Elektromotor für Saugzuggebläse am Kessel: Leistung, Drehzahl und Betriebsweise

Der Elektromotor eines Saugzuggebläses am Kessel wird nach der Wellenleistung bei der Kaltinbetriebnahme – wenn der Ventilator die dichteste Luft fördert –, nach der Auslegungsdrehzahl des Laufrads und nach dem Dauerbetrieb des Kessels ausgewählt. Die Leistung auf dem Typenschild ist häufig für Rauchgas bei Betriebstemperatur berechnet; werden Kaltstart, Klappenstellung und Lastwechsel nicht berücksichtigt, wird der Antrieb bei der ersten Zündung überlastet. In diesem Beitrag behandeln wir diese drei Themen anhand der tatsächlichen Betriebsweise eines Kesselhauses.

In der Praxis bezeichnet „Saugzuggebläse“ meist den Ventilator, der das Rauchgas aus dem Kessel absaugt und in den Schornstein drückt (ID-Ventilator). Der Ventilator, der die Verbrennungsluft zum Brenner bläst, ist dagegen das Druckgebläse bzw. Verbrennungsluftgebläse. Die folgende Betrachtung bezieht sich überwiegend auf das Saugzuggebläse; abweichende Punkte sind gesondert gekennzeichnet.

Wo arbeitet der Ventilator: Unterschied zwischen Saugzug- und Verbrennungsluftgebläse

Die Bedingungen, denen die beiden Ventilatoren den Antrieb aussetzen, unterscheiden sich:

• Saugzuggebläse: Es fördert das heiße Rauchgas aus dem Kessel. Das Laufrad befindet sich im heißen Gas, der Elektromotor dagegen außerhalb des Ventilatorgehäuses, meist über eine Lagereinheit und Kupplung oder Riemen angebunden. Das Gas kann Asche und Staub mitführen; das Laufrad verschleißt mit der Zeit und gerät aus dem Gleichgewicht.
• Verbrennungsluftgebläse: Es fördert saubere, vergleichsweise kühle Luft aus dem Kesselhaus zum Brenner. Das Laufrad sitzt häufig direkt auf der Motorwelle. Die Last ist gleichmäßiger; die Lufttemperatur entspricht der Raumtemperatur.

Ein Standard-Drehstrom-Elektromotor ist nicht dafür ausgelegt, im Rauchgas oder auf einer heißen Fläche direkt am Gaskanal zu arbeiten. Der richtige Platz liegt außerhalb des Gasstroms an einer Stelle, an der die Maschine kühle Luft ansaugen kann. Die Wärmeübertragung zwischen heißem Gas und Antrieb übernehmen Lagereinheit, Kühlscheibe und Gehäuseisolierung des Ventilators; diese Teile sind Sache des Ventilatorherstellers.

Leistung: Welcher Betriebspunkt bestimmt den Elektromotor?

Die Wellenleistung eines Ventilators ist proportional zur Dichte des geförderten Gases. Heißes Rauchgas ist deutlich leichter als kalte Luft. Wird der Kessel kalt in Betrieb genommen, solange sich noch kalte Luft im Kanal befindet, nimmt das Saugzuggebläse deshalb deutlich mehr Leistung auf als im Betriebszustand. Ist die Leistungsangabe im Ventilatordatenblatt nur für heißes Gas angegeben, kann dieser Unterschied den Antrieb überlasten.

In der Praxis gibt es drei Wege:

• Elektromotor für die Kaltleistung: Die Maschine wird nach der Wellenleistung des Ventilators bei kalter Luft gewählt. Das ist die einfachste und sicherste Lösung; im Betrieb ist der Antrieb geringer belastet.
• Anlauf mit Klappe: Der Ventilator läuft mit gedrosselter Saug- oder Druckklappe an; mit zunehmender Kesseltemperatur öffnet die Klappe. Bei dieser Anordnung ist sicherzustellen, dass die Klappensteuerung korrekt arbeitet; bleibt die Klappe offen, wird der Antrieb mit kaltem Gas voll belastet.
• Frequenzumrichter: Bis der Kessel warm ist, wird der Ventilator mit niedriger Drehzahl betrieben. Da die Leistungsaufnahme mit sinkender Drehzahl stark abnimmt, entfällt das Kaltstartproblem weitgehend.

