Leistungsprüfung von Kreiselpumpen

Jul 29, 2023

Der Zweck der Tests besteht darin, das Design des Produkts zu überprüfen und die mechanische Integrität sicherzustellen. Der Test wird durchgeführt, um die Einhaltung von Industrie- und Kundenstandards nachzuweisen und eine abschließende Aufzeichnung der Pumpenleistung unter kontrollierten Bedingungen zu erstellen. Zusätzlich zu den Vorgaben des Anwenders sind bei der Prüfung bestimmte Industriestandards zu beachten. Diese Standards sind unten aufgeführt.

API 610 besagt, dass alle nach dem Standard verkauften API-Pumpen einer Leistungsprüfung unterzogen werden. Es gibt mehrere Klassen zum Testen von API-Pumpen. Einige der aufgeführten Tests liegen außerhalb des API-Standards, werden jedoch gelegentlich vom Käufer verlangt. Diese Klassen werden wie folgt beschrieben.

Mechanischer Lauf: Ein Test zur Sicherstellung der mechanischen Integrität der Pumpe. Dies bedeutet, dass die Pumpe ohne mechanische Probleme arbeitet, einschließlich der Aufrechterhaltung einer akzeptablen Lagertemperatur, Vibrationsniveaus und ohne Leckagen an den Dichtungen. Die Dauer des Tests reicht nur aus, um sicherzustellen, dass die Pumpe im Feld zufriedenstellend arbeitet und sich die Lagertemperatur stabilisiert.

Im Konstruktionszustand sollte ein Datenpunkt erfasst werden, um zu überprüfen, ob die Laufradtrimmung korrekt ist.

Leistungstest: Ein Leistungstest ist ein vollständiger Test gemäß den API 610-Spezifikationen. Die Messungen erfolgen in Übereinstimmung mit den ASME PTC- und HI-Teststandards. Während des Leistungstests werden genügend Daten erfasst, um die Kurve vollständig zu definieren, die normalerweise sechs oder mehr Punkte umfasst. An jedem Punkt werden Vibrationen sowie ein fortlaufendes Protokoll der Lagertemperatur erfasst.

Die Pumpe muss innerhalb der angegebenen Grenzen zufriedenstellend arbeiten. Die Dauer des Tests sollte lang genug sein, um die Lagertemperatur zu stabilisieren. Sofern nicht anders vereinbart, sollte die Pumpe mit der im Datenblatt angegebenen Feldgeschwindigkeit betrieben werden.

NPSH-Test: Der NPSH-Test (Net Positive Saughöhe) ist ein Test zur Bestimmung der Saugleistung einer Pumpe. Um einen NPSH-Test durchzuführen, wird der Druck in der Saugleitung schrittweise reduziert, bis in der Pumpe Kavitation eintritt. Dies wird normalerweise durch einen Abfall der Förderhöhe um 3 % oder, im Fall einer mehrstufigen Pumpe, durch einen Abfall der Förderhöhe der ersten Stufe um 3 % definiert.

Datenpunkte, zu denen der NPSH-Wert und die Gesamtförderhöhe der Pumpe gehören, werden erfasst, bis die Gesamtförderhöhe abzufallen beginnt. Die Kapazität wird auf einer konstanten vorgegebenen Durchflussrate gehalten. Für Entwicklungstests sollten genügend Daten gesammelt werden, um den Punkt, an dem die Pumpe nicht mehr funktioniert, vollständig zu definieren. Bild 2 zeigt eine typische Kurve für einen vollständigen NPSH-Test.

String-Test: Ein String-Test ist ein spezieller Test, der normalerweise vom Kunden angefordert wird und bei dem die Pumpe und der Treiber sowie möglicherweise andere Komponenten des Antriebsstrangs, wie z. B. ein Getriebe, normalerweise vor Ort aufgebaut und als Baugruppe ausgeführt werden eine bestimmte Zeitspanne.

