Konstruktionsanleitung Parallel gekoppelte APP-Pumpen

Konstruktionsanleitung

Parallel gekoppelte APP-Pumpenund iSave®-Geräte zur Energierückgewinnung

Konstruktionsanleitung

Parallel gekoppelte APP-Pumpen und iSave®-Geräte zur Energierückgewinnung

hpp.danfoss.com

Konstruktionsanleitung Parallel gekoppelte APP-Pumpen und iSave®-Geräte zur Energierückgewinnung

2 180R9354 / 521B1379 / DKCFN.PI.003.3A.03 / 12.2017

Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis

1. Einführung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32. Bevorzugtes R&I-Fließschema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.1 Erklärung des R&I-Fließschemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3. Sammelrohrkonstruktion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.1 Sammelrohrkonstruktion mit mehreren iSave®-Geräten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.2 Sammelrohrkonstruktion mit mehreren Pumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

4. Einschalten mehrerer parallel gekoppelter Pumpen oder iSave®-Geräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.1 Einschalten mehrerer iSave®-Geräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.2 Einschalten mehrerer Pumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

5. Wasserschläge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

6. Bemessung von elektrischen Motoren und Frequenzumrichtern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116.1 Bemessung von elektrischen Motoren und Frequenzumrichtern

für die APP-Pumpen und die iSave®-Geräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116.2 Maximales Anlaufmoment für iSave®-Geräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116.3 Anlaufmoment für APP-Pumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

7. Überlastschutz für die APP-Pumpen und iSave®-Geräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127.1 Motorschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127.2 Schutz des iSave® und der APP-Pumpe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137.3 Mehrere Frequenzumrichter vs. ein einziger Frequenzumrichter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

8. Durchflussregelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148.1 Durchflussregelung – APP-Pumpen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148.2 Durchflussregelung – iSave®-Geräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

9. Geräuschpegel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159.1 Geräuschpegel bei mehreren Quellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

10. Haftungsausschluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15


3180R9354 / 521B1379 / D KCFN.PI.003.3A.03 / 12.2017

1. Einführung In diesem Dokument wird beschrieben, was berücksichtigt werden muss, wenn APP-Pumpen und iSave®-Geräte parallel gekoppelt werden. Spezifische Informationen zu den einzelnen APP oder iSave® finden Sie im jeweiligen Datenblatt oder in der jeweiligen Anleitung.

2. Bevorzugtes R&I-Fließschema

Siehe auch die Datenblätter und Anleitungen der APP-Pumpen und iSave®-Geräte.

Danfoss bietet eine Überprüfung des R&I-Fließschemas sowie Leitfäden dazu an, wie die Regellogik der Pumpen und iSave®-Geräte ausgelegt wird.

Wenn Sie Ihr System entsprechend unserem bevorzugten R&I-Fließschema und den in diesem Dokument genannten Empfehlungen auslegen, stellen Sie Folgendes sicher: • dass die EG-Konformitätserklärung von Danfoss

gemäß der Richtlinie 2006/42/EG gültig ist.• dass jede APP-Pumpe und jedes iSave®-Gerät vor

Überlast geschützt wird.• dass die Pumpen und iSave® überwacht werden,

damit sie gemäß den Spezifikationen laufen.

• dass eine Störungssuche mühelos durchgeführt werden kann, falls das Entsalzungssystem nicht ordnungsgemäß arbeitet.

• dass das System mit weniger Ausfallzeiten betrieben werden kann.

Danfoss arbeitet bereits seit vielen Jahren mit parallel gekoppelten Pumpen und iSave®-Geräten. Mit dieser Lösung kann in vielen Fällen eine sehr flexible Systemkonstruktion erzielt werden.

Die APP-Pumpen und iSave®-Geräte zur Energierückgewinnung arbeiten hervorragend in parallel gekoppelten Konfigurationen, wenn Sie Ihr Meerwasserentsalzungssystem entsprechend dem empfohlenen Rohr- und Instrumentenfließschema (R&I-Fließschema) auslegen.


4 180R9354 / 521B1379 / DKCFN.PI.003.3A.03 / 12.2017

2.1 Erklärung des R&I-Fließschemas

Die absolute High-End-Filtration, über die Partikel mit einer Mindestgröße von 10 µm entfernt werden, schützt die Pumpen vor Schmutz. Es wird nachdrücklich empfohlen, immer Präzisionstiefen-Filterpatronen einzusetzen, die über eine Maschenweite von 10 µm abs., β10 ≥ 5000 verfügen. Die nominale High-End-Filtration, über die Partikel mit einer Mindestgröße von 3 µm entfernt werden, schützt die iSave®-Geräte vor Schmutz. Für die Filtration wird eine Meltblown-Tiefenfilterpatrone empfohlen, die eine zur Reinseite hin abgestufte Filterfeinheit und eine Maschenweite von 3 μm aufweist.• Erfahrungen zeigen, dass eine große Menge

Schmutz in der Regel bei der Inbetriebnahme des Systems und nach einem Filteraustausch auftritt.

• Falls Sie das empfohlene Gehäuse und die empfohlenen Patronen nicht verwenden, ist ein zweistufiges Filter erforderlich.

