Anpassung von rotierenden Maschinen
um den betrieblichen Herausforderungen von heute gerecht zu werden
Die heutige Wirtschaftslage erfordert, dass Produktionsanlagen flexibler denn je sind.
Pumpen, Kompressoren und Dampfturbinen spielen dabei eine Schlüsselrolle.
Rotierende Maschinen können optimiert werden, um den derzeitigen industriellen Herausforderungen, wie z. B. Senkung der Betriebskosten, betriebliche Flexibilität, Steigerung der Effizienz und Zuverlässigkeit, gerecht zu werden. Hier erfahren Sie, wie:
Pumpen
Bei einer Änderung der Betriebsbedingungen sind bestimmte technische Anpassungen erforderlich, z. B. die Erhöhung oder Verringerung der Kapazität und/oder die Änderung der Produktdichte. Je nach Pumpentechnologie und neuen Leistungszielen können verschiedene Optionen in Betracht gezogen werden.
Neue Ziele wie Förderhöhe, Durchfluss oder neue Betriebsbedingungen des Verfahrens können durch Änderung der internen Komponenten erreicht werden, z. B. durch Größenänderung des Rades, um den neuen Betriebspunkt am besten Effizienzpunkt zu halten und gleichzeitig den Verbrauch an elektrischer Energie deutlich zu senken.
Bei mehrstufigen Pumpen, die mit hoher Drehzahl arbeiten und von einem Motor mit fester Drehzahl angetrieben werden, kann die Änderung des Übersetzungsverhältnisses ein alternatives Mittel sein, um den für das Verfahren erforderlichen neuen Durchfluss ohne größere Änderungen an der Pumpe zu erreichen.
Darüber hinaus kann der Austausch eines vorhandenen Elektromotors in den folgenden Fällen in Betracht gezogen werden:
- Der Motor wird aufgrund eines dauerhaften Betriebs bei geringem Durchfluss überdimensioniert (verschlechterte Energieeffizienz).
- Die Differenz zwischen der Nennleistung und der neu geforderten Leistung sowie der Erwärmungsspielraum der Spulen werden zu eng (Überlastbetrieb).
Generell sollte bei jeder Änderung der Verfahrensparameter eine Analyse durchgeführt werden, um die hydraulischen (Grenzwerte für NPSH und Mindestdurchfluss für den Betrieb, Mindestventilgröße), elektrischen (Erwärmungsklasse (für die Spulen)) und mechanischen Aspekte (Vibrationsgrenzwerte bei niedrigem Durchfluss und hoher Geschwindigkeit) zu bewerten.
Zentrifugaler Kompressor
Die Zentrifugalkompressoren sind für bestimmte Verfahrensparameter (Druck, Temperatur, Molekulargewicht, Massendurchsatz) bei einer Nenndrehzahl mit einer bestimmten Konstruktion des Rades und der Innenteile ausgelegt.
Auch hier muss bei einer wesentlichen Änderung der Verfahrensparameter eine Konstruktionsüberprüfung durchgeführt werden, um schwere Schäden am Kompressor oder an der Antriebsmaschine zu vermeiden, wenn sie außerhalb ihres Betriebsfensters laufen. Dies kann speziell bei einem Betrieb mit niedrigem (Pumpen) oder hohem (Überlastung) Durchfluss passieren.
Diese Konstruktionsprüfung kann von einer dritten Partei durchgeführt werden, die nicht der Erstausrüster ist.
Wenn sich die Maschine durch die neuen Verfahrensbedingungen nicht mehr in ihrem Betriebsfenster befindet, kann ein größeres Upgrade in Betracht gezogen werden, aber in vielen Fällen sind keine Änderungen am Gehäuse erforderlich.
Durch den Einbau einer neuen Kartusche (Räder und Innenteile mit neuer Designtechnologie) kann eine erhebliche Effizienzspanne erzielt werden. Beispielsweise wurde bei einem Nassgaskompressor einer katalytischen Crackeinheit eine 15-prozentige Steigerung des Massendurchsatzes ohne Auswirkungen auf den Verbrauch elektrischer Energie erzielt (siehe Fotos 1 und 2).
Eine weitere Option ist die Überprüfung der Hilfseinrichtungen auf eine vollständige Aufrüstung hinsichtlich der Dichtigkeit (Einbau neuer Trockenlaufdichtungen) oder des Pumpschutzes (Auswahl eines neuen Anti-Pump-Ventils).
In allen Fällen wird die Vormontage in der Werkstatt dringend empfohlen, um die Dauer der Eingriffe vor Ort während der Ausführungszeit zu reduzieren.
