Thomas Merkle - Kreiselpumpen und Pumpensysteme

Thomas Merkle

Kreiselpumpen und Pumpensysteme

Betrieb, Instandhaltung und Schadensvermeidung

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ISBN 978-3-8169-3507-0 (Print)

ISBN 978-3-8169-0005-4 (ePub)

Kreiselpumpen werden zur Förderung von sehr unterschiedlichen Fluiden oder Flüssigkeiten eingesetzt. Neben der Förderung von reinen Flüssigkeiten werden sehr häufig auch Flüssigkeiten mit Feststoffbestandteilen transportiert. Abrasive Medien schleifen an Gehäusen und Laufrädern so stark, dass erhebliche Schäden an den Pumpenteilen auftreten.

Dies hat zur Folge, dass die Pumpen je nach Belastung und Zusammensetzung des zu fördernden Mediums und der darin enthaltenen Feststoffe nur eine geringe Standzeit aufweisen und daher unwirtschaftlich werden können. Eine falsche Betriebsweise von Pumpen kann zu Kavitation führen und ebenfalls starker Schäden verursachen.

In diesem Buch wird aufgezeigt, dass sich Schäden und Verschleiß beim Betrieb von Pumpen durch geeignete Maßnahmen reduzieren und teilweise vermeiden lassen. Konstruktive Maßnahmen, vorbeugende Instandhaltung, optimale Wartung und Reparatur von Anlagen, können sowohl die Lebensdauer verlängern als auch Kosten sparen. Der Einsatz von Drehzahlregelung, neuen Technologien zur Beschichtung und Herstellung der Pumpenbauteile kann die Wirtschaftlichkeit von Pumpenanlagen erheblich erhöhen.

Anhand von praktischen Beispielen werden Schadensmechanismen und Zusammenhänge aufgezeigt und bewertet. Es werden Hinweise zu Fehler-management, sowie Vorschläge für Maßnahmen zu Fehlervermeidung und Fehlererkennung gegeben.

Der spezifische Verschleiß, beispielsweise beim Pumpen von Flüssigkeiten mit Feststoffen oder „Spänen“ wird in Theorie und Praxis beschrieben. Pumpen die in der spanenden Metallbearbeitung, bei Werkzeugmaschinen und bei Anlagen zur Förderung von abrasiven Flüssigkeiten eingesetzt werden, unterliegen völlig anderen Betriebsbedingungen als bei der Förderung von reinen, sauberen Flüssigkeiten. Es wird erläutert, dass sich vorausschauende Instandhaltung in wirtschaftlich interessantem Rahmen bewältigen lässt.

Auf tiefergreifende, theoretische Herleitungen und Berechnungen wurde verzichtet, da hierüber bereits ausreichend Fachliteratur vorhanden ist.

Das Buch ist gedacht als Leitfaden, um Schäden minimieren oder vermeiden zu können. Auch als praxisnahe Hilfe für Planer, Anlagenbauer und Betreiber von Anlagen zur spanenden Metallbearbeitung, sowie für die Bereiche Instandhaltung, Wartung und Reparatur von Anlagen, bei denen Pumpen eingesetzt werden. Außerdem für Studierende der Fachbereiche Maschinenbau und Verfahrenstechnik. Die 4. Auflage wurde um das Kapitel Grundlagen ergänzt, mit den Themen Hydraulik, Elektrik, elektrische Antriebe und Regelungsarten.

Kreiselpumpen sind aufgrund ihrer Robustheit sehr weit verbreitet. Sehr viele Förderaufgaben von sehr unterschiedlichen Flüssigkeiten können durch den Einsatz von Kreiselpumpen gelöst werden. Sie eignen sich sowohl für stationäre als auch für instationäre Strömungsverhältnisse. Auch der einfache Aufbau und der geringe Wartungsbedarf begünstigen ihre Anwendung. Dennoch können Kreiselpumpen bedingt durch Schäden auch zerstört werden. Schäden und Verschleiß an Pumpen können sehr unterschiedliche Ursachen haben. Langzeit-schäden treten oft erst nach Jahren auf. Die Art und Intensität der Belastung der Pumpe hat einen sehr entscheidenden Einfluss darauf. Kurzer, getakteter Betrieb, zyklischer oder Dauerbetrieb bestimmen die Lebensdauer der Pumpe. Schäden, die bereits kurz nach der Inbetriebnahme auftreten, lassen sehr häufig auf Planungs- oder Inbetriebnahme-Fehler schließen. Eine falsch ausgelegte Pumpe oder der Betrieb außerhalb des Betriebspunktes können sehr schnell zum Ausfall der Pumpe führen.

Bevor auf die speziellen Ursachen von Verschleiß näher eingegangen wird, sollen Grundlagen betreffende Themen wie Hydraulik, Dimensionierung, Bauformen, Elektrotechnik, elektrische Antriebe und Regelungsarten näher erläutert werden.

Die Hauptkomponenten im System Kreiselpumpe sind: Spiralgehäuse, Laufrad, Welle, Motor, Druckdeckel, Gleitringdichtung, oder auch eine Magnetkupplung. Jede einzelne Komponente muss der Anwendung entsprechend angepasst sein. Auftretende Kräfte, das Strömungsverhalten, die Beschaffenheit und die Betriebs-temperatur des Fördermediums erfordern eine sehr genaue Betrachtung der jeweils vorliegenden Anwendung. Viele Probleme während des Betriebs der Pumpe sind auf eine falsche Einschätzung der Anwendung zurückzuführen.

Die Funktion der Kreiselpumpe basiert auf den hydraulischen Gesetzmäßigkeiten. Die elektrische oder mechanische Energie des Antriebsaggregats wird in Druck- und Bewegungsenergie umgewandelt.

Kreiselpumpen bewegen eine Flüssigkeit bzw. ein Fluid. Sie erzeugen Druck und Geschwindigkeit. Die im Spiralgehäuse beschleunigte Flüssigkeit fließt im System von Punkt A nach Punkt B, bewirkt durch die von der Pumpe umgesetzte kinetische Energie.

Die Definition von Druck P ist Kraft (N) pro Flächeneinheit in m².

Als Einheit gilt Newton je Quadratmeter (N/m² = Pa = bar).

1 bar = 10 5N/m² = 10 5Pa

Der atmosphärische Druck ist die Kraft, die durch das Gewicht der Atmosphäre auf eine Fläche wirkt. Der Druck ist abhängig von der Höhe über dem Meeresspiegel.

Tabelle 1: Einfluss der topographischen Höhe auf Luftdruck und Siedetemperatur

Auf der Höhe des Meeresspiegels beträgt der absolute Druck ungefähr 1 bar = 10 5N/m². Je höher sich ein Ort über dem Meeresspiegel befindet, desto geringer ist der Luftdruck und die Siedetemperatur.

In einer statischen Flüssigkeit ist die Druckdifferenz zwischen zwei Punkten abhängig vom Höhenunterschied. Die Druckdifferenz wird berechnet, indem die jeweilige Höhe mit der Dichte multipliziert wird.

Im Folgenden sind die wichtigsten druckrelevanten Begriffe definiert: