Pumpe vs. Rohr, Teil 3

Teil 1 und 2 dieser Kolumne erschienen in der Februar- bzw. März-Ausgabe von Pumps & Systems.

Normalerweise ist die Saugleitung der Pumpe mindestens eine Nummer größer als der Saugstutzen der Pumpe. Parallelpumpen erfordern noch größere Rohrgrößen. Dies dient hauptsächlich dazu, sowohl den Anforderungen an die Geschwindigkeit als auch an den Reibungsverlustanforderungen an die verfügbare Netto-Positiv-Saughöhe (NPSHa) gerecht zu werden. Eine Ausnahme kann eine selbstansaugende Saugleitung sein, bei der Benutzer mehr Wert auf die Zeit legen, die zum Ansaugen der Pumpe erforderlich ist. Je größer die Saugleitung, desto mehr Luft muss abgesaugt werden – was bedeutet, dass die Pumpe länger ohne Flüssigkeitsfluss arbeitet. Eine zu lange Ansaugzeit ist kein erwünschter Zustand, da die Rezirkulation die Flüssigkeit in der Ansaugkammer überhitzt und die Gleitringdichtung abhängig von der individuellen Pumpenkonstruktion möglicherweise nicht richtig geschmiert ist oder möglicherweise überhitzt.

Neben der falschen Saugrohrgröße gibt es noch andere Probleme, die zu übermäßiger Reibung und unausgeglichenen Wirbelströmungsprofilen führen. Die beste Vorgehensweise besteht darin, Turbulenzen und ungleichmäßige Strömungsgeschwindigkeitsprofile zu reduzieren oder zu beseitigen. Beachten Sie, dass Doppelsaugpumpen noch anfälliger für diese Probleme sind als andere Ausführungen. Zu den häufigsten Problemen gehören die folgenden:

Ein Kommentar zur Rohrintegrität und den damit verbundenen (Flansch-)Verbindungen: Bitte haben Sie Verständnis dafür, dass diese luftdicht sein müssen, insbesondere bei Aufzugsanwendungen. Beachten Sie, dass der Druck im Rohr unter dem Umgebungsdruck liegt (denken Sie an Vakuum). Nur weil keine Flüssigkeit austritt, heißt das nicht, dass keine Luft in das Rohr eindringen kann.

Dieser Abschnitt bezieht sich speziell auf die Saugseite der Pumpe, da wir die Vorgehensweise zur Vergrößerung der Rohrgröße auf der Auslassseite in einer anderen Spalte speichern. Ich habe zahlreiche, hitzige und lange Diskussionen/Streitigkeiten zu diesem Thema miterlebt. Ich werde das Thema kurz ansprechen.

Es gibt zwei Hauptpunkte, und dann werde ich eine dritte Idee als Paradigmenwechsel vorstellen. Die erste Frage ist, ob es angemessen ist, ein konzentrisches Reduzierstück auf der Saugseite der Pumpe zu verwenden, und die zweite Frage lautet: Wie sollte die flache Seite positioniert werden, wenn ein exzentrisches Reduzierstück verwendet wird?

Konzentrische Reduzierstücke wurden bei horizontalen Pumpensaugrohren nicht in großem Umfang verwendet, angeblich aufgrund von Bedenken hinsichtlich des Lufteinschlusses und der daraus resultierenden Blockierung des Durchflusses. Machen Sie sich bewusst, dass Lufteinschlüsse als Blockaden wirken und den Durchfluss einschränken, so als ob ein teilweise geschlossenes Ventil oder eine Öffnung in der Leitung angebracht wäre. Ich glaube, dass konzentrische Reduzierstücke in vertikalen Rohrleitungen vollkommen akzeptabel sind, da die Gefahr eines Lufteinschlusses typischerweise durch die Ausrichtung und Geometrie zunichte gemacht wird und zusätzlich durch die Strömungsgeschwindigkeit beeinflusst wird. Ein umstritteneres Thema ist der Einbau konzentrischer Reduzierstücke in der horizontalen Ebene in die Saugleitung von Pumpen. Ich möchte darauf hinweisen, dass ich zahlreiche und erfolgreiche Anwendungen konzentrischer Reduzierstücke beim Pumpenansaugansatz beobachtet habe. Die Benutzer haben keine Probleme mit Lufteinschlüssen, obwohl in den meisten Fällen entweder eine manuelle Entlüftung oder ein automatisches Entlüftungsventil (ARV) installiert ist, falls Luft oder Gas entlüftet werden muss.

Diese Paradigmenwechselphilosophie mit horizontalen konzentrischen Reduzierstücken besteht darin, dass die Flüssigkeitsgeschwindigkeit im Rohr die Transportfähigkeit von Luft und nicht kondensierbaren Gasen erleichtert. Der zusätzliche Vorteil der Wahl des konzentrischen Reduzierers besteht darin, dass das Flüssigkeitsgeschwindigkeitsprofil stromabwärts des Reduzierers im Gegensatz zu dem eines exzentrischen Reduzierers symmetrisch ist. Ich stimme zu, dass hypothetisch die Gesamtgeschwindigkeit der Flüssigkeit Luft und nicht kondensierbare Gase entlang des Stroms transportieren (mitreißen) kann, anstatt am Übergang eingeschlossen zu werden. Bevor Sie diese Entscheidung treffen, führen Sie eine CFD-Analyse (Computational Fluid Dynamics) durch. Darüber hinaus empfehle ich, die Verwendung konzentrischer Reduzierstücke in Situationen zu vermeiden, in denen sich die Pumpe höher als die Saugversorgungsquelle befindet und/oder die Flüssigkeitseigenschaften bekanntermaßen das Mitreißen von Luft, Dämpfen und nicht kondensierbaren Gasen umfassen.

