Weggeblasen

Das Folgende ist ein Auszug aus meinem kürzlich erschienenen Artikel Blown Away für Water &Wastes Digest. Die vollständige Version kann online oder in der Oktoberausgabe des Magazins gelesen werden.

Moderne drehzahlvariable Antriebe (VSD) werden seit mehr als 20 Jahren mit Verdrängungsgeräten verwendet. Die VSD-Technologie entstand in den 1960er Jahren für kleine Gleichstrommotoren und wurde für den Einsatz bei großen Induktionsmotoren weiterentwickelt. Die Pulsweitenmodulationstechnologie (PWM) mit Bipolartransistoren mit isoliertem Gate führte zu kleineren, wirtschaftlicheren Optionen und einer breiteren Anwendung. Bald darauf folgten Motordesigns für Inverter-Betrieb (VSD-Betrieb) sowie die weit verbreitete Verwendung der VSD-Technologie für Anwendungen mit variabler Last. In diesen Anwendungen mit variabler Last werden häufig Gebläse mit positiver Verdrängung (PD) verwendet, und die VSD-Technologie kann zusätzliche Energieeinsparungen bieten.

PD-Drehkolbengebläse werden seit ihrer Erfindung im Jahr 1856 von den Roots-Brüdern verwendet. Wie bei jeder PD-Maschine ist der abgegebene Volumenstrom ungefähr proportional zur Betriebsgeschwindigkeit des Gebläses. Die meisten Drehkolbengebläse sind riemengetrieben, und die Betriebsgeschwindigkeit des Gebläses wird durch das Größenverhältnis zwischen der Motorriemenscheibe und der Riemenscheibe des Gebläseelements bestimmt. Infolgedessen wurden Gebläse viele Jahrzehnte lang auf die Anwendungsanforderungen mit den richtigen Riemenscheibenverhältnissen in riemengetriebenen Einheiten dimensioniert.

Die einzige Möglichkeit, den Ausgangsstrom einer laufenden Maschine einzustellen, bestand in der Verwendung eines Entlastungsventils, um einen Teil des Abluftstroms abzublasen oder Maschinen am selben Sammelrohr zu starten/stoppen. Diese Methoden liefern eine variable Durchflussleistung für Anwendungen, die dies erfordern, einschließlich Abwasserbehandlungsbelüftung, aerobe Fermentation und Kühl- und Verbrennungsluft. Dies führte jedoch zu begrenzten Einsparungen bei der Energieeffizienz.

VSD-Effizienz

In den 1990er Jahren machten neue VSD-Technologie und Umrichterausführungen für dreiphasige Induktionsmotoren die Bereitstellung von Paketen mit variabler Drehzahl wirtschaftlich. Anstatt ein Abblasventil zu verwenden oder zu starten/stoppen, variierte der VSD die Ausgangsfrequenz des Gebläses direkt. Eine unterschiedliche Betriebsgeschwindigkeit passt die Druck-Fluss-Kurve an, wobei niedrigere Betriebsgeschwindigkeiten weniger Volumenstrom verdrängen.

Dies ist insofern von Bedeutung, als das Verlangsamen des Gebläses effizienter sein kann als das Abblasen von Luft. Ein Gebläse, das auf einem VSD mit Nenndrehzahl läuft, hat im Vergleich zu einer festen Drehzahl die gleiche Durchflussleistung und erfordert aufgrund elektrischer Verluste eine höhere Leistungsaufnahme. Bei modernen VSD-Geräten beträgt dieser Verlust normalerweise weniger als 3 %. Mit einer stärkeren Durchflussreduzierung kann jedoch mehr Energie eingespart werden. Ein mit VSD betriebenes Drehkolbengebläse hat einen Regelbereich von 60 bis 70 %, was bedeutet, dass der minimale Durchfluss 60 bis 70 % niedriger ist als der maximale Durchfluss.

Bei einem Gebläse, das mit einem Abblaseventil betrieben wird, erzeugt es immer noch die gleiche Durchflussmenge im Gebläse, und eine mögliche leichte Verringerung des Systemdrucks ist der einzige Energievorteil. Daher kann ein VSD fast 60 bis 70 % Energieeinsparung in einem Prozess bieten, der 60 bis 70 % weniger Durchfluss als die Nennleistung des Gebläses erfordert. Für jede Anwendung mit einem großen, variablen Durchflussbedarf können diese Einsparungen die Investitionskosten des VSD leicht ausgleichen.

Die Möglichkeit, die Betriebsgeschwindigkeit über die Grundfrequenz – 60 Hz in den USA – hinaus zu erhöhen, ist ein zusätzlicher VSD-Vorteil. Ältere Geräte können mit VSD und einem größeren Motor nachgerüstet werden, um die Leistungsabgabe zu erhöhen. Die Investitionskosten für diese Nachrüstung sind erheblich geringer als bei einer Neuanschaffung einer etwas höheren Durchflussleistung.

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