1. 1. Vortrag durch Herrn Dipl.-Ing. Christian Wallrodt Wernert-Pumpen GmbH Mlheim an der Ruhr Pumpen - Aufbau, Funktionsweise und Betriebsprobleme Einstufige Kunststoff-Pumpe Typ SP 350/400 Q = 1.800 m/ h H = 22 m
2. 2. Vortragsgliederung Kurzportrait Firma Wernert Was sind Pumpen? Verdrngerpumpe/ Zentrifugalpumpe Aufbau der einstufigen horizontalen Kreiselpumpe und des Aggregates Die Wellenabdichtung Auslegung und hydraulische Grundlagen Drossel- und Drehzahlregelung Betriebsprobleme So vielfltig wie die Anwendungen sind auch die Pumpenbauarten. Dieser Vortrag orientiert sich an der wohl industriell wichtigsten Pumpe, der einstufigen horizontalen Kreiselpumpe.
3. 3. WERNERT-PUMPEN GMBH Erfinder der Kreiselpumpe aus Kunststoff (1927), heute: International fhrender Hersteller von horizontalen und vertikalen Kreiselpumpen aus Kunststoff in schwerer Ausfhrung. 145 Mitarbeiter Frderung aggressiver, korrosiver, feststoffbeladener und/ oder toxischer Flssigkeiten Hauseigene Wellenabdichtungssysteme Frdermengen 0,5 - 2300 m/h Frderhhen bis 110 m Verwaltung und Fabrik, Mlheim an der Ruhr
4. 4. Was sind Pumpen? Pumpen frdern Flssigkeiten oder Mehrstoffgemische auf eine Hhe und/ oder gegen einen Anlagenwiderstand. Arbeitsmaschinen -> verbrauchen Energie Druckaufbau -> Notwendigkeit der Abdichtung Zwei Hauptprinzipien: Verdrngerpumpen Zentrifugalpumpen
5. 5. Verdrngerpumpen Die Flssigkeit wird durch einen Kolben angesaugt und gegen einen Druck ausgeschoben. Hohe Gegendrcke mglich Niedrige Frdermengen Vorteil: gut zum Dosieren Nachteil: pulsierende Frderung Metallmembran-Pumpe, Typ sera, zum Dosieren bis 300 bar
6. 6. Zentrifugalpumpen Die Flssigkeit wird durch ein rotierendes Laufrad angesaugt und durch Zentrifugalkrfte aus der Pumpe herausgeschleudert. Niedrige Frderdrcke, hhere Drcke: mehrstufige Bauweise Hohe Frdermengen Meist Dauerlufer, nicht zum Dosieren geeignet. WERNERT Typ NEWO fr abrasive Medien
7. 7. Aufbau der einstufigen horizontalen Kreiselpumpe Ingersoll-Dresser Pumps Chemienormpumpe Typ CPX Saugstutzen Druckstutzen Laufrad Wellendichtung Antriebszapfen Lagerung Welle
8. 8. Aufbau eines Kreiselpumpen- Aggregates 1.) 2.) Ausbauteil Kupplung Pumpengehuse Motor Grundplatte
9. 9. Die Wellenabdichtung Kreiselpumpen mit Wellendurchtritt: Stopfbuchspackung Einfachwirkende Gleitringdichtung Doppeltwirkende Gleitringdichtung Hermetisch dichte Kreiselpumpen Magnetkupplungspumpe Spaltrohrmotorpumpe (hier nicht weiter behandelt) Hermetisch dichte Verdrngerpumpen Membrankolbenpumpe (h. n. w. behandelt) Schlauchpumpe (h. n. w. behandelt)
10. 10. Auslegung und hydraulische Grundlagen 1.) Vorgabe Frdermenge, Medium und Frdertemperatur durch Verfahrenstechnik. 2.) Berechnung der bentigten Frderhhe anhand der Anlagen-Isometrie. 3.) Pumpen-Bauart in Abhngigkeit von Medium, Temperatur, Frdermenge und -hhe unter besonderer Bercksichtigung des Aufstellungsortes auswhlen.
