Pumpen & Systeme 10 Prozent weniger Energie durch innovative Pumpentechnik Efficiency Arena - HANNOVER MESSE 2014, Moritz Buck 11.04.2014
Stromverbrauchsanteile in der Industrie Anteile der Sektoren am Stromverbrauch Verkehr 3% 30% 30% 10% 15% 15% Haushalte 27 % Industrie 42% Gewerbe 28 % Quelle: Umweltbundesamt, Frauenhofer ISI Luftkompressoren Ventilatoren Kältemaschinen Pumpen 1
LCC Anteil Energiekosten LCC: Lebenszykluskosten LCC = C ic + C in + C e + C m + C o + C s + C d + C env Anschaffungskosten Energiekosten Betriebskosten Ausfallkosten Installationskosten Instandhaltungskosten Stilllegungskosten Umweltkosten Stillstand Anschaffungskosten Installation, Entsorgung 45% 5% 10% 10% Betrieb, Wartung, Reparatur Energiekosten 30% Quelle: Deutsche Energie-Agentur GmbH System-Energieeffizienz 2
Energiebedarf / Systemwirkungsgrad Auslegung A+11 η Rohrleitung +11 η Kraftübertragung + η Motor + Förderaufgabe + η Pumpe + η elektrisch + η pneumatisch Förderung eines Wahl der Technik: viskosen Produktes + - Kreiselpumpe +? von 300 mpas - Verdrängerpumpe? 3
Viskositätseinfluss auf hydrostatische Maschinen Schlupf Volumenstrom m³/h Leistungsbedarf kw + 0 bar + + 4 bar 8 bar Viskosität 0 + Drehzahl u1/min η total = η volumetrisch x η mechanisch Q = Verdrängungsvolumen pro Umdrehung x Drehzahl 0 bar + 4 bar 8 bar Drehzahl u1/min 4
Viskositätseinfluss auf hydrodynamische Maschinen Quelle: Hydraulic Institute CH = Korrekturfaktor Förderhöhe CQ = Korrekturfaktor Volumenstrom Cη = Korrekturfaktor Wirkungsgrad 5
Effizienzminderung hydrodynamischer Maschinen Quelle: Fritsch, Grabow; Sulzer Centrifugal-Pump Handbook 3ed nq = beschreibt den erreichbaren Wirkungsgrad in Abhängigkeit der spezifischen Schnellläufigkeit Bereits ab einer Viskosität von 120 mpas können Verdrängerpumpen bessere Wirkungsgrade als Kreiselpumpen erzielen. 6
Von der konventionelles Drehkolbenpumpe zur Tornado T2 Funktionsweise / Aufbau einer konventionellen Drehkolbenpumpe GLEICHLAUFGETRIEBE Wellen Lager + Zahnräder PUMPENKOPF Pumpengehäuse Pumpendeckel + Drehkolben WELLENABDICHTUNG + Dynamisch Thema der Präsentation, Erstelldatum 7
Von der konventionelles Drehkolbenpumpe zur Tornado T2 Gummiförderelemente in metallischen Gehäuse Dynamische Belastung durch plastische Verformung Nachteiliger, verschleißintensiver Kontakt zwischen Gummiteilen 8
Standzeiterhöhung durch Materialumkehr in der Pumpe mit Seitenblick auf die Exzenterschneckenpumpe Rotierende, mehr unter Belastung stehende Pumpenteile werden aus Metall gefertigt. Stator aus Elastomer - statisch Rotor aus Metall - dynamisch Gehäuseteile aus Elastomer Kolbenflanken aus Elastomer Drehkolben aus Stahl oder Edelstahl
Standzeiterhöhung durch Materialumkehr in der Pumpe Jeder Entwicklungsschritt wurde in Prototypen im Technikum und Realbetrieb validiert. Standzeittest 1: Verschleissversuch im mit Keramikschlicker im Technikum Standzeittest 2: Verschleissversuch vs. ESP
Standzeiterhöhung durch Materialumkehr in der Pumpe Hohe Standzeit der Verschleißteile durch Materialumkehr tribologisch optimiert kein Kontakt von Elastomer/Elastomer - Geringere Belastung der Elastomerteile durch plastische Verformung - Der Elastomereinleger wird zudem an jeder Stelle jeweils nur einmal pro Umdrehung von der Metallkolbenspitze abgefahren. Bei konventionellen Drehkolbenpumpen mit Gummi-Kolben ist das Elastomer dauerhaft im Eingriff!
