Transcript Wilo – Stratos GIGA

Wilo – Stratos GIGA
Korszakváltás a szivattyúzásban - Esettanulmányok a FŐTÁV Zrt-nél
MATÁSZSZ konferencia Balatonfüred 2013.05.13-15.
A WILO 2011-ben mutatta be az új, állandó mágneses forgórészű
motortechnológiát a száraztengelyű szivattyúk hajtása terén.
Az az új motortechnológiának köszönhetően, a szivattyúmotorok hatásfoka
felülmúlja az IE4-es határértéket.
A FŐTÁV Zrt. és a WILO Magyarország Kft. együttműködése
eredményeként, két hőközpontban összehasonlító mérésadatgyűjtést
végeztünk.
Wilo – Stratos GIGA
A kiválasztott hőközpontokban mértük az eredetileg beépített szivattyú
paramétereit, majd a Stratos GIGA szivattyú értékeit azonos üzemi
körülmények között.
A kiválasztott hőközpontok tipikusnak mondhatóak, az egyik egy egycsöves,
átkötőszakaszos, állandó tömegáramú, a másik egy kétcsöves változó
tömegáramú rendszer.
A WILO Kft. Rendelkezésre bocsátott egy digitális mérésadatgyűjtő
szekrényt, amely képes heteken át a mért értékeket rögzíteni.
Wilo – Stratos GIGA
A mérésadatgyűjtővel az alábbi paramétereket mértük:
•
•
•
•
•
•
Térfogatáram (ultrahangos mérővel)
Szállítómagasság (Δp-mérővel)
Fordulatszám (optikai mérővel)
Elektromos felvett teljesítmény
Előremenő hőmérséklet
Visszatérő hőmérséklet
Wilo – Stratos GIGA
A szivattyúk mérésének körülményei
• Az eredet szivattyú:
IPn 125/180-3/4
• Az új szivattyú:
Stratos GIGA 100/1-13/1,9
5
A szivattyúk mérésének körülményei
• Az ultrahangos áramlásmérő
felszerelése
6
Mérési eredmények összehasonlítása
Reiter Ferenc u. 121. hőközpont
• Egycsöves átkötőszakaszos felújított rendszer radiátoronkénti
termosztatikus szelepekkel
• A beépített szivattyú: IPn 80/200-3/4 – Stratos GIGA 65/1-21/2,3
• Mérési idő: 2012. november 16 - december 13.
• A motortechnológiából és a szivattyútechnikából adódóan, 28%-kal
kevesebb a Stratos GIGA fogyasztása!
7
Szivattyú
Q[m3/h] H [m]
P1
[kW]
IPn 80/200-3/4
55
9,3
3,2
Stratos GIGA 65/1-21/2,3
52
9,4
2,3
Mérési eredmények összehasonlítása
Reiter Ferenc u. 121. hőközpont
• Ha összevetjük az eredetileg beépített szivattyú és az új szivattyú
teljesítmény felvételét, utóbbit munkapontra igazítva
• A beépített szivattyú: IPn 80/200-3/4 – Stratos GIGA 65/1-21/2,3
• Mérési idő: 2012. november 16 - december 13.
• Az alábbi beállításokkal a hőközpont problémamentesen üzemelt,
miközben a szivattyú 47%-kal kevesebbet fogyaszt!
8
Szivattyú
Q[m3/h] H [m]
P1
[kW]
IPn 80/200-3/4
55
9,3
3,2
Stratos GIGA 65/1-21/2,3
47
8
1,7
Mérési eredmények összehasonlítása
Toboz u. hőközpont
• Kétcsöves rendszer radiátoronkénti termosztatikus szelepekkel, változó
tömegárammal
• A beépített szivattyú: IPn 125/180-3/4 – Stratos GIGA 100/1-13/1,9
• Mérési idő: 2013. március 19 - április 25.
• A motortechnológiából és a szivattyútechnikából adódóan, 36%-kal
kevesebb a Stratos GIGA fogyasztása!
9
Szivattyú
Q[m3/h] H [m]
P1
[kW]
IPn 125/180-3/4
46
9,7
2,75
Stratos GIGA 100/1-13/1,9
46,7
9,6
1,75
Mérési eredmények összehasonlítása
Toboz u. hőközpont
• A mérések alapján a térfogatáram alig változott, annak ellenére, hogy a
rendszer – elvileg – változó tömegáramú
• A mérések alapján a térfogatáram 43-50 m3/h között mozgott (kb ±7%),
a felvett teljesítményben ez max. ±3%-os változást jelentett
10
Mérési eredmények összehasonlítása
Összegzés
• A mérések alapján a Reiter Ferenc utcai hőközpont esetében a felvett
teljesítmény különbség: 1,5 kW, amely éves szinten kb. 6600 kWh
megtakarítást eredményez.
