Hoe de motoranalyzers van Fluke de energie-efficiëntie van de pomp met 200% hebben verbeterd

Nieuw testproces bespaart tijd (en brengt redding) in het door droogte geteisterde Nederland

Een proces dat Fluke heeft ontwikkeld voor Vitens, het grootste waterzuiveringsbedrijf in Nederland, maakt het mogelijk om de pompprestaties in enkele uren te beoordelen met behulp van elektrische parameteranalyse op een spanningvoerende stroomkring in plaats van een langdurige offline mechanische analyse. Met deze revolutionaire kwaliteitscontrolemethode kunnen technici nu tijd en arbeid besparen en de volgende stappen nemen om te voldoen aan de behoeften van eindgebruikers op het gebied van water of andere vloeistofstromen, zoals tijdens een kritieke tijd voor Vitens en haar klanten.

Het symptoom: een pomp met een te lage druk tijdens droogte

Als Power Quality Specialist van Fluke was ik bezig met het testen van conditiebewakingssensoren bij een Vitens-pompstation in de buurt van Almelo toen de ingenieur van Vitens me attent maakte op een groot probleem tijdens een zeldzaam, officieel waternoodgeval. In de zomer van 2019 waren de tekorten aan water zo ernstig dat landbouwers geen gewassen konden besproeien en klanten in woonhuizen te maken hadden met waterbeperkingen, waaronder het verbod op het sproeien van het gazon en het wassen van de auto.

Een 75 kW boosterpomp in een vitale leiding van 40 km die de waterdruk handhaaft als de vraag naar drinkwater groot is, presteerde onvoldoende. Vitens had de boosterpomp een aantal jaar geleden vervangen, maar plotseling kon de nieuwe pomp de druk in het netwerk niet meer op peil houden en waren de energiekosten zelfs nog hoger dan bij het oude model.

Het diagnoseproces: gebruik maken van Fluke-motoranalyzers en unieke gegevensanalyse

De engineer en ik moesten de oorzaak van het probleem vaststellen: Veroorzaakte de motor of de pomp de lage druk en het daaruit voortvloeiende overmatige energieverbruik? Na enige overweging en de noodzaak voor een snel antwoord besloot ik een eerste beoordeling te maken door de elektrische functies te meten.

Stap 1 - Het motorrendement op een spanningvoerende stroomkring evalueren

Ik begon met een Fluke 438-II Power Quality en Motor Analyzer om de effectiviteit van de IE3 Premium Efficiency-inductiemotor te evalueren.

Onder andere omstandigheden zou apparatuur om veiligheidsredenen worden uitgeschakeld, maar omdat we de pomp niet konden uitschakelen voor het testen omdat het water moest blijven stromen, hebben we een unieke alternatieve methode ontwikkeld.

We hebben ervoor gezorgd dat we de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen gebruikten, omdat we aan een spanningvoerende stroomkring werkten en begonnen met testen. Terwijl de motor draaide, hebben het technische team van Vitens en ik de spannings- en stroomtangen aangesloten op de aansluitkast en de drie stroommetingen en drie spanningsmetingen uitgevoerd bij de aansluitkast.

Bij de eerste test hebben we geen spanning, harmonische of onbalans gevonden die de verlaging veroorzaakte en de efficiëntie kwam overeen met de specificaties van IE3 Premium Efficiency inductiemotor.

Fluke 438-II biedt bewaking van mechanische en elektrische prestaties
De Fluke 438-II biedt bewaking van mechanische en elektrische prestaties en de mechanische parameters van koppel en toerental als functie van de tijd.

Stap 2 - Ingangs- en uitgangsvermogen controleren

Vervolgens hebben we de motoraandrijving getest met een Fluke 435 Power Quality- en energieanalyzer om te zien of er een verschil was tussen het ingangs- en uitgangsvermogen.

Het verschil dat we vonden was minder dan 3 kW bij vollast, wat betekent dat de efficiëntie van de aandrijving ongeveer 98 procent was, wat meer dan acceptabel is. Nadat we de analyse van het statische rapport hadden bekeken, hebben we gekeken naar het dynamische gedrag tussen de parameters voor toerental en koppel in de loop der tijd.

De Fluke 435-II werd gebruikt voor het meten van het verschil tussen ingang en uitgang
De Fluke 435-II werd gebruikt voor het meten van het verschil tussen ingang en uitgang om het probleem te identificeren door middel van een eliminatieproces.
De motor werkte met een efficiëntie van 94,4 procent
Dit screenshot van de motoranalyzer is een momentopname, die de dynamische relatie van de meting in de loop van de tijd weergeeft en die aangeeft dat de motor met een efficiëntie van 94,4 procent werkte.

