Smarte Pumpen für die digitale Schifffahrt "SPuDiS"; Teilprojekt: Prototypentwicklung der smarten maritimen Pumpe

Abstract

Pumpen verbrauchen weltweit etwa 22% der Energie im Bereich der elektromotorisch angetriebenen Maschinen [2], wobei allein Kreiselpumpen bereits zu 16 % dieses Verbrauches beitragen. Dennoch werden viele Pumpen nach wie vor manuell gedrosselt, um den gewünschten Durchfluss anzupassen, was einen erhöhten Energiebedarf verursacht. Eine automatische Durchflussregelung auf den optimalen Betriebspunkt bietet ein erhebliches Energiesparpotenzial. Um eine solche Regelstrategie umzusetzen, ist eine präzise Durchflussmessung erforderlich, die in der Praxis regelmäßig an teurer und aufwendig zu installierender Hardware Durchflusssensorik scheitert. Softsensoren sind kostengünstiger und einfacher zu implementieren, da sie lediglich aus einer Software, die auf einfacher eingebetteter Hardware laufen kann, sowie einer einfachen Messung einer sekundären Größe, z.B. dem Motorstrom, besteht. Allerdings weisen etwa 20% der Kreiselpumpen im maritimen Bereich eine nicht invertierbare („komplizierte“) Kennlinie auf, was die Zuverlässigkeit existierender Softsensorik-Ansätze stark beeinträchtigt. Zusätzlich müssen auf Schiffen Ersatzteile und Wartungspersonal im Voraus bereitgestellt werden. Wenn ein Softsensor potenzielle Fehlfunktionen oder anomale Betriebszustände vorhersagen könnte, würde dies die Planung von Logistik und Personaleinsatz erleichtern und die Stillstandszeiten erheblich reduzieren. SPuDiS entspricht den Querschnittszielen MARITIME.green, MARITIME.smart und MARITIME.safe, sowie der Programmsäule „Schiffstechnik“ des Maritimen Forschungsprogramms und der Maritimen Forschungsstrategie 2015. Das Projekt wird durch die Forschungszentrum Jülich GmbH (FZJ) unter der Förderkennziffer FKZ: 03SX548A unterstützt. SPuDiS wird von einem Konsortium aus drei Partnern bearbeitet, darunter ein akademischer Partner und zwei Industriepartner. Die Ruhr-Universität Bochum ist für die Entwicklung theoretischer Ansätze, Methoden und Algorithmen verantwortlich, während die Industriepartner Herborner Pumpentechnik und Brinkmann Pumpen die notwendigen Daten bereitstellen und Tests durchführen. Darüber hinaus begleitet der nicht geförderte Partner DVZ-SERVICES GmbH das Projekt beratend und fungiert gleichzeitig als potenzieller Verwerter der smarten maritimen Pumpe. Während der Projektlaufzeit wurde ein regelmäßiger Austausch sichergestellt, einschließlich kontinuierlicher Kommunikation und Berichterstattung an das FZJ. Das Teilprojekt der Herborner Pumpentechnik wurde in drei Arbeitspakete unterteilt. Zunächst wurden verschiedene maritime Pumpentypen gemessen. Die Pumpen wurden so gewählt, dass ein breites Spektrum an maritimen Pumpen zur Förderung feststoffbeladener Medien abgedeckt wird. Für die Validierung und zur Datenakquise wurde ein Prüfstand entwickelt, an welchen die smarten Pumpen unter Realbedingungen getestet werden können. Verschiedene Zusammensetzungen des Fördermediums können dabei simuliert werden. Die Daten zur Entwicklung der Algorithmik von Softsensor und Störungsfrüherkennung wurden den Projektpartnern zur Verfügung gestellt und auf den Prüfständen evaluiert. Die gesamten Entwicklungen mündeten in einer Cloudanwendung, welche die durch die smarte Pumpe gewonnenen Daten visualisiert, auswertet und dem Betreiber über Planungsmöglichkeiten und Ersatzteilversorgung einen Mehrwert für den Betrieb liefert.