: 4,5 kw, Mittelwert 24,6 kw Motor Summit 2012 Rolf Tieben 16

16 Messungen an 75 Motoren Motor Summit 2012 Rolf Tieben 17

17 Messungen Anlaufverhalten Anzahl Start / Stopp / Stillstand Lastgangmessung Lastspitzen Lastschwankungen ggf. Druck, Volumenstrom, Temperaturen (z.t. gemessen vom Hersteller) Motor Summit 2012 Rolf Tieben 18

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19 S.A.F.E. Messprotokoll Mess Bericht Motor 1, Teil 2 Datum Name Verbesserungsvorschlag Status: Verbesserung Kosten MessBericht Motor 1, Teil 1 Datum Name CHF Motor Motoraustausch 15kW 4-pol IE3 statt 55kW 4-pol 1'600 Transmission Flachriemen/Zahnriemen: -10% Fördergeschwindigkeit, -25% Leistung 500 Getriebe Steuerung, Regelung Thermorelais + Einbau 200 FU Anwendung (P/V/K/etc.) Planung/Ausschreibung Bild Typenschild Bild Antrieb Demontage 200 Montage Anpassung an Baugrösse Einregulierung Total 3'200 Objekt Firma Standort Anlage Maschinen Nr. ILI Nr. Chocolat Frey AG Roma UG Kompr.Raum Gebläse Strang 32 1LA Typenschild Motor Hersteller Baujahr Phasen P mech-typ Frequenz Strom Spannung cosφ Pole Umdrehungen Schutz Betrieb Betriebsdauer kw Hz A V U/min Stufe 1 Stufe 2 Siemens ~ IP Wärmeschutz Baugrösse Bauform Kühlung Anwendung Klasse mm Pumpe/Ventilator/Kompressor/etc.Leistung Drehzahl Förderung 250 B3 eigen L. Rootsgebläse Arzen 77.27kW 3800 Zucker Berechnung Motor P el-typ* η typ* Wirkungsgrad** Korrektur Wirkungsgrad korr. Pel korr. kw (EFF3 4-Pole) Streuverluste*** kw % 90.5% 60.8 * siehe Formel rechts ** siehe Tabelle rechts *** siehe Grafik und Formel rechts Messung Datum Dauer Belastungszustand Lastfaktor Vibration Wärmekamera Start max Betrieb Mittel Min. normal/konstant 74% 37% kein kein Transmission Getriebe FU Anwendung Typ Typ Typ 3 Keilriemen kein kein Gebläse Anlauf Betrieb max P el-max min P el-min mittel P el-mittel max P Elektrische Leistung el-max Lastfaktor kw Lastfaktor kw Lastfaktor kw Lastfaktor kw 74% % % % 25.0 Volumenstrom Druckdifferenz Produktionsmenge Nutzleistung m 3 /h Pa Stk/h Energieverbrauch Einheit IST-Zustand Sollzustand alter Antrieb neuer Antrieb Leistung Motor P mech kw elekt. Energiepreis Wirkungsgrad nominale Last η nom % 90.5% 92.1% 0.12 CHF/kWh Wirkungsgrad bei mittl. Teillast η teil % 88.0% 92.0% mittlerer Lastfaktor LF % 32.4% 94.0% Lebenszyklus FU Wirkungsgrad bei nom. Last η FU % 100.0% 100% 15 Jahre Transmission Wirkungsgrad η T % 90.0% 96% Getriebe Wirkungsgrad η G % unverändert unverändert Anwendung (P/V/K/etc) Wirkungsgrad η R % 100% 100% Total elektr. Leistung P el kwe Betriebsstunden t h/a 2'000 2'000 Einsparung mechanische Arbeit (Output) E mech kwh/a 35'640 28'200 pro Jahr Lebenszyklus elektrische Energie (Input) E el kwh/a 45'000 31'929 13' '060 Kosten elt. Energie CHF/a 5'400 3'832 1'568 23'527 Wirtschaftlichkeit Pay Back (statisch) Jahre 2.0 Kostenwirksamkeit* Rp./kWh 1.6 *Investitionskosten pro eingesparte kwh Beobachtungen, Erläuterungen, Angaben des Betriebspersonals, zusätzliche / andere Verbesserungsvorschläge Optionale Verbesserungen Motor und Gebläse drehen und direkt koppeln (Anpassung der Motorendrehzahl an Gebläsedrehzahl über Umrichter) Eventuell weitere Reduktion der Übersetzung um 20% was eine Leistungseinsparung von etwa 50% ergibt. Beobachtung Anwendung: Rootsgebläse Arzen Jahrgang 2010, 77,3 kw, 3800 U/min, 37,9 m³/min (pneumatische Leistung 43,8 kw, Wirkungsgrad 57%) Transmission: 3 Keilriemen, Last dreht etwa 1,5 mal schneller als Motor Anwendung: Pneumatische Förderung von Zucker Nutzleistung: 0,63 m³/s, 100 kpa (gemessen 50 kpa) System wird mit offener Klappe gestartet. In der Sternschaltung ist die Leistungsaufnahme 3 kw während 10 s, in der Dreieckschaltung ist die Leistungsaufnahme 6 kw während 30 s. Dann wird die Klappe in etwa 12 s geschlossen und die Leistungsaufnahme steigt auf etwa 22 kw Das Gebläse fördert bei 3800 U/min 0,63 m³/s, bei 1 bar Überdruck benötigt es eine mechanische Leistung von 77 kw. Bei einer Drehzahl von 2000 U/min sind es 0,33 m³/s. Bei einem Druck von 0,5 bar würde dann bei konstantem Wirkungsgrad noch eine Wellenleistung von 20 kw benötigt. Ausgehend von einem Förderrohr mit 100 mm Innendurchmesser und einer für die Flugförderung übliche Fördergeschwindigkeit um die 24 m/s errechnet sich eine Luftmenge von 0,19 m³/s, was einer Ansaugluftmenge von 0,28 m³/s für 0,5 bar Überdruck entspricht. Ausgehend von den letzten beiden Überlegungen sollte eine weitere Reduktion des Übersetzungsverhältnisses geprüft werden, da die Fördergeschwindigkeit wahrscheinlich eher hoch ist. Das Gebläse ist erst 1 Jahr alt und wird wahrscheinlich noch keine grossen Leckspalten zwischen Rotor und Stator haben. Das Gebläse ist in Bezug auf Luftmenge und Druck überdimensioniert und somit auch der Motor. Bei einer Umstellung auf einen drehzahlvariablen Zentrifugalverdichter würde die aktuell sehr hohe Lärmbelastung reduziert. 50 Motor Siemens, 4 Pole, 55 kwm (58,4 kwel) Wenn schon eine kleine Reduktion der Drehzahl Probleme bei der Zuckerförderung ergibt, dann ist ein 22 kw Motor zu wählen. Elektrische Leistungsaufnahme (kw) mittlerere Leistungsaufnahme 22,5kW 75 % 50 % 25 % Rechnung: Leistung_mech= Leistung_el * ŋ_ist_mittel= 19,8kW => -25% Leistung: Leistung_mech _neu=14,85kw Leistung _el _ neu = Leistung_mech : ŋ_soll_mittel = 16kWkW Zeit (Minuten) Ort, Datum Unterschrift Ort, Datum Unterschrift Motor Summit 2012 Rolf Tieben 20

20 Typische Verbesserungsmassnahmen Einsatz von kleineren und effizienteren Motoren Bessere Transmission: Direktantrieb oder Zahn- / Flachriemen statt Keilriemen Bessere übergeordnete Steuerung bei komplexen Maschinen Lastregelung mit Frequenzumrichter Reduzierung von Druckniveau, Volumenstrom, Durchflussgeschwindigkeit und Temperatur Motor Summit 2012 Rolf Tieben 21

21 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Mehr zu Easy am Motor Summit Rolf Tieben Projektleiter Conrad U. Brunner Programmleiter Motor Summit 2012 Rolf Tieben 22