Warum die Leistung einer Kreiselpumpe in realen Anwendungen von der Auslegungskurve abweichen kann

Bei der Auswahl einer Kreiselpumpe beginnen Ingenieure normalerweise mit der erforderlichen Durchflussrate, Förderhöhe, Effizienz, Flüssigkeitseigenschaften und Betriebsbedingungen. Der Hersteller stellt dann eine Leistungskurve oder einen berechneten Betriebspunkt zur Verfügung.

Nach der Installation stellen Kunden jedoch manchmal fest, dass die Pumpe nicht genau mit der erwarteten Fördermenge, Förderhöhe, Leistung oder Effizienz arbeitet.

Dies bedeutet nicht unbedingt, dass die Pumpe falsch konstruiert oder hergestellt wurde. Die Pumpenleistung ist das Ergebnis mehrerer zusammenwirkender Faktoren. Der endgültige Betriebszustand hängt nicht nur von der Pumpe selbst ab, sondern auch vom Hydrauliksystem, der Flüssigkeit, der Installation, der Betriebsgeschwindigkeit, den Fertigungstoleranzen und den Messbedingungen.

Bei der Auswahl, Inbetriebnahme und Fehlerbehebung von Kreiselpumpen ist es wichtig, diese Faktoren zu verstehen.

 

 

1. Eine Pumpenleistungskurve ist nicht das gesamte System

Eine Leistungskurve einer Kreiselpumpe beschreibt die Beziehung zwischen Durchfluss, Förderhöhe, Wirkungsgrad, Leistung und NPSH bei einer bestimmten Drehzahl und unter definierten Bedingungen. Der tatsächliche Betriebspunkt wird jedoch durch das Zusammenspiel zwischen Pumpenkennlinie und Anlagenkennlinie bestimmt.

Die Systemkurve stellt die Gesamtdruckhöhe dar, die das Rohrleitungssystem bei verschiedenen Durchflussraten benötigt, einschließlich statischer Druckhöhe und Reibungsverlusten. Der tatsächliche Durchfluss wird dort ermittelt, wo die Pumpenkurve die Systemkurve schneidet.

Dies bedeutet eine Pumpe, die darauf ausgelegt ist, dies zu erreichen100 m³/h bei 60 m Förderhöhewird nach der Installation nicht automatisch genau diesen Punkt liefern.

Beispielsweise kann der tatsächliche Systemwiderstand aus folgenden Gründen höher sein:

Längere oder kleinere Rohrleitungen-

Zusätzliche Bögen, Ventile oder Siebe

Änderungen der statischen Höhe

Verschiedene Ventilpositionen

Unerwartete Druckverluste

Änderungen im Betriebssystem

Wenn sich der Systemwiderstand ändert, ändert sich auch der Betriebspunkt der Pumpe.

Daher kann der Vergleich der Feldleistung mit einem Katalogbetriebspunkt ohne Berücksichtigung der Systemkurve zu einer falschen Diagnose führen.

 

2. Hydraulikdesign ist ein iterativer Prozess

Die erste hydraulische Berechnung ist nur der Anfang der Pumpenentwicklung.

Pumpenkonstrukteure berücksichtigen den erforderlichen Durchfluss und die erforderliche Förderhöhe und entwickeln dann das Laufrad, die Spiral- oder Diffusorkanäle, die Abstände und andere hydraulische Komponenten. Mithilfe von Computational Fluid Dynamics (CFD) können dann Strömungsverteilung, Druckerzeugung, Effizienz, Rezirkulation, Kavitationsverhalten und hydraulische Kräfte bewertet werden.

Das Design kann mehrere Iterationen erfordern, bevor die gewünschte Leistung erreicht wird. PumpWorks weist darauf hin, dass selbst relativ kleine Änderungen an der Flügelgeometrie, den Strömungskanälen oder dem Innenspiel die hydraulische Leistung beeinträchtigen können.

Deshalb ist ein zuverlässiger Pumpenentwicklungsprozess nicht auf eine einzelne Berechnung oder CFD-Simulation angewiesen.

Ein typischer Engineering-Ablauf ist:

Erster Entwurf → CFD-Analyse → Entwurfsoptimierung → Mechanische Überprüfung → Prototyp/Fertigung → Werkstests → Endgültige Validierung

Ziel ist es sicherzustellen, dass aus dem hydraulischen Modell schließlich eine herstellbare und testbare Pumpe werden kann.

 

3. Die hydraulische Konstruktion muss mit der mechanischen Fertigung harmonieren

Ein ideales hydraulisches Modell existiert im Computer, aber die fertige Pumpe muss in der realen Welt gegossen, bearbeitet, zusammengebaut und betrieben werden.

