Erfahrungsberichte

Franklin Motoren manövrieren ein U-Boot bis 1000 Meter tief im Meer

24/07/2020

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Das technisch einzigartige U-Boot LULA1000 ist das Herzstück der Rebikoff-Niggeler-Stiftung (FRN), einer gemeinnützigen Organisation für Meeresforschung auf der Insel Faial auf den Azoren / Portugal. An Bord befinden sich 5 Franklin Electric 4" gekapselte Motoren, die für den Hauptantrieb sowie für die Manöver an allen Achsen sorgen.

Der Innenraum verfügt über ein ganz spezielles ergonomisches Design für maximalen Komfort für die langen Tauchgänge, die eine durchschnittliche Dauer von fünf Stunden haben. Es hat eine ausgezeichnete Manövrierfähigkeit, selbst in schwierigem Unterwassergelände.Bevor LULA1000 tatsächlich untertaucht, werden Mehrstrahl-Sonaruntersuchungen durchgeführt, um bathymetrische Karten zu erstellen, mit denen dann Gebiete von besonderem Interesse identifiziert werden können.

LULA1000 ist eine stabile Arbeitsplattform, die gemäß der Klassifikationsgesellschaft Germanischer Lloyd (DNV-GL) gebaut wurde. Jährlich werden Inspektionen und Tests durchführt. Diese Regeln sind sehr strikt und gewährleisten den sicheren Betrieb.

Auf der Suche nach einem kostengünstigen und dennoch zuverlässigen Motor zum Antrieb der Positionierungspropeller des U-Bootes wandten sich die Konstrukteure 2009 an Franklin Electric. Obwohl die Verwendung kaum vergleichbar war mit den eigentlichen Anwendungsgebieten der Motoren, waren die Ingenieure von Franklin Electric von der Herausforderung angetan, ihre Kreation an Bord eines U-Bootes zu installieren. Mit minimalen Modifikationen sind Franklin Electric 4" Tauchmotoren somit zu einer inzwischen 11-jährigen Erfolgsgeschichte geworden.

 

LULA1000

LULA1000 kann drei Personen bis zu einer Tiefe von 1000 m befördern. Das U-Boot verfügt über ein großes Sichtfenster mit einem Durchmesser von 1,40 m und ist mit der neuesten Technologie zur Erfassung ozeanografischer Daten und Proben ausgestattet. Außerdem hat es die richtige Technik an Bord, um hochwertige Video- und Audiodokumentationen über das Leben und Verhalten von Tiefseetieren aufzunehmen. 

 

Franklin Electric Motoren an Board

LULA 1000 wird von 5 Tauchmotoren mit jeweils 2,2 kW manövriert. Das Design der elektrischen Wicklung wurde an die Bordspannung des U-Bootes angepasst. Das mechanische Design blieb nahezu unverändert. Wie alle Tiefbrunnenmotoren wurden auch diese Motoren zu 100% im Werk getestet, bevor sie an die Werft geliefert wurden. 

Die Franklin Motoren werden für den Hauptantrieb und für die Manöver in allen Achsen verwendet. In der LULA1000 wird ein marinisiertes Planetengetriebe verwendet, um einen Propeller mit großem Durchmesser anzutreiben. Dies ist die Hauptantriebseinheit und hat den Vorteil, dass das U-Boot schnell beschleunigen und anhalten kann. Kleine direkt angetriebene Propeller werden für den seitlichen und vertikalen Antrieb verwendet.

Nach mehr als 180 erfolgreichen Tauchgängen werden diese Motoren nun im Rahmen einer größeren U-Boot-Überholung ausgetauscht.

Neben der Vision, allen Menschen sauberes Trinkwasser anbieten zu können, hat Franklin Electric auch das Ziel, zur Nachhaltigkeit des Planeten beizutragen. Dazu gehören natürlich auch die Weltmeere. Franklin freut sich daher, solche Projekte unterstützen zu können.

Halbierung des Energieverbrauchs durch 6" High Efficiency System

28/04/2020

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In Zeiten steigender Energiekosten wird bei Neuanschaffungen immer mehr Wert auf bestmögliche Effizienz gelegt. Hier hat Franklin Electric mit seinen High Efficiency Systemen (HES) bis 150 kW einen neuen Maßstab gesetzt. Im Vergleich zu Standard Asynchronmotoren wurden in den bereits zahlreichen weltweit installierten Systemen Energieeinsparungen von mehr als 20% erzielt.

