Fachbeitrag: Frequenzumrichter verhindert Pumpen-Verzopfungen

0
12

Geringere Spülwassermengen bei steigendem Feststoffanteil machen ein intelligentes Stellglied immer wichtiger. Im Pumpwerk Randersweide von Hamburg Wasser spart ein Umrichter vom Typ VLT Aqua Drive durch seinen Rückspülmodus die vorher sehr oft notwendigen Entstöreinsätze durch Verzopfung.

Mit einem Leistungsbereich von 1,1 kW bis 1,4 Megawatt decken die VLT Aqua Drive Frequenzumrichter (Abbildung) fast alle Anwendungen im Wasser-/Abwasserbereich ab.

Die meisten Kanäle liegen zwischen zwei bis fünf Meter unter der Erde, die größere Kanäle, Transportsiele und Sammler sowie die älteren Hamburger Stammsiele verlaufen in Tiefen von bis zu 27 Metern.

Die steigende Viskosität auf Grund von immer mehr Inhaltstoffen in den Abwässern macht auch der Hamburg Wasser Sorgen und führt zu mehr kritischen Betriebszuständen in Abwasserpumpstationen. Die im Wasser enthaltenen Partikel und Fasern lagerten sich auf den Laufrädern ab, was zu einer Leistungsminderung und übermäßigem Verschleiß bei den Pumpen führt. Das Pumpwerk Randersweide wurde nach Sanierung 2014 neu in Betrieb genommen, durch den gewachsenen Zulauf aufgrund von zahlreichen Neubauten im Einzugsgebiet kam es hier im Jahr nach Wiederinbetriebnahme zu 39 Entstöreinsätzen wegen Pumpenverstopfern. Die Reinigung und Wartung einer verzopften Pumpen nimmt viel Zeit in Anspruch.

Da die Problematik zunahm, wurde als Gegenstrategie zunächst versucht, den Pumpenpegel zu optimieren. Zudem versuchte man, die Pumpen nach Störungsmeldung von Hand über die Leitzentrale in Rückwärtslauf zu betreiben. Leider nicht immer erfolgreich. Die Abteilung Betriebstechnik von Hamburg Wasser suchte deshalb nach Frequenzumrichtern, die zuverlässig automatisch rückwärts drehen bei gleichzeitig wirtschaftlichem Betrieb.

Macht Geld flüssig: Rückspülmodus

Der VLT Aqua Drive von Danfoss verfügt deshalb standardmäßig über einen Rückspülmodus, der die Drehrichtung des Laufrades umkehrt, um dadurch Ablagerungen vom Laufrad zu lösen. Da sich nicht jede Art von Pumpe gegenläufig betreiben lässt, muss der Betreiber vor Nutzung dieser Funktion Rücksprache mit dem Pumpenhersteller halten.

Die VLT AquaDrive laufen häufig unter Vollast, wegen der geringen Leistung von 9,2 kW sind Energieeinspareffekte nicht das Thema: Dafür spart die integrierte Rückspülfunktion dem Betreiber Hamburg Wasser rund 40 Entstöreinsätze pro Jahr.

Beim Start eines Rückspülvorgangs führt der Frequenzumrichter zunächst eine Rampe bis zum Stopp aus, anschließend läuft eine Abschaltverzögerung ab, bevor der erste Zyklus beginnt. Wenn der Rückspülmodus von einem gestoppten Zustand des Frequenzumrichters ausgelöst wird, wird die erste Abschaltverzögerung übersprungen. Das Rückspülereignis kann aus mehreren Zyklen bestehen. Ein Zyklus besteht aus einem Puls im Rückwärtslauf, gefolgt von einem Puls im Vorwärtslauf. Der Rückspülvorgang ist abgeschlossen, nachdem die angegebene Anzahl von Zyklen beendet wurden. Zwischen den Pulsen wechselt der Frequenzumrichter für die angegebene Abschaltverzögerungszeit in den Freilauf, damit sich die Rückstände in der Pumpe absetzen können.

Individuell auf die Applikation einstellbar

Der Rückspülmodus lässt sich durch Konfiguration von Verzögerungszeiten, Rückspüldrehzahl sowie Leistungsüberwachung individuell an die Erfahrungswerte eines Anwenders mit seiner Anlage parametrieren. Der Anwender legt individuell fest, wie oft, wie schnell und wie lange der Frequenzumrichter das Flügelrad in Gegenrichtung drehen soll:

  • bei Start oder Stopp,
  • zeituhrgesteuert mittels Digitaleingang,
  • mittels serieller Kommunikation
  • oder unter Verwendung einer Reihe programmierbarer Logikregeln.

