Vorgehensweise zur Bestimmung der Pumpenkennlinie

Zuletzt geändert am 06.06.2009 um 20:27

Dieses Kapitel beschäftigt sich mit der Auslegung von Kreiselpumpen. Grundlegend kann man die nachfolgenden Schritte auch auf andere Pumpenbauarten wie zum Beispiel Seitenkanalpumpen etc. übertragen, jedoch muss man dabei beachten, dass es für die verschiedenen Pumpenbauarten auch unterschiedliche Berechnungsgrundlagen gibt. Genauso verhält es sich mit den Anlagenbedingungen.

In dem folgendem Abschnitt wird anhand eines Auslegungbeispiels an einer Kreiselpumpenanlage erläutert, welche Faktoren berücksichtigt werden müssen, um einen einwandfreien Betrieb zu gewährleisten. Dazu steht an erster Stelle, dass der Betreiber einer Anlage dem Pumpenhersteller verschiedene Daten mitteilt, die bereits im ersten Teil erläutert wurden.

-Es besteht die folgende Ausgangssituation:

Eine bereits bestehende Anlage soll aus produktionstechnischen Gründen um eine Teilanlage erweitert werden. Dazu benötigt der Betreiber eine Kreiselpumpenanlage, um 60%ige Schwefelsäure aus einem geschlossenen, drucklosen Tank im Rohstofftanklager in eine Reaktionskolonne zu fördern. Nach dem Berechnen der Anlagenkennlinie, sowie dem NPSH der Anlage, teilt der Betreiber dem Pumpenhersteller mit, das die Pumpe einen Förderstrom von 90 m³/h, und eine Förderhöhe von 75m erreichen muß. Da dem Betreiber die Stoffdaten des zu fördernden Mediums bekannt sind, gibt er weiter an:

Fördermedium 60%ige Schwefelsäure
Dichte (p_sch) 1,5 kg/dm³
Temperatur (t_s) 20°C

Um einen störungsfreien und bestimmungsmäßigen Betrieb der Pumpe zu gewährleisten, errechnet der Betreiber sämtliche Reibungsverluste, die auf dem Weg vom Rohstofftank bis zum Eintritt in den Reaktor durch Rohrbögen, Amaturen und sonstiger Einbauten entstehen, ergänzt diese mit einigen anderen Faktoren wie z.B. Dichte und Dampfdruck des Fördemediums und errechnet aus diesen Komponenten den NPSH-Wert seiner Anlage, die er mit 3,2 Metern angibt.

Abschließend fügt der Betreiber noch hinzu, dass

• er eine Pumpe in Grundplattenbauweise wünscht,
• ihm ein 500V Drehstromnetz mit 50Hz zur Verfügung steht,
• und er aus Sicherheits- und Umweltbedingten Gründen eine doppeltwirkende Gleitringdichtung in Tandemausführung benötigt, die doppeldruckentlastent ist.

 

- Ermitteln der Baureihenkennlinie

Nachfolgend wird in vier Schritten beschrieben, wie man eine Kreiselpumpe auswählt, die den Ansprüchen des Anlagenbetreibers entspricht. Die Leistungsdaten einer Pumpe können anhand von Diagrammen abgelesen werden, die vorher durch Prüffeldversuche, Berechnungen und Betriebserfahrungen ermittelt wurden.

(Anmerkung: Die nachfolgenden Diagramme sind frei entworfen und sollen nur der Veranschaulichung dienen)

Schritt 1: Baureihenkennlinie

Im ersten Schritt wird ermittelt, welche Pumpenbaugröße des Herstellers den erforderlichen Volumenstrom Q und die Förderhöhe H leistet. In unserem Beispiel benötigen wir einen Volumenstrom von Q=90 m³/h und eine Förderhöhe von H=75m.

In dem Schnittpunkt von Volumenstrom und Förderhöhe kann man dann den geeigneten Pumpentyp auswählen. Das Diagramm unterscheidet sich je nach Antriebsdrehzahl und Frequenz. Für unser Beispiel entscheiden wir uns für eine Drehzahl von 2900 1/min bei einer Frequenz von 50Hz und wählen das passende Diagramm aus.