Stap 3 - Gegevensanalyse en raadpleging: koppel te hoog

Een ABB-aandrijving van 100 kVA regelt de 75 kW WEG-motor. We hebben de Fluke 438-II gebruikt om het toerental en het koppel vast te leggen en automatisch in een grafiek te zetten. Na het bekijken van de gegevens in de PowerLog-software zijn koppel- en toerentalcurves een functie van de tijd, maar we waren geïnteresseerd in de relatie tussen de twee parameters.

Voor een diepgaandere duik hebben we de meetgegevens met PowerLog geëxporteerd naar een .csv-bestand, dat in Excel is geïmporteerd om een spreidingsdiagram te genereren om de relatie tussen koppel en toerental te visualiseren. Gewoonlijk loopt het koppel in een rechte lijn. De spreidingsgrafiek bevatte nuttige informatie: Het koppel liep hoog toen de pomp caviteerde.

Koppel vs. pomptoerental
"Koppel vs. pomptoerental" - De spreidingsgrafiek toont het toerental op de horizontale as en het koppel op de y-as. Het koppel stijgt snel boven 1400 tpm.

De technicus van Vitens en ik hebben contact opgenomen met Sulteq, het Nederlandse bedrijf dat de pomp heeft geïnstalleerd en onderhouden. Marco Bosman, eigenaar van Sulteq, was verbaasd over het verschil tussen de standaard prestatietests van procespompen die offline worden uitgevoerd in een testlab, waarvoor extra flow- en druksensoren nodig zijn en die enkele dagen in beslag nemen, en de onze. Bosman was verbaasd over de nieuwe mogelijkheid om de pompkarakteristiek zo snel te specificeren, door alleen elektrische parameters te meten en terwijl de apparatuur volledig operationeel was.

De motor draaide op 89 procent
De aandrijving was beperkt tot 75 kW elektrisch vermogen om de motor te beschermen en werkte op 89 procent.

Na raadpleging hebben we een analyse van de aandrijvingsparameters uitgevoerd, waaruit bleek dat de motor ver onder de nominale capaciteit van 89 procent draaide, terwijl de motorservicefactor 1,15 was. Door de aandrijvingsparameters te wijzigen, kon de motor nog eens 25 procent extra belast worden. Hoewel de pomp een hoger toerental kan verwerken, moet de vorige pomptrap (stroomopwaarts) voldoende water kunnen leveren om een hogere waterstroom te kunnen leveren, anders wordt lucht gepompt of ontstaat cavitatie, waardoor de waterstroom juist afneemt.

De watertoevoerinlaat van onze pomp heeft een beperking van de doorstroomsnelheid. Boven 1400 tpm is het koppel niet evenredig aan het toerental. Een hoger koppel betekent dat de inlaatdruk te laag is om voldoende water te laten stromen en dat er ook trillingen zijn.

Drukwaarden bij de watertoevoerinlaat
Drukwaarden bij de watertoevoerinlaat. De linker ingang geeft 8 mWK (meterwaterkolom) aan en de rechter uitgang geeft 40 mWK aan. Bij zo'n lage ingangsdruk is een hogere uitgangsdruk niet mogelijk.

De diagnose en tussentijdse oplossing: onvoldoende doorstroomsnelheid stroomopwaarts is de oorzaak

De oorspronkelijke klacht was overmatig energieverbruik, maar dat was niet de oorzaak van het probleem. Onze beoordeling van de watertoevoerinlaat bevestigde de cavitatiehypothese. Instroom van water was de beperkende factor en een wijziging van de instellingen van de aandrijving heeft het probleem niet opgelost, omdat duidelijk was dat de hoofdoorzaak van het probleem stroomopwaarts lag.

Bijna 40 kilometer verderop hebben we de voorgeschakelde pomp beoordeeld en al snel ontdekt dat deze niet voldoende doorstroming produceerde, wat de cavitatie veroorzaakte die we aan het onderzoeken waren. Trapsgewijs pompen is alleen mogelijk wanneer elke pomp in het netwerk de maximale stroomsnelheid bereikt. Het lokaliseren van de oorzaak van het probleem door alleen elektrische metingen bespaarde beoordelingstijd en bewees dat de voorgeschakelde pomp moest worden vervangen. In de tussentijd werden hogere stroomsnelheden voor de voorgeschakelde locatie ingesteld om cavitatie te voorkomen en op een cruciaal moment aan de behoeften van de klant te kunnen voldoen.

Meting van elektrische functies is een tijdbesparende manier om alle pompbelastingen te karakteriseren

Het gebruik van elektrische metingen om een mechanisch probleem vast te stellen door gegevens te verzamelen en vervolgens gegevensrelaties te gebruiken, is een snelle manier om nuttig inzicht te krijgen in het gedrag van de pompbelasting. Diagnose van elektrische systemen met behulp van de juiste instrumenten is een spannende vooruitgang op het gebied van kwaliteitscontrole, omdat deze kan worden toegepast op alle typen pompen en technici efficiënter kunnen werken - in Nederland en daarbuiten.

Gerelateerde bronnen