Um den gestiegenen Anforderungen an Flexibilität, individuellere Produkte und schnellere Produkteinführungszeiten gerecht zu werden, arbeiten die Anlagenausrüster zusammen mit den Betreibern an der Entwicklung von modularen Konzepten für Neuanlagen bzw. Anlagenerweiterungen. Aus einzelnen Bausteinen mit unterschiedlichen Funktionen sollen sich die Anlagen schnell immer wieder neu zusammenstellen lassen, um unterschiedlichste Produktionsverfahren abzubilden. Grundlage dafür sind robuste und gleichzeitig intelligente Komponenten. Welchen Beitrag leisten die Pumpen in solchen modularen Funktionsblöcken, beispielsweise beim Kühlen und Temperieren, bei der Dampferzeugung oder bei Filterprozessen?
Mehrstufige Hochdruckpumpen
Zur Umsetzung der genannten modularen Funktionsblöcke bieten sich insbesondere mehrstufige Hochdruckpumpen von Grundfos der Baureihe CR an: Denn mit 13 Baugrößen (Förderstrombereich zwischen 0,3 und 180 m³/h), vier Werkstoffausführungen (Gusseisen, zwei korrosionsbeständige Edelstahlsorten, Titan) und einer Reihe unterschiedlicher Anschluss- und Ausstattungsvarianten steht dem Betreiber mit nahezu einer Million Kombinationsmöglichkeiten ein umfassendes Pumpenprogramm zur Verfügung. Den Möglichkeiten der Individualisierung sind hier kaum Grenzen gesetzt. Durch die Zahl der Förderstufen passt der Planer die Leistung der Pumpe flexibel an die gewählte Modulgröße an; mit einem übersynchronen Betrieb des Motors kann er zudem die Dimension der CR-Pumpe beeinflussen (sie baut dann bei gleicher Leistung kompakter). Anpassungsmöglichkeiten bieten Ausführungsvarianten/Modifikationen für niedrige NPSH-Werte, für Hochdruckanwendungen (bis 50 bar) sowie das Fördern partikelhaltiger oder zäher und klebriger Medien – der Förderung anspruchsvoller Medien unter fordernden Umgebungsbedingungen ist mit CR-Pumpen kaum Grenzen gesetzt. Selbst Hygieneausführungen stehen bereit: Für Anwendungen in der pharmazeutischen Industrie und der Biotechnologie sind spezielle hygienegerechte Lösungen verfügbar, wie z.B. elektropolierte Pumpen mit Triclamp-Rohrleitungsanschlüssen.
Effiziente Systeme
Alle Ausführungen besitzen einen hocheffizienten Antrieb und können mit einer Drehzahlregelung per Frequenzumrichter ausgerüstet werden (CRE). Auch hier hat der Betreiber die Wahl: Sowohl beim klassischen MGE-Asynchronmotor (bis 22 kW – Energieeffizienzklasse IE3) als auch beim MGE-Permanentmagnet-Synchronmotor (bis 11 kW – Energieeffizienzklasse IE5) ist der Frequenzumrichter im Motor integriert. Für höhere Leistungen bis 250 kW bietet das Unternehmen die CUE-Lösung mit einem externen Frequenzumrichter im Schaltschrank an. Doch zählt nicht allein die Antriebseffizienz; höher zu bewerten ist die Systemeffizienz der gesamten Installation: Was oft unterschätzt wird, ist die Bedeutung gut durchdachter Regel-Algorithmen für den Betrieb der Pumpe und wie sie auf Veränderungen reagiert. Auch da vermag der IE5-Motor zu punkten: Durch verschiedene Funktionsmodule mit Basis-, Standard- und erweiterten Modulen mit der entsprechenden Anzahl von Ein- und Ausgängen sowie weiteren Schnittstellen kann der Anlagenplaner passend zur jeweiligen Anwendung eine Vielzahl integrierter Pumpenfunktionen nutzen. CRE-Pumpen sind mit dem erweiterten Funktionsmodul FM300 ausgestattet. Das bedeutet: Verfügbar sind komplexe Prozessregelungen mit konstantem (Differenz-) Druck/Volumenstrom und konstanter Füllhöhe/Temperatur einschließlich Proportionaldruck. Der Steckplatz für ein CIM-Datenbus-Kommunikationsmodul ermöglicht die Anbindung an alle relevanten Feldbussysteme. Integriert sind ein Pt100/1000-Sensor sowie der Liqtec-Trockenlaufschutz.
Das von Grundfos entwickelte iSolutions-Konzept verbindet die Produkte zu Systemen. Pumpenhydraulik, Antriebstechnik, Sensoren, MSR-Technik sowie spezifische Software sind aufeinander abgestimmt. Funktechnik bzw. Ethernet-Bus machen die Pumpsysteme Industrie-4.0-ready.
Praxisbeispiel Kälteanwendung
Kühlpumpen zählen gewöhnlich zu den Pumpen in einer Fabrik, die rund um die Uhr laufen. Das bedeutet, dass Kälteanwendungen erheblich von der Regelungsstrategie, der Systemeffizienz und dem Lastprofil beeinflusst werden. Um die Kühlung über Wärmetauscher konstant zu halten, empfiehlt sich bei wechselnder Last die beschriebenene Lösung ohne Regulierventil: Ein Sensor misst die Temperatur im Wärmetauscher und übergibt das Signal direkt an die Pumpe, die über einen integrierten Frequenzumrichter verfügt. Die Pumpendrehzahl ändert sich abhängig davon, welcher Durchfluss benötigt wird, um die richtige Temperatur zu erhalten. Die drehzahlregulierte Pumpe hält unabhängig von Lastschwankungen eine hohe Effizienz aufrecht und verbraucht bis zu 70 % weniger Energie als eine herkömmliche Regelung mit Regulierventil.
Funktionsblock Dampfversorgung
Eine Dampfversorgung mit drehzahlgeregelten Pumpen und direkter Füllstandregelung im Kessel über einen Füllstandsensor reduziert die Anzahl der benötigten Anlagenkomponenten und Leitungen, da die Pumpe selbst für die Regelung sorgt und der Einbau von Ventilen entfällt. Da Komponenten entfallen (Ventile, Bypass-Leitungen, Mischkreise zur Begrenzung des Durchflusses), profitiert der Betreiber von reduzierten Energie- und Wartungskosten. Zum Einsatz kommen CR-Pumpen in Hochtemperaturausführung (Air-cooled Top): Eine luftgekühlte Wellendichtungskammer verhindert eine Beschädigung der Gleitringdichtung durch hohe Temperaturen und sorgt für eine gute isolierende Wirkung. Auf diese Weise sind keine externen Kühlmedien zum Abkühlen der Gleitringdichtung erforderlich. Die Pumpen arbeiten zudem mit einem reduzierten NPSH-Wert: Mit einem überdimensionierten ersten Laufrad ausgestattet, können die CR-Pumpen einen schlechten Zulaufdruck und einen Warmwasserzulauf besser handhaben.
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Autor: André Vennemann
Vertriebsdirektor Industrie, Grundfos
