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Kategorie: > Technik > Brunnen / Quellen / Pumpen
Auslegung einer Pumpe keine Anlagenkennlinie vorhanden
Herbert Knase
(Mailadresse bestätigt)

  25.08.2008

Guten Tag,

es geht um einen Kühlwasserkreislauf in einem Industriebetrieb.

Z.Zeit wird das Wasser von zwei 30 KW Pumpen zirkuliert. Die Kennlinie von den Pumpen ist angefragt aber noch nicht vorhanden. (Pumpen sind von 1995, daher Kennlinie nicht sofort im Netz vorhanden)!

Gemessen wurde eine Umwälzmenge im ganzen System von ca. 100m/h. (sprich die Leistung von beiden Pumpen)

Hinter den Pumpen auf der Druckseite herrschen meist zwischen 7,0 und 7,4 bar.
Oben am Kühlturm in ca. 15m Höhe befinden sich die Kühltürme mit freiem Auslauf. (von dort fließt das Wasser zurück nach unten in das Speicherbecken auf der Saugseite der Pumpen).

Fragen:
1.) Woher weiß ich, dass die installierten Pumpen (die ich so vorgefunden habe) optimal gewählt sind? Viell. würden es auch andere Pumpen mit niedrigerer Leistungsaufnahme tun?

2.) Ist es richtig, dass sich automatisch der Gegendruck des Systems, sprich die Anlagenkennlinie verändern würde, wenn ich mit größeren Pumpen versuchen würde die Umwälzmenge auf z.B. 150m/h zu erhöhen?

3.) Ich habe ja auch im Netz immer wechselnde Bedingungen, sprich Anlagen nehmen Kühlwasser, andere schalten ab etc... Wie kann ich dadurch mein Optimum ermitteln?


Würde mich freuen, wenn mir jemand Anregungen geben könnte...



Anzahl der unterhalb stehenden Antworten: 4
Herbert Knase
(Mailadresse bestätigt)

  01.09.2008
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Ulrich Pfeffer vom 28.08.2008!  Zum Bezugstext

Also der Sinn ist eigentlich von allem etwas! Nach Prioritäten geordnet:
-Strom sparen
-Aussagefähig zu sein, ob die Anlage erweitert werden kann, falls noch mehr Maschinen angeschafft würden.
-Generelles Interesse an diesem Thema

Also wir haben jetzt den Volumenstrom und Leistungsaufnahme der Pumpen gemessen (beides über einen längeren Zeitraum von 10 Tagen):
Volumenstrom: ca. 95-100m/h (ganzes System)
Leistungsaufnahme der Pumpen: 21 und 22 KW (also 43 KW in Summe)
Vorlaufdruck: 7,0-7,3 bar

Du hast das mit dem Kühlbecken evtl. falsch verstanden.
Das Wasser fließt von dem Speicherbecken über die Pumpen, dann durch die Maschinen und von dort im Sammelrücklauf zum Kühlturm. Vom Kühlturm ist sozusagen freier Fall zurück in das Speicherbecken.

Also da wir jetzt über einen längeren Zeitraum gemessen haben, scheint die Stromaufnahme nicht zu dem Volumenstrom zu passen.
Wenn ich mir Pumpen anschaue so finde ich Einzelpumpen, die mir 100m/h bei 7bar bei 25-27KW Leistungsaufnahme bringen.
Wo liegt also hier der Hund begraben?

