So meistern Sie die Herausforderung des Trockenlaufs

Mar 10, 2023

Trockenlauf tritt auf, wenn eine Pumpe ohne ausreichend Flüssigkeit läuft. Dies führt zu einem Druck-, Durchfluss- oder Überhitzungsanstieg, der einen Pumpenausfall zur Folge hat. Dadurch kommt es zum Blockieren der Pumpelemente auf der Welle. Dieser Artikel erklärt, wie das Problem vermieden werden kann.

Pumpenkavitation und trockenlaufbedingte Ausfälle kosten Unternehmen jährlich Millionen von Dollar, einschließlich Ersatzkosten für beschädigte Geräte und Umsatzeinbußen aufgrund schlechter Leistung. Angesichts der sich verbessernden Wirtschaft und der erwarteten Steigerung der Kraftstoffproduktion wird der Umsatz mit Flüssigkeitsförderpumpen voraussichtlich um 5,5 % pro Jahr auf 84 Milliarden US-Dollar im Jahr 2018 steigen.

Angesichts dieser Verbreitung deutet das historische Muster darauf hin, dass auch die Kosten für Reparaturen oder Ersetzungen dramatisch steigen werden.

Wenn Kavitation auftritt, bilden sich Dampfblasen in der Pumpflüssigkeit auf der Saugseite der Pumpe und dehnen sich aus, bevor sie die Auslassseite der Pumpe mit höherem Druck erreichen und nahe der Oberfläche des Pumpelements heftig kollabieren. Dadurch werden im Inneren der Pumpe Stoßwellen ausgelöst, die zu erheblichen Schäden am Pumpelement führen.

Unbehandelt führt die Kavitation im Laufe der Zeit zur Zerstörung des Pumpelements und anderer Komponenten, was die Lebensdauer der Pumpe drastisch verkürzt. Kavitation kann auch übermäßige Vibrationen verursachen, die zu einem vorzeitigen Ausfall von Dichtungen und Lagern führen und zusätzlich zu einem sofortigen Anstieg des Stromverbrauchs und einer Verringerung des Durchflusses und der Druckabgabe führen.

Während Kavitation eine häufige Ursache für die Verschlechterung und den Ausfall von Pumpen ist und mit der Physik des Pumpbetriebs zusammenhängt, hängt Trockenlauf normalerweise damit zusammen, wie Pumpen von Endbenutzern aktiv betrieben werden. Kavitation selbst kann auch so weit verbreitet sein, dass es aufgrund übermäßiger Dampfbildung zu einem Trockenlauf innerhalb der Pumpe kommt. Pumpen sind meist auf die Pumpflüssigkeit selbst angewiesen, um die Lagerflächen des Pumpelements zu schmieren. Wenn eine Pumpe ohne diese Flüssigkeit betrieben wird, führt die geringe bis fehlende Schmierung an diesen Lagerflächen zu übermäßiger Wärmeentwicklung, erhöhtem Verschleiß und möglicherweise sogar zum Ausfall der Pumpe, wenn das Pumpenelement festsitzt oder bricht. Die Lebensdauer einer Pumpe, die einem Trockenlauf ausgesetzt ist, verkürzt sich erheblich oder endet im schlimmsten Fall vorzeitig.

Die unmittelbarste Ursache für Trockenlauf ist in der Regel menschliches Versagen. Unternehmen verlassen sich bei der Überwachung von Pumpen auf Bediener. Allerdings treten Probleme auf, wenn Bediener die Pumpen unbeabsichtigt über einen längeren Zeitraum laufen lassen, nachdem der Pumpvorgang abgeschlossen ist. Nach Abschluss der Entladung kann es beispielsweise vorkommen, dass ein Fahrer eines Transferfahrzeugs eine Pumpe unbeaufsichtigt laufen lässt, ohne zu bemerken, dass die Pumpe noch läuft. Dieser fortgesetzte Betrieb, nachdem die gesamte Förderflüssigkeit übertragen wurde, führt zu einem Trockenlaufzustand innerhalb der Pumpe, was zu Schäden aufgrund dieser mangelnden Schmierung führt. Eine solche Situation kann auch beim Ansaugen der Pumpe auftreten, wenn das Rohrsystem und das Pumpengehäuse noch nicht mit Flüssigkeit gefüllt sind und die Pumpe bis zum Ende der Ansaugphase trocken läuft.

Als Reaktion darauf haben viele Unternehmen Schutz- und Steuergeräte unterschiedlicher Bauart installiert, die die Pumpe sofort nach Abschluss des Pumpvorgangs stoppen und so einen Trockenlauf verhindern. Ingenieure wenden außerdem viel Zeit und Mühe auf, um sicherzustellen, dass die Pumpen ordnungsgemäß zum Ansaugen eingerichtet sind, was die Kosten und die Komplexität der Rohrleitungen erhöht. Dieses Schutzniveau ist mit erheblichen Kosten verbunden. Trotz aller Bemühungen des Bedieners kann es dennoch zu schädlichen Ereignissen durch fehlerhafte Überwachungssysteme, unsachgemäße Verwendung von Steuergeräten oder unvorhersehbare Ereignisse kommen. Pumpenbesitzer wünschen sich insbesondere eine Technologie, die die schädlichen Folgen des Trockenlaufs verhindert, damit sie nicht auf den Bediener als einzige Verteidigungslinie angewiesen sind. Zusätzlich zum Schutz vor Trockenlauf sind Ingenieure und Wartungspersonal, die Pumpen spezifizieren, immer auf der Suche nach einer Lösung, um das allgegenwärtige Problem der Kavitation in den anspruchsvollsten Pumpenanwendungen zu verhindern, mit dem hoffnungsvollen Ergebnis geringerer Wartungskosten und eines höheren Durchsatzes.

Die Lösung Die Ingenieure von Parker haben eine zweistufige Hybridtechnologie entwickelt, indem sie eine Kreiselpumpe als erste Stufe vor einer rotierenden Dreikolbenpumpe mit positiver Verdrängung als zweite Stufe eingebaut haben. Dieser zweistufige Hybridansatz verstärkt die Strömung durch das Zentrifugallaufrad und erhöht den Druck der Flüssigkeitsladung für die dreiflügeligen Rotoren der zweiten Stufe. Tatsächlich speist das Zentrifugallaufrad die Drehkolbenstufe und eliminiert praktisch die bei gewöhnlichen Verdrängerpumpen üblichen Kavitationsprobleme.

Die zum Patent angemeldeten dreiflügeligen Rotoren und Abstreiferdichtungen des Unternehmens sind der Schlüssel für die Trockenlauffähigkeit und Trockensaugkapazität der Pumpe. Sie sind gegen die Innenwände des Pumpengehäuses vorgespannt und erzeugen ein Vakuum von bis zu 27 Zoll Quecksilbersäule. Dadurch kann sich die Pumpe selbst ansaugen, wodurch Trockenansaug- oder Dampfblasenprobleme vermieden werden, die bei gewöhnlichen Kreiselpumpen häufig auftreten.

Betreiber der Öl- und Gasindustrie haben ihre Stimme erhoben, um die häufigsten Fehlerursachen zu lösen: extrem kurze oder nicht vorhandene Trockenlaufzeitgrenzen und inakzeptable Kavitationswerte beim Pumpen extrem leichter Flüssigkeiten mit hohem Dampfdruck. Anwendungen, für deren vollständige Lösung bisher zwei oder drei verschiedene Pumpen erforderlich waren, können jetzt mit einem einzigen Produkt abgedeckt werden.