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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
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)