Von einem Kollegen wurde mir erklärt, dass sich der Volumenstrom nicht verdoppelt, wenn zwei baugleiche Pumpen parallel laufen. Grund: das wäre rein physikalisch so. Stimmt das?
Wenn dem so wäre, so könnte ich beide Pumpen, die z.Zeit in Summe 43KW verbraten z.B. durch eine 35KW Pumpe ersetzen???
Ulrich Pfeffer
pfefferpfeffer-filtertechnik.de
(Mailadresse bestätigt)

  28.08.2008
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Herbert Knase vom 26.08.2008!  Zum Bezugstext

Hallo

Der Punkt ist, dass der Hauptdruckverlust nach meiner Erfahrung in den Maschinen stattfindet, es sind nicht so sehr die Rohre zu den Maschinen als die zum Teil sehr dünnen Kühlschlangen in den Maschinen welche ja konstruktiv bedingt sind.
Zuerst müsste man prüfen ob es sinnvoll ist, ob der Rücklaufdruck zwei bar beträgt.
Grundsätzlich reicht es, wenn der Kühlturm wirklich drucklos beschickt wird, hier könnte man 0,4 bar (bei 7 bar)einsparen. Zusätzlich wäre zu prüfen ob es Sinn macht, die zwei 30 KW Pumpen soweit zu drosseln (einfacher Schieber) das das Wasser drucklos in das Speicherbecken zurückkommt.dann brauchst Du eine zusätzliche Pumpe die optimiert das Wasser aus dem Speicher in den Kühlturm pumpt. Dies könnte! eine Einsparung bringen, obwohl Du eine dritte Pumpe einsetzt. jede Pumpe hat eine Kennlinie zum Wirkungsgrad, wenn du aus dem optimalen Bereich heraus fährst, (zu geringe oder zu große Wassermenge am Beginn oder am Ende der Kennlinie) arbeitet die Pumpe mit einem sehr schlechten Wirkungsgrad ( Umsatz der eingesetzten Energie in Wasser Menge/Druck)
dies kann ausgerechnet werden und könnte zu einer Einsparung führen. Du kannst ja die Wassermenge zum Beispiel drosseln und die Stromaufnahme (Ampere Meter ) ganz genau testen. Besser wäre es, eine vollautomatische Pumpensteuerung zu haben, die zum Beispiel die Pumpen über Frequenzrichter auf einem bestimmten vor eingestellten Druck hält, unabhängig von der Abnahmemenge. Die Drehzahl wird entsprechend herauf oder herab geregelt und die Strommenge verändert sich entsprechend.

zu zwei
je nachdem wie das System aufgebaut ist, könnte es sein, dass sich nur der Druck erhöht (völlig nutzloser Weise) , nicht jedoch die Menge, weil Du einfach nicht mehr Wasser durch die feinen Kühlschlangen durchbekommst.
Grundsätzlich erhöhst  Du den Druck, wenn Du mehr Wasser durchpumpst. (Wenn die Pumpe es hergibt)
wenn du gleichzeitig mehr Maschinen als Abnehmer dran hängst, passiert das natürlich nicht, weil sich wahrscheinlich die Maschinen als "Druckvernichter" betätigen und nicht der Rohrleitungsquerschnitt der Zuleitungen.

Zu drei
es gibt induktive Strömungsmesser/Wassermengenzähler , die einfach auf das Rohr aufgesetzt werden. Damit kann man den Durchfluss ganz genau messen.
Einfacher ist es natürlich die Kennlinie der Pumpe zu haben bei großen Industriepumpen kann man in der Regel aus der Stromaufnahme und dem Druckverlauf ganz genau die gepumpte Wassermenge ersehen. (Auch den Wirkungsgrad)
Da der Druck und die Wassermenge in Relation zu einander stehen musst Du eigentlich die genaue Abnahmemenge gar nicht wissen, es darf nur der Vorlauf Vorlauf und -Rücklaufdruck nicht unter eine bestimmte Grenze fallen.
Es erhöht sich bei größerem Volumenstrom nicht automatisch der Druck, im Gegenteil,  bei gleicher Pumpe sinkt er. Dann muss schon eine Pumpe mit größerer Leistung her, das siehst du richtig.

Andersherum, so wie es sich mir jetzt darstellt, ist das System eigentlich in Ordnung, der Druck den du am Rücklauf brauchst um in den Kühlturm zu kommen ist nur unwesentlich 0,4-0,9 bar höher als er sein müsste.