Dieses Anwendungsbeispiel bei einem Wasserwerkverband in Deutschland hat gezeigt, dass durch die Installation eines HES der Energieverbrauch halbiert werden konnte. Der stark reduzierte Energieverbrauch ergibt sich zum einen aus der Drehzahlregelung (~80 %) und zum anderen durch die Motorentechnologie (~20 %). Letztere liegt vornehmlich am konstant guten Wirkungsgrad über den gesamten Leistungsbereich sowie an den perfekt abgestimmten Elektronikkomponenten.

Installiert wurde ein 6" 15 kW Franklin Electric High Efficiency System, das aus einem 304SS NEMA Unterwasser-Synchronmotor, einem IP66 Frequenzumrichter und einem IP54 du/dt Ausgangsfilter besteht.

Ausgangssituation:

  • Ursprünglich war eine 10-stufige 60 m³/h Bohrlochpumpe, angetrieben von einem 18,5 kW Asynchrontauchmotor in einer Tiefe von 31 m verbaut.
  • Der Brunnen (Ø 400 mm, Tiefe 50 m) ist mit einem durchgehendem OBO Filter ausgerüstet.
  • Ein zusätzlicher Kühlmantel garantiert die minimale Kühlgeschwindigkeit entlang des Motors.
  • Die Anlage wird von einer zentralen Leitwarte über eine SPS gesteuert.
  • Aufgrund des Abnahmebedarfs sowie geologischer Besonderheiten wie Wasserqualität und Brunnenergiebigkeit soll die Pumpe konstant 40 m³/h in eine Sammelleitung fördern. Abhängig vom Zuschalten weiterer Brunnen ergeben sich somit variable Förderhöhen von 57 m bis 91 m.
  • Da die neuen gewünschten Betriebspunkte nicht mehr direkt auf der Q/H-Kennlinie liegen, muss mit einem Schieber mechanisch „eingedrosselt“ werden.
  • In den zwei dokumentierten Jahren arbeitete die Pumpe durchschnittlich etwa 200 Std. pro Monat bei einer Aufnahmeleistung von P1 = 20 kW (siehe Grafik 1).

Neue Installation:

  • In 31 m Tiefe wurde eine vorhandene 5-stufige 60 m³/h Bohrlochpumpe inklusive des vorhandenen Kühlmantels mit einem Franklin Electric HES installiert. Wegen der beengten Platzverhältnisse wurde hier die Elektronik als „Wandmontage“ (FU in IP66 und du/dt Filter in IP54) gewählt.
  • Wie im Diagramm zu erkennen ist, trifft die neu ausgewählte Pumpe bei einer Nenndrehzahl von 48,3 Hz exakt den Betriebspunkt I 40 m³/h bei 91 m (grüne durchgezogene Kurve).
  • Durch die voreingestellte Regelgröße 40 m³/h (von vorhandenem Durchflussmesser eingelesen) wird die Dreh-zahl bei sich ändernden Betriebszuständen/Förderhöhen angepasst. Für den Betriebspunkt II 40 m³/h liegt diese bei 57 m bei 39,7 Hz (blaue durchgezogene Kurve).
  • Aufgrund der Drehzahlreduzierung „wandert“ auch die Wirkungsgradkurve nach links, so dass bei Teillast sogar ein besserer hydraulischer Wirkungsgrad als bei Nennlast erreicht wird (blaue gestrichelte Kurve).
  • Die beiden Betriebspunkte können nun mit Aufnahmeleistungen von P1 = 9,5 und 16,2 kW bedient werden (siehe Grafik 2).

Energieeinsparungen durch ein hocheffizientes System:

Durch die neue Betriebsweise arbeitet die Pumpe nun bei einer durch-
schnittlichen Aufnahmeleistung von P1 = ~10,3 kW. Dies bedeutet, dass der Energieverbrauch fast halbiert werden konnte, wobei sich die Einsparung hier in Drehzahlregelung (~80 %) und die neue Motorentechnologie (~20 %) unterteilt.

Die Einsparung durch die Motorentechnologie liegt vornehmlich am onstant guten Wirkungsgrad über den gesamten Leistungsbereich sowie an den perfekt abgestimmten Elektronikkomponenten (siehe Grafik 3).

Die eigens von Franklin Electric entwickelte, anwendungsspezifische FU-Software erlaubte eine sehr schnelle und reibungslose Inbetriebnahme.

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