Grün für das Optimum

Trotz aller Optimierungsbemühungen – im Prozess werden wohl noch viele Pumpen weit außerhalb ihres optimalen Betriebsbereichs gefahren. Die Folgen einer Teil- oder Überlast sind gravierend: Nicht nur, dass der Wirkungsgrad unter dem Bestmöglichen bleibt, auch die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der Verschleißkomponenten Wellendichtung und Lager sinken. Seit 2010 – mit der Einführung des KSB-Pumpmeters – haben Anwender ein wertvolles Hilfsmittel an der Hand, das Informationen über den Zustand der Pumpe auf ein Display liefert. Auf einen Blick lässt sich nun erkennen, in welchem Zustand sich die Pumpe befindet. Seit Markteinführung wurde das Pumpmeter rund 30 000 mal installiert. Schon früh gab es Überlegungen, den praktischen Helfer auch für die Pumpen in hygienisch anspruchsvollen Branchen anzubieten, doch die hygienegerechte Adaption der Sensoren war konstruktiv schwierig. Die offen liegenden Gewinde oder Toträume des für Standardprozessbedingungen ausgelegten Pumpmeters waren aufgrund mangelnder Reinigbarkeit ein No-Go. Hinzu kam, dass der Energieverbrauch in diesen Industrien bei den Verantwortlichen nicht an erster Stellestand, sondern die Qualität des Produktes.

Ein guter Grund, der für die Installation eines Pumpmeters spricht, ist, dass viele empfindliche Medien in der Lebensmittel- und Pharmabranche gekühlt sind und ein Energieeintrag in das Medium zu vermeiden ist. Gleichzeitig muss das Medium so schonend wie möglich gefördert werden. Wenn eine Pumpe teil- oder überlastig läuft, ist dies immer mit erhöhten Scherkräften und/oder einer Wärmeentwicklung verbunden. Und nicht zuletzt ist eine optimal laufende Pumpe immer auch ein Garant für niedrige Instandhaltungskosten.

Auf Basis des herkömmlichen Pumpmeters, wurde nun eine Version entwickelt, die sich für den Einsatz in hygienischen Prozessen eignet. Dieses Pumpmeter unterscheidet sich im Wesentlichen durch die Sensoren und deren Einbindung in die Rohrleitung. Die Sensoren wurden gemäß den gängigen Richtlinien im Lebensmittelbereich gestaltet, also EHEDG-zertifiziert, FDA-konform und konform zur EN 1935–2004. Das Pumpmeter wird es für die beiden KSB-Pumpen Vitachrom und Vitacast geben.

Bei nicht hygienisch anspruchsvollen Prozessen wird das Pumpmeter in zwei Gewinde in der Pumpe eingeschraubt. Diese Bohrungen haben einen Totraum; eine Reinigung der Gewinde ist nicht möglich. Hygienegerecht konstruierte Sensoren besitzen zudem größere Durchmesser. Daher musste die Sensoradaption grundlegend überdacht werden. Die Lösung liegt in einem Adapter mit einer Orbitaleinschweißmuffe, die in die Rohrleitung eingeschweißt wird und zwar so, dass sie nicht im Strömungsschatten liegt. Die Membran vom Sensor liegt damit möglichst bündig an der Rohrleitung. Zudem ist die Membran mit einem O-Ring, dessen Werkstoff auch von der FDA abgenommen ist, frontbündig abgedichtet. Die Kombination aus Orbitaleinschweißmuffe und Sensor wurde getestet und von der EHEDG zertifiziert.

Das Pumpmeter für Lifesciences-Anwendungen besteht aus Drucksensoren und einer Auswerte- und Anzeigeeinheit an der Pumpe. Es erfasst die Größen Saugdruck, Enddruck und Differenzdruck. Aus der Differenz beider Drücke wird die Förderhöhe der Pumpe unter Einbezug des dynamischen Anteils berechnet. Wenn der antreibende Asynchronmotor mit fest vom Netz vorgegebener Frequenz betrieben wird, unterliegt die Drehzahl der Pumpe einer Drehmomentabhängigkeit, bedingt durch den Schlupf des Motors. Bei teillastigem Betrieb der Kreiselpumpe und geringer Belastung des Motors ist der Schlupf geringer als bei höheren Belastungen. Der Zusammenhang zwischen Schlupf bzw. Drehzahl und Drehmoment also Belastung des Asynchronmotors ist in der Literatur durch die Kloß’sche Gleichung beschrieben. Dieser Zusammenhang wird bei der Betriebspunktbestimmung genutzt, wozu zunächst die genaue Drehzahl des Aggregats aus der Druckpulsation, verursacht durch die passierenden Laufradschaufeln, ermittelt wird. Anschließend wird aus der Drehzahl das Drehmoment und die mechanische Wellenleistung des Antriebsmotors bestimmt. Als Ergebnis der Anwendung dieses Verfahrens steht nun die Wellenleistung zusätzlich zu den gemessenen Drücken und der Förderhöhe zur Betriebspunktbestimmung der Kreiselpumpe zur Verfügung. Das Pumpmeter ersetzt also die Manometer vor und nach der Pumpe, den Drucktransmitter für Steuerung, Regelung sowie zusätzliche Überwachungseinrichtungen. Gleichzeitig stehen die gewonnenen Daten dank standardisierter Schnittstellen auch einem zentralen Prozessleitsystem zur Verfügung.

Das Pumpmeter für Lifesciences-Anwendungen wertet die ermittelten Betriebsdaten fortlaufend aus, erstellt ein Lastprofil und weist den Betreiber darauf hin, ob er durch die Verwendung einer Drehzahlregelung Energie einsparen kann. Sollte das EFF-Zeichen (steht für Energieeffizienz) aufleuchten, besteht Optimierungspotenzial. Das Tool liefert aber noch weitere Hinweise: Wenn viele Betriebsstunden in Teillast angezeigt werden und sich der Betriebspunkt in einem weiten Bereich der Kennlinie bewegt, empfiehlt sich beispielsweise das Einführen einer Drehzahlregelung. Entfallen die Betriebsstunden auf den äußeren rechten Balken des Lastprofils, der einen grenzwertigen Betriebsbereich kennzeichnet, so werden wahrscheinlich Pumpe und Motor überlastet. Der Anwender sollte sich fragen, ob er diese Fördermenge tatsächlich braucht. Möglicherweise bietet sich hier das Abdrehen des Laufrades zur Senkung des Energieverbrauchs an. Es kann auch den Fall geben, dass generell ein kleinerer Pumpentyp ausreicht.

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Product Manager Life Sience Pumps, KSB