Die Kennlinie einer 30 KW Norm Blockpumpe zeigt zum Beispiel bei 7,5 bar eine Förderleistung von 84m3/h bei 7,2/96 bei 6,7 /108 m/h
der Wirkungsgrad liegt bei akzeptablen 68 %
generell sind die Pumpenwirkungsgrade bei den meisten Herstellern am physikalischen Limit. da kann man nicht einfach eine andere Pumpe nehmen und noch mal 10 % mehr Wirkungsgrad ausholen Deswegen kannst Du sicher nicht deine Werte halten und dabei noch Strom sparen. Die einzige Lösung zum Strom sparen wäre, mit einer Regelung die Pumpen an den wechselnden Bedarf anzupassen.
Es lässt sich sicher ein wenig sparen, wenn einzelne Abnehmer zeitweise abgeschaltet sind und sich daher der Druck von Beispiel sieben auf 7,4 bar erhöht.
Das kann elektronisch abgeregelt werden. aber mehr als 10 % (immerhin sechs KW ) wird es wahrscheinlich nicht bringen

aber was ist eigentlich das Ziel?
Strom sparen?
Anlage erweitern?
Kühlleistung erhöhen?
Warum willst du mehr Wasser durch die Anlage drücken?

Vielleicht suchst du ja am falschen Ort und solltest das Wasser kälter machen um die Temperaturdifferenz zu erhöhen?

Fragen über Fragen

Gruß

Uli







Herbert Knase
(Mailadresse bestätigt)

  26.08.2008
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Ulrich Pfeffer vom 25.08.2008!  Zum Bezugstext

Hallo Uli,

danke für Deine schnelle, detaillierte Antwort.

Ich möchte versuchen, anhand Deiner Antwort zu den 3 Punkten weitere Auskunft zu geben.

Zu 1.: Weitere Abnehmer sind fast unzählige Maschinen unterschiedlichster Art. Sprich eine genaue Übersicht über die Maschinen und deren Abnahmeverhalten zu erstellen ist quasi eine Lebensaufnahme, wir werden aber wohl nicht darum herum kommen, wenn ich Dich richtig verstanden habe.
Das System an sich ist ca. 20 Jahre alt und mit der Zeit auch immer um verschiedene Verbraucher "erweitert" worden, so dass es viell. mal ordentlich geplant worden ist, aber mittlerweile extrem in dieser Planung verfälscht worden ist.
Hauptleitungen sind natürlich vom Querschnitt her größer dimensioniert, Stichleitungen direkt vor den Maschinen natürlich kleiner. Weiterhin wird beim Durchlauf verschiedener Maschinen auch immer unterschiedlich viel Druck abgebaut.

Die Aussage, die gemacht werden kann ist folgende:
Hinter den Pumpen, also im Vorlauf (bevor das Wasser die Maschinen durchfließt) herrscht ein Druck von ca. 7 bar (wenn 2 Pumpen parallel in Betrieb sind)
Im Rücklauf (Sammelleitung), also nach passieren der Maschinen und VOR den Kühltürmen (Messung im Keller, also gleiche Ebene wie die Messung des Vorlaufen) herrscht ein Druck von ca. 2 bar. Danach muss das Wasser noch ca. 15m nach oben, sprich an den Kühltürmen existiert noch ein Druck von ca. 0,5 bar. (dann freier Auslauf und wieder nach unten, Kreislauf beginnt erneut).

Zu 2.:
Diese 7bar, die im Vorlauf gemessen werden, sind doch jetzt praktisch der erzeugte Gegendruck vom gesamten Rohrleitungsnetz + Maschinen bei einem bestimmten Durchfluss, oder???
Wenn ich jetzt versuchen würde, mehr Durchfluss zu erzeugen (größere Pumpen oder sonst was), dann würde sich jetzt hier doch auch der Druck erhöhen, oder?

