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May 14, 2024

22 grundlegende Fakten zur Pumpe, die Sie kennen sollten

Ich schreibe seit mehr als drei Jahren „Häufige Pumpfehler“ für Pumps & Systems. Normalerweise ist die Themenauswahl der schwierigste Teil des Jobs, damit er frisch, lehrreich und interessant ist.

Ich schreibe seit mehr als drei Jahren „Häufige Pumpfehler“ für Pumps & Systems. Normalerweise ist die Themenauswahl der schwierigste Teil des Jobs, damit er frisch, lehrreich und interessant ist. Diesen Monat schreibe ich über eine Sammlung kürzerer Themen und fasse sie in einem Artikel zusammen. Anstelle einer Mahlzeit gibt es Vorspeisen. Hoffentlich wird es Ihren Appetit stillen. Wenn Sie meine Kolumne gelesen haben, werden viele dieser Leckerbissen eine Rezension sein. Sofern nicht anders angegeben, basieren diese Kommentare auf einstufigen fliegenden Kreiselpumpen, die klares Wasser bei Umgebungstemperatur fördern.

Pumpen sind eigentlich darauf ausgelegt, nur an einem Punkt zu arbeiten. Der hydraulische Zustand eines Förderhöhen- und Durchflusspunktes ist der beste Wirkungsgradpunkt (BEP), auch bester Betriebspunkt genannt. An allen anderen Stellen im veröffentlichten Kurvensatz handelt es sich lediglich um einen kommerziellen Kompromiss. Für die meisten Endbenutzer wäre es zu teuer, eine Pumpe für ihre individuellen hydraulischen Bedingungen entwerfen und bauen zu lassen.

Beachten Sie die veröffentlichten Pumpenkurven. Sofern nicht anders angegeben, basieren die Pumpenleistungskurven der Hersteller auf klarem Wasser bei etwa 65 F. Sie werden nicht hinsichtlich der Flüssigkeitsviskosität korrigiert. Die angegebene PS-Zahl kann hinsichtlich des spezifischen Gewichts oder der Viskosität korrigiert werden oder nicht.

Wenn die vom Hersteller veröffentlichte Pumpenkurve an einem bestimmten Punkt des Durchflusses und der Förderhöhe stoppt, hat das einen guten Grund. Betreiben Sie die Pumpe nicht am Ende der Kurve; Wenn über diesen Punkt hinaus mehr Leistung aus der Kurve generiert werden könnte, hätte der Hersteller die Kurve verlängert. Der Betrieb am oder nahe dem Ende der Kurve wird mit Leistungsproblemen behaftet sein.

Pumpen sind dumm. Eine Kreiselpumpe ist einfach eine Maschine, die bei bestimmten Flüssigkeitseigenschaften, Laufradgeometrie und Betriebsgeschwindigkeit auf das System reagiert, in dem sie installiert ist. Die Pumpe arbeitet (Durchfluss und Förderhöhe) dort, wo ihre Leistungskurve die Systemkurve schneidet. Die Systemkurve bestimmt, wo die Pumpe betrieben wird.

Verstehen Sie die Systemkurve. Die Systemkurve stellt alle im System verankerten Reibungs-, Statik- und Druckhöhen dar. Der Geschwindigkeitsdruck ist ebenfalls vorhanden, aber normalerweise ist die Komponente zu klein, als dass man sich darüber Sorgen machen müsste.

Pumpen saugen keine Flüssigkeiten an. Dies ist ein weit verbreitetes Missverständnis. Beachten Sie jedoch, dass eine andere Energiequelle als die Pumpe die Energie liefern muss, die die Flüssigkeit benötigt, um zur Pumpe zu gelangen. Normalerweise sind dies die Schwerkraft und/oder der Atmosphärendruck. Schließlich haben Flüssigkeiten keine Zugfestigkeit. Folglich kann die Pumpe nicht nach außen greifen und Flüssigkeit in den Ansaugkanal ziehen.

Die maximale realistische Saughöhe beträgt etwa 26 Fuß. Siehe den vorherigen Abschnitt, wo Pumpen nicht saugen. Wenn Sie sich auf Meereshöhe befinden, beträgt der atmosphärische Druck 14,7 Pfund pro Quadratzoll absolut (psia), was (multipliziert mit 2,31) einer absoluten Fallhöhe von etwa 33,9 Fuß entspricht. Wenn also in einer perfekten Welt keine Flüssigkeitsreibung oder kein Dampfdruck gegen das System wirken würde, könnten Sie kaltes Wasser möglicherweise 33 Fuß heben.