Der Durchflusszähler (2) im Eintritt des gemeinsamen Saugrohrs ermöglicht eine Überwachung des gesamten Förderstroms.

Der Durchflusszähler (12) im gemeinsamen Eintritt der iSave®-Geräte ermöglicht es, den Durchfluss mit demjenigen auf der Hochdruckseite auszugleichen.

Der Durchflusszähler (20) im gemeinsamen Soleaustritt der iSave®-Geräte kann erfassen, ob in den iSave® eine interne Leckage auftritt.

Der Messaufnehmer (3) im gemeinsamen Saugrohr ermöglicht eine Überwachung des Eingangsdrucks. Der Druckschalter kann erfassen, ob der Eingangsdruck inner-/außerhalb des zulässigen Wertebereichs liegt. Siehe auch Abschnitt 3.2 „Sammelrohrkonstruktion mit mehreren Pumpen“.

Der Druckschalter (13) am gemeinsamen Austritt der iSave®-Geräte ermöglicht eine Überwachung des Ausgangsdrucks.

Das HD-Rückschlagventil (18) schützt die Pumpe vor Folgendem:• HD-Rückfluss bei Unterbrechung der

Spannungsversorgung• HD-Rückfluss bei Einschaltung der Pumpen

nacheinander

Das HD-Sicherheitsventil (6) schützt das System vor Überdruck.

Das ND-Sicherheitsventil (19) schützt das System vor Überdruck. Dies gilt vor allem, wenn das System Wasserschlägen ausgesetzt ist oder das Ventil (15) aus Versehen geschlossen wurde.

Das Ventil (19) kann nur durch Wasserschläge hervorgerufene Druckspitzen im Pumpeneintritt reduzieren, wenn das Ventil sehr nah am Eintritt der Pumpen montiert wird.

Die Regelung mit Frequenzumrichter ermöglicht Folgendes:• Regeln des Durchflusses durch die Pumpe oder

das iSave®• Langsames Erhöhen und Reduzieren der Drehzahl• Schützen der Pumpe, des iSave® und des Motors

vor Überlast• Überwachen von Veränderungen des

Drehmoments oder der Stromstärke


5180R9354 / 521B1379 / D KCFN.PI.003.3A.03 / 12.2017

3.1 Sammelrohrkonstruktion mit mehreren iSave®-Geräten

Der Zweck des Sammelrohrs ist es, den Durchfluss zu jedem iSave® zu leiten.• Ohne Kavitation, Erosion und Luftblasen im

Wasser zu erzeugen• Mit minimalem Druckabfall• Für einen identischen Druck an jedem iSave®-Eintritt

Jedes iSave® verfügt über eine integrierte HD-Zirkulationspumpe. Das bedeutet:• Der Durchfluss durch die HD-Seite des iSave® wird

von der HD-Zirkulationspumpe geregelt. Somit ist ein identischer Druckabfall an jedem iSave® nicht entscheidend. Die Geschwindigkeit in den HD-Sammelrohren kann bis zu 5 m/s betragen.

• Der Durchfluss durch die ND-Seite des iSave® wird durch die Druckdifferenz zwischen dem ND-Eintritt (LPfeed) und -austritt (LPout) geregelt.

Somit ist der Druckabfall an jedem iSave® entscheidend, um eine gleichmäßige Verteilung des Durchflusses sicherzustellen.

• Bei einem Rohrverlauf in Z-Form tritt der Durchfluss an einem Ende ein und am anderen Ende wieder aus.

• Bei einem Rohrverlauf in U-Form tritt der Durchfluss auf der gleichen Seite ein und wieder aus. Bei gleichen Durchmessern bietet eine U-Form immer eine gleichmäßigere Durchflussverteilung zu den iSave®-Geräten als eine Z-Form.

• Markterfahrungen zeigen, dass die Eintrittsgeschwindigkeit bei einer U-Form auf weniger als 3,7 m/s und bei einer Z-Form auf weniger als 2,1 m/s begrenzt ist.

3. Sammelrohr-konstruktion

In der Regel wird ein Sammelrohr für mehrere iSave® starr ausgeführt. Als Verbindung zum Ein- und Austritt des iSave® werden flexible Kupplungen genutzt.Markterfahrungen zeigen, dass das präzise Schweißen eines Stahlsammelrohrs mit mehreren Anschlüssen schwierig ist. Die Flexibilität der einzelnen flexiblen Kupplungen reicht ggf. nicht für die einzelnen Positionen der Sammelrohranschlüsse aus. Um die auf den Ein- und Austritt des iSave® wirkenden Belastungen zu verringern, empfiehlt es sich, flexible Schläuche oder mindestens zwei flexible Kupplungen einzusetzen, die zusammen an einem Rohranschluss montiert werden, der die Verbindung zum Ein- und Austritt des iSave® herstellt.

• Verwenden Sie nicht die Ein- oder Austrittsanschlüsse des iSave® als Rohrhalterungen. Die Rohre müssen über eine separate Halterung verfügen.

• Wenden Sie keine Kraft auf, um falsch ausgerichtete Rohre mit dem Ein- oder Austritt des iSave® zu verbinden.

