FACHVERANSTALTUNG/FACHVERBAND FELDBEREGNUNG "EFFIZIENTE BEWÄSSERUNGSTECHNIKEN" - FVF_DREHZAHLREGELUNG_03.2016_1.0 ...
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16.03.2016
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
Effiziente Beregnungstechnik/J. Künzle S-E 175-VH-Hannover 10.03.2016
2010-04-12
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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
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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/m2, d. h. 400-500 mm/m2
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
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
(*1) http://www.lwk-niedersachsen.de
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Niederschlagskarte Deutschland
1961-2010
März 2011 war so trocken (6-7 mm/m2)
wie seit dem Jahr 1883 nicht mehr
(normal ca. 50 mm/m2)
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2. Weshalb drehzahlgeregelt Pumpen?
Überdimensionierung und Teillastbetrieb
Häufigster
Betriebspunkt
Förderhöhe Realer Vollastpunkt
Auslegungspunkt
Nenn-Förderhöhe (bester Wirkungsgrad η)
geringerer Bedarf Nenn-Förderstrom Förderstrom
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Beispiel
Etaline GN 150-250/2204 G11 PDB
Betrieb im Optimum beim häufigsten Betriebspunkt!
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Beispiel
Etaline GN 150-250/2204 G11 PDB
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Grundlagen
Gesetzmäßigkeiten bei stufenloser Drehzahlregelung von Kreiselpumpen
Affinitätsgesetze aus der
n Ähnlichkeitsmechanik:
Förderstrom Q 2 = Q1 ⋅ 2
n1
Lineare Zunahme/Abnahme
80% Drehzahl heißt 80% Förderstrom,
des Förderstroms bei linear
ansteigender/fallender Drehzahl
n
2
Förderhöhe H2 = H1 ⋅ 2
n1 Quadratische Zunahme/Abnahme
64% Förderhöhe, der Förderhöhe bei linear
ansteigender/fallender Drehzahl
n
3
Leistungsaufnahme P 2 = P1 ⋅ 2 Kubische Zunahme/Abnahme
n1
der Leistungsaufnahme bei linear
und nur 51% Leistungsaufnahme.
ansteigender/fallender Drehzahl
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Das Prinzip Drehzahlregelung
Drossel- Drehzahl- Q
Q
regelung regelung
~
~
~
P M P ~
~
~ M
H Anlagen- H
kennlinie Anlagen-
kennlinie
Einsparpotenzial
Pumpen- Pumpen-
kennlinie kennlinie
P P
Q2 Q1 Q Q2 Q1 Q
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Laufradverschleiß Lebensdauer [%]
Austausch-
Die Auslegung
wirbel
100 Betrieb im
Ideal =-10% ..+5%
Kavitation
vom Optimum
92 Optimum spart
Förderhöhe [%]
Überhitzung Teillast-
Kürzere
Lebensdauer
Lager und
wirbel
Gut: -20%..+10%
Energie und
53
GLRD
Kürzere
Lebensdauer Lager
erhöht die
und GLRD
Lebensdauer
Kennlinie
Normal: -30%..+15%
Typischer 10
Wirkungsgrad-
verlauf Kavitation
Förderstrom [%]
Quelle: nach Judy Hodgson (Du Pont): “Predicting Maintenance Costs Accurately”, Pumps & Systems, April 2004 10.03.2016 10/19
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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 m3/h bei H = ca. 9-10 bar
Hsmax = ca. 7,5 m (!)
η = ca. 76 %, d. h. wir benötigen ca. Pw18,5 kW (Wettbewerb Pw27,5 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!
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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
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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) m3/h bei H = ca. 9 (10) bar
Hsmax = ca. 7,5 m (!)
η = ca. 75 %, d. h. wir benötigen ca. Pw18,5 kW (Wettbewerb Pw27,5 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!
Effiziente Beregnungstechnik/J. Künzle S-E 175-VH-Hannover 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!)
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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)
- η ca. 78 - 75 %, Pw ca. 21 kW (33 kW)
- druckseitige Absperrklappe (BOAX-B)
- PumpMeter mit Niveausonde zur Standanzeige
- effiziente Pconst-Regelung über PumpDrive
- geringe Installationskosten für Kabel
Effiziente Beregnungstechnik/J. Künzle S-E 175-VH-Hannover 10.03.2016 15/19
Stationäre Multipumpenanwendung in Trockenauf-
stellung (Elektroantrieb)
1. Etanormpumpen G 80-200 in Werkst-C. „10“
- Achtung: Saugbetrieb mit Evakuierungsanlage, bis Hsmax ca. 7,5 m
- Qmax = ca. 1.000 m3/h (ca. 180 m3/h je Pumpe) H = ca. 6 bar
- η = ca. 83 %, d. h. wir benötigen ca. Pw 35,5 kW (Σ Pw 215 kW)
- Ausrichtung auf η-otimalen Betrieb bei stark schwankendem
Förderstrom und Pconst!!!
- 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!
Effiziente Beregnungstechnik/J. Künzle S-E 175-VH-Hannover 10.03.2016 16/19
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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 Inbetrieb-
nahme der Pumpdrive
- # alles aus einer kompetenten
Hand!
Effiziente Beregnungstechnik/J. Künzle S-E 175-VH-Hannover 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!
Effiziente Beregnungstechnik/J. Künzle S-E 175-VH-Hannover 10.03.2016 18/19
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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 Anlauf-
strombegrenzung!
3. Druckbegrenzung über Pconst 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!
Effiziente Beregnungstechnik/J. Künzle S-E 175-VH-Hannover 2010-04-12 19/15
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