Sofern nicht anders angegeben, wird der Zug mit Feldgeschwindigkeit gefahren. In diesem Fall wäre ein Frequenzumrichter (VFD) erforderlich. Während des Tests werden die vom Benutzer angegebenen Messwerte erfasst und umfassen in der Regel Folgendes: Kapazität, Förderhöhe, Fahrerleistung (PS) und Vibrationen aller Zugkomponenten, Temperatur der Komponentenlager und Wassertemperatur. Es handelt sich um einen hochspezialisierten Test.

Zeugentest: Jeder der oben genannten Tests kann vom Kunden beobachtet werden. Dies ist in der Regel ein kostenpflichtiger Test. In der Regel wird ein Standardtest durchgeführt, bevor der Kunde dem Test beiwohnt, um sicherzustellen, dass die Pumpe den Erwartungen entspricht. Eventuell beim Vortest festgestellte Probleme können vor Eintreffen des Kunden behoben werden.

Instrumentierung: Alle während der Tests verwendeten Instrumente müssen von höchster Genauigkeit und Zuverlässigkeit sein, nach nationalen Standards kalibriert und auf das National Institute of Standards and Technology (NIST) rückführbar sein. Die typische Mindestgenauigkeit für Druck- und Kapazitätsinstrumente beträgt +/- 0,1 %. Die PS-Werte betragen mindestens +/- 0,5 %.

Bei einem Test werden Kapazität, Saughöhe, Förderhöhe, PS, Geschwindigkeit, Vibration und Temperatur (Testwasser und Lager) gemessen. Die Lagertemperatur umfasst die Ölsumpftemperatur und die Lagertemperatur (nur Gleitlager). Es vereinfacht die Prüfung, wenn die Druckwandler (Messgeräte) auf Absolutdruck kalibriert sind. Die Kalibrierung auf den Absolutdruck vereinfacht die Berechnung von Förderhöhe und NPSH und eliminiert Schwankungen des atmosphärischen Drucks, sodass während des Tests keine Luftdruckmessung erforderlich ist.

An jedem Leistungspunkt werden Daten zu Saug- und Förderhöhe, PS und Geschwindigkeit erfasst. Aus diesen Parametern wird der mechanische Wirkungsgrad der Pumpe berechnet. Bei Bedarf wird ein NPSH-Test durchgeführt und die Berechnungen zur Bestimmung des NPSH durchgeführt. Die für diese Berechnungen verwendete Formel ist in Gleichung 1 dargestellt.

H = Hdisch – Hsaug +

( V2disch/ 2g -V2saug/2g) +/- h

Wo

H = Gesamtförderhöhe der Pumpe in Fuß

Hdisch = die Druckhöhe in Fuß (Metern) absolut am Auslassrohrhahn (Pfund pro Quadratzoll absolut [psia] am Auslassdruckhahn) /2,31 für Wasser mit einem spezifischen Gewicht von 1

Hsuction = Die Druckhöhe in Fuß (Metern) absolut am Saughahn (psia am Saugdruckhahn) /2,31 für Wasser mit einem spezifischen Gewicht von 1

V2disch/2g = Geschwindigkeitshöhe der Flüssigkeit im Auslassrohr (V = 0,00259 * Gallonen pro Minute [gpm]2/(ID)4), wobei der Innendurchmesser in Zoll angegeben ist

V2suction/2g = Geschwindigkeitshöhe der Flüssigkeit im Saugrohr (V = 0,00259 * gpm2/(ID)4), wobei der ID in Zoll angegeben ist

g = Gravitationskonstante der Erde (32,174 Fuß/Sek2)

h = Höhenunterschied der Ansaug- und Auslassdruckmesser, falls vorhanden, in Fuß (Metern)

Effizienz = Q * H/(PS* 3960)

Wo

Q = Kapazität in US-GPM

H = Förderhöhe in Fuß Flüssigkeit (Wasser)

PS = PS

3960 ist der Umrechnungsfaktor für englische Einheiten

NPSH = ha + V2saugung/ / 2g–hvp– hst

Wo

ha = absoluter Druck (in Fuß Flüssigkeit), gemessen am Druckanschluss am Saugrohr.

