Pumpen Flashcards
Allgemeines
Pumpen fördern flüssige Fluide bzw. erhöhen deren Druck und Geschwindigkeit.
Bei Kreiselpumpen wird dies erreicht, durch die Fliehkraft und durch Umleitung der Flüssigkeit. Kreiselpumpen werden in Stufen von 1 bis 20 gebaut.
Die Anzahl der Stufen erhöht sich mit dem Working-Head.
Bauarten
Die Klassifizierung und Bezeichnung von Kreiselpumpen erfolgt in Bezug auf verschiedene Ansicht weisen Ausführung Schaufelrad/Laufrad Ausführung des Gehäuses Stufenzahl Aggregat Medium zu pumpen Anwendung
Laufrad
Da es von einem Gehäuse bedeckt ist, wird es als Laufrad bezeichnet.
Pumpen werden oft in Anlehnung an die Konstruktion ihres Schaufelrades bezeichnet.
Wir unterscheiden radial (=Kreisel-),
Halbaxial- und Axialpumpen mit steigender spezifischer Antriebsdrehzahl nq.
Radialschaufelräder
Geschlossen? Offen?
Radialschaufelräder / Laufräder werden zum Transport von reinen Flüssigkeiten, ausgasende Flüssigkeiten, Abwasser und Flüssigkeiten mit Feststoffe verwendet .
Geschlossene Schaufelräder haben Abdeckscheiben und werden verwendet, um Flüssigkeiten mit Faserverunreinigungen zu fördern
Offene Schaufelräder werden verwendet, um gashaltige Flüssigkeiten und Schlamm zu fördern.
Semi-Axial- und Axialräder.
Die Klingen können oft angepasst werden, um die Anforderungen der zu liefernden Substanz zu erfüllen.
Je nach Konstruktionsaufwand können die Klingen während dem Betrieb eingestellt werden oder nicht.
Verteilung der Stufen
Multi Stage Arrangments
Wir unterscheiden Multi-Stage- oder Multi-Pass-Arrangements:
Bei mehrstufigen Anordnungen (a, b) sind die Laufräder in Reihe angeordnet, was eine Erhöhung der Förderhöhe bei nahezu gleicher Durchflussrate Q verursachen.
Wie in Skizze b gezeigt, sind Schaufelräder häufig umgekehrt angeordnet, um die Kräfte auszugleichen, von denen aus sie wirken das Schaufelrad zu den Lagern der Welle.
Multi Pass Arrangments
Bei der Mehrfachdurchlaufanordnung (c, d) sind die Schaufelräder parallel angeordnet, was eine Erhöhung der Durchflussmenge Q bei nahezu gleichem Druck p verursacht
Die Axialkraft kann durch eine umgekehrte Anordnung der Schaufelräder ausgeglichen werden.
Bei großen Durchflussraten werden häufig in 2 oder 4 Teile aufgeteilt, um kleinere Pumpen verwenden zu können und auch große Geschwindigkeiten zu vermeiden (weil die Verluste zunehmen und Kavitation auftretet)
Fluid
Kreiselpumpen werden häufig entsprechend der zu fördernden Flüssigkeit bezeichnet
reines Wasser, Abwasser, Schlamm, Säure, Öl, Flüssiggas…
Der zusätzliche Transport von Dampf, Gas und Feststoff Partikel (z. B. im Schlamm) ist möglich.
Feste Partikel beeinflussen das Material und die Oberflächenbeschichtungen aufgrund der Erosion.
Die Viskosität der Flüssigkeit beeinflusst die Kennlinien, die Effizienz und Stromverbrauch.
Technische Auslegung
Wirkprinzip
Kreiselpumpen sind Arbeitsmaschinen.
Ihre Aufgabe ist es, eine bestimmte Durchflussrate Q zu liefern
gegen eine gegebene Differenz der Förderhöhe Δh bzw. eine Druckdifferenz Δp in der Pumpenstation
Das Schaufelrad liefert die Flüssigkeit und erhöht seine kinetische Energie durch Erhöhen der Absoluten Geschwindigkeit. Das Spiralgehäuse/die Leitvorrichtung wandelt einen Teil der kinetischen Energie in potentielle Energie um (mgΔh).
Wenn sich das Schaufelrad in einem Gehäuse dreht, das mit einem flüssigen Medium gefüllt ist, erhaltet sie eine Umfangsgeschwindigkeit, die mit dem Durchmesser des Schaufelrades zunimmt.
Das resultierende Zentrifugal Kraft beschleunigt die Flüssigkeitsteilchen auf größere Durchmesser.
Energieübertragung im Laufrad
Die Energieübertragung vom Rotor auf die Flüssigkeit erfolgt durch das Schaufelrad.
Um Probleme mit den komplexen Strömungsmechanismen an den Schaufeln zu vermeiden, werden nur die Strömungskanäle vor und kurz nach der Beschaufelung untersucht.
Die Energieübertragung wird durch Geschwindigkeitsdreiecke wie in den unteren Bildern gezeigt.
Die entsprechende Vektorgleichung lautet c = u + w veranschaulicht
Förderhohe H der Pumpe
Die Förderhöhe H ist die nutzbare mechanische Arbeit, die auf die geförderte Flüssigkeit übertragen wird Flüssigkeit, bezogen auf die Gravitationskraft Fg=m.
H wird bestimmt durch
- Messung des statischen Drucks am Einlass- und Auslassstutzen (auch Saug- und Druckstopfen) p2-p1.
- Messung der geodätischen Kopfdifferenz z2-z1.