Die Hydraulikkanäle müssen möglicherweise geändert werden, um Folgendes zu ermöglichen:

Casting-Anforderungen

Wandstärke

Bearbeitungszugang

Wellen- und Lageranordnung

Montagefreiräume

Strukturelle Stärke

Korrosionszuschlag

Wartungsanforderungen

Beim Gießen und Bearbeiten kommt es ebenfalls zu Maßtoleranzen. Beispielsweise können Gussschrumpfung, Bearbeitungstoleranzen, Oberflächenbeschaffenheit und Montagespiel die endgültige Geometrie von Hydraulikkanälen beeinflussen.

Aus diesem Grund hängt die Pumpenleistung nicht nur von der hydraulischen Konstruktionssoftware ab, sondern auch von der Fertigungskapazität und der Qualitätskontrolle.

 

4. Die getestete Pumpe kann von einer allgemeinen Katalogkurve abweichen

Ein weiterer wichtiger Punkt ist der Unterschied zwischen aallgemeine veröffentlichte Kurveund aZertifizierte Leistungskurve.

Das Hydraulic Institute erklärt, dass eine veröffentlichte Pumpenkurve die erwarteten Eigenschaften eines Pumpenmodells darstellt, während eine zertifizierte Kurve für die spezifische gekaufte Pumpen- und Laufradgarnitur gilt und möglicherweise die anwendbare Abnahmetestnorm und -klasse enthält.

Besonders wichtig wird diese Unterscheidung bei Industrieprojekten.

Eine aus einer Familienkurve ausgewählte Pumpe kann mehrere Möglichkeiten haben:

Pumpengrößen

Laufraddurchmesser

Geschwindigkeiten

Konfigurationen

Hydraulische Konstruktionen

Die endgültige hergestellte Einheit sollte daher anhand der entsprechenden pumpenspezifischen Daten und, sofern in der Projektspezifikation erforderlich, einem Leistungsabnahmetest bewertet werden.

Werkstests sind die letzte Validierungsphase, die das Designmodell mit der fertigen physischen Pumpe verbindet.

 

5. Die gepumpte Flüssigkeit verändert die Leistung

Viele veröffentlichte Kreiselpumpenkurven basieren auf Wasser unter bestimmten Testbedingungen. Tatsächliche Prozessflüssigkeiten können sich anders verhalten.

Besonders wichtig ist die Viskosität. Im Vergleich zu klarem Wasser erhöht eine viskosere Flüssigkeit im Allgemeinen den hydraulischen Widerstand innerhalb der Pumpe, wodurch sich Durchfluss, Förderhöhe und Effizienz verringern und gleichzeitig die Eingangsleistung erhöhen kann. Das Hydraulic Institute bietet Korrekturmethoden zur Bewertung der Leistung von Kreiselpumpen bei viskosen Flüssigkeiten.

Auch andere Eigenschaften können sich auf die Anwendungsergebnisse auswirken, darunter:

Dichte

Viskosität

Temperatur

Dampfdruck

Vorhandensein von Feststoffen oder Gasen

Daher sollte eine mit Wasser erstellte Pumpenkurve nicht automatisch als exakte Leistungskurve für jede Prozessflüssigkeit angesehen werden. Herstellerdaten sollten anhand der tatsächlichen Flüssigkeitsbedingungen ausgewertet werden.

 

6. Geschwindigkeit und Laufraddurchmesser sind wichtig

Die Leistung einer Kreiselpumpe hängt stark von der Drehzahl und der Laufradgeometrie ab.

Eine Änderung der Betriebsgeschwindigkeit verändert die Pumpenkennlinie. Ebenso verändert das Trimmen eines Laufrads die verfügbare Förderhöhe und den daraus resultierenden Betriebspunkt. Das Hydraulic Institute identifiziert insbesondere die Pumpengeschwindigkeit und die Laufradtrimmung als Faktoren, die die Pumpenkurve und den Systembetriebszustand verändern können.

Dies gilt insbesondere für Pumpen, die von Motoren mit Frequenzumrichtern angetrieben werden.

Wenn die tatsächliche Motorgeschwindigkeit von der für die ursprüngliche Kurve verwendeten Bedingung abweicht, kann ein direkter Vergleich der gemessenen Feldleistung mit dieser Kurve zu irreführenden Schlussfolgerungen führen.

 

7. Die Installation kann die Leistung in der Praxis verändern

Selbst wenn die Pumpe selbst die werkseitigen Testanforderungen erfüllt, kann eine schlechte Installation die Leistung vor Ort beeinträchtigen.

