Steigerung der Energieeffizienz des pneumatischen Fasertransportes

  • Optimisation of energy efficiency of pneumatic fibre conveying

Möbitz, Christian Hartmut; Gries, Thomas (Thesis advisor); Merhof, Dorit (Thesis advisor)

Düren : Shaker Verlag (2021)
Buch, Doktorarbeit

In: Textiltechnik/Textile technology
Seite(n)/Artikel-Nr.: VIII, 270 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Die Textilindustrie zählt zu den energieintensivsten Branchen des produzierenden Gewerbes. Der Energieverbrauch ist vor dem Hintergrund steigender Energiepreise ein wichtiges Investitionskriterium. Etwa 45 - 50 % der Energiekosten in der Faservorbereitung entfallen auf den pneumatischen Fasertransport. Um Verstopfung der Fördersysteme sowie die Schädigung und Kompaktierung der Fasern zu vermeiden, sind die Förderventilatoren meist um rund 30 % überdimensioniert und werden bei maximaler Drehzahl betrieben. Die Möglichkeiten zur geometrischen Optimierung der Fördersysteme sind baulich bedingt begrenzt. Das größte Potenzial ist durch die Reduzierung der Luftgeschwindigkeit und damit der Drehzahl der Förderventilatoren gegeben. Ziel der Entwicklung ist daher die Reduzierung der Luftgeschwindigkeit um mindestens 30 %. In der Dissertation wird daher ein Mess- und Regelungssystem entwickelt, mit dem die Drehzahl des Förderventilators in Abhängig des Transportzustandes der Fasern und der Flocken energieoptimiert geregelt wird. Die Auswahl der Sensoren und der Überwachungsstrategie erfolgt entlang der Nine-Step-Tool-Methode, die in der Arbeit aktualisiert und erweitert wird. Als signifikanteste Messgrößen für den Transportzustand werden der Verteilungsgrad der Fasern sowie die zeitliche Förderschwankung des Faserstromes ermittelt. Aus den Versuchen an einem industriellen Fasertransportsystem wird ein Systemmodell abgeleitet. Für die Ermittlung des Transportzustandes wird ein Sugeno-Netz entwickelt und mit Modelldaten aus dem Systemmodell trainiert. Die Validierung der Zustandserkennung erfolgt sowohl anhand der Modell- als auch der Rohdaten aus dem Industrieversuch. Weiterhin wird eine Zwei-Freiheitsgrad-Regelung entwickelt und an dem Modell validiert. Die Reduzierung der Luftgeschwindigkeit um 30 % führt zu einer Minderung des Energieverbrauchs um rund 65 %. Für einen mittelgroßen Förderventilator mit 12,5 kW Leistung resultiert ein jährliches Einsparpotenzial von rund 9.000 €. Die Amortisationsdauer beträgt 1 Jahr. Im Industrieversuch ist je nach gewünschtem Transportzustand eine Energieeinsparung von bis zu 74 % möglich.

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