Fordern Sie beim Ventilatorhersteller die Wellenleistung bei Betriebstemperatur und bei kalter Luft getrennt an. Aus Kesselleistung oder Brennstoffart lässt sich die Antriebsleistung nicht abschätzen; zwei Kessel gleicher Leistung können sehr unterschiedliche Kanalwiderstände und Ventilatorauslegungen haben.

Drehzahl: Warum wird die Laufraddrehzahl beibehalten?

Bei einem direkt gekuppelten Ventilator dreht das Laufrad mit der Nenndrehzahl des Elektromotors. Eine Änderung der Polzahl verändert den Druck des Ventilators mit dem Quadrat und die Leistung etwa mit der dritten Potenz der Drehzahl. Ersetzt man eine vierpolige Maschine durch ein zweipoliges Modell, wird der Antrieb um ein Mehrfaches überlastet, und die zulässige Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads kann überschritten werden. Maßgeblich beim Austausch ist die Drehzahl auf dem Typenschild der bisherigen Maschine.

Bei riemengetriebenen Ventilatoren wird die Drehzahl über das Riemenscheibenverhältnis eingestellt; ändert sich die Polzahl, müssen die Riemenscheiben neu berechnet werden. Bei aschebeladenen Saugzuggebläsen wird das Laufrad zur Verschleißminderung häufig mit vergleichsweise niedriger Drehzahl betrieben. Daher sind bei Saugzuggebläsen vier- und sechspolige, bei Verbrennungsluftgebläsen mit sauberer Luft eher zweipolige Elektromotoren anzutreffen. Das ist eine Tendenz; entschieden wird nach der Auslegungsdrehzahl des jeweiligen Ventilators.

Betriebsweise: Dauerbetrieb und Lastwechsel

Das Kesselgebläse läuft in der Regel die gesamte Heizperiode, bei Dampfkesseln das ganze Jahr ohne Unterbrechung. Der Elektromotor muss bei seiner Typenschildleistung für Dauerbetrieb (S1) geeignet sein; die im Sommer im Kesselhaus erreichte Temperatur und der Aufstellungsort der Maschine sind bei der Bestellung anzugeben.

• Stufige und modulierende Last: Ändert sich die Brennerleistung, wird der Volumenstrom des Ventilators per Klappe oder Umrichter angepasst. Der Antrieb wird so gewählt, dass er die Leistung der höchsten Laststufe dauerhaft abgeben kann.
• Anlaufhäufigkeit: Auch wenn der Brenner häufig ein- und ausschaltet, läuft das Saugzuggebläse meist weiter. Wird auch der Ventilator in jedem Zyklus angehalten, geben Sie die Anläufe pro Stunde bei der Bestellung an; bei einem Laufrad mit hoher Trägheit erwärmen häufige Anläufe die Wicklung.
• Schwingungen: Ascheablagerungen und Verschleiß am Laufrad erzeugen Unwucht; diese Schwingungen wirken sich zuerst auf die Motorlager aus. Wer vor dem Antriebswechsel das Laufrad reinigt und die Wuchtung prüft, schützt die neue Maschine.
• Reserveantrieb: Steht der Ventilator, steht auch der Kessel. In kritischen Anlagen kann ein Reserveantrieb gleicher Baugröße und Drehzahl bereitgehalten werden; zum Schutz der lagernden Maschine siehe den Beitrag Lagerung von Reserve-Elektromotoren.

Für den Einsatz einer Drehzahlregelung gilt die allgemeine Angabe auf unserer Website: Unsere Drehstrom-Serien eignen sich für die Drehzahlregelung mit Frequenzumrichter; bei längerem Betrieb mit vollem Drehmoment bei niedriger Drehzahl kann ein Fremdlüfter erforderlich sein, bei langer Leitung zwischen Umrichter und Elektromotor wird ein dU/dt- oder Sinusfilter geprüft; diese Bedingungen sind bei der Bestellung anzugeben. Da bei Ventilatorlast der Drehmomentbedarf bei niedriger Drehzahl ebenfalls sinkt, ist diese Lösung bei Kesselgebläsen verbreitet.