Exzentrische Reduzierstücke werden üblicherweise für den Übergang eines größeren Saugrohrs zum kleineren Pumpensaugstutzen verwendet. Jeder fragt mich, wie die flache Seite positioniert werden soll? Ich biete meine Meinung wie folgt an und füge auch den Vorbehalt hinzu: „Es kommt darauf an.“ Wenn die Versorgungsquelle (unmittelbar) über der Pumpe liegt, sollte die flache Seite unten liegen, damit Luft und Gas zurück zur Saugquelle entweichen können. Wenn die Quelle entweder von unten oder von einer horizontalen langen Leitung (mehr als 4 bis 5 Durchmesser) vor der Pumpe stammt, sollte die flache Seite oben liegen.

Ein wichtigeres und oft übersehenes Detail ist der Winkel des exzentrischen Reduzierstück-Übergangsstücks – oder stellen Sie sich das als Geschwindigkeit oder Verhältnis der Untersetzung vor. Ich habe kürzlich mehrere Installationen (mit Pumpenproblemen) gesehen, bei denen der Winkel des exzentrischen Reduzierstücks hoch war und mehr als 25 bis 30 Grad betrug (15 Grad sollten der maximale Winkel sein). Ich habe solche Probleme häufig gesehen, wenn die Durchmesserreduzierung mehrere Rohrgrößen umfasste: zum Beispiel von 10 Zoll auf 4 Zoll. Die fehlgeleitete Annahme ist, dass ein Reduzierer ein Reduzierer ist und der Designer sich nicht darum kümmert, wie es geschieht und wie schnell die Reduzierung erfolgt.

In diesen Fällen wäre entweder eine zwei- oder dreistufige Untersetzung mit einem geraden Rohr dazwischen oder ein größerer (längerer) sanfterer Übergang von weniger als 15 Grad am Untersetzungsgetriebe weitaus besser dran. Die „Daumenregel“ könnte darin bestehen, jeweils eine Größe nach unten zu wechseln – zum Beispiel von 10 auf 8 Zoll, dann auf 6 und dann auf 4 Zoll, was drei Übergänge wären.

Ein weiterer Tipp zusätzlich dazu, den Winkel unter 15 Grad zu halten, besteht darin, das Verhältnis der Reduzierung zu berücksichtigen. Stellen Sie sich dieses Verhältnis als (D1 - D2) ÷ L vor (wobei D der Rohrdurchmesser und L die Länge des Reduzierstücks ist).

Abschließend schlage ich nachdrücklich vor, dass wir (die Industrie) damit aufhören, exzentrische Reduzierstücke unmittelbar neben dem Saugflansch der Pumpe zu platzieren. Exzentrische Reduzierstücke erzeugen ungleichmäßige Strömungsgeschwindigkeitsprofile an den Auslässen. Angenommen, die flache Seite ist bei meinem exzentrischen Reduzierstück-Beispiel oben, sodass der Flüssigkeitsstrom, der oben in das Reduzierstück eintritt, gerade zum Auslass verläuft, was kein Problem darstellt. Allerdings muss die Strömung, die unten in das Reduzierstück eintritt, einen längeren Weg zurücklegen, muss also schneller werden und verlässt das Reduzierstück daher mit einer höheren Geschwindigkeit (siehe Bernoulli-Gleichung für die Wissenschaft und Erklärung der Energieerhaltung). Mein Vorschlag für eine bessere Installation besteht darin, den Auslass des exzentrischen Reduzierstücks mindestens 4 bis 6 Durchmesser von der Saugdüse der Pumpe entfernt zu platzieren und einen geraden und freien Rohrabschnitt zwischen dem Reduzierstück und der Pumpe zu verwenden, damit das Geschwindigkeitsprofil korrigiert und neu ausgerichtet werden kann sich selbst zur Symmetrie.

Beim Rohr geht es nicht nur um die Sicherheit und Effizienz der Aufnahme der Flüssigkeit auf ihrem Weg von einem Punkt zum anderen. Noch wichtiger ist, dass es auch darum geht, was im Rohr passiert. Darüber hinaus sollten Sie auf die Symmetrie des Geschwindigkeitsprofils und die Reibungsfaktoren achten. Das Ignorieren oder Vernachlässigen dieser Faktoren führt auf lange Sicht zu erheblichen Kostensteigerungen für den Betrieb und die Wartung der Pumpe.

Verweise

1. Rotodynamische Pumpen für Pumpenleitungen ANSI/HI 9.6.6 2016

2. Benutzerhandbuch für Kreiselpumpen (Probleme und Lösungen) von Sam Yedidiah

3. Pump Handbook 4. Auflage von Paul Cooper, Igor Karassik et al

4. Institut für Pumpen und mechanische Dichtungen von William (Bill) J. McNally (SS)

5. Überprüfen Sie die Auswahl des Pumpensaugminderers …, Band 56, Nr. 3, Oktober 2014 des Journal of South African Institution of Civil Engineering, von Ross Mahaffey (PE) und SJ Van Vuuren (PE).

Weitere Artikel zu häufigen Pumpfehlern finden Sie hier.

Jim Elsey ist ein Maschinenbauingenieur mit mehr als 50 Jahren Design- und Betriebserfahrung, der sich hauptsächlich auf die Zuverlässigkeit rotierender Geräte in den meisten industriellen Anwendungen und Märkten weltweit konzentriert. Elsey ist GM von Summit Pumps und aktives Mitglied der American Society of Mechanical Engineers, der American Society of Metals, der National Association of Corrosion Engineers und der Naval Submarine League. Elsey ist außerdem Geschäftsführerin von MaDDog Pump Consultants LLC. Er kann unter [email protected] erreicht werden.