Standzeiterhöhung durch Materialumkehr in der Pumpe Hohe Standzeit der Verschleißteile durch Materialumkehr Standzeiterhöhung z.b. abrasiver Betonhaftgrund mit 30% Quarzandanteil: 3,8 fache Standzeit zu einer konventionellen Drehkolbenpumpe (Wettbewerbsmaschine bei gleicher Drehzahl / Verdrängungsvolumen u1/min) 12
Standzeiterhöhung durch Materialumkehr in der Pumpe Leistungsbedarf kw Drehzahl u1/min - Druckverlust Wirkungsgrad η Deutliche Effizienzvorteile über die gesamte Standzeit konventionelle Drehkolbenpumpen Tornado T2 Drehkolbenpumpen + Betriebsstunden / Standzeit η 100% + η 0% Betriebsstunden / Standzeit 13
Innovatives Antriebskonzept der Tornado T2 Betriebssicherheit und Energieeffizienz durch neues Antriebs- und Synchronisationskonzept Schrägkugellager für höchste Tragfähigkeit und präzise axiale und radiale Ausrichtung ermöglichen minimalste Spaltmaße und maximale Effizienz. 14
Vergleichende Betrachtung Leistungsbedarf Ermittlung des Leistungsbedarfs bei gleichen Betriebsbedingungen: Medium: Stärkelösung 25 Be Dichte: 1,25 kg/dm³, Viskosität: 300 mpas Volumenstrom: 40 m³/h gegen eine Förderhöhe von 20 m Pumpe 1 Pumpe 2 Pumpe 3 Pumpe 4 Technologie konventionelle Drehkolbenpumpe Tornado T2 Drehkolbenpumpe Kreiselpumpe mit offenem Radialrad Druckluftmembranpumpe 3" Drehzahl 356 [u1/min] 356 [u1/min] 1450 [u1/min] NA Druckluftbedarf: Luftverbrauch NA NA NA 2,1 m³/min (75 scfm) Leistungsbedarf: an der Welle für Druckluft 4,8 kw NA 4,2 kw NA 5,7 kw NA 5,77 kw/m³/min Energiekosten Jahr (aufgenomme Leistung - 3000 OpHrs) bei 0,1 kwh 1.440,00 = [114 %] 1.260,00 = [100 %] 1.710,00 =[135%] 3.462,00 = [289 %] 15
LCC Vergleich Verdrängerpumpen 30.000 Betriebsstunden Druckluftmembranpumpe Tornado T2 DKP Anschaffungskosten Instandhaltungskosten Energiekosten Gesamtkosten konventionelle DKP 0 20000 40000 60000 80000 16
Vergleichende Betrachtung Leistungsbedarf Medium: Stärkelösung 25 Be Dichte: 1,25 kg/dm³, Viskosität: 300 mpas Volumenstrom: 40 m³/h gegen eine Förderhöhe von 20 m Technologie Pumpe 1 Pumpe 2 Tornado T2 Proc Drehkolbenpumpe Kreiselpumpe mit offenem Radialrad Drehzahl 365 [u1/min] 1450 [u1/min] Leistungsbedarf: an der Welle 4,3 kw 5,7 kw Energiekosten Jahr (aufgenomme Leistung - 8000 OpHrs) bei 0,1 kwh 3.440,00 = [100 %] 4.560,00 =[132%] 17
LCC Vergleich T-Proc Drehkolbenpumpe mit Kreiselpumpe 80.000 Betriebsstunden Tornado T2-Proc DKP Anschaffungskosten Instandhaltungskosten Energiekosten Gesamtkosten Kreiselpumpe 0 20000 40000 60000 80000 18
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