Befolgen Sie die Anweisungen des Herstellers der flexiblen Kupplungenoder ziehen Sie die Anleitung 180R9367 „Pipe connections“ zurate.

Z-Form max. 2,1 m/s

U-Form max. 3,7 m/s

Sammelrohrausrichtung und Endlast


6 180R9354 / 521B1379 / DKCFN.PI.003.3A.03 / 12.2017

3.2 Sammelrohrkonstruktion mit mehreren Pumpen

Der Zweck des Sammelrohrs ist es, den Durchfluss zu jeder Pumpe zu leiten.• Ohne Kavitation, Erosion und Luftblasen im

Wasser zu erzeugen• Mit minimalem Druckabfall• Für einen identischen Druck an jedem

Pumpeneintritt

Im Folgenden wird auf einige Empfehlungen eingegangen, die eine ordnungsgemäße Rohrkonstruktion betreffen.• Das Hydraulic Institute veröffentlichte die

Richtlinie „ANSI/HI 9.8-1998 Pump Intake Design“, die Informationen und Empfehlungen zur Auslegung von Saugrohren enthält. „Im Idealfall ist der Durchfluss am Pumpeneintritt gleichmäßig sowie frei von Wirbeln und mitgeführter Luft.“

• Die Saugrohre sollten so ausgelegt werden, dass die Übergänge zwischen verschiedenen Rohrdurchmessern allmählich verlaufen. Übergänge, die zu einer Verlangsamung des Durchflusses an der Pumpe führen, sollten nicht eingesetzt werden.

• Die empfohlene Maximalgeschwindigkeit für die Saugrohre beträgt 2,4 m/s. Am Saugflansch der Pumpe kann ggf. eine höhere Geschwindigkeit auftreten, wenn ein Reduzierstück eingesetzt wird.

• Zum Vermeiden einer Vorverwirbelung im Pumpeneintritt:

Vor dem Befüllen der Pumpe sollte ein gerader Rohr-abschnitt, der fünfmal so lang ist wie der Pumpe-neintritt (5D) oder ein Schlauch installiert werden.

• Wenn der Eingangsdruckfühler nicht in der Nähe des Pumpeneintritts montiert wird, muss über die Druckeinstellung des Fühlers ein korrekter Druck an jedem Pumpeneintritt sichergestellt werden.

Prüfpunkt:Eingangsdruck



Hauptstrom:Durchflussgeschwin-digkeitunter 2,4 m/s

Durchfluss: Geschwindig-keit [m/s]

10

Sammelrohrkonstruktion mit mehreren Pumpen


7180R9354 / 521B1379 / D KCFN.PI.003.3A.03 / 12.2017

Für das Einschalten der iSave® gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten:• Langsames Anlaufenlassen aller iSave® zur

gleichen Zeit• Langsames Anlaufenlassen der iSave® nacheinander

Startsequenz – nacheinander:1. Schalten Sie die ND-Förderpumpe ein.2. Lassen Sie Luft aus den HD-Rohren (8) ab.3. Wenn der Eingangsdruck (3) ordnungsgemäß ist: a. Schalten Sie das iSave® Nr. 1 ein. b. Schalten Sie nach 5 s das iSave® Nr. 2 ein. c. Schalten Sie die übrigen iSave® jeweils im

Abstand von 5 s ein.

Hinweise:• Siehe bezüglich der Ziffern in Klammer das

R&I-Fließschema auf Seite 3.• Die Anlaufzeit der iSave® wird gemäß der

Anleitung auf 3 bis 15 s eingestellt.• Durch das Einschalten der iSave® in der genann-

ten Reihenfolge wird der Gesamtstartstrom aus dem Netz auf ein Minimum reduziert.

• Der Frequenzumrichter muss ein konstantes Drehmoment liefern können.

• Siehe auch die Anleitung der iSave®.

4. Einschalten mehrerer parallel gekoppelter Pumpen oder iSave®-Geräte

4.1 Einschalten mehrerer iSave®-Geräte

Startsequenz – alle iSave® gleichzeitig:1. Schalten Sie die ND-Förderpumpe ein.2. Lassen Sie Luft aus den HD-Rohren (8) ab.3. Wenn der Eingangsdruck (3) ordnungsgemäß ist: - Schalten Sie alle iSave® gleichzeitig ein.

Hinweise:• Die Anlaufzeit der iSave® wird gemäß der

Anleitung auf 3 bis 15 s eingestellt.• Der Frequenzumrichter muss ein konstantes

Drehmoment liefern können.• Siehe auch die Anleitung der iSave®.

4.2 Einschalten mehrerer Pumpen

4.2.1 Zu berücksichtigende Aspekte

Bei der Meerwasserentsalzung werden häufig mehrere parallel gekoppelte APP-Pumpen eingesetzt.