Beispielmodelle für den Leistungsbereich von Kesselgebläsen

Da das Kesselhaus eine staubige, heiße und schwingungsreiche Umgebung ist, wurden die Beispiele aus der Graugussserie gewählt. Alle haben Schutzart IP55, Isolationsklasse F und Speisung 400/690 V (Δ/Y), 50 Hz; am 400-V-Netz werden sie in Dreieck geschaltet und eignen sich für den Stern-Dreieck-Anlauf.

Das Beispiel 225M-6 zeigt, wie bei langsam laufenden Saugzuggebläsen die Baugröße bei gleicher Leistung wächst; ändert sich die Aufstellung, werden die Sockelmaße mit den technischen 2D-Zeichnungen verglichen. Passende HEM Motor Modelle und aktuelle Preise finden Sie auf der Seite Elektromotor kaufen; weitere Ventilatoranwendungen auf der Seite Elektromotoren für Ventilatoren und Absauganlagen.

Angenommenes Beispiel: Saugzuggebläse, das an kalten Morgen auslöst

Dieses Beispiel dient der Erläuterung. Am Saugzuggebläse eines Dampfkessels löst ein Antrieb mit 15 kW und 1465 U/min jeden Morgen bei der Kaltinbetriebnahme des Kessels das Thermorelais aus; tagsüber bleibt der Strom unter dem Typenschildwert.

• Die Untersuchung zeigt, dass der Stellmotor der Saugklappe defekt ist und der Ventilator mit voll geöffneter Klappe in kalter Luft anläuft.
• Laut Ventilatordatenblatt liegt die Wellenleistung bei kalter Luft über der Typenschildleistung der Maschine.
• Zwei Optionen werden geprüft: die Klappensteuerung reparieren und mit gedrosselter Klappe anfahren oder den Antrieb nach der Kaltleistung wählen. Vor Ort wird zunächst die Klappe repariert; wegen der wechselnden Betriebsbedingungen wird langfristig ein Umrichter geplant.

Fazit und Angaben für die Bestellung

Beim Kesselgebläse bestimmen die Leistung beim Kaltstart, die Auslegungsdrehzahl des Laufrads und der Dauerbetrieb den Elektromotor. Für die richtige Auswahl teilen Sie uns bitte mit:

• Ventilatortyp (Saugzug- oder Verbrennungsluftgebläse), Wellenleistung im Betrieb und bei kalter Luft
• Drehzahl, direkte Kupplung oder Riementrieb, Bauform
• Anlassverfahren, Klappenanordnung und gegebenenfalls Angaben zum Umrichter
• Temperatur im Kesselhaus und Position der Maschine zum Gaskanal
• Foto des Typenschilds der bisherigen Maschine

Modelle und Preise finden Sie in unserem Shop. Senden Sie Typenschildfoto, Drehzahl und Montageangaben Ihrer vorhandenen Maschine über die Seite für die Typenschild-Anfrage und fordern Sie ein Angebot für das passende Modell an; bei anderen Fragen kontaktieren Sie uns.

Häufig gestellte Fragen

Warum nimmt das Saugzuggebläse bei kalter Luft mehr Leistung auf?

Die Wellenleistung des Ventilators steigt mit der Dichte des geförderten Gases. Da kalte Luft dichter ist als heißes Rauchgas, wird der Antrieb bei gleicher Drehzahl stärker belastet.

Kann ich die Antriebsleistung des Kesselgebläses aus der Kesselleistung berechnen?

Nein. Die Leistung ergibt sich aus Volumenstrom, Druck und Kanalwiderstand des Ventilators; maßgeblich sind die Werte des Ventilatorherstellers für die Wellenleistung im Betrieb und bei kalter Luft.

Erhöht die Umstellung des Saugzugantriebs auf zwei Pole den Zug?

Der Druck steigt, die Leistung aber etwa mit der dritten Potenz der Drehzahl; der Antrieb wird überlastet, und das Laufrad kann seine Drehzahlgrenze überschreiten. Die Auslegungsdrehzahl des Laufrads ist beizubehalten.

Ist ein Reserveantrieb für das Kesselgebläse notwendig?

Da mit dem Ventilator auch der Kessel stillsteht, ist es in kritischen Anlagen gängige Praxis, einen Reserveantrieb gleicher Baugröße und Drehzahl einzuplanen.