Auswahl des Elektromotors für Belüftungsgebläse in Kläranlagen

In biologischen Kläranlagen gilt das Gebläse, das Luft in das Belebungsbecken drückt, als Herz der Anlage. Fehlt den Bakterien Sauerstoff, gerät der Reinigungsprozess aus dem Gleichgewicht; deshalb läuft der Gebläseantrieb wochen-, ja monatelang ohne Unterbrechung. Bei der Auswahl oder beim Austausch eines defekten Elektromotors sind die Prüfpunkte etwas anders als bei einem gewöhnlichen Maschinenantrieb: Lastart, Dauerbetrieb, Außenaufstellung und die Bedingungen in der Schallschutzhaube werden gemeinsam bewertet. In diesem Beitrag behandeln wir Schritt für Schritt die Auswahl eines Drehstrom-Standardmotors für Roots-Gebläse, Drehkolbengebläse und Seitenkanalverdichter.

Anbindung des Elektromotors je nach Gebläsetyp

Die in Kläranlagen eingesetzten Gebläse lassen sich aus Sicht des Antriebs in drei Gruppen einteilen:

• Roots-Gebläse (zweiflügelig) und Drehkolbengebläse (dreiflügelig): Es handelt sich um Verdrängermaschinen. Der Elektromotor steht meist in Fußausführung auf einem gemeinsamen Grundrahmen und treibt das Gebläse über einen Riementrieb an. Bei manchen Kompaktaggregaten wird auch ein direkter Antrieb über Kupplung verwendet. In beiden Fällen ist ein Drehstrom-Elektromotor mit IEC-Normgehäuse ein natürlicher Bestandteil der Anwendung.
• Seitenkanalverdichter: Elektromotor und Verdichter werden häufig als eine Einheit gefertigt; das Laufrad sitzt direkt auf der Motorwelle, und das Gehäuse kann speziell für den Verdichter ausgeführt sein. Bei diesem Typ ist ein Austausch gegen ein Standardmodell nur möglich, wenn der vorhandene Antrieb ein Standard-Elektromotor mit IEC-Flansch ist. Bei Antrieben mit Sonderwelle oder Sondergehäuse sollte mit Typenschild und technischen Daten nach einer Sonderausführung gefragt werden.
• Zentrifugal- (Turbo-)Gebläse: Sie arbeiten mit hoher Drehzahl und werden meist mit herstellerspezifischen Antriebssystemen geliefert; sie liegen außerhalb des Rahmens dieses Beitrags.

Lastart: Das Gebläse ist eine Maschine mit konstantem Drehmoment

Roots- und Drehkolbengebläse verhalten sich nicht wie Ventilatoren. Beim Ventilator sinkt die Leistungsaufnahme mit fallender Drehzahl stark; beim Verdrängergebläse bleibt das Drehmoment an der Welle bei konstantem Gegendruck annähernd gleich. Der Leistungsbedarf hängt im Wesentlichen von zwei Größen ab: der Gebläsedrehzahl (also der geförderten Luftmenge) und dem Gegendruck aus der Beckentiefe. Steigt der Wasserspiegel im Becken oder verstopfen die Belüfter, steigt der Druck und damit auch der Strom des Elektromotors.

Die Leistung des Elektromotors wird deshalb nach den Betriebspunktdaten des Gebläseherstellers festgelegt (Volumenstrom, Druckdifferenz, erforderliche Wellenleistung). Auch Riemenverluste und ein späterer Druckanstieg durch verschmutzte Belüfter werden berücksichtigt. Die Leistung wird nicht nach der Maschinenbezeichnung bestimmt; dasselbe Gebläsemodell benötigt bei unterschiedlichen Beckentiefen unterschiedliche Leistungen.