Folgendes gilt es zu berücksichtigen:• Anlaufmoment jeder Pumpe bei der Einschaltung

der Pumpen nacheinander• Akzeptable Stromaufnahme aus dem Netz durch

Einschalten der Pumpen zur gleichen Zeit• Akzeptabler Druckaufbau an den

Umkehrosmose-Membranen1)

Für das Einschalten der Pumpen gibt es grundsätzlich fünf Möglichkeiten:• Anlaufenlassen der Pumpen nacheinander mit

voller Drehzahl• Zweistufiger Anlauf• Anlaufenlassen aller Pumpen zur gleichen Zeit• Direktanlauf (Direct On Line, DOL)• Mit Direktanlauf kombinierte Einschaltung

1) Empfehlung der Membranhersteller: • LG NanoH2O: Keine Empfehlung • DOW Chemical: Der Druckanstieg sollte etwa 1 bar/s betragen.

Hinweis: • Alle APP-Pumpen sind für den Direktanlauf

gegen einen Enddruck von Null geeignet.• Die meisten APP-Pumpen können gegen den

maximal zulässigen Betriebsüberdruck direkt anlaufen.

• Wenden Sie sich bezüglich des Direktanlaufs gegen Druck an Danfoss.

• Für die Regelung des Durchflusses sollte mindestens eine APP-Pumpe mit einem Frequenzumrichter ausgerüstet sein.


8 180R9354 / 521B1379 / DKCFN.PI.003.3A.03 / 12.2017

4.2.2 Druckaufbau an den Umkehrosmose-Membranen

Beispiel: Es wird davon ausgegangen, dass drei parallel gekoppelte Pumpen nacheinander mit voller Drehzahl anlaufen.

• Die erste Pumpe erzeugt etwa 74 % des endgültigen Drucks von 58 bar, jedoch nur 1/3 des endgültigen Förderstroms.

• Die zweite Pumpe erzeugt einen Druck von 10 bar.

• Die dritte Pumpe erzeugt einen Druck von 10 bar.

4.2.3 Startsequenz – nacheinander mit voller Drehzahl1. Schalten Sie die ND-Förderpumpe ein.2. Lassen Sie Luft aus den HD-Rohren (8) ab.3. Schalten Sie das iSave® ein.4. Wenn der Eingangsdruck (3) ordnungsgemäß ist: - Schalten Sie die Pumpe Nr. 1 ein. - Schalten Sie nach 10 s die Pumpe Nr. 2 ein. - Schalten Sie nach den nächsten 10 s die übrigen

Pumpen ein.


R&I-Fließschema auf Seite 3.• Die Anlaufzeit der HD-Pumpen wird auf 10 bis

60 s oder gemäß den Empfehlungen des Membranherstellers eingestellt.

• Der Frequenzumrichter muss ein konstantes Drehmoment liefern können. Durch ihn gelten ggf. Beschränkungen in Bezug darauf, wie schnell die Pumpen anlaufen können.

• Das Anlaufmoment und die Stromaufnahme des Motors müssen berechnet werden, um am Frequenzumrichter die richtigen Grenzwerte einzustellen.

• Siehe auch die Anleitung der APP-Pumpen.

Meerwasserentsalzung mit nacheinander eingeschalteten APP-Pumpen


9180R9354 / 521B1379 / D KCFN.PI.003.3A.03 / 12.2017

Startsequenz:1. Schalten Sie die ND-Förderpumpe ein.2. Lassen Sie Luft aus den HD-Rohren (8) ab.3. Schalten Sie das iSave® ein.4. Wenn der Eingangsdruck (3) ordnungsgemäß ist: - Lassen Sie Pumpe Nr. 1 mit 700 Upm anlaufen. - Lassen Sie Pumpe Nr. 2 mit 700 Upm anlaufen. - Lassen Sie Pumpe Nr. 3 mit 700 Upm anlaufen. - Betreiben Sie alle drei Pumpen mit der Enddrehzahl.

Hinweise:• Siehe bezüglich der Ziffern in Klammer das R&I-

Fließschema auf Seite 3.• Die Anlaufzeit der HD-Pumpen wird auf 10

bis 60 s oder gemäß den Empfehlungen des Membranherstellers eingestellt.

• Durch das Einschalten der Pumpen in der genannten Reihenfolge wird der Gesamtstartstrom aus dem Netz auf ein Minimum reduziert.




4.2.4 Startsequenz – zweistufiger Anlauf

Beispiel: Es wird davon ausgegangen, dass drei parallel gekoppelte Pumpen nacheinander mit Mindestdreh-zahl anlaufen.• Die erste Pumpe erzeugt 55 % des endgültigen

Drucks von 58 bar, jedoch nur 17 % des endgültigen Förderstroms.

• Die zweite Pumpe erzeugt einen Druck von 6 bar.• Die dritte Pumpe erzeugt einen Druck von 6 bar.• Danach werden alle drei Pumpen mit voller

Drehzahl betrieben.

Meerwasserentsalzung mit nacheinander eingeschalteten APP-Pumpen

4.2.5 Startsequenz – alle Pumpen gleichzeitig:

1. Schalten Sie die ND-Förderpumpe ein.2. Lassen Sie Luft aus den HD-Rohren (8) ab.3. Schalten Sie das iSave® ein.4. Wenn der Eingangsdruck (3) ordnungsgemäß ist: - Schalten Sie alle Pumpen gleichzeitig ein.

Hinweise:

• Siehe bezüglich der Ziffern in Klammer das R&I-Fließschema auf Seite 3.

