Vortrag durchHerrn Dipl.-Ing. Christian Wallrodt

Wernert-Pumpen GmbHMülheim an der Ruhr

Pumpen - Aufbau, Funktionsweise und Betriebsprobleme

Einstufige Kunststoff-PumpeTyp SP 350/400Q = 1.800 m³/ hH = 22 m

Vortragsgliederung Kurzportrait Firma Wernert Was sind Pumpen? Verdrängerpumpe/ Zentrifugalpumpe Aufbau der einstufigen horizontalen

Kreiselpumpe und des Aggregates Die Wellenabdichtung Auslegung und hydraulische Grundlagen Drossel- und Drehzahlregelung Betriebsprobleme

So vielfältig wie die Anwendungen sind auch die Pumpenbauarten. Dieser Vortrag orientiert sich an derwohl industriell wichtigsten Pumpe, der einstufigen horizontalen Kreiselpumpe.

WERNERT-PUMPEN GMBH

Erfinder der Kreiselpumpe aus Kunststoff (1927), heute:

International führender Hersteller von horizontalen und vertikalen Kreiselpumpen aus Kunststoff in schwerer Ausführung.

145 Mitarbeiter Förderung aggressiver,

korrosiver, feststoffbeladener und/ oder toxischer Flüssigkeiten

Hauseigene Wellenabdichtungssysteme

Fördermengen 0,5 - 2300 m³/h Förderhöhen bis 110 m

Verwaltung und Fabrik, Mülheim an der Ruhr

Was sind Pumpen?

Pumpen fördern Flüssigkeiten oder Mehrstoffgemische auf eine Höhe und/ oder gegen einen Anlagenwiderstand.

Arbeitsmaschinen -> verbrauchen EnergieDruckaufbau -> Notwendigkeit der

AbdichtungZwei Hauptprinzipien:

Verdrängerpumpen Zentrifugalpumpen

Verdrängerpumpen

Die Flüssigkeit wird durch einen Kolben angesaugt und gegen einen Druck ausgeschoben.

Hohe Gegendrücke möglich

Niedrige Fördermengen Vorteil: gut zum Dosieren Nachteil: pulsierende

Förderung

Metallmembran-Pumpe, Typ sera,zum Dosieren bis 300 bar

Zentrifugalpumpen

Die Flüssigkeit wird durch ein rotierendes Laufrad angesaugt und durch Zentrifugalkräfte aus der Pumpe „herausgeschleudert“.

Niedrige Förderdrücke, höhere Drücke: mehrstufige Bauweise

Hohe Fördermengen Meist Dauerläufer,

nicht zum Dosieren geeignet.

WERNERT Typ NEWOfür abrasive Medien

Aufbau der einstufigen horizontalen Kreiselpumpe

Ingersoll-Dresser PumpsChemienormpumpeTyp CPX

Saugstutzen

Druckstutzen

Laufrad

WellendichtungAntriebszapfen

Lagerung

Welle

Aufbau eines Kreiselpumpen-Aggregates

1.)

2.)

Ausbauteil

Kupplung

Pumpengehäuse

Motor

Grundplatte

Die Wellenabdichtung

Kreiselpumpen mit Wellendurchtritt: Stopfbuchspackung Einfachwirkende Gleitringdichtung Doppeltwirkende Gleitringdichtung

Hermetisch dichte Kreiselpumpen Magnetkupplungspumpe Spaltrohrmotorpumpe (hier nicht weiter behandelt)

Hermetisch dichte Verdrängerpumpen Membrankolbenpumpe (h. n. w. behandelt) Schlauchpumpe (h. n. w. behandelt)

Auslegung und hydraulische Grundlagen

1.) Vorgabe Fördermenge, Medium und Fördertemperatur durch Verfahrenstechnik.

2.) Berechnung der benötigten Förderhöhe anhand der Anlagen-Isometrie.

3.) Pumpen-Bauart in Abhängigkeit von Medium, Temperatur, Fördermenge und -höhe unter besonderer Berücksichtigung des Aufstellungsortes auswählen.

Anlag

enke

nnlin

ie

statische Förderhöhe

dynamische Förderhöhe

Die Anlagenkennlinie HAnl.(Q)Die richtige Berechnung - und natürlich das Verständnis - der Anlagenkennlinie ist der alles entscheidende Schritt auf dem Weg zu einer gelungenen Pumpenauslegung.

Die Anlagenkennlinie ist eine parabelförmige Funktion des Förderstroms.

Ändert sich die Vorlagenhöhe im Saugbehälter ändert sich auch der „konstante“ Anteil, also die statische Förderhöhe.

Wird die Anlage zusätzlich eingedrosselt (z.B. verschmutzte Filter) wird die Parabel steiler.

Aber wo liegt dann der Betriebspunkt???

weniger Drosselung

mehr Drosselung

sinkende Vorlage

steigende Vorlage

H

Q

Betriebspunkt

Das Pumpenkennfeld

Im Pumpenkennfeld trifft der gewünschte - und errechnete - Betriebspunkt auf eine konkrete Pumpenkennlinie, die einem ganz speziellen Laufraddurchmesser entspricht.