Anlauf

Gebläse werden in der Regel bei geöffnetem Abblasventil, also im Leerlauf, angefahren. Ist das Ventil defekt oder geschlossen, muss der Elektromotor gegen den vollen Druck anlaufen, und der Anlauf wird schwer. Das Anlaufverfahren (direkt, Stern-Dreieck, Sanftanlasser oder Umrichter) ist bei der Bestellung anzugeben. Für den Stern-Dreieck-Anlauf ist ein für 400/690 V ausgelegter Elektromotor erforderlich, der am 400-V-Netz im Dreieck arbeitet; die Modelle von HEM Motor ab 4 kW haben diesen Spannungswert.

Drehzahl: Entscheidung bei Riemen- und Kupplungsantrieb

Beim Riementrieb wird die Gebläsedrehzahl über das Riemenscheibenverhältnis eingestellt; dank dieser Flexibilität kann ein 4-poliger (1500 U/min synchron) oder 2-poliger (3000 U/min synchron) Elektromotor eingesetzt werden. Wenn Sie den Antrieb in einer bestehenden Anlage tauschen, behalten Sie die Polzahl bei; andernfalls muss die Riemenscheibenauslegung neu berechnet werden. Beim direkten Antrieb über Kupplung entspricht die Gebläsedrehzahl der Nenndrehzahl des Elektromotors, und die Auswahl hängt unmittelbar von der Auslegungsdrehzahl des Gebläses ab.

Beim Riementrieb nehmen die Motorlager die durch die Riemenspannung verursachte Radiallast auf. Die Riemenscheibe sollte möglichst nah am Motorgehäuse auf der Welle sitzen, und die Riemenspannung ist auf dem Wert des Gebläseherstellers zu halten. Ein zu stark gespannter Riemen ist bei dauerhaft laufenden Antrieben eine der Hauptursachen für verkürzte Lagerlebensdauer.

Dauerbetrieb und Umgebungsbedingungen

Der Gebläseantrieb arbeitet in der Betriebsart S1 (Dauerbetrieb). Ein Standard-Elektromotor mit S1 auf dem Typenschild ist für diese Aufgabe ausgelegt; der Dauerbetrieb hat jedoch eine Konsequenz: Der Elektromotor läuft ständig nahe an der Bemessungslast, ohne Gelegenheit zum Abkühlen. Deshalb ist es sehr wichtig, dass sein Eigenlüfter Frischluft ansaugen kann.

• Schallschutzhaube: Gebläse arbeiten meist in einer Schallschutzhaube. Ist deren Belüftung unzureichend, liegt die Temperatur in der Haube deutlich über der Außentemperatur. Dass sich der Elektromotor in der Haube befindet, und die dortige Umgebungstemperatur werden bei der Bestellung angegeben.
• Außenaufstellung: In Gebläsestationen im Freien ist der Elektromotor Regen, direkter Sonne und staubigem Wind ausgesetzt. Die Schutzart IP55 schützt gegen Strahlwasser und Staub; dennoch wirkt sich ein Vordach oder Schutzdach positiv auf die Lebensdauer aus.
• Feuchtigkeit und Kondensation: In Kläranlagen kann die Luft feuchtigkeitsgesättigt sein. Bei Reservemotoren können Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht zu Kondensation im Gehäuse führen. Gibt es einen Reservemotor, der lange nicht betrieben wird, ist dies bei der Bestellung anzugeben; Reservemotoren sollten in regelmäßigen Abständen kurz betrieben werden.
• Gase und Dämpfe: In der Vorklärung und in Schlammbereichen können korrosive Gase vorkommen. Die Gebläsestation sollte getrennt von diesen Bereichen an einem Ort mit sauberer Ansaugluft liegen.

Unter diesen Bedingungen wird das Graugussgehäuse wegen seiner Steifigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einflüsse häufig gewählt. Alle unsere angebotenen Modelle haben Schutzart IP55 und Isolationsklasse F.