Ergebnis von Schritt 1: Die Pumpenbaugröße entspricht der Baureihe KPC 50-250

 

- Ermitteln der Förderhöhenkennlinie

Im zweiten Schritt wird ermittelt, welche Laufradgröße für die Baureihe KPC 50-250 nötig ist, um den benötigten Volumenstrom und die Förderhöhe zu leisten. Dabei wird auch angegeben, welchen Wirkungsgrad (n) in % die Pumpe mit dem zugehörigen Laufrad hat. Der Pumpenwirkungsgrad gibt das Verhältnis der von einer Pumpe abgegebenen Förderleistung zur an der Pumpenkupplung oder an der Pumpenwelle aufgenommenen mechanischen Leistung im betrachteten Betriebspunkt an.

Man kann also innerhalb einer Baugröße durch Verändern des Laufraddurchmessers den Betriebspunkt der Pumpe regulieren. Liegt der Betriebspunkt der Pumpe nicht auf der Pumpenkennlinie, besteht die Möglichkeit durch Drosselung, Abdrehen des Laufradurchmessers oder Drehzahlregelung des Pumpenantriebsmotors, den Betriebspunkt der Pumpe an die Anlagenkennlinie anzupassen. Im Schnittpunkt von Volumenstrom und Förderhöhe kann nun der erforderliche Laufraddurchmesser ermittelt werden.

Ergebnis von Schritt 2: Laufraddurchmesser 240mm

Bei einem Wirkungsgrad von ca. 57%

 

- Ermitteln des NPSH-Wertes

Im dritten Schritt soll der erforderliche NPSH-Wert ermittelt werden. Dabei ist darauf zu achten, dass der NPSH-Wert der Anlage größer ist als der NPSH-Wert der Pumpe. Zusätzlich dazu wird aus Sicherheitsgründen und um Schwankungen in den Betriebsverhältnissen auszugleichen, ein Sicherheitszuschlag von 0,5m berücksichtigt, soweit dies nicht durch besondere Normen oder Vorschriften festgelegt ist.

 

 

Überprüfen wir also die Bedingung: NPSH_Anlage > NPSH_Pumpe + 0,5m

 

Ergebnis von Schritt 3: NPSH_Anlage(3,2m) > NPSH_Pumpe(2,0m + 0,5m) = 2,5m

 

INFO: Der NPSH Wert der Pumpe wird auch als NPSH3 bezeichnet. Das bedeutet das die Pumpe mit 3% Kavitation ausgelegt wurde, was in der Praxis als bewährte Richtlinie fungiert.

 

- Ermitteln des Leistungsbedarfes

Im dritten Schritt wird die benötige Motorleistung ermittelt. Auch hier ist darauf zu achten, dass die ausgewählte Drehzahl berücksichtigt wird. Im Schnittpunkt von Volumenstrom und Laufraddurchmesser kann nun die erforderliche Motorleistung ermittelt werden. Danach muss anhand einer Motorentabelle ein Motor mit der am nächsten, in der Leistung höherliegenden Motor als Antriebsmotor ausgewählt werden. Es sollte je nach Pumpenbaugröße- und Art ein Leistungszuschlag gegeben werden, der zwischen 10 % und 50 % liegt. Genaue Werte werden aber vom Hersteller angegeben, da es stark davon abhängt, welche Pumpenbauweise (Seitenkanal-, Kreiselpumpe etc.) vorliegt.

Ergebnis von Schritt 4: Motorleistung 27,5 kW

Gewählter Motor laut Motorentabelle + Leistungszuschlag: 30 kW

 

Zusammspiel zwischen Anlagen- und Pumpenkennlinie

Da die Anlagenkennlinie bereits bekannt ist, können wir die Pumpenkennlinie in das nachfolgende Diagramm einfügen und erhalten so den Betriebspunkt der Pumpe. Verändern wir die Anlagenkennlinie, z.B. durch Drosselung eines Ventils so verschiebt sich der Betriebspunkt der Pumpe. (Je höer der Förderstrom, desto geringer die Förderhöhe und umgekehrt) Genauso verhält es sich mit der Pumpenkennlinie. Verändern wir z.B. den Laufraddurchmesser oder die Drehzahl, ändern wir den Betriebspunkt der Pumpe und damit die Anlagenkennlinie. Es ist darauf zu achten, das beim Ändern einer Kennlinie sowohl der Wirkungsgrad der Pumpe, die Antriebsleistung des Motors, als auch der NPSH Wert verändert wird. Daher ist immer zu prüfen, in wie weit die Kennlinien verändert werden können ohne das der Betrieb unwirtschaftlich wird, die Motorleistung erhöht werden muß, oder die Pumpe ein erhöhtes Kavitationsverhalten aufweist.

 

 

- Hier noch einmal die Zusammenfassung aller Kennlinien