• Die Anlaufzeit wird auf 10 bis 60 s oder gemäß den Empfehlungen des Membranherstellers eingestellt.

• Durch das Einschalten der Pumpen in der genannten Reihenfolge wird der Startstrom pro Motor auf ein Minimum reduziert. Die Gesamtstromaufnahme aus dem Netz ist jedoch maximal.



10 180R9354 / 521B1379 / DKCFN.PI.003.3A.03 / 12.2017

4.2.8 Stoppsequenz

Beim Ausschalten parallel gekoppelter APP-Pumpen ist es besonders wichtig, am Eintritt der Pumpen Wasserschläge zu verhindern. Es wird empfohlen, die Pumpen langsam auslaufen zu lassen: entweder nacheinander oder alle zur gleichen Zeit.

Wenn eine Pumpe über einen Softstarter geregelt wird, beachten Sie bitte, dass die Drehzahl nicht langsam reduziert werden kann. Der Softstarter verringert die am Motor ankommende Leistung und nicht die Drehzahl.Da die APP-Pumpe ein konstantes Drehmoment benötigt, schaltet sie sich sofort aus, wenn die Leistungsaufnahme zu gering ist. Zudem erzeugt sie möglicherweise Wasserschläge.

5. Wasserschläge

Wasserschläge sind Druckstöße oder -wellen, die entstehen, wenn eine Flüssigkeit abrupt in ihrer Bewegung gestoppt wird oder ihre Richtung ändern muss. Dies ist im Allgemeinen der Fall, wenn ein Ventil am Ende eines Rohrsystems plötzlich geschlossen oder eine Pumpe schlagartig ausgeschaltet wird. Im Rohr entsteht dann eine Druckwelle, die möglicherweise die Pumpen oder die iSave®-Geräte beschädigen kann. Diese Druckwelle kann erhebliche Probleme verursachen, u. a. Geräusche, Schwingungen und Versagen der Rohre/Geräte. Wasserschläge führen in der Regel zu sehr hohen Druckspitzen am Eintritt der Pumpe und somit auch im Inneren der Pumpe.

Diese Druckspitzen können ggf. die Pumpe beschädigen. Weiter unten finden Sie ein Beispiel zu Wasserschlägen im Rohrsystem. Die Druckspitze wird zum auftretenden statischen Eingangsdruck in den Rohren addiert, wodurch in der Regel der Grenzwert für den Pumpeneingangsdruck überschritten wird.

Wenn mehrere Rohrstränge an ein gemeinsames Saugrohr angeschlossen werden, wirkt sich eine Veränderung in einem Rohrstrang ggf. auf den Förderstrom und -druck in einem anderen Rohrstrang aus. Dadurch entstehen Wasserschläge. Durch die Druckspitzen kann auch der maximale Betriebsüberdruck der ND-Förderpumpe überschritten werden.

Der OEM ist dafür verantwortlich, das Umkehrosmose-System so auszulegen, dass der maximal zulässige Eingangsdruck an der Pumpe nicht überschritten wird.

4.2.6 Startsequenz – Direktanlauf (DOL)

Für den nacheinander aktivierten Direktanlauf aller Pumpen ist ein bestimmter Druck an den Membranen erforderlich (siehe Abschnitt 4.2.2).1. Schalten Sie die ND-Förderpumpe ein.2. Lassen Sie Luft aus den HD-Rohren (8) ab.3. Schalten Sie das iSave® ein.4. Wenn der Eingangsdruck (3) ordnungsgemäß ist: - Schalten Sie die Pumpen nacheinander ein.

4.2.7 Startsequenz – mit Direktanlauf kombinierte Einschaltung

Damit der Gesamtdurchfluss zu den Membranen geregelt werden kann, muss mindestens eine Pumpe am elektrischen Motor mit einem Frequenzumrichter ausgerüstet sein.Für einen sanften Druckaufbau an den Membranen und eine minimale Stromaufnahme der Pumpen mit Direktanlauf sollte die Startsequenz wie folgt aussehen:1. Schalten Sie die ND-Förderpumpe ein.2. Lassen Sie Luft aus den HD-Rohren (8) ab.3. Schalten Sie das iSave® ein.4. Wenn der Eingangsdruck (3) ordnungsgemäß ist: - Lassen Sie Pumpe Nr. 1 mit 700 Upm anlaufen. - Schalten Sie die Pumpe Nr. 2 per DOL ein. - Schalten Sie die Pumpe Nr. 3 per DOL ein. - Betreiben Sie Pumpe Nr. 1 mit der Enddrehzahl.


R&I-Fließschema auf Seite 3.• Durch das Einschalten der Pumpen in der

genannten Reihenfolge ist der Startstrom pro Motor maximal. Das gilt auch für die Stromaufnahme aus dem Netz.


R&I-Fließschema auf Seite 3.• Die Anlaufzeit der HD-Pumpen wird auf 10 bis

60 s oder gemäß den Empfehlungen des Mem-branherstellers eingestellt.