In Wirklichkeit wirken sich die Flüssigkeitsreibung und die negativen Folgen des Dampfdrucks gegen Sie aus und verhindern Flüssigkeitsauftriebe von weit mehr als 26 Fuß. Berechnen Sie immer die verfügbare Netto-Positiv-Saughöhe (NPSHa) und vergleichen Sie sie mit der erforderlichen Netto-Positiv-Saughöhe (NPSHr) der Pumpe. Je höher die Marge, desto besser.

Eine rückwärts laufende Pumpe führt nicht zu einer Umkehr der Förderrichtung. Der Strom fließt weiterhin in die Saugdüse und tritt aus der Druckdüse aus. Abhängig von der spezifischen Drehzahl (Ns) der Pumpe (denken Sie an die Laufradgeometrie) werden Durchfluss und Förderhöhe um einen erheblichen Betrag reduziert, da die Pumpe viel weniger effizient ist. Bei Pumpen mit niedrigerer spezifischer Drehzahl beträgt der Durchfluss etwa 50 Prozent der Nennleistung und die Förderhöhe 60 Prozent der Nennleistung. Eine Pumpe des American National Standards Institute (ANSI), die rückwärts läuft, führt dazu, dass sich das Laufrad von der Welle löst und im Gehäuse festsitzt.

Sie können keine Luft aus dem Laufradauge einer laufenden Pumpe ablassen. Eine Pumpe ähnelt in vielerlei Hinsicht einer Zentrifuge, d. h. das schwerere Wasser wird zum Außendurchmesser ausgestoßen und die leichtere Luft verbleibt in der Mitte. Um ordnungsgemäß entlüftet zu werden, sollte die Pumpe im Ruhezustand sein. Pumpen mit Mittellinienauslass sind grundsätzlich selbstentlüftend.

Industriepumpen werden ab Werk nicht „Plug-and-Play“-fähig geliefert. Es gibt Ausnahmen zu diesem Kommentar, aber gehen Sie niemals davon aus. Für die Pumpe muss Öl in die Lagergehäuse eingefüllt werden. Das Laufradspiel muss ermittelt und auf die zu fördernde Flüssigkeit (Temperatur) eingestellt werden. Der Antrieb muss auf die Pumpe ausgerichtet sein. Ja, die Ausrichtung wurde möglicherweise im Werk durchgeführt, aber als das Gerät zum Transport bewegt wurde, ging die Ausrichtung verloren.

Sie müssen die Ausrichtung erneut überprüfen, nachdem die Rohrleitungen installiert wurden, und erneut, wenn der Sockel eingegossen wird. Die Drehrichtung sollte ermittelt und mit der Phasendrehung am Motortreiber abgeglichen werden.

Nach Abschluss dieser anderen Schritte muss die Gleitringdichtung eingestellt werden. Die meisten Hersteller bauen die Kupplung nicht im Werk ein, da sie aus all den oben genannten Gründen lediglich entfernt werden muss.

Fast alle Pumpenprobleme treten auf der Saugseite auf. Es gibt ein weit verbreitetes und weit verbreitetes Missverständnis über die Funktionsweise von Pumpen. Siehe oben als Referenz. Stellen Sie sich jedes Pumpensystem als drei separate Systeme vor, wenn Sie Probleme vor Ort beheben. Das Saugsystem, die Pumpe selbst und das der Pumpe nachgeschaltete System. In den Jahren, in denen ich an Pumpen gearbeitet und Probleme gelöst habe, treten 85 Prozent der Pumpenprobleme auf der Saugseite auf. Im Zweifelsfall ist es ein guter Ort, um mit der Suche nach einer Lösung zu beginnen.

Berechnen Sie immer, immer, immer den NPSHa. Dies ist wahrscheinlich der häufigste und teuerste Fehler, den ich in diesem Bereich beobachte. Die Leute werden fälschlicherweise denken, dass es keinen Grund gibt, diese Berechnungen durchzuführen, weil sie über einen hohen Saugdruck oder eine überflutete Sauganlage verfügen. Ein paar Fuß Reibung oder zusätzliche Verluste aufgrund des Dampfdrucks können die NPSH-Marge, die Sie zu haben glaubten, zunichte machen. Zu wenig NPSHa führt zu Kavitation im Pumpenlaufrad.

NPSHr hat nichts mit dem System zu tun und wird vom Pumpenhersteller bestimmt. NPSHa hat nichts mit der Pumpe zu tun und sollte vom Systembesitzer oder Endbenutzer bestimmt oder berechnet werden. Kürzlich habe ich den Satz gehört, dass die „Pumpe mürrisch und mürrisch wird“, wenn die NPSH-Marge nicht ausreicht.