Dieser Durchmesser wird nun - ausgehend von lagerhaltigen Maximaldurchmessern - auf den Millimeter genau im Herstellerwerk abgedreht.

Achtung: Leistungskennfeld bezieht sich immer

auf eine bestimmte Fluid-Dichte, meist die von Wasser.

Förderhöhenangabe ist immer

unabhängig von der Fluid-Dichte!

Die Auswahl des Laufraddurchmessers reduziert das Pumpenkennfeld auf die Pumpenkennlinie H (Q) und P(Q, ς). Der Betriebspunkt kann sich nur noch auf dieser befinden.

Faktoren, die diese Kennlinie verändern:-Drehzahl der Pumpe-Viskosität des Mediums (höher als Wasser)-Gasanteile im Medium-Drosselscheibe auf der Pumpe

Oft sind Anlagenkennlinien falsch berechnet (z. B. mit zuviel Sicherheit). Dies kann in der Praxis zu einem tatsächlichen Betriebspunkt führen, der weitab vom gewünschten Punkt liegt.

Schnittpunkt von tatsächlicher Anlagenkennlinie

mit tatsächlicher Pumpenkennlinie

ist der Betriebspunkt!

Der Betriebspunktweniger Drosselungsteigende Vorlage

mehr Drosselungsinkende Vorlage

Die sogenannten Muschelkurven sind Linien gleichen Wirkungsgrades im Pumpenkennfeld, vergleichbar Höhenlinien in einer Landkarte.

Sie helfen einzuschätzen, ob der Betriebspunkt „gut“ im Kennfeld liegt, oder ob es sich schon um die Teillast handelt.

Kleine Pumpen haben immer geringere Wirkungsgrade als große Pumpen. Metallische Pumpen haben bessere Wirkungsgrade als Kunststoffpumpen.

Bestpunkt der Pumpe

Der Wirkungsgrad

Bestpunkt der Kennlinie

Teillast

NPSH-Wert der Pumpe

Jedes Element (Filter, Armaturen) der Anlage erzeugt einen Druckverlust, wenn es durchströmt wird.

Auch Pumpen haben zunächst intern so einen Druckverlust, bis die Strömung dann voll vom Laufrad erfasst ist und Druck aufgebaut wird.

Dieser interne Druckverlust einer Pumpe wird als NPSH,Pumpe oder auch NPSH,required bezeichnet und wird in [m] angegeben, also in etwa wie ein Förderhöhenverlust.

Der NPSH-Wert

NPSH-Wert der Anlage

Jede Flüssigkeit hat in Abhängigkeit von ihrer aktuellen Temperatur einen Dampfdruck. Wird dieser Dampfdruck in irgendeinem Teil der Anlage unterschritten (das können auch Hochpunkte sein!), dann beginnt die Flüssigkeit zu verdampfen, was auch als Kavitation bezeichnet wird und zu üblen Schäden führen kann.

Der Abstand des Flüssigkeitsdruckes (an dieser Stelle der Anlage) vom Dampfdruck wird als NPSH-Wert bezeichnet, und nicht in [bar], sondern in [m] angegeben.

Am Pumpeneintritt ist dieser Wert innerhalb der Anlage meist am geringsten, so daß dieser als NPSH,Anlage oder NPSH,available bezeichnet wird.

(Oft wird die Zulaufhöhe zur Pumpe als NPSH,Anlage genannt – dies ist aber absoluter BLÖDSINN.)

Es muss immer gelten

NPSH,Pumpe < NPSH,Anlage,sonst kommt es in der Pumpe zur Kavitation! Achtung immer bei Ansaugbetrieb, hohen Mediumtemperaturen und/oder an Hochpunkten!

Drossel- und Drehzahlregelung

Ziel jeder Regelung: Fördermengen-Kontrolle

Einfachste Regelung: Druckseitige Drosselregelung ( „Hahn auf- und zudrehen“ )

Niemals auf der Saugseite drosseln!!!

Zudrehen= Anlagenparabel wird steiler

Aufdrehen = Anlagenparabel wird flacher

Drehzahlregelung spart deutlich Energie ein, ist aber aufwendiger ( Frequenzumformer). Pumpenkennlinie verändert sich, Anlagekennlinie nicht!

Dr.-Ing. F.-W. Hennecke, „Pumpenpapst“ der BASF:

„Die Pumpen sind in Ordnung, sie werden nur falsch betrieben.“

1. Frankfurter Pumpenanwenderforum, 16.9.1998

Betriebsprobleme

Ursachen der Schadensfälle: 45% Falsche Bedienung 25% Falsche Pumpenauswahl 20% Verschleiß 10% Unzulängliche Instandsetzung

Quelle: InfraServ Gendorf, Pumpenstelle, (betreut 5200 Pumpen)

Ende des Vortrages

Wir danken für Ihre Aufmerksamkeitund bitten umFragen und Diskussionsbeiträge.

Qualität aus Tradition

Literatur-Tip: Walter Wagner „Kreiselpumpen und Kreiselpumpenanlagen“Vogel Buchverlag (Kamprath Reihe)