140

120

100

80

60

40

20

0

Nm

160

180


11180R9354 / 521B1379 / D KCFN.PI.003.3A.03 / 12.2017

6. Bemessung von elektrischen Motoren und Frequenzumrichtern

6.1 Bemessung von elektrischen Motoren und Frequenzumrichtern für die APP-Pumpen und die iSave®-Geräte

Die APP-Pumpe und das iSave® sind Verdrängermaschinen:• Das Drehmoment ist proportional zur Differenz

zwischen Eingangs- und Enddruck. Das bedeutet, dass z. B. für eine Verdoppelung des Differenzdrucks ein doppelt so hohes Drehmoment erforderlich ist.

• Bei gleichem Differenzdruck benötigen die Pum-pe oder das iSave® das gleiche Drehmoment über den gesamten Drehzahlbereich – KONSTANTES DREHMOMENT.

• Wenn die Pumpe oder das iSave® gegen einen auftretenden Druck anläuft, wird sofort das Pum-pendrehmoment übernommen, da die Pumpe mit dem Drehen beginnt und das Drehmoment dem auftretenden Differenzdruck entspricht.

• Die APP-Pumpe und das iSave® verfügen über wassergeschmierte Lager. Diese Lager erzeugen bei der Einschaltung einen Stick-Slip-Effekt.

• Für die Bemessung des elektrischen Motors und des Frequenzumrichters muss das Anlauf-moment, das durch den Stick-Slip-Effekt und Enddruck erzeugt wird, berechnet werden. Siehe nächste Seite.

• Sowohl der elektrische Motor als auch der Frequenzumrichter müssen über ausreichend Leistung verfügen, um die Pumpe oder das iSave® einzuschalten. Siehe die Anleitung der APP-Pumpe oder des iSave®.

Der Frequenzumrichter muss für die Einschaltung von Pumpe oder iSave® ein KONSTANTES DREHMOMENT und genug Leistung liefern können.

• Es wird empfohlen, dass der elektrische Motor und der Frequenzumrichter über eine Überkapazität von mindestens 10 % über dem Betriebsdrehmoment verfügen.

6.2 Maximales Anlaufmoment für iSave®-Geräte

140

120

100

80

60

40

20

0

Nm

160

180

Rohr: ø 200 mm x 100 mRohr: ø 200 mm x 50 m

Rohr: ø 200 mm x 10 m


12 180R9354 / 521B1379 / DKCFN.PI.003.3A.03 / 12.2017

6.3 Anlaufmoment für APP-Pumpen

Beispiel: Startsequenz mit drei parallel gekoppelten Pumpen APP 43• Die erste Pumpe läuft nicht gegen Druck an.

Das Anlaufmoment beträgt ca. 160 Nm.• Die zweite Pumpe läuft gegen einen Startdruck

von 38 bar an. Das Anlaufmoment beträgt ca. 480 Nm.

• Die dritte Pumpe läuft gegen einen Startdruck von 47 bar an. Das Anlaufmoment beträgt ca. 680 Nm.

Alle Zahlen sind lediglich Richtwerte und sollten für jedes Projekt berechnet werden.

7. Überlastschutz für die APP-Pumpen und iSave®-Geräte

Das iSave® und der elektrische Motor müssen vor Überlast geschützt werden.

7.1 MotorschutzDer elektrische Motor kann geschützt werden, indem ein Thermorelais, elektronisches Relais, PTC-Fühler oder ein Frequenzumrichter eingesetzt wird.• Über einen Frequenzumrichter an jedem

elektrischen Motor kann der entsprechende Motor immer geschützt werden. Diese Lösung wird empfohlen.

• Ein einziger Frequenzumrichter für mehrere Motoren: Der Frequenzumrichter ist in der Regel nicht in der Lage, die einzelnen Motoren zu schützen.

• Thermorelais: Danfoss Power Electronics hat die Erfahrung gemacht, dass ein Thermorelais (Bimetallrelais) in Kombination mit einem Frequenzumrichter gut funktioniert.

• Elektronisches Relais: Da der Frequenzumrichter eine harmonische Spannung erzeugt, wird nicht empfohlen, ein elektronisches Relais in Kombination mit einem Frequenzumrichter zu verwenden.

• PTC-Fühler: Vergewissern Sie sich, dass der PTC-Fühler im Motor der harmonischen Spannung vom Frequenzumrichter standhalten kann.


13180R9354 / 521B1379 / D KCFN.PI.003.3A.03 / 12.2017

7.2 Schutz des iSave® und der APP-Pumpe

Wenn die Pumpe oder das iSave® vor Überlast geschützt werden soll, müssen das maximale Drehmoment und der maximale Druck berücksichtigt werden.• Siehe für den maximal zulässigen

Betriebsüberdruck die entsprechende Anleitung.• Siehe für das maximal zulässige

Betriebsdrehmoment die entsprechende Anleitung. Weitere Informationen zum Lastschutz finden Sie auch im Diagramm unten.

• Bei Verwendung eines Thermorelais (Bimetallrelais):

Die Stromaufnahme des elektrischen Motors kann in Abhängigkeit vom Drehmoment berechnet werden. Da die Ansprechzeit viel zu langsam ist, ist ein Thermorelais oftmals NICHT in der Lage, die APP-Pumpe oder das iSave® zu schützen.