Zu 3.:
Da gebe ich Dir vollkommen recht. Eine druckabhängige Regelung der Pumpen würde sicherlich Kosten reduzieren.
Allerdings gibt mir ja keiner eine Vorgabe, wieviel Volumenstrom bei welchem Druck genau gefordert ist.
Sehe ich dies richtig oder falsch: Mit Erhöhung des Volumenstromes in diesem System erhöht sich auch automatisch der Druck, den meine Pumpen bringen müssen, weil sich der Wiederstand des Gesamtnetzes erhöht?

Bzw. kann ich mit anderen Pumpen den gleichen Status halten und viell. dabei noch Energiekosten einsparen?


Gruß


Ulrich Pfeffer
pfefferpfeffer-filtertechnik.de
(Mailadresse bestätigt)

  25.08.2008

Hallo

Das sind ja viele Unbekannte!
zu den Fragen
1: welche Abnehmer ( Kühl-, Druckbedarf / m3/h )sind den außer dem Kühlturm sonst noch vorhanden? für den Kühlturm ist die Pumpe sicherlich viel zu stark , da reichen im Prinzip weniger als zwei Bar längstens aus, wenn die Rohre dick genug sind und nicht soviel Gegendruck erzeugen.
mit wie viel Wasserdruck  kommt den das Wasser aus dem Kühlkreislauf zurück?
ist Maschinenkreislauf  und Kühlturmkreislauf getrennt?

Ich würde mal in den Unterlagen suchen, wer die Pumpen warum ausgesucht hat. vielleicht kann man da noch einige Gedankengänge nachvollziehen.

2: die Anlagen ( Pumpen)- Kennlinie ändert sich nicht, sie ist konstruktiv festgelegt, der Gegendruck des Systems ändert sich ganz sicher, wenn man auf einmal anfängt die 1,5 fache Menge Wasser durch das System zu pressen. Dies hat energetisch sicherlich negative Auswirkungen und ist  nicht sinnvoll. Hier müssten die Leitungsquerschnitte genau untersucht werden, ob das Wasser " da durchpasst"

3: die Anlage muss immer auf den maximalen Bedarf an Menge und Druck ausgelegt sein, daher kann man nicht einfach Leistung wegnehmen, wenn sie im Extremfall aber gebraucht wird. Es wäre sicherlich sinnvoll die Pumpen mit einem Druckschalter/ Drucksensor System auszustatten  und dies mit den heute gebräuchlichen Frequenzregelungen zu koppeln. Dann laufen die Pumpen(innerhalb bestimmter Grenzen)in ihrem optimalen Bereich und es kann eine Menge Strom gespart werden.

Zuerst einmal würde ich eine genaue Bestandsaufnahme der Abnehmer machen, das Leitungssystem auf Leistungsfähigkeit (Durchmesser der Rohre)Inkrustierungen ( Verstopfung) prüfen  und den genauen Bedarf ermitteln. Pumpen mit 30 kW sind nicht so teuer als dass es unter Umständen sinnvoll ist, die Pumpen rauszuschmeißen und komplett durch neue, optimiert abgestimmte Pumpen mit einer Leistungsregelung, oder mehrere verschieden starke, intelligent gesteuerte Pumpen zu ersetzen.
Wenn es sich nur um den Kühlturm - Kreislauf handelt, wäre es vielleicht sogar sinnvoll, die Leitungen ersetzen, wenn diese zu dünn sind, zu viel Rohrleitungswiderstand haben, ist es auf die Dauer billiger, die Leitungen gegen dickere Querschnitte zu ersetzen und dafür weniger Strom zu verbrauchen.  

Alles in allem eine Ingenieurstechnische Fragestellung die den Rahmen des Forums sicherlich sprengt.
schickt mal eine Skizze der Installation, dann schaue ich drüber wodie Problempunkte eventuell liegen könnten

Grüße

Uli



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