Kavitation verstehen. Unter Kavitation versteht man die Bildung von Dampfblasen im Flüssigkeitsstrom aufgrund eines Unterschreitens des Dampfdrucks der Flüssigkeit. Die Blasenbildung erfolgt typischerweise direkt vor dem Laufradauge, da hier typischerweise der niedrigste Druck im System herrscht. Anschließend kollabieren die Blasen stromabwärts, wenn sie in einen Bereich mit höherem Druck gelangen. Der Blasenkollaps führt zur Beschädigung des Pumpenlaufrads.

Kavitation verursacht Schäden. Wenn die Blasen in der Mitte des Flüssigkeitsstroms kollabieren, entsteht nahezu kein Schaden. Wenn die Blasen jedoch in der Nähe oder an der Metalloberfläche kollabieren, kollabieren sie asymmetrisch und erzeugen einen kleinen Mikrostrahl. Dieser Zusammenbruch erfolgt im Nanomaßstab (1,0 x 10-9 oder Milliardstel). Die beteiligten lokalen Druckkräfte können mehr als 10.000 Pfund pro Quadratzoll (psig) (689 bar) oder mehr betragen, außerdem wird Wärme erzeugt. Dieses Phänomen kann bei Frequenzen von bis zu 300 Mal pro Sekunde und bei Geschwindigkeiten nahe der Schallgeschwindigkeit auftreten. Beachten Sie, dass die Schallgeschwindigkeit in der Luft etwa 768 Meilen pro Stunde (mph) (1.236 Kilometer pro Stunde [k/h]) beträgt und je nach Luftfeuchtigkeit etwas variiert. Die Schallgeschwindigkeit im Wasser ist mit etwa 3.350 Meilen pro Stunde (5.391 km/h oder 1.490 Meter pro Sekunde [m/s]) 4,4-mal höher. Da ich meine Karriere in der U-Boot-Welt begonnen habe, muss ich darauf hinweisen, dass die Schallgeschwindigkeit im Salzwasser noch höher ist.

Kavitationsschäden können an verschiedenen Stellen des Laufrads auftreten. „Klassische“ Kavitationsschäden treten etwa ein Drittel der Strecke stromabwärts des Auges an der Unterseite (Niederdruckseite oder konkave Seite) der Laufradschaufel auf. „Klassisch“, weil es auf eine unzureichende NPSHr zurückzuführen ist. Kavitationsschäden können an anderen Stellen des Laufrads auftreten, diese Fälle sind jedoch in der Regel auf Rezirkulationsprobleme zurückzuführen, die dadurch verursacht werden, dass die Pumpe außerhalb ihrer Auslegung oder ihres BEP betrieben wird.

Im unteren Bereich ist Kavitation hörbar. Wenn Sie das Kavitationsgeräusch hören (hört sich an, als würde Kies gepumpt), handelt es sich wahrscheinlich um Kavitation. Nur weil man den Lärm nicht hört, bedeutet das nichts, da der Großteil des Lärmbereichs außerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt. Vielleicht sollten wir Hunde darin trainieren, Kavitation zu erkennen? Kaltes Wasser ist in der Regel die Flüssigkeit mit dem schlimmsten Risiko für die Folgeschäden durch Kavitation.

Kohlenwasserstoffe haben unter Schadensaspekten nur minimale Auswirkungen. Es gibt Korrekturfaktoren für Kohlenwasserstoffe, die auf empirischen Daten basieren. Die Regeln für Korrekturfaktoren werden im Cameron Hydraulic Data-Buch behandelt.

NPSHr ist NPSH3. Wenn ein Hersteller angibt, dass die Pumpe an einem bestimmten Punkt eine bestimmte Menge NPSHr benötigt, müssen Sie sich darüber im Klaren sein, dass die Pumpe an diesem Punkt bereits kavitiert und ein Druckabfall von 3 Prozent vorliegt, da NPSHr auf diese Weise gemessen wird. Ein Grund mehr, sicherzustellen, dass Sie über eine ausreichende Marge verfügen.

Um Wirbelbildung zu verhindern, ist ein kritisches Eintauchen erforderlich. Der vertikale Abstand von der Flüssigkeitsoberfläche zum Pumpeneinlass ist die Eintauchtiefe. Der Abstand, der erforderlich ist, um das Eindringen von Luft durch Wirbelbildung zu verhindern, ist die kritische Eintauchtiefe.

