Fachveranstaltung/Fachverband Feldberegnung Effiziente Bewässerungstechniken Drehzahlgeregelte Pumpen zur Feldberegnung: -Etanorm-/Multitec-/UPA + PumpDrive + PumpMeter + # Jörn Künzle KSB Vertriebsbeauftragter/Anlagen- und Prozesstechnik Vertriebshaus-Hannover/Hamburg E-Mail: joern.kuenzle@ksb.com 10.03.2016 2010-04-121/15 1/15 Drehzahlgeregelte Pumpen zur Feldberegnung: (Etanorm-/Multitec-/UPA + PumpDrive + PumpMeter + #) 1. Intro - Klimaprognose/Szenarien/Anpassungsstrategie - Entwicklung der Niederschlagsmengen in Deutschland 2. Weshalb drehzahlgeregelte Pumpen? - hydraulisch-physikalische Zusammenhänge - Affinitätsgesetze - Beispiel Drehzahl-Leistungskennfeld 3. Beschreibung der Hauptapplikationen Feldberegnung -Einzelaggregate als Trockenaufstellung (Elektro-und Dieselantrieb) -U-Pumpen - Multipumpenanlagen 4. Zusammenfassung -Wirtschaftlichkeitsbetrachtung - Kundennutzen-Argumente für unsere Pumpen- u. Automationsprodukte 10.03.2016 2/19 1
1. Intro: 1. Klimaprognose Deutschland (*1) - Temperaturanstieg von 2-3 C in den nächsten 30-50 Jahren -Verdoppelung heiße Tage => 30 C bis 2050, Zunahme Tage o. Regen - zunehmende Sommertrockenperioden mit Dauer bis zu 4 Wochen -Niederschläge in Norddt. ca. 600 700 mm/m 2, d. h. 400-500 mm/m 2 fehlten in 2009 2. zukünftige Szenarien für die Landwirtschaft (*1) - Vorteile der früheren Vegetation mit längerer Vegetationsdauer stehen den Nachteilen der Trockenheit entgegen - Ertrags- u. Qualitätsverluste treten ein, schlechtere Ernten - Landwirte müssen Anpassungsstrategien haben (*1) http://www.lwk-niedersachsen.de 3. Anpassungsstrategie der Landwirte (*1) - Lieferverträge können durch Beregnungstechnik eingehalten werden#! -Feldberegnung bringt einen Mehrertrag von ca. 40-50 % je ha - geringe Bodenqualitäten (leichte Sandböden) müssen beregnet werden 10.03.2016 3/19 Niederschlagskarte Deutschland 1961-2010 März 2011 war so trocken (6-7 mm/m 2 ) wie seit dem Jahr 1883 nicht mehr (normal ca. 50 mm/m 2 ) 10.03.2016 4/19 2
2. Weshalb drehzahlgeregelt Pumpen? Überdimensionierung und Teillastbetrieb Förderhöhe Häufigster Betriebspunkt Realer Vollastpunkt Nenn-Förderhöhe Auslegungspunkt (bester Wirkungsgrad η) geringerer Bedarf Nenn-Förderstrom Förderstrom 10.03.2016 5/19 Beispiel Etaline GN 150-250/2204 G11 PDB Betrieb im Optimum beim häufigsten Betriebspunkt! 10.03.2016 6/19 3
Beispiel Etaline GN 150-250/2204 G11 PDB 10.03.2016 7/19 Grundlagen Gesetzmäßigkeiten bei stufenloser Drehzahlregelung von Kreiselpumpen Förderstrom Förderhöhe Q 2 = Q 1 80% Drehzahl heißt 80% Förderstrom, 64% Förderhöhe, Leistungsaufnahme und nur 51% Leistungsaufnahme. H 2 = H 1 P 2 = P 1 n 2 n 1 n 2 n 1 n 2 n 1 2 3 Affinitätsgesetze aus der Ähnlichkeitsmechanik: Lineare Zunahme/Abnahme des Förderstroms bei linear ansteigender/fallender Drehzahl Quadratische Zunahme/Abnahme der Förderhöhe bei linear ansteigender/fallender Drehzahl Kubische Zunahme/Abnahme der Leistungsaufnahme bei linear ansteigender/fallender Drehzahl 10.03.2016 8/19 4