- Berechnung der Geschwindigkeiten am Saug- und Druckstutzen bei definiertem Volumenstrom Q.
Förderhohe der Anlage
Der Abgabekopf der Station HA kann gesehen werden als die nutzbare mechanische Arbeit (bezogen auf Fg), die auf das Fluid übertragen werden muss, um den gewünschten Durchfluss Q zu erhalten
Ha besteht aus
Unterschied des geodätischen Kopfes zwischen oberer und unterer Flüssigkeit Niveau.
Differenz des statischen Drucks Kopf zwischen oben und unten Flüssigkeitsstand.
Unterschied der Velocity Heads im Ober- und Unterbecken (kann werden oft vernachlässigt, besonders auf stationärer Dienst).
Summe aller Verlustköpfe in beiden Saug- und Druckschlauch
Drehzahl
Drehstrom-Asynchronmotoren werden häufig zum Antrieb von Kreiselpumpen verwendet.
Deshalb wird die Drehzahl durch die Polzahl und die Frequenz des eingespeisten Stroms bestimmt.
Die realen Drehzahlen sind aufgrund des auftretenden Schlupfes etwas geringer.
Mit Frequenzumrichtern, Getrieben und Riementrieben sind andere Fahrgeschwindigkeiten möglich.
Leistungsbedarf P / Wirkungsgrad η
Der Leistungsbedarf P ist die aufgenommene Leistung an der Pumpenwelle bzw. Pumpenkupplung in W (bzw. kW).
Der Wirkungsgrad η ist der Bruchteil zwischen der Lieferleistung Pth und der geforderten Leistung P
Der erreichbare Wirkungsgrad ηp einer Kreiselpumpe ist von folgenden Werten abhängig:
Spezifische Drehzahl nq Größe der Pumpe Gelieferte Substanz Pump-Type (Ausführung des Schaufelrades/Impellers …) usw.)
Spezifische Drehzahl ηq
Die Spezifische Drehzahl nq ist die Drehzahl einer geometrisch ähnliche Pumpe mit der Fördermenge Qq= 1 m3/h und die Förderhöhe Hq = 1 m. nq wird nur berechnet für den Punkt der besten Effizienz
Kreiselpumpen werden nach ihrer spezifischen Antriebsdrehzahl nq in Gruppen eingeteilt
Niedrige Drehzahl nq = 11 – 30 1/min (Radial-Rad)
Mittlere Drehzahl nq = 30 – 82 1/min (Diagonal-Rad (Francis-Rad))
Eilgang nq = 82 – 160 1/min (Halbaxial-Rad)
Höchste Drehzahl nq = 160 – 500 1/min (Propeller-Rad)
Die Spezifische Fahrgeschwindigkeit nq gibt darüber hinaus verschiedene Kenngrößen wie
Steigung der Kennlinie
Effizienz
Lückenverlust
Saugeigenschaften
Hydraulische Kräfte u.a. abgeleitet werden kann.
Mit abnehmender spezifischer Drehzahl nq nimmt insbesondere der innere Verlust zu.
Die Kennlinie, die die Förderhöhe H (oder/und Druck, Wirkungsgrad…) über der Durchflussmenge Q ist, ist stark betroffen von der Spezifischen Drehzahl nq.
Insbesondere der H/Q-Gradient wird mit steigendem nq steiler
Pumpenkennlinie
Eine Kreiselpumpe fördert bei konstanter Antriebsdrehzahl n eine steigende Förderhöhe H bei abnehmender Durchfluss Q. Der Leistungsbedarf P, der Wirkungsgrad η und der NPSHR-Wert sind abhängig von der Durchflussmenge Q. Eine bestimmte Pumpe sollte immer sein um Qopt herumzuarbeiten, um eine gute Effizienz zu erzielen
Anlagen- oder Rohrleitungskennlinie
Der Stationsauslieferungsleiter HA besteht aus
- eine statische Aktie, bestehend aus Hgeo und der Druckkopf Unterschied, die beides sind konstant bei wechselndem Flow Rate Q,
- und eine dynamische Aktie, bestehend aus Velocity Head und Loss-Head HJ, die beide zunehmen quadratisch mit dem Durchflussmenge Q. Daher ist die Stationskennlinie HA=f(Q) muss eine Parabel sein
Betriebspunkt
Der Betriebspunkt einer Kreiselpumpe stellt sich als Kreuzungspunkt von Pumpenkennlinie und Stationskennlinie ein. Ein anderer Betriebspunkt kann durch Ändern von . erreicht werden
- die Drehzahl n
- der Durchmesser D des Schaufelrades (beide verändern die Kennlinie der Pumpe)
- die Stationskennlinie (z.B. Erhöhung des Druckverlustes durch ein Drosselventil).
Kavitation
Kavitation ist die Bildung von Hohlräumen, gefüllt mit Dampf oder Dampfblasen, in einem fließende flüssige Fluid
Kavitation ist abhängig von
- Design der Pumpe
- Die Eigenschaften und die Eigenschaften der gelieferten flüssigen Flüssigkeit (Temperatur, Dampf Druck…)
- Die Eigenschaften der Anlage auf der Saugseite (geodätische Fallhöhe, Verlust in der Schlauch, Absolutdruck … Letzteres hat wesentlichen Einfluss auf die Eigenschaften des strömenden flüssigen Fluids an der Eintritt der Pumpe (=der Saugstopfen) und damit zur Kavitationsgefahr.
- Positiv durch Erhöhung des Drucks oder durch Vergrößerung des Schlauchdurchmessers.
- negativ durch zu viel Druckverlust durch zu kleine Schläuche.