• Megtérülés: kb. 3,4 év (30 Ft/kWh; 183 nap)
• A mérések alapján a Toboz utcai hőközpont esetében a felvett
teljesítmény különbség: 1,0 kW, amely éves szinten kb. 4400 kWh
megtakarítást eredményez.
• Megtérülés: kb. 5,5 év (30 Ft/kWh; 183 nap)
11
Stratos GIGA
Hogyan lehetséges ez a nagy különbség?
Hogyan lehetséges ez? – Wilo Stratos GIGA / High Efficiency Drive (HED)
Wilo
Elektronika
Wilo
EC-Motor
=
Wilo
Hidraulika
13
Nagy
hatásfokú
szivattyú
Bemutatkozás – Wilo Stratos GIGA / High Efficiency Drive (HED)
A Stratos GIGA hajtása, más néven HED, a Wilo megoldása a szivattyú motor hatásfokának
javítására az IE4 szintre, vagy azt meghaladóan.
Alternatív technológiák is rendelkezésre állnak, de a Wilo emellett döntött mert:
 a legnagyobb potenciál
hatásfok növelésére
(lehetőség az IE5 osztályra)

14
a legnagyobb potenciál a
kompakt kivitelre
 a legnagyobb potenciál az anyag és
erőforrás megtakarításra
 a Wilo óriási tapasztalata az EC motorok
terén (az első sorozat 2001-ben)
Bemutatkozás – Wilo Stratos GIGA / High Efficiency Drive (HED)
 Az új hidraulika az EC motortechnológiához
η
optimálisan illeszkedik
 Széles feszültség és frekvenciatartomány
(3~380V-tól 480V-ig, ±10%, 50/60Hz)
 Opcionális IF modulokkal csatlakoztatható a
IE4*
IE3
leggyakoribb épületfelügyeleti rendszerekhez
 Egyszerű kezelés a korábbi szivattyúknál
IE2
megszokott piros gomb tecnológiának
köszönhetően (azonos az IP-E / IL-E
sorozattal)
15
*IEC TS 60034-31 Ed.1 szerint
)
P
Bemutatkozás – Wilo Stratos GIGA / High Efficiency Drive (HED)
 Négy vezérlési mód: Δp-c, Δp-v, PID és
n=állandó
 Különböző jeladó csatlakozási lehetőség
 Integrált ikerszivattyú vezérlés, beleértve az
optimalizált párhuzamos üzemet
 Zárolás (gyerekzár) – DIP kapcsolóval, vagy
IR-interface használatával
 Összevont üzemjel (SBM) és összevont
zavarjel (SSM) relékimenet
16
Stratos GIGA
Technológia – Motor, hidraulika és elektronika
Technológia – Motor és hajtás
Az EC motor (Stratos GIGA hajtása) működési elve
optimized
single tooth
windings
(Állandó mágneses forgórészű motor)
Az állórész egyszerűen tekercspárokból áll, amely egy
ferromágneses lemezekből álló magon vannak. A tekercspárokra
egymás után az elektronika kapcsol egyenfeszültség, amely így
létrehoz egy forgó mágneses mezőt. Minden tekercs az motor
teljesítményéhez optimalizált.
A forgórész állandó mágnesekből és transzformátor lemezekből
áll. Az állórész által keltett forgó mágneses mezőt a forgórész
állandó mágnesei szinkron fordulatszámmal követik.
18
Permanent
Magnet
Rotor
Technológia – Motor és hajtás
Az EC motor (Stratos GIGA hajtása) működési elve
(Állandó mágneses forgórészű motor)
Az állórész tekercseiben az elektronika hozza létre a forgó
mágneses mezőt
A forgórész állandó mágnesei állandó kölcsönhatásban
vannak az állórész mágneses mezejével, nem kell
felmágnesezni.
A forgórész fordulatszáma megegyezik a forgó mágneses
mezőével, vagyis nincs slip! (szinkron fordulatszám)
=> A zéró slip a leghatékonyabb hatásfokjavítás!
19
2-pole / 50
Hz
4 kW
5.5 kW
IE1
83.1 %
84.7 %
IE2
85.8 %
87.0 %
IE3
88.1 %
89.2 %
IE4*
90.3 %
91.1 %
HED Stratos
GIGA
93,1%
(P2=4.5
kW)
* IEC TS 60034-30 Ed. 1.0, “a cél a
veszteségek 15 % -os csökkentése az IE3hoz képest.”
