Case study: Succesvolle samenwerking bij robuuste aandrijving hoge druk pompunit

Tekst / Paul Quaedvlieg
Foto’s / Worcflow

Samenwerking in de industrie is van alle tijden. Toch zie je dat niet altijd terug in een project of eindproduct, meestal staat er maar één naam op. Maar niet bij de grote mobiele pompunit van Van Vulpen, specialist in horizontale grondboringen. Deze pompunit is vervaardigd door de machinebouwer en hoofdaannemer Dupagro BV. Op het scherm van de HMI staan onderaan drie logo’s; Van Vulpen, Dupagro en Duim Techniek. Dat op de bouwplaats in Maarheeze ook nog B&P Elektromotoren en Danfoss Drives aanwezig zijn, maakt het verhaal alleen maar complexer. Hieruit blijkt wel dat er veel partijen succesvol hebben samengewerkt aan een gedegen en robuust eindproduct op maat.

Het product op maat is in dit geval een mobiele pompunit in een container. Makkelijk te verplaatsen en elders weer in te zetten. Vanaf eind oktober staat de pompunit op een tijdelijke bouwplaats midden in het landelijk gebied net buiten Maarheeze in Brabant. Van Vulpen is hier bezig met horizontale grondboringen waar later weer leidingen of kabels doorheen getrokken kunnen worden. Boren onder de grond en vervolgens leidingen trekken geeft minder overlast aan de omgeving en is veel beter voor kwetsbare gebieden dan het hele tracé open te graven. Tijdens het boorproces komt alle weggeboorde grond terug naar het beginpunt.
Zogenaamde reclaiming machines (eveneens een samenwerking tussen Van Vulpen, Dupagro en Duim Techniek) halen vervolgens het zand en de vervuiling uit de boorvloeistof. Hergebruik van de boorvloeistof is een optimale besparing en ontlasting van het milieu. De pompunit waar het hier om gaat zorgt ervoor dat de boorvloeistof door de boorpijpen heen gepompt wordt. En daar is druk voor nodig, veel druk.

Jelle Duim van Duim Techniek legt uit waarom: “Horizontaal grondboren gebeurt met boorstangen, net als in de olie-industrie. De boorstangen bij horizontale grondboringen zijn zo’n 3 tot 9,5 meter lang. Zit de ene stang bijna geheel in de grond dan koppelen ze er een volgende stang aan vast. En zo verder tot je een lengte van max. 3 kilometer hebt. Op de eerste stang zit een gestuurde boorkop. Op de boorstang wordt bentoniet aangesloten. Dat product gaat via het gat terug en neemt het weggeboorde zand mee. Met 3 kilometer lengte is er een hogedruk nodig. Daar is deze pompunit voor gebouwd. Voorheen werden dit soort units aangedreven door een dieselmotor, nu hebben we gekozen voor een 450 kW watergekoelde elektromotor. Door dit vermogen kan de pompunit 3200 liter water per minuut pompen bij 70 bar.”

Dat bentoniet, zand en water komt allemaal terug via het boorgat en wordt daar weggepompt. In dit geval door een aparte slurriepomp, deze pompt het bentoniet, water met zand weg. “Daarna gaat dat product in een reclaiming machine,” legt Duim uit. “Via diverse trilzeven wordt het zand eruit getrild en afgevoerd. Het water wordt opgevangen en gaat naar een mixinstallatie. Daar wordt het water gemengd met bentoniet om het boorgat te verstevigen. Deze mix wordt teruggepompt naar het boorgat. Als er drie kilometer geboord is, wordt er aan de andere zijde een ruimer op de kop gezet en wordt de boorstang teruggetrokken. Daarna worden de leidingen door het gat getrokken en is het proces klaar.”

Waarom wordt nu een elektromotor gebruikt in plaats van een dieselmotor? “Tot voor kort waren deze machines allemaal diesel-aangedreven,” legt Duim uit. “Echter staat in de aanbesteding steeds vaker dat de emissie-uitstoot minder moet. Het moet schoner, het moet elektrisch. Ook in dit geval.” Toch draait er nu een dieselgenerator om de stroom op te wekken voor de verschillende machines. “Rijkswaterstaat wil een zo laag mogelijke emissie aan fijnstof, stikstof (NOx) en koolstofdioxide (CO2). Maar niet overal zit een netaansluiting. Daarom maken we hier gebruik van een diesel-generatorset. Maar één genset in Stage V-uitvoering geeft nog altijd minder uitstoot dan meerdere draaiende dieselmotoren.”

Behalve minder uitstoot, moeten de machines mobiel en robuust zijn. “De omstandigheden in het veld zijn vaak niet optimaal, denk aan zand, modder, regen, stof en extreme temperaturen,” aldus Duim. In het verleden heeft Duim Techniek al vaker dieselaangedreven machines omgebouwd naar elektrisch. Ook zijn een aantal schepen omgebouwd, met name voor de baggerwereld. “Zo zijn we in het verleden ook in contact gekomen met Dupagro. Voor dit project was Dupagro op zoek naar de elektrische aandrijving en de besturing voor de hogedruk pomp. Of we konden meedenken. De lijnen zijn kort, we snappen elkaar. Wij zijn gewend te werken met grote vermogens. Eigenlijk zijn wij de system integrator, maar leveren ook de aandrijving. Omdat het vaak om complexere installaties gaat laat de klant dat graag aan ons over.”

