14 Möglichkeiten zur Verbesserung der Energieeffizienz in Pumpensystemen
Detaillierte Energiebewertung
Pumpensysteme bestehen aus Pumpen, Treiber, RohrInstallation und Steuerungen (wie ASDs oder Drosseln) und sind Teil des Gesamtsystems des Motors. Nachfolgend werden einige der Energieeffizienzmöglichkeiten für das Pumpensystem dargestellt.
14 Möglichkeiten zur Verbesserung der Energieeffizienz in Pumpensystemen
Auch die American Society of Mechanical Engineers(ASME) hat einen Standard veröffentlicht, der die Bewertung von Pumpensystemen abdeckt, die als eine oder mehrere Pumpen und diejenigen zusammenwirkenden oder in Wechselbeziehung stehenden Elementen definiert sind, die zusammen die gewünschte Arbeit beim Bewegen eines Fluids erfüllen.
In dieser Norm werden das Verfahren zur Durchführung einer detaillierten Energiebewertung des Pumpsystems sowie die Möglichkeiten zur Energieeffizienz beschrieben.
- Instandhaltung
- Überwachung
- Steuerelemente
- Reduzierung der Nachfrage
- Effizientere Pumpen
- Richtige dimension der pumpe
- Mehrere Pumpen für unterschiedliche Lasten
- Laufradzuschnitt (oder Rasierscheiben)
- Frequenzumrichter (ASDs)
- Drosselventile vermeiden
- Richtige Rohrdimensionierung
- Austausch von Riemenantrieben
- Präzisionsgussteile, Oberflächenbeschichtungen oder Polieren
- Verbesserung der Abdichtung
1. Wartung
Unzureichende Wartung senkt den Wirkungsgrad des Pumpensystems, führt zu einem schnelleren Verschleiß der Pumpen und erhöht die Kosten. Bessere Wartung reduziert diese Probleme und das Wichtigste - um Energie zu sparen.
Waukesha Pumpen regelmäßige Wartung (Bildnachweis: hollandaptblog.com)
Die ordnungsgemäße Wartung umfasst Folgendes:
- Austausch abgenutzter Laufräder, insbesondere bei ätzenden oder halbfesten Anwendungen.
- Lagerprüfung und Reparatur.
- Lagerschmierwechsel einmal jährlich oder halbjährlich.
- Inspektion und Austausch von Packungsdichtungen.
- Inspektion und Austausch von Gleitringdichtungen.
- Ring und Laufrad ersetzen.
- Überprüfung der Ausrichtung von Pumpe und Motor
- Die größte Chance besteht in der Regel darin, Drosselverluste zu vermeiden.
Es wird geschätzt, dass typische Energieeinsparungen für Betrieb und Wartung auftreten zwischen 2% und 7% des Pumpstromverbrauchs für die US-Industrie. Die Amortisation beträgt normalerweise weniger als ein Jahr.
2. Überwachung
Überwachung in Verbindung mit Betrieb und Wartung kann verwendet werden, um Probleme zu erkennen und zu bestimmenLösungen, um ein effizienteres System zu schaffen. Durch die Überwachung können Abstände ermittelt werden, die eingestellt werden müssen, Blockierung, Laufradbeschädigung, unzureichende Ansaugung, Betrieb außerhalb der Voreinstellungen, verstopfte oder gasgefüllte Pumpen oder Rohrleitungen oder verschlissene Pumpen.
Der Kontrollraum der Kläranlage Columbia Boulevard (Bildnachweis: peci.org)
Die Überwachung sollte Folgendes umfassen:
- Tragen Sie die Überwachung
- Schwingungsanalysen
- Druck- und Durchflussüberwachung
- Strom- oder Leistungsüberwachung
- Differenzdruck und Temperaturanstieg in der Pumpe (auch als thermodynamische Überwachung bezeichnet)
- Inspektion des Verteilungssystems für Ablagerungen oder Verschmutzung
3. Kontrollen
Das Ziel jeder Kontrollstrategie ist nicht benötigte Pumpen abschalten oder die Belastung einzelner Pumpen reduzieren. Fernbedienungen ermöglichen das Starten und Stoppen von Pumpensystemen relativ schnell und genau und reduzieren den Arbeitsaufwand gegenüber herkömmlichen Steuersystemen.