Technológia – Motor és hajtás
Motor hatásfokok
[%]
95
93
91
89
87
85
83
81
79
77
75
Stratos GIGA*
IE4**
IE3**
IE2**
*: Stratos GIGA at P2 = 4,5kW
**:IEC at 4,0kW, 2-pole
20
Technológia – Motor és hajtás
Motor Losses
140%
Motor Losses in [%] ***
120%
100%
80%
60%
40%
20%
0%
Stratos GIGA
Motor*
21
IE4
Motor**
IE3
Motor**
IE2
Motor**
IE1
Motor**
* at 4kW
** 4kW, 2-pole
*** Losses of IE2 motor equate to 100%
Technológia – Motor és hajtás
Motor méret összehasonlítás:
A HED motor mérete három nagyságrenddel kisebb, mint az ugyanolyan (vagy hasonló)
névleges teljesítményű aszinkron motoré. (lásd lent)
HED 4,5kW
22
Asynchronous 4,0kW
Asynchronous 5,5kW
Stratos GIGA – Motor & Drive
A legnagyobb részterheléses hatásfok:
Különböző motortechnológiák részterheléses összehasonlítása:
EC*
DSR
AC 85Hz
AC 50Hz
*EC = HEP
(Staratos GIGA & Helix Exel)
23
Technológia – Hidraulika
Hidraulika
A fő tervezési elv egy olyan szivattyú létrehozása
volt, amely a lehető legmagasabb összhatásfokkal
bír.
Így megvizsgáltuk azt, miképpen érhető el ez a cél
egy optimalizált hidraulikával.
Az egyik válasz volt a fordulatszám növelése. Ez a
megoldás már 2000-ben az első Stratos család
megjelenésekor felmerült. Ugyanez a koncepció
jelenik meg a Stratos GIGA esetében is.
Ennek alapján az egész Stratos GIGA rendszert
erre a koncepcióra építettük, különös tekintettel az
elvárt magas hidraulikai teljesítményre
24
Technológia – Hidraulika
Hidraulika
A szivattyúházak tervezése az egy szivattyúcsalád
legnagyobb tagjára optimalizáltak tekintetbe véve a
nagy áramlási sebességet. A tervezés a legújabb
3D-s eszközökkel és modellekkel történt.
Ajárókerekek tervezésekor ugyanazokat a modern
eszközöket és módszereket alkalmaztuk. Itt
ugyanazokat az anyagokat használtuk, amelyeket
2000-ben a Stratos család esetében. Ennek az
anyagnak az egyik előnye, hogy vele elérhető a
legpontosabb geometria szemben más anyagokkal.
Az új tervezési metódusok eredményeképp a
Stratos GIGA jóval nagyobb hidraulikai hatásfokkal
rendelkezik, mint a hagyományos szivattyúk.
25
Technológia – Hidraulika
Szivattyú
A másik tervezési szempont volt a Stratos GIGA
szivattyúk méretének és súlyának csökkentése.
A fordulatszám növelése teszi lehetővé a járókerék
átmérőjének csökkentése mellett ugyanakkora
hidraulikai teljesítmény elérését, mint az aszinkron
szivattyúk esetében. Ezzel természetesen a
szivattyúház mérete is csökken.
Ez a hatás az, amellyel könnyebb és kisebb
szivattyúkat tudunk tervezni.
Kisebb szivattyú alkatrészeket nagyobb pontossággal
tudunk gyártani.
26
Technológia - Szivattyú
Szivattyú
A tömeg csökkenésének mértéke
55%.
A magasság csökkenésének méréke
39%
 Könnyebb telepítés, karbantartás
 Könnyebb kezelés, szállítás
27
IL-E
40/170-5,5/2
Stratos GIGA
40/1-51/4,5
Termékelőnyök – Elektronika és vezérlés
Kényelmes telepítés és üzemeltetés:
 Minden beállítás elvégezhető a Piros gomb és
kijelző segítségével
 Nem szükséges külső beállító egység
 Az információk könnyen leolvashatóak a
kijelzőről
 A kapocsdoboz kialakítása a könnyő bekötést
célozza
28
BMS/IF Modul
Ext. OFF
Sensor
Individual/Collective
Run/Fault Signal
Main Power
Supply
IF Module
 Piros gomb technológia a kijelzővel együtt
egyszerűsíti az üzemeltetést
Termékelőnyök – Elektronika és vezérlés
Beállítások
 A szivattyú minden paraméterének beállítását
(hidraulikus, elektromos) a szivattyún lehet
elvégezni
 A már jól ismert Piros gomb technológiával
változtathatók a paraméterek. A gomb nyomásával
és forgatásával lehet a menüben mozogni.