Besonders wichtig ist die Ansaugleitung. Strömungsstörungen, die durch nahegelegene Bögen, Ventile, Reduzierstücke oder andere Armaturen verursacht werden, können die Pumpenleistung verringern und das Risiko von Kavitation, Pulsation und übermäßigen hydraulischen Kräften erhöhen. Das Hydraulic Institute empfiehlt geeignete Saugleitungsanordnungen und ausreichende gerade Leitungslängen für verschiedene Konfigurationen.

Weitere Installationsfaktoren sind:

Falsche Pumpenausrichtung

Rohrbelastung

Unzureichende Saugbedingungen

Luft dringt in die Saugleitung ein

Schlechtes Fundament oder Fugenmasse

Falsche Ventilposition

Falscher Standort der Instrumente

Diese Probleme scheinen „Pumpenleistungsprobleme“ zu sein, obwohl ihr eigentlicher Ursprung im Pumpsystem liegt.

 

8. Feldmessungen müssen korrekt interpretiert werden

Eine Leistungsuntersuchung sollte mehr als nur „Durchfluss“ und „Druck“ messen.

Eine nützliche Feldbewertung kann Folgendes umfassen:

Durchflussrate + Saugdruck + Förderdruck + Pumpengeschwindigkeit + Motorleistung + Flüssigkeitseigenschaften + Vibration + Temperatur

Die Gesamtförderhöhe der Pumpe muss anhand der relevanten Ansaug- und Auslassbedingungen berechnet werden, anstatt sich auf ein einziges Manometer zu verlassen. In den Schulungsmaterialien des Hydraulic Institute werden Pumpentests, Instrumentierung, Gesamtförderhöhenberechnung, Effizienzberechnung, NPSH und Fehlerbehebung als miteinander verbundene Teile der Pumpensystembewertung identifiziert.

Auch der Messort und die Genauigkeit des Instruments spielen eine Rolle. Ein weit entfernt von der Pumpendüse installiertes Manometer kann zu zusätzlichen Rohrleitungsverlusten führen, die nicht direkt der Pumpe zugeschrieben werden sollten.

 

9. So verringern Sie den Unterschied zwischen der prognostizierten und der tatsächlichen Leistung

Ein zuverlässiger technischer Ansatz sollte das gesamte Pumpensystem berücksichtigen und nicht nur die Pumpe.

Vor der Bestellung:

Definieren Sie den tatsächlichen Durchfluss, die Förderhöhe, die Flüssigkeit, die Temperatur, die Geschwindigkeit und den Betriebsbereich.

Berechnen Sie die Systemkurve, anstatt sich nur auf einen Nennbetriebspunkt zu verlassen.

Überprüfen Sie die NPSH-Bedingungen und die Saugleitungen.

Bestätigen Sie den ausgewählten Laufraddurchmesser und die Motorleistung.

Fordern Sie bei Bedarf pumpenspezifische Leistungsdaten an.

Legen Sie werkseitige Leistungstests für kritische Anwendungen fest.

Nach der Installation:

Überprüfen Sie die Ausrichtung und die Rohrleitungsinstallation.

Bestätigen Sie die tatsächliche Pumpengeschwindigkeit.

Überprüfen Sie die Ansaug- und Auslassbedingungen.

Messen Sie Durchfluss, Druck, Leistung und Vibration.

Vergleichen Sie den berechneten Betriebspunkt mit der Pumpenkennlinie und der Anlagenkennlinie.

Dieser Ansatz hilft bei der Unterscheidung von aProblem mit der Pumpenkonstruktionvon aSystem- oder Installationsproblem.

Die tatsächliche-Pumpenleistung ist das Ergebnis der Interaktion zwischen Pumpendesign, Herstellung, Flüssigkeitseigenschaften, Systemhydraulik, Installation, Betrieb und Messung.

Eine Leistungskurve ist ein wesentliches Engineering-Tool, sollte jedoch niemals isoliert betrachtet werden.

Wenn eine Feldpumpe nicht den erwarteten Durchfluss oder die erwartete Förderhöhe erreicht, besteht der richtige Ansatz darin, das gesamte System zu untersuchen-von der hydraulischen Konstruktion der Pumpe und der Laufradkonfiguration bis hin zu den Rohrleitungen, der Betriebsgeschwindigkeit, den Flüssigkeitseigenschaften und der Messmethode.

Durch die Kombination einer genauen Pumpenauswahl, geeigneter Tests, kontrollierter Fertigung und ordnungsgemäßer Systeminbetriebnahme kann die Lücke zwischen vorhergesagter und tatsächlicher Leistung erheblich verringert werden.