Fernbedienungspumpen-Bedienfelder für das Wassererhöhungspumpensystem (Bildnachweis: Stainlesssteel-storagetank.com)
4. Verringerung der Nachfrage
Panzer halten kann verwendet werden, um die Strömung über dieProduktionszyklus, zur Steigerung der Energieeffizienz und zur Reduzierung der Pumpenkapazität. Darüber hinaus sollten Bypass-Schleifen und andere unnötige Flüsse eliminiert werden.
Der Gesamtkopfbedarf kann auch umSenken des statischen Drucks des Prozesses, Minimieren des Höhenanstiegs vom Ansaugtank zum Entleerungsbehälter, Verringern der statischen Höhenänderung durch Verwendung von Siphons und Senken der Sprühdüsengeschwindigkeit.
Wasservorratsbehälter (2500 Gallonen) mit einem internen elektrischen Schwimmerschalter zur Steuerung der Tauchpumpensysteme (Bildnachweis: austinlakepumps.com)
5. Effizientere Pumpen
Der Wirkungsgrad der Pumpe kann sich während ihrer Lebensdauer um 10 bis 25% verschlechtern. Branchenkenner weisen jedoch darauf hinDie Verschlechterung der Leistung ist nicht unbedingt auf das Alter der Pumpe zurückzuführen, sondern kann auch durch Änderungen des Prozesses hervorgerufen werden, die möglicherweise zu einem Missverhältnis zwischen der Pumpenkapazität und ihrem Betrieb geführt haben.
Trotzdem kann es manchmal effizienter sein eine Notpumpe kaufenauch weil neuere Modelle effizienter sind.
Ausnahmen sind Schlammförderpumpen, Hochgeschwindigkeitspumpen oder in Anwendungen, bei denen die Pumpe eine sehr geringe minimale positive Saughöhe am Pumpeneingang benötigt.
Hochleistungspumpenantrieb (Bildnachweis: Grundfos)
Der Austausch einer Pumpe durch eine neue effiziente Pumpe reduziert den Energieverbrauch um 2% bis 10%. Es wurde gezeigt, dass Motoren mit höherem Wirkungsgrad den Wirkungsgrad des Pumpensystems erhöhen 2% bis 5%.
6. Richtige Dimensionierung der Pumpe
Eine Pumpe ist möglicherweise für die aktuellen Anforderungen falsch dimensioniertWenn es unter gedrosselten Bedingungen arbeitet, eine hohe Bypass-Flussrate aufweist oder eine Flussrate hat, die um mehr als 30% von der Flussrate mit dem höchsten Wirkungsgradpunkt abweicht (US-DOE-OIT, 2005). Wenn Lastspitzen reduziert werden können, kann auch die Pumpengröße reduziert werden. Ein kleinerer Motor führt jedoch nicht immer zu Energieeinsparungen, da diese von der Belastung des Motors abhängen.
Nur wenn der größere Motor mit niedrigem Wirkungsgrad arbeitetEin Austausch kann zu Energieeinsparungen führen. Pumpenlasten können mit alternativen Pumpenkonfigurationen und verbesserten Betriebs- und Verwaltungspraktiken reduziert werden.
Wenn die Pumpen extrem überdimensioniert sind, kann die Geschwindigkeit variierenmit Zahnrad- oder Riemenantrieben oder einem langsameren Motor reduziert werden. Diese Praxis ist jedoch nicht üblich. Paybacks für die Implementierung dieser Lösungen betragen weniger als ein Jahr. Überdimensionierte und gedrosselte Pumpen, die einen Überdruck erzeugen, sind ausgezeichnete Kandidaten für den Austausch oder das "Trimmen" von Laufrädern, um Energie zu sparen und Kosten zu senken.
Pump and Controls entwickelte ein innovatives modulares Booster-System, das sich ideal für Gebäude mit 5 bis 150 Geschossen und 50 bis 5000 gpm eignet.
Durch die Korrektur der Überdimensionierung der Pumpe können 15 bis 25% des Stromverbrauchs beim Pumpen eingespart werden (im Durchschnitt für die US-amerikanische Industrie).
7. Mehrere Pumpen für unterschiedliche Lasten
Die Verwendung von mehreren Pumpen ist oft am meistenkostengünstige und energieeffizienteste Lösung für unterschiedliche Lasten, insbesondere in einem statischen Kopfsystem. Alternativ könnten drehzahlveränderbare Antriebe für dynamische Systeme in Betracht gezogen werden. Parallelpumpen bieten Redundanz und erhöhte Zuverlässigkeit.