Ein weiterer Ansatz ist die reaktive Reinigung. Hier leitet der Frequenzumrichter die Reinigung ein, sobald die Pumpe mehr Energie vom Frequenzumrichter bezieht, als sie es normalerweise sollte. In diesem Stadium beginnt die Pumpe bereits zu verzopfen – was die Durchführung proaktiver Reinigungen ggf verhindert hätte. Der Anwender kann die Funktionen zur proaktiven und reaktiven Reinigung kombinieren, was auch zu empfehlen ist.

In Randersweide sind aufgrund der hohen Volllastzeiten der Pumpe sowie der ohnehin geringen Leistung von 9,2 kW Energieeinspareffekte nicht so sehr relevant. Dafür bringt der Drive Controller durch die erweiterte Datenerfassung von Zustands- und Motordaten über Wertekorridore einen erheblichen Mehrwert. In erster Linie macht sich aber die integrierte Rückspülfunktion des Aqua Drive positiv bemerkbar: Die Einsätze zur Behebung von Verzopfungen ging auf bislang Null zurück von viermal im Monat. Damit stellt Hamburg Wasser als Betreiber die Rechnung auf, dass sich die Anschaffung der Frequenzumrichter für 5800 Euro durch die eingesparten Kosten von 7500 Euro in einem Zeitraum von 6 Monaten deutlich amortisiert hat.


Eckdaten Abwasserpumpwerk Randersweide

Feldversuch: Einsatz von intelligenten Frequenzumrichtern im Pumpwerk 053 Randersweide

  • Gesamtabfluss aus dem Einzugsgebiet                  360m³/d
  • Q 14                                                                                  7,8 l/s
  • Pumpentyp                                                                       KSB KRK 150-37
  • Leistung                                                                           9,2 kW
  • Fördermenge                                                                  125 m³/h (Parallelbetrieb 175m³/h)
  • Förderhöhe                                                                     11 m
  • Drehzahl                                                                          830 1/min

Spezielle Funktionen für Wasseranwendungen

Spezielle Funktionen für Wasseranwendungen bei den VLT Umrichtern sind beispielsweise

  • die Algorithmen zur Verhinderung von Wasserschlag,
  • Kaskadenfunktion,
  • Rampenfunktionen zur Rohrbefüllung,
  • Rückspülmodus,
  • Leckageerkennung oder
  • Leerlauferkennung.

Diese schützen die Anlagen ebenso wie die integrierten EMV-Filter und Zwischenkreisdrosseln zur Reduzierung von elektromagnetische Störungen und Oberschwingungsverzerrungen. Dazu meldet der Frequenzumrichter direkt am Gerät bzw. alternativ per Feldbus direkt an die Leitzentrale Abweichungen der von ihm überwachten Motorwerte durch frei programmierbare Warnungen. Nutzt man die Automatische Energie-Optimierung AEO im Betrieb, ermöglicht dies weitere Energieeinsparungen von 3 bis 8 % im Betrieb.

Predictive Maintenance bei Pumpen

Eine weitere neue Entwicklung bei den VLT Aqua Drives sind neben den bewährten Pumpenfunktionen die geplante Predictive Maintenance Funktion (geplant Ende 2018). Zunächst sind dies drei Optionen:

  • Zustandsüberwachung der Motorisolation,
  • eine mechanische Vibrationsüberwachung mit einem externen Sensor und
  • eine Lasthüllkurvenüberwachung.

Der Frequenzumrichter wird durch die Funktionen zum intelligenten Sensor, der auftretende Probleme frühzeitig erkennt und meldet, bevor es zu einem schadenbedingten Stillstand kommen kann. Dies optimiert die bislang meist rein zeitgesteuerte oder wegen eines Schadens notwendige Wartung auf einen bedarfsgerechten Service mit optimalen und somit kostensparenden Wartungsintervallen.

Die Zustandsüberwachung der Motorisolation kann z. B. für Tauchpumpen relevant sein, wo eine Wartung der schwer zugänglichen Pumpe sehr aufwendig und kostenintensiv ist. Die mechanische Schwingungsüberwachung kann beispielsweise beginnende mechanische Probleme erkennen. Bei Pumpen kann dies helfen, Laufradbruch, Kavitation oder Schäden durch eine Fehlausrichtung zu vermeiden. Mit der Hüllkurvenüberwachung lassen sich Änderungen der Last einer Pumpe erkennen, die z. B. durch Verschmutzung oder Abnutzung des Laufrads verursacht werden. Damit lässt sich auch gewährleisten, dass eine Anlage stets im energetisch bestmöglichen Bereich läuft.

HINTERLASSEN SIE EINE ANTWORT

Fügen Sie bitte Ihr Kommentar ein!
Geben Sie hier bitte Ihren Namen ein