• Bei Verwendung eines Frequenzumrichters mit einem einzigen Motor: Befolgenden Sie die Empfehlungen in der entsprechenden Anleitung.

Einschaltung (Regulierung des Stick-Slip-Effekts):• Anlaufdrehzahl von 0 bis Sollwert• Das Anlaufmoment darf nicht mehr als 140 % des

maximal zulässigen Betriebsdrehmoments (siehe entsprechende Anleitung) betragen.

Laufender Betrieb:• Das Drehmoment darf nicht länger als 30 s

mehr als 120 % des maximal zulässigen Betriebsdrehmoments betragen.

• Es ist in Ordnung, wenn das Drehmoment in regelmäßigen Abständen 140 % des maximal zulässigen Betriebsdrehmoments beträgt, sofern dies nicht länger als 5 s lang der Fall ist.

600 900

7.3 Mehrere Frequenzumrichter vs. ein einziger Frequenzumrichter

In einer Anwendung werden häufig mehrere Motoren betrieben. Das Einsetzen eines einzigen Frequenzumrichters für die Regelung der Motoren bietet mehrere Vorteile, auf die im Folgenden kurz eingegangen wird.• Geld kann eingespart werden, da ein

Frequenzumrichter mit hoher Leistung günstiger ist als mehrere Frequenzumrichter mit niedrigerer Leistung. Für jeden Frequenzumrichter ist ein eigener Schaltkreisschutz erforderlich. Daher können bei nur einem Frequenzumrichter hier ebenfalls Kosten eingespart werden.

• Ein großer Frequenzumrichter benötigt im Schaltschrank weniger Platz als mehrere kleinere Einheiten. Dadurch können Platz und Geld (Auslegungskosten) eingespart und eine geringere Komplexität erzielt werden.

• Die Wartungszeit und -kosten werden reduziert, da im Vergleich zu mehreren kleineren Frequenzumrichtern nur ein einziger Frequenzumrichter gewartet werden muss.

• Die Komplexität des gesamten Steuerungssystems wird verringert. Anstatt viele Frequenzumrichter an die Hauptsteuerung anzuschließen (in der Regel eine speicherprogrammierbare Steuerung, SPS) und deren Betrieb aufeinander abzustimmen, ist nur ein Anschluss erforderlich. Bei der Programmierung der SPS muss im Vergleich zu mehreren Frequenzumrichtern nur ein einziger Drehzahlregelkreis konfiguriert werden.

Lastschutz

160 %

140 %

120 %

100 %

80 %

60 %

40 %

20 %

0 %

Lasten

Max. Startlast (Nm)

Max. Last: 120 % (Nm)

30 s 30 s

0 150 300 450 750 1050 1200 1200 1200 1200

Last

Last

Max. Last

Upm


14 180R9354 / 521B1379 / DKCFN.PI.003.3A.03 / 12.2017

Trotz dieser genannten Vorteile wird bei Systemen mit mehreren Motoren häufig ein Frequenzumrichter pro Motor eingesetzt. Warum ist das so?• Der Frequenzumrichter ist ein Single Point of

Failure. Die Betriebssicherheit von Motor und anderen angeschlossenen Geräten verbessert sich tatsächlich in vielen Anwendungen, da im Vergleich zu einem großen Motor nun mehrere kompaktere Motoren vorhanden sind. Wenn ein Motor ausfällt, ist es oftmals möglich, den Betrieb mit den restlichen Motoren fortzusetzen.

• Um den Frequenzumrichter möglichst klein zu halten, müssen alle Motoren gleichzeitig eingeschaltet werden. Der Frequenzumrichter erhöht bei allen Motoren die Drehzahl auf einen kontrollierten Wert und minimiert den Startstrom, den jeder Motor bei der Einschaltung benötigt.

• JEDER Motor muss einzeln geschützt werden. Für den Schutz muss die Last, die Drehzahl, das Drehmoment usw. berücksichtigt werden.

• Da eine vom Motor angetriebene Pumpe oft we-niger Last standhalten kann als der Motor, muss JEDE Pumpe geschützt werden. Dafür muss das Drehmoment berücksichtigt werden. Der Schutz kann realisiert werden, indem an jeden Motor ein Frequenzumrichter montiert wird.

• Ein Frequenzumrichter erfasst nur die an ihn angeschlossene Gesamtlast. Er liefert bis zum Nennstrom einen so hohen Strom wie nötig. Wenn ein einziger Frequenzumrichter mehrere Motoren regelt, kann er nicht erfassen, welcher Motor eine hohe Stromaufnahme hat. Daher kann er nicht jeden Motor und jede Pumpe vor Überlast und Überstrom schützen.

Aus diesem Grund muss jeder Motor über einen eige-nen Kurzschluss- und Überlastschutz verfügen.

Bei Verwendung eines einzigen Frequenzumrichters für mehrere Motoren:• Ein einziger Frequenzumrichter für jeden Motor

kostet oftmals genauso viel oder weniger als ein großer gemeinsamer Frequenzumrichter und eine Überwachungslösung mit Relais, die der harmonischen Spannung vom Frequenzumrichter standhalten kann. Von Fall zu Fall müssen Berechnungen durchgeführt werden.