8. Laufradzuschnitt (oder Rasierscheiben)
Durch das Trimmen wird die Spitzengeschwindigkeit des Laufrads verringert, wodurch wiederum die auf die gepumpte Flüssigkeit übertragene Energie verringert wird Infolgedessen nehmen sowohl die Fördermenge als auch der Druck der Pumpe ab.
EIN kleineres oder getrimmtes Laufrad kann somit effizient eingesetzt werden in Anwendungen, in denen das aktuelle Laufrad übermäßige Wärme produziert. In der Lebensmittelverarbeitung, Papier und PetrochemieIn Branchen wie dem Trimmen von Laufrädern oder der Verringerung des Übersetzungsverhältnisses werden schätzungsweise 75% des Stromverbrauchs für bestimmte Pumpenanwendungen eingespart.
9. Frequenzumrichter (ASDs)
ASDs passen die Geschwindigkeit besser an die Lastanforderungen anPumps. In Bezug auf Motoren ist der Energieverbrauch von Pumpen ungefähr proportional zum Würfel der Flussrate9, und relativ geringe Strömungsverringerungen können zu erheblichen Energieeinsparungen führen. Neuinstallationen können zu kurzen Amortisationszeiten führen.
Ähnlich wie das Einstellen der Last im MotorBei Systemen mit Modulationsfunktionen mit Pumpen werden je nach Anwendung, Pumpengröße, Last und Lastschwankung bei relativ kurzen Amortisationszeiten zwischen 20 und 50% des Energieverbrauchs der Pumpe eingespart.
Pumpenbedienfeld mit regelbarer Geschwindigkeit (Foto: motorsandcontrol.com)
Als Faustregel gilt, wenn die Pumpenkennlinien nicht außergewöhnlich flach sind, 10% Regulierung im Fluss sollte produzieren Pumpeneinsparung von 20% und 20% Regelung sollte Einsparungen von 40%.
10. Vermeiden Sie Drosselventile
Frequenzumrichter oder Ein-Aus-Regelsysteme sparen gegenüber Drosselklappen immer Energie. Die Verwendung dieser Ventile sollte daher vermieden werden. Die Verwendung von Drosselventilen oder Bypassschleifen kann auf eine übergroße Pumpe hindeuten.
Beispiel für ein Drosselventil
11. Richtige Rohrdimensionierung
Energie kann durch Verringerung der Reibungsverluste eingespart werden durch die Optimierung der Rohrdurchmesser. Die erforderliche Reibungskraft hängt von Durchfluss, Rohrgröße (Durchmesser), Gesamtrohrlänge, Rohrmerkmale (Oberflächenrauheit, Material usw.) und den Eigenschaften der gepumpten Flüssigkeit ab.
Doppel-Trinkwasser- und Brandschutzpumpsysteme mit je 3.500 gpm (Bildnachweis: pacewater.com)
Die richtige Dimensionierung der Rohre sollte erfolgen bei der Systemauslegung, in der die Kosten nicht einschränkend sind.
12. Austausch von Riemenantrieben
Die meisten Pumpen sind direkt angetrieben. Einige Pumpen verwenden jedoch Standardkeilriemenneigen dazu, sich zu strecken, zu rutschen, zu biegen und zu komprimieren, was zu einem Effizienzverlust führt. Der Austausch von Standard-Keilriemen durch Zahnriemen kann selbst als Nachrüstung Energie und Geld sparen.
13. Präzisionsgussteile, Oberflächenbeschichtungen oder Polieren
Die Verwendung von Castings, Beschichtungen oder Polieren reduziert die Oberflächenrauheit, was wiederum die Energieeffizienz erhöht. Es kann auch dazu beitragen, die Effizienz über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten. Diese Maßnahme ist bei kleineren Pumpen wirksamer.
14. Verbesserung der Abdichtung
Versagen der Dichtung macht in vielen bis zu 70% der Pumpenausfälle ausAnwendungen. Die Dichtungsanordnungen der Pumpen tragen zur aufgenommenen Leistung bei. Häufig kann die Verwendung von Gassperrendichtungen, ausgewogenen Dichtungen und kontaktlosen Labyrinthdichtungen dazu beitragen, die Pumpeneffizienz zu optimieren.
Merc Frischwasserpumpendichtung ersetzen (Bildnachweis: bdoutdoors.com)
Referenz: Leitfaden für das Audit von Industrial Energy: Richtlinien für die Durchführung eines Energieaudits in Industrieanlagen - Ali Hasanbeigi, Lynn Price