Um das Ansaugen von Luft zu verhindern, betreiben Sie die Pumpe nicht, wenn der Flüssigkeitsstand unter der kritischen Überdeckungsgrenze liegt. Das Wirbelphänomen ist eine direkte Funktion der Flüssigkeitsgeschwindigkeit. Durch den Einsatz von Leitblechen und/oder größeren Rohrdurchmessern wie Glockeneinlässen können Sie Verwirbelungen verhindern. Es gibt zahlreiche Referenztabellen zum Eintauchen, die Sie bei der Betrachtung der Gestaltung der Saugseite verwenden können. Das Beste wäre vom Hydraulic Institute. Eine konservative Faustregel besteht darin, pro Fuß Flüssigkeitsgeschwindigkeit einen Fuß Eintauchtiefe zu berücksichtigen.

Pumpen können mit Luft vermischte Flüssigkeiten nicht effizient fördern, wenn der Anteil mehr als 4 oder 5 Prozent beträgt. Bei den meisten Pumpen beginnt der Leistungsverlust bei etwa 2 bis 3 Prozent Luftporenbildung. Bei fast allen Pumpenkonstruktionen wird bei etwa 14 Prozent Mitnahme die Leistung eingestellt. Ausnahmen können Scheibenpumpen, Selbstansaugpumpen und einige Pumpen mit Vortex- oder versenktem Laufrad sein.

Mein Pumpenlager fühlt sich heiß an. Dies ist ein häufiger Kommentar, aber er ist subjektiv und nicht objektiv. Für den Durchschnittsmenschen ist es schwierig, die Hand an einem Lagergehäuse zu halten, das über 120 F heiß ist.

Es ist völlig normal, dass ein Lager bei 160 bis 180 F betrieben wird. Verwenden Sie ein Thermometer oder ein Infrarotgerät, um die Temperatur und die Betriebstemperatur zu messen.

Die Viskosität ist das Kryptonit von Kreiselpumpen. Die meisten Kreiselpumpen werden zu ineffizient oder überschreiten ihre PS-Grenzwerte in einem Viskositätsbereich zwischen 400 und 700 Centipoise, der von der Pumpengröße abhängt. Erkundigen Sie sich beim Pumpen viskoser Flüssigkeiten immer beim Hersteller nach korrigierten Kurven und Leistungsgrenzen für Rahmen, Lager und Welle.

Der Leistungsbedarf entlang der Pumpenkurve ändert sich für unterschiedliche Laufradgeometrien. Pumpen mit niedriger und mittlerer spezifischer Drehzahl benötigen mehr PS, je weiter man auf der Kurve fährt, was eine recht intuitive Schlussfolgerung ist. Bei Pumpen mit hoher spezifischer Drehzahl (Axialfluss) wird die höchste erforderliche Leistung bei geringerem Durchfluss erreicht. Aus diesem Grund ist es auch üblich, solche Pumpen bei geöffnetem Auslassventil in Betrieb zu nehmen, um den Fahrer nicht zu überlasten.

Es gibt eine einfache Möglichkeit, sich eine bestimmte Geschwindigkeit vorzustellen. Die spezifische Drehzahl (Ns) ist ein Werkzeug, mit dem Konstrukteure die Leistung und Geometrie eines hypothetischen Laufrads untersuchen. Sie möchten sich nicht zu sehr in die Mathematik vertiefen? Bei einem Laufrad mit niedriger spezifischer Drehzahl tritt die Strömung parallel zur Wellenmittellinie ein und verlässt das Laufrad im 90-Grad-Winkel zur Mittellinie. Ein Laufrad mit mittlerer spezifischer Geschwindigkeit tritt parallel zur Welle ein und verlässt das Laufrad im 45-Grad-Winkel zur Mittellinie.

Ein Laufrad mit hoher spezifischer Drehzahl arbeitet so, dass die Strömung parallel zur Mittellinie der Welle eintritt und parallel zur Mittellinie austritt.

Genieße dein Essen!

Jim Elsey ist ein Maschinenbauingenieur, der sich seit 47 Jahren auf die Entwicklung und Anwendung rotierender Geräte für das Militär und mehrere große Erstausrüster in den meisten Industriemärkten der Welt konzentriert. Elsey ist aktives Mitglied der American Society of Mechanical Engineers, der National Association of Corrosion Engineers und der American Society for Metals. Er ist Geschäftsführer von Summit Pump Inc. und Geschäftsführer von MaDDog Pump Consultants LLC. Elsey kann unter [email protected] erreicht werden.