• Durch die gemachten Erfahrungen weiß Danfoss Power Electronics inzwischen, dass das Schützen der einzelnen iSave®-Geräte, die über einen gemeinsamen Frequenzumrichter geregelt werden, kompliziert ist und hohe Kosten verursacht.

8. Durchflussregelung 8.1 Durchflussregelung – APP-Pumpen

Die APP-Pumpe ist eine Verdrängerpumpe. Das bedeutet:• Der Durchfluss ist proportional zur

Pumpendrehzahl. Somit führt z. B. das Erhöhen der Drehzahl um 10 % zu einer Erhöhung des Durchflusses um 10 % – unabhängig vom Differenzdruck der Pumpe.

Beispiel: Pumpenkennlinien einer Kreiselpumpe und einer APP-Pumpe

• Der ND-Durchfluss in die APP-Pumpe entspricht immer dem HD-Durchfluss aus der Pumpe.

• Die H-Q-Kennlinie verläuft nahezu senkrecht. Wenn die Q-Werte für jede Pumpe addiert wer-den, ergeben sie den kombinierten Durchfluss.

Wirk

ungs

grad

Förd

erhö

he (D

ruck

) – m

Leistung – m³/h

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

80 %

70 %

60 %

90 %

100 %

50 %

40 %

30 %

20 %

10 %

0 %

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 c110

Wirkungsgrad APP

Durchfluss APP

Förderhöhe CF

Wirkungsgrad CF


15180R9354 / 521B1379 / D KCFN.PI.003.3A.03 / 12.2017

8.2 Durchflussregelung – iSave®-Geräte

8.2.1 HD-Zirkulationsströmung

Die Drehschieberpumpe im iSave® ist eine Verdrängerpumpe. Das bedeutet:• Der HD-Durchfluss des iSave® ist proportional zur

iSave®-Drehzahl. Somit führt z. B. das Erhöhen der Drehzahl um 10 % zu einer Erhöhung des Durchflusses um 10 % – unabhängig vom Differenzdruck des iSave®.

• Die H-Q-Kennlinie verläuft nahezu senkrecht. Wenn die Q-Werte für jedes iSave® addiert werden, ergeben sie den kombinierten Durchfluss.

8.2.2 ND-Spülstrom

Der Durchfluss durch die ND-Seite des iSave® wird durch die Druckdifferenz zwischen dem ND-Eintritt (LPin) und -austritt (LPout) geregelt. Wenn die Druckabfälle identisch sind, sind auch die Durchflüsse identisch.• Die Druckdifferenz verändert sich mit der

Drehzahl des iSave®.• Wenn mehrere parallel gekoppelte iSave®

betrieben werden, wird empfohlen, alle iSave® mit der gleichen Drehzahl laufen zu lassen.

9. Geräuschpegel 9.1 Geräuschpegel bei mehreren Quellen

Wenn mehrere Schallquellen nebeneinander betrieben werden, ist der Gesamtschallpegel (Druck) aller Quellen höher als der Schallpegel jeder einzelnen Quelle.

Beispiel: Das nachstehende Diagramm zeigt den kom-binierten Schallpegel bei mehreren iSave®-Geräten oder Pumpen (mit 85 dB).

10. Haftungsausschluss Obwohl die Informationen und Empfehlungen in diesem Dokument (elektronisch oder gedruckt) nach bestem Wissen und Gewissen präsentiert und für korrekt angesehen werden, gibt Danfoss A/S bzw. Danfoss High Pressure Pumps keine Zusicherungen oder Garantien für die Vollständigkeit oder Genauigkeit der Informationen.Die Informationen werden unter der Bedingung bereitgestellt, dass die Personen, die diese Informationen erhalten, vor der Verwendung selbst über deren Eignung für die jeweiligen Zwecke entscheiden. In keinem Fall haftet Danfoss A/S bzw. Danfoss High Pressure Pumps für Schäden jeglicher Art, die aus dem Verwenden oder dem Vertrauen auf die Informationen

in diesem Dokument oder die Produkte entstehen, auf die sich die Informationen beziehen. Danfoss A/S bzw. Danfoss High Pressure Pumps garantiert nicht die Genauigkeit oder Aktualität der Informationen in diesem Dokument und übernimmt keine Haftung für Fehler oder Auslassungen in den Materialien.DIESES DOKUMENT WIRD WIE BESEHEN BEREITGESTELLT. ES WERDEN, WEDER AUSDRÜCKLICH NOCH IMPLIZIT, KEINE ZUSICHERUNGEN ODER GARANTIEN GEGEBEN, WAS DIE MARKTGÄNGIGKEIT, EIGNUNG FÜR EINEN BESTIMMTEN ZWECK ODER SONSTIGE EIGENSCHAFTEN DER INFORMATIONEN SELBST ODER DER PRODUKTE ANGEHT,AUF DIE SICH DIE INFORMATIONEN BEZIEHEN.

© Danfoss | DCS (im) | 2017.12 180R9354 | 521B1379 | D KCFN.PI.003.3A.03 | 16

Danfoss A/SHigh Pressure PumpsDK-6430 NordborgDänemark

Documents

Konstruktionsanleitung Parallel gekoppelte APP-Pumpen