Das Prinzip Drehzahlregelung Q Drosselregelung Drehzahlregelung Q P M P ~ ~ M H H Anlagenkennlinie Anlagenkennlinie Einsparpotenzial P Q 2 Q 1 Q Q 2 Q 1 P Pumpenkennlinie Pumpenkennlinie 10.03.2016 9/19 Q Förderhöhe [%] Kavitation Laufradverschleiß Überhitzung Kürzere Lebensdauer Lager und GLRD Typischer Wirkungsgradverlauf Austauschwirbel Teillastwirbel Gut: -20%..+10% Normal: -30%..+15% Ideal =-10%..+5% vom Optimum Lebensdauer [%] Kürzere Lebensdauer Lager und GLRD Kennlinie Kavitation 100 92 53 10 Die Auslegung Betrieb im Optimum spart Energie und erhöht die Lebensdauer Förderstrom [%] Quelle: nach Judy Hodgson (Du Pont): Predicting Maintenance Costs Accurately, Pumps & Systems, April 2004 10.03.2016 10/19 5
3. Beschreibung der Hauptapplikationen Feldberegnung: Einzelaggregate in Trockenaufstellung (Dieselantrieb) 1. Dieselaggregat mit Multitec-Pumpe 65/6 in Werkst-C. 10 Achtung: beide Flansche oben -> Ausführung C wegen Trockenlauf in der Ansaugphase und ohne Entlastungsleitung wegen η Q = ca. 60 m 3 /h bei H = ca. 9-10 bar Hsmax = ca. 7,5 m (!) η= ca. 76 %, d. h. wir benötigen ca. P w 18,5 kw (Wettbewerb P w 27,5 kw) Dieselverbrauch max. 4,5 l/h italienischen Wettbewerber: # liegen bei 6-7 l/h Ausrichtung auf energieeffizienten Betrieb bei unterschiedlichen Drücken 2. Aggregathersteller benötigt: - Pumpe ohne Zubehör (freies Wellenende) - Armaturen für Druckseite (BOAX-B) - Direktgeschäft nur für Ersatzpumpen! 10.03.2016 11/19 Einzelaggregate in Trockenaufstellung (Dieselantrieb) mobiles Tankrahmengestell: -Multitec-Pumpe mit 3-oder 4-Zylinder Dieselmotor (1.600 1 /min) - Ansauginjektor - Saug- u. Druckanschluss - Dieseltank zwischen 600 1000 l - Steuerung über Drehzahlverstellung 10.03.2016 12/19 6
Einzelaggregate in Trockenaufstellung (Elektroantrieb) 1. Multitec-Pumpe 65/2 (3) in Werkst-C. 10 mit mit 22 (30) kw- Drehstrommotor (2.900 1/min) Achtung: beide Flansche oben -> Ausführung C wegen Trockenlauf in der Ansaugphase!) Q = ca. 60 (80) m 3 /h bei H = ca. 9 (10) bar H smax = ca. 7,5 m (!) η= ca. 75 %, d. h. wir benötigen ca. P w 18,5 kw (Wettbewerb P w 27,5 kw) mit 22 (30) kw-drehstrommotor (2.900 1/min) max. Anlaufstrom = Motornennstrom spart erhebliche Installationskosten für die Kabelzuleitungen!!! Ausrichtung auf energieeffizienten Betrieb bei unterschiedlichen Drücken 2. OEM-Kunde benötigt: - Pumpe als komplettes Aggregat + PumpDrive + PumpMeter (ggf. Modem) - Armaturen für Druckseite (BOAX-B) - Empfehlung: Direktgeschäft nur für Ersatzpumpen! 10.03.2016 13/19 - Einzelaggregate in Trockenaufstellung (Elektroantriebe) mobiles Rahmengestell/ankuppelbar Dreipunktaufhängung Schlepper - Multitec-Pumpe 65/2 (3) mit 22 (30) kw-drehstrommotor (2.900 1/min) - handbetätigte Ansaugpumpe (bauseits) - Saug- u. Druckanschluss (bauseits) - PumpDrive + PumpMeter + (Absperrklappe) + Modem (fernwirkfähig!) 10.03.2016 14/19 7