Drehzahlregelung und gelöster Sauerstoff

In vielen Anlagen wird die Gebläsedrehzahl über einen Frequenzumrichter nach der Messung des gelösten Sauerstoffs im Becken geregelt. Unsere Drehstrom-Baureihen sind für die Drehzahlregelung mit Frequenzumrichter geeignet. Bei längerem Betrieb mit niedriger Drehzahl und vollem Drehmoment kann ein Fremdlüfter erforderlich sein; bei langen Kabeln zwischen Umrichter und Elektromotor wird ein dv/dt- oder Sinusfilter geprüft. Diese Bedingungen sind bei der Bestellung anzugeben. Da das Roots-Gebläse eine Last mit konstantem Drehmoment ist, müssen Mindestdrehzahl und Betriebsdauer unbedingt angegeben werden, wenn ein längerer Betrieb bei niedriger Drehzahl geplant ist. Das Thema ist auch in der Frage zum Umrichterbetrieb zusammengefasst.

Beispielszenario: Austausch des Elektromotors an einem Roots-Gebläse mit Riementrieb

Der folgende Fall ist hypothetisch. Angenommen, eine kommunale Kläranlage verfügt über zwei Haupt- und ein Reserve-Roots-Gebläse. Auf dem Typenschild des ausgefallenen Antriebs stehen 15 kW, 1460 U/min, 400/690 V Δ/Y, 160L, IM B3, S1. Der Elektromotor steht in der Schallschutzhaube auf dem gemeinsamen Grundrahmen und ist per Riemen mit dem Gebläse verbunden.

• Bei gleicher Leistung, Polzahl und Baugröße entspricht dies dem Modell 160L-4 mit Graugussgehäuse (15 kW, 4-polig, 1465 U/min, IEC 160L, 27,3 A).
• Dank gleicher Baugröße bleiben Rahmenbohrungen und Riemenscheibenflucht sehr wahrscheinlich unverändert; Wellen- und Fußmaße werden anhand der technischen Zeichnungen bestätigt.
• Plant die Anlage eine größere Beckentiefe, wird beim Gebläsehersteller der neue Betriebspunkt erfragt; liegt die Wellenleistung über 15 kW, kommt der 180M-4 (18,5 kW, 1470 U/min, IEC 180M) in Frage. Da die Baugröße auf 180M wechselt, muss der Grundrahmen angepasst werden.
• Temperatur in der Haube und Betriebsdauer bei niedriger Drehzahl werden in der Bestellung vermerkt.

Beispielmodelle für Gebläseantriebe

• 160L-4 Grauguss: 15 kW (20 PS), 4-polig, 1465 U/min, IEC 160L, 400/690 V (Δ/Y). Für mittelgroße Roots-Gebläse mit Riementrieb.
• 180M-4 Grauguss: 18,5 kW (25 PS), 4-polig, 1470 U/min, IEC 180M, 400/690 V (Δ/Y), 33,5 A.
• 160L-2 Grauguss: 18,5 kW, 2-polig, 2940 U/min, IEC 160L, 400/690 V (Δ/Y). Nur wenn die Gebläsekonstruktion einen Elektromotor der Klasse 3000 U/min verlangt.

Für andere Leistungen können Sie die Seite Elektromotoren für Belüftung ansehen. Den aktuellen Preis finden Sie auf der Produktseite des jeweiligen Modells.

Was Sie uns für den Gebläseantrieb mitteilen sollten

• Gebläsetyp (Roots, Drehkolben, Seitenkanal) sowie die vom Hersteller angegebene Wellenleistung, Drehzahl und Druckdifferenz
• Anbindung: Riementrieb oder Kupplung; Bauform (B3, B35…)
• Netzspannung und Anlaufverfahren; gegebenenfalls Frequenzumrichter und Mindestdrehzahl
• Aufstellung in der Haube oder im Freien, Umgebungstemperatur und Feuchtigkeit
• Bei einem Austausch: Foto des Typenschilds des alten Elektromotors

Passende Modelle und aktuelle Preise finden Sie auf der Seite Elektromotor kaufen. Wenn Sie Ersatz für einen defekten Antrieb suchen, senden Sie uns ein Foto des Typenschilds; bei anlagenspezifischen Fragen erreichen Sie uns über unsere Kontaktseite.