 Alternatívaként IR-Monitor vagy USB IR-Stick is
használható.
29
Termékelőnyök – Elektronika és vezérlés
Kijelző
 Távadó kijelző
 Üzemóra
 Hibaszámláló
 Felvett teljesítmény
 SSM / SBM
 Energiafogyasztás
 Külső ki/be
 Ciklusidő visszaszámlálás
 Karbantartásig hátralévő idő
30
 Bekapcsolások
száma
 Épületfelügyelet
 Szivattyú név
 Software verzió
Termékelőnyök – Elektronika és vezérlés
Szabályozási módok
Állandó fordulatszám
Mért érték:
• távadó
Δp-c
Parancsolt érték beállítás:
Δp-v
PID
31
•
kézi
•
analóg bemeneten
•
épületfelügyelet
Termékelőnyök – Elektronika és vezérlés
PID vezérlés – beállítás
 A rendszer viselkedését lehet meghatározni a PID
paraméterekkel
Set point[%]
Actual value [%]
 Figyelem: a PID paraméterek beállításához nagy
tapasztalatra van szükség!
32
Time [s]
Termékelőnyök – Szivattyú és hidraulika
Járókerék
A járókerék High-tech komposit anyagból készül:
Polyphenylene Sulfide (Ryton) 40% üvegszál (PPS/GF40)
erősítéssel a belépésnél rozsdamentes acél agy
A kompozit anyag előnyei:
- Nagyon precíz 3D geometria a legjobb hatásfokért
- Nem korrozív – hosszú élettartam
- Különféle szállított közegnek ellenáll, széles
hőmérséklettartományban
Rozsdamentes agy a megbízható rögzítéshez
Furatok az axiális erő csökkentésére és a csúszógyűrű
hűtésére
33
Termékelőnyök – Szivattyú és hidraulika
Közdarab
A közdarab szürkeöntvényből (EN-GJL-250) készül
kataforézis bevonattal.
Légtelenítő csavar
Kondenzátum / szivárgás elvezető
Szivattyúház szétszedést könnyítő menetes furat
Motorház szétszedést könnyítő menetes furat
Szivattyúház rögzítő furatok
Csúszógyűrűs tömítés helye
Új tervezésű szivattyúház darab
34
Termékelőnyök – Szivattyú és hidraulika
Szivattyúház
A szivattyúház szürkeöntvény (EN-GJL-250)
kateforézis bevonattal kívül-belül.
Szétszedést könnyítő vájatok
Három szivattyútalp, menetes furatokkal a
legrögzítéshez
Mérőcsonkok (R1-es kivitel esetén csavarral
lezárva)
Áramlási irány jel a könnyebb beépítésért
35
Termékelőnyök – Szivattyú ás hidraulika
Üzemi feltételek
36
Közeghőmérséklet
-20 °C–tól +140 °C-ig
(a közegtől függően)
Elektromos betáp
3~380 V-tól 3~480V-ig, ±10 %, 50/60Hz
Védettség
IP55
Maximális üzemi nyomás
16 bar +120 °C-ig
13 bar +140 °C-ig
Karima méretek
DN 40 – DN100
Környezeti hűmérséklet
0°C-tól +40 °C-ig
Stratos GIGA – Összevont jelleggörbe
37
Wilo-Stratos GIGA – PBU Pumps, Product Management
01/2013
Stratos GIGA – Megtérülési kalkuláció
• Munkapont Q=60m3/h, H=14m
• Kék angyal terhelés
• 6000 h/év
• 35 Ft/kWh
Éves energiaSzivattyútípus P2 [kW] fogyasztás
[kWh]
Ipn 80/224-4/4
4,0
15 039
IP-E 80/140-4/2 4,0
11 270
GIGA 80/1-21/3,0 3,8
7 262
38
Wilo-Stratos GIGA – PBU Pumps, Product Management
VillamosMegtakarítás
energia költség
[Ft]
[Ft]
526 365
0
394 450
131 915
254 170
272 195
Szivattyú
bekerülési
költség [Ft]
0
522 350
707 833
Megtérülés [év]
0
3,96
2,60
01/2013
Köszönöm a figyelmet!