Einzelaggregate in Nassaufstellung (UPA) + + Unterwasser-Motorpumpe - Pumpe UPA 200B-80/5b mit 36 kw-motor -Q ca. 60 (100) m3/h bei ca. 8,5 bar, (Absenkspiegel ca. 10 m) -ηca. 78-75 %, Pw ca. 21 kw (33 kw) - druckseitige Absperrklappe (BOAX-B) - PumpMeter mit Niveausonde zur Standanzeige -effiziente P const -Regelung über PumpDrive - geringe Installationskosten für Kabel 10.03.2016 15/19 Stationäre Multipumpenanwendung in Trockenaufstellung (Elektroantrieb) 1. Etanormpumpen G 80-200 in Werkst-C. 10 -Achtung:Saugbetrieb mit Evakuierungsanlage, bis H smax ca. 7,5 m -Q max = ca. 1.000 m 3 /h (ca. 180 m3/h je Pumpe) H = ca. 6 bar -η= ca. 83 %, d. h. wir benötigen ca. P w 35,5 kw (ΣP w 215 kw) - Ausrichtung auf η-otimalen Betrieb bei stark schwankendem Förderstrom und P const!!! - automatisches, lastabhängiges Zu- u. Abschalten von Pumpen 2. Hauptsächlich für Wasser-/Beregnungsverbände: - Pumpen als komplettes Aggregat + PumpDrive + PumpMeter Armaturen für Druckseite (z. B. BOAX-SF) - Dienstleistungen, Feinausrichtung, Inbetriebnahme PumpDrive - Evakuierungsanlage für Saugbetrieb - Empfehlung: Direktgeschäft! 10.03.2016 16/19 8
Multipumpenanwendung in Trockenaufstellung (Elektroantrieb) 6 Stck. Etanormpumpen G 80-160 in Werkst-C. 10 mit je 45 kw-motoren - inkl. PumpDrive + Armaturen - inkl. Rohrleitungen - inkl. Evakuierungsanlage - inkl. Aufbau der Aggregate, Feinausrichtung und Inbetriebnahme der Pumpdrive -# alles aus einer kompetenten Hand! 10.03.2016 17/19 4. Zusammenfassung/Wirtschaftlichkeitsbetrachtung: 1. Einzelaggregat in Trockenaufstellung (Dieselantrieb) -Dieselersparnis 2 l/std. bei 1.000 Std./a (1,00 /l Diesel) = ca. 2.000 /a 2. Einzelaggregat in Trockenaufstellung (Elektroantrieb) -Energieersparnis 10 kwh bei 1.000 Std./a (0,15 /kwh) = ca. 1.500 /a 3. Einzelaggregat in Naßaufstellung (UPA-Pumpe) -Energieersparnis 15 kwh bei 1.000 Std./a (0,15 /kwh) = ca. 2.250 /a 4. Multipumpenanwendung in Trockenaufstellung (Elektroantrieb) -Energieersparnis ca. 30 % bei 1000 Std./a (90 kw X 1000 X 0,15 /kwh) = ca. 13.500 /a Ergebnis: Die Mehrkosten für hochwertigere Pumpen + Antriebsregelung haben sich schon nach 2 3 trockenen Sommerperioden amortisiert! 10.03.2016 18/19 9
6 gute Gründe für die KSB-Drehzahl-Systemlösung : 1. Amortisationszeit über Antriebs-Energieeffizienz in max. 2-3 Jahren! 2. Investitionskosten für Kabelinstallation deutlich niedriger wegen Anlaufstrombegrenzung! 3. Druckbegrenzung über P const bei UPA-Pumpen verhindern Druckstöße und somit Rohrreißer in PE-Schläuchen (meist nur PN 10-Rohre)! 4. Automatisierte Lösung erfordert wenig Bedienpersonal! 5. Fernwirkfähigkeit spart erheblichen Arbeitszeitaufwand für Landwirt! 6. KSB liefert alles aus einer Hand bis zur Inbetriebnahme! Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 2010-04-12 19/15 10