11. 11. A nlagenkennlinie statische Frderhhe dynamische Frderhhe Die Anlagenkennlinie HAnl.(Q) Die richtige Berechnung - und natrlich das Verstndnis - der Anlagenkennlinie ist der alles entscheidende Schritt auf dem Weg zu einer gelungenen Pumpenauslegung. Die Anlagenkennlinie ist eine parabelfrmige Funktion des Frderstroms. ndert sich die Vorlagenhhe im Saugbehlter ndert sich auch der konstante Anteil, also die statische Frderhhe. Wird die Anlage zustzlich 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
12. 12. Das Pumpenkennfeld Im Pumpenkennfeld trifft der gewnschte - 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. Frderhhenangabe ist immer unabhngig von der Fluid-Dichte!
13. 13. Die Auswahl des Laufraddurchmessers reduziert das Pumpenkennfeld auf die Pumpenkennlinie H (Q) und P(Q, ). Der Betriebspunkt kann sich nur noch auf dieser befinden. Faktoren, die diese Kennlinie verndern: -Drehzahl der Pumpe -Viskositt des Mediums (hher 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 tatschlichen Betriebspunkt fhren, der weitab vom gewnschten Punkt liegt. Schnittpunkt von tatschlicher Anlagenkennlinie mit tatschlicher Pumpenkennlinie ist der Betriebspunkt! Der Betriebspunkt weniger Drosselung steigendeVorlage mehr Drosselung sinkende Vorlage
14. 14. Die sogenannten Muschelkurven sind Linien gleichen Wirkungsgrades im Pumpenkennfeld, vergleichbar Hhenlinien in einer Landkarte. Sie helfen einzuschtzen, ob der Betriebspunkt gut im Kennfeld liegt, oder ob es sich schon um die Teillast handelt. Kleine Pumpen haben immer geringere Wirkungsgrade als groe Pumpen. Metallische Pumpen haben bessere Wirkungsgrade als Kunststoffpumpen. Bestpunkt der Pumpe Der Wirkungsgrad Bestpunkt der Kennlinie Teillast
15. 15. NPSH-Wert der Pumpe Jedes Element (Filter, Armaturen) der Anlage erzeugt einen Druckverlust, wenn es durchstrmt wird. Auch Pumpen haben zunchst intern so einen Druckverlust, bis die Strmung 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 Frderhhenverlust. Der NPSH-Wert NPSH-Wert der Anlage Jede Flssigkeit hat in Abhngigkeit von ihrer aktuellen Temperatur einen Dampfdruck. Wird dieser Dampfdruck in irgendeinem Teil der Anlage unterschritten (das knnen auch Hochpunkte sein!), dann beginnt die Flssigkeit zu verdampfen, was auch als Kavitation bezeichnet wird und zu blen Schden fhren kann. Der Abstand des Flssigkeitsdruckes (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 da dieser als NPSH,Anlage oder NPSH,available bezeichnet wird. (Oft wird die Zulaufhhe zur Pumpe als NPSH,Anlage genannt dies ist aber absoluter BLDSINN.) 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!
16. 16. Drossel- und Drehzahlregelung Ziel jeder Regelung: Frdermengen-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 verndert sich, Anlagekennlinie nicht!
17. 17. Dr.-Ing. F.-W. Hennecke, Pumpenpapst der BASF: Die Pumpen sind in Ordnung, sie werden nur falsch betrieben. 1. Frankfurter Pumpenanwenderforum, 16.9.1998
18. 18. Betriebsprobleme Ursachen der Schadensflle: 45% Falsche Bedienung 25% Falsche Pumpenauswahl 20% Verschlei 10% Unzulngliche Instandsetzung Quelle: InfraServ Gendorf, Pumpenstelle, (betreut 5200 Pumpen)
19. 19. Ende des Vortrages Wir danken fr Ihre Aufmerksamkeit und bitten um Fragen und Diskussionsbeitrge. Qualitt aus Tradition Literatur-Tip: Walter Wagner Kreiselpumpen und Kreiselpumpenanlagen Vogel Buchverlag (Kamprath Reihe)