Foto 1 - Maschinengehäuse vor den Änderungen
Foto 2 - Gleiches Maschinengehäuse nach Änderungen, mit neuen Innenteilen und neuem Rotor
Kolbenkompressor
Die Anpassung an neue Verfahrensbedingungen ist bei einem Kolbenkompressor einfacher und kostengünstiger umzusetzen, da entweder der Hub, der Kolbendurchmesser oder die Drehzahl angepasst werden können.
Nachstehend einige Beispiele, wie man einen niedrigeren oder höheren Durchfluss erreichen kann:
kann:
- In den meisten Fällen, in denen das Kompressorgehäuse überdimensioniert ist, kann der Durchfluss durch Anpassung der Drehzahl verändert werden, ohne dass größere Änderungen am Kompressor erforderlich sind.
- Bei Kompressoren, die über ein Getriebe angetrieben werden und über einen Motor mit ausreichender Leistungsreserve verfügen, kann eine neue Getriebeübersetzung ausreichen, um die neuen Leistungsanforderungen zu erfüllen.
- Bei direkt angetriebenen Kompressoren kann durch die Verwendung eines neuen Elektromotors mit einer unterschiedlichen Anzahl von Polen die erforderliche neue Drehzahl und Leistung erreicht werden.
- Eine weitere Möglichkeit, den Durchfluss zu erhöhen oder zu verringern, besteht darin, entweder den Kolben und die Ummantelung (neuer Durchmesser) oder die Kurbelwelle (neuer Hub) auszutauschen.
In jedem Fall ist den Flaschen und Membranen zum Schutz vor Pulsationen besondere Aufmerksamkeit zu schenken, weshalb das System sorgfältig überprüft werden muss. Gleichzeitig müssen die Ventilkonstruktion, die Schmierölkreisläufe und die Vorrichtungen zur Steuerung des Durchflusses neu berechnet werden.
Falls der Kompressor mit alten Vorrichtungen zur schrittweisen Durchflusssteuerung ausgestattet ist, wird die neue Technologie der elektro-hydraulischen Vorrichtungen zur Durchflusssteuerung installiert, um den Stromverbrauch zu senken (Foto 3).
Dampfturbine
Eine Entwurfsprüfung der Innenteile (Schaufeln und Membrane) sollte durchgeführt werden, wenn die Ausgangsleistung abgeändert wird oder wenn die Dampfbedingungen vom ursprünglichen Entwurf abweichen (Druck, Temperatur, Gegendruck oder Vakuum) oder wenn die Funktionsweise des Drehzahlfensters von der ursprünglichen abweicht.
Dadurch wird ein Versagen der Schaufeln (Überlastung) oder eine Beschädigung des Rotors (Überdrehzahl) vermieden.
Die Konstruktion neuer Einlassventile oder die Änderung der Definition des Dampfwegs (Schaufeln und Membrane) sind die besten Optionen, um die Leistung und Zuverlässigkeit der Turbine zu verbessern.
Foto 3 - Neue elektro-hydraulische Vorrichtung zur Durchflusssteuerung
Es ist möglich, die Ausgangsleistung zu reduzieren, indem die Fläche der Dampfeintrittsdüse verkleinert wird.
Spezielle Reparaturmethoden müssen angewendet werden, wenn der vorhandene Rotor beschädigt wurde, um die volle Leistung der Turbine wiederherzustellen (Reparatur der Scheiben, Schweißen zur Befestigung neuer Rotorblätter).
Schließlich sind gebrauchte Ersatzteile (Innenteile und Rotor) eine attraktive Option, um den Betrieb nach einem größeren Zwischenfall innerhalb weniger Wochen wieder aufzunehmen.
Luftgebläse
Änderungen am Luftgebläse können von Dritten vorgenommen werden, nachdem die neue Leistung bewertet wurde. Es gibt mehrere Optionen, die Kapazität zu erhöhen, entweder durch Austausch des Rades oder durch Anpassung der Motordrehzahl.
Eine detaillierte Studie ist durchzuführen, um die beste Strategie zu ermitteln. Manchmal ist ein einfacher Austausch eines oder mehrerer effizienterer Räder möglich, auch ohne das bestehende Gehäuse zu verändern. Eine besondere Kontrolle der Antriebsmaschine ist erforderlich: Für die Turbine (maximale Leistung und maximales Drehmoment), oder die Kapazität des Elektromotors.
Jeder Fall muss anhand des ursprünglichen Datenblatts und der Leistungskurven analysiert werden, um zu entscheiden, ob es sich lohnt, das Gebläse oder die Antriebsmaschine abzuändern.