Voor de elektromotor en frequentieregelaar nam Duim contact op met Jan Pals van B&P Elektromotoren. De contacten tussen beide bedrijven lopen al sinds 2009. Pals over de samenwerking: “In het verleden zocht Duim Techniek een frequentieregelaar die meer IP54 was dan hun huidige regelaars. De samenwerking is eenvoudig begonnen, met kleine applicaties en compacte regelaars. Nu leveren we het complete scala aan regelaars van IP21 tot IP66, voornamelijk de VACON-serie van Danfoss. Inmiddels hebben we gezamenlijk meerdere projecten gedaan, in de scheepvaart, recycling en energiesector.”

Duim Techniek koopt bij B&P Elektromotoren zowel de elektromotoren als de drives in. “Vaak worden we al in het voortraject meegenomen, zoals ook bij deze hogedrukpomp,” legt Pals uit. “Dit is een mooi voorbeeld waarbij we samen met Danfoss om tafel hebben gezeten. Duim Techniek kwam met de aanvraag voor de aandrijving van een applicatie. Daarna ga je met elkaar brainstormen, wat kunnen we hier het beste inzetten? Uiteindelijk zijn we uitgekomen op een watergekoelde unit, waarbij zowel de elektromotor als de frequentieregelaars watergekoeld zijn. Duim heeft met ons gespard over de selectie van de motor en drive, maar ook wordt de keuze voor het type koeling en het bijbehorende koelmiddel besproken, etc.”

De kennis en kunde van Danfoss is belangrijk bij zo’n voortraject. Pals: “Zelf hebben wij veel kennis van elektromotoren, ook van frequentieregelaars, maar op bepaalde gebieden heb je elkaar toch nodig. Dan doen we een beroep op onze partner Danfoss, daar zit veel kennis.”
Bij deze pompunit wordt gebruik gemaakt van de frequentieregelaars van het type VACON NXP 820.

Volgens Remco Buskens, Business Development Manager bij Danfoss Drives, zijn deze regelaars compact en erg stil. “Deze regelaars zijn standaard producten, hebben een rendement van 98% en zijn vloeistofgekoeld. De VACON-range van Danfoss bestaat uit modulaire regelaars, waarbij een klant kan kiezen uit diverse groottes. Het is echter de software die voor de flexibiliteit zorgt. Er zit vaak een stuk applicatiesoftware in, in dit geval benodigd voor de aansturing van de pomp. Er wordt van dezelfde types hardware vaker gebruikt gemaakt om netwerken van te maken. Stel in de toekomst staan hier meerdere containers met Danfoss regelaars, die kun je met elkaar verbinden en op basis daarvan gaan voeden. Bijvoorbeeld met grote accupakketten. Het is vaak dezelfde hardware, maar andere software.”

Voor Duim was de keus voor de VACON-range van Danfoss meteen al duidelijk. “We wilden echt een robuuste regelaar. De Danfoss regelaar heeft veel mogelijkheden. Ook bij kleine vermogens kunnen er dikke kabels op worden aangesloten. Wij gebruiken vaker lange lengtes aan kabels, waar VACON regelaars goed mee om kunnen gaan.”

Ook voor Wouter van de Veen, Field Service Engineer bij Duim Techniek, is het prettig werken met de frequentieregelaars van Danfoss. “Je merkt echt dat deze regelaars tegen een stootje kunnen. Voor mij is het belangrijk dat ik snel en gemakkelijk mijn laptop kan aansluiten en eenvoudig zaken kan aanpassen waar nodig. Veel van onze machines staan ook in de recyclingindustrie. Ook daar moeten de aandrijving, besturing en frequentieregelaars tegen kunnen.”

De elektromotor is een watergekoelde 3 fasen asynchrone elektromotor uit het brede leveringsprogramma van B&P Elektromotoren “Er is gekozen voor een 400 Volt elektromotor,” aldus Pals. “Verder voldoet de motor aan IP55. Zoals gezegd is het vermogen 450 kW bij 1482 min-1. Andere bijzonderheden zijn stilstandverwarming en een waterlekkage detector. Ook bijzonder is het koelsysteem voor zowel de elektromotor als de frequentieregelaars. Zo wordt de motortemperatuur gemeten, maar ook de temperatuur van de lagers.”

Duim tot slot: “Met een vermogen van 450 kW en pakweg zo’n 3% warmteontwikkeling moet je toch wat kilowatts afvoeren via de koeling. In dit soort ruige omgevingen staat vaker een deur open. Dus probeer je de installatie zelf zo goed mogelijk dicht te maken, ook de koeling. We hebben daar meerdere gesprekken over gehad met Danfoss en B&P. Hoe zit nu zo’n koelunit in elkaar, waar moet je op letten? Die specificaties hebben we neergelegd bij een bedrijf dat onderdelen levert voor  koelunits. Dupagro en Duim Techniek hebben samen de koelunit samengesteld en gebouwd. Een echte maatwerk oplossing ook in verband met de beperkte ruimte in de container. Ze kunnen de container open laten staan, ze kunnen het schoonmaken etc. Een robuust systeem klaar voor de toekomst. En dat is wat onze klant wenst.”