V2Suction/2g = Geschwindigkeitshöhe der Flüssigkeit im Saugrohr (V = 0,00259 * gpm2/(ID)4), wobei der ID in Zoll angegeben ist.

hvp = die Förderhöhe in Fuß, die dem Dampfdruck der Flüssigkeit bei der Temperatur der gepumpten Flüssigkeit entspricht

hst = die statische Förderhöhe in Fuß, bei der sich der Saugdruckabgriff über oder unter der Mittellinie des Laufrads oder Laufradauges befindet

Beim Testen mit einem Induktionsmotor nimmt die Motorgeschwindigkeit mit zunehmender Last ab. Dies wird als Schlupf bezeichnet, wenn die Geschwindigkeit bei steigender Leistung abnimmt (von der Synchrongeschwindigkeit abweicht). Es ist wünschenswert, die Pumpenkurven bei einer konstanten Geschwindigkeit darzustellen, daher müssen die Daten (Kapazität, Förderhöhe und PS) auf eine konstante Geschwindigkeit normiert werden.

Diese Geschwindigkeitskorrektur wird anhand einer Beziehung berechnet, die Affinitätsgesetze genannt wird. Die Gesetze besagen, dass die Kapazität proportional zur Geschwindigkeit variiert, nämlich die Höhe pro Quadrat der Geschwindigkeit und die Leistung pro Kubikmeter der Geschwindigkeit. Dieses Prinzip wird verwendet, um alle während eines Tests erfassten Punkte auf eine konstante Drehzahl zu korrigieren oder um die Daten für Pumpen zu korrigieren, die mit einer anderen Drehzahl als der im Datenblatt angegebenen Drehzahl getestet wurden.

Saug- und Druckleitungen müssen gemäß ASME PTC ausgelegt sein. Entladungsdruckentnahmestellen befinden sich fünf bis sieben Durchmesser vom Flansch entfernt (sieben Durchmesser werden bevorzugt) und mindestens zwei Durchmesser nach der Druckentnahmestelle. Der Zweck dieser Stelle besteht darin, dass sich das Strömungsprofil vor der Messung ausgleichen kann. Dies bedeutet, dass die Verbindungstestrohre mindestens sieben Durchmesser lang sein sollten (neun Durchmesser werden bevorzugt). Der Druckabgriff befindet sich zwei Durchmesser vor dem Saugflansch und fünf bis sieben Durchmesser nach dem Druckflansch. Die Saug- und Druckrohre müssen einen glatten Innendurchmesser haben, um Turbulenzen zu vermeiden.

Die Druckanschlüsse sind auf der Mittellinie im 90-Grad-Winkel zueinander angeordnet. Ein Hahn dient als Entlüftung (auf der oberen Mittellinie für nicht selbstentlüftende Rohre angebracht) und der andere zur Druckmessung an der horizontalen Mittellinie. Die Druckanschlüsse sollten gemäß Bild 1 hergestellt werden. Das Durchgangsloch ist 1/8 Zoll groß und der Anschluss ist typischerweise eine 1/4 Zoll National Pipe Thread (NPT)-Halbkupplung.

Eine typische Testanlage umfasst ein geschlossenes Kreislaufsystem, bei dem Wasser aus einem Unterdrückungstank durch einen Kreislauf gepumpt wird. Vorzugsweise befindet sich der Tank unterhalb des Gefälles, sodass NPSH-Tests mit minimaler Drosselung der Saugleistung durchgeführt werden können. Während eines Tests wird Wasser aus dem Tank in die Pumpe gesaugt, dann aus dem Auslass der Pumpe herausgeführt, wo es durch ein Steuerventil und einen Durchflussmesser fließt, bevor es in den Tank zurückfließt. In Bild 4 finden Sie eine schematische Darstellung der Testleitungen und -instrumente.

Der Unterdrückungstank sollte für mindestens 50 psi (vorzugsweise 150 psi) und für ein absolutes Nulldruckvakuum ausgelegt sein. Der Tankdruck sollte von nahezu dem absoluten Nullpunkt bis 100 Pfund pro Quadratzoll absolut (psia) oder mehr gesteuert werden können. Der Druck wird mithilfe einer Vakuumpumpe und eines Luftkompressors gesteuert, um den gewünschten Saugdruck zu erzeugen. Die Leistung wird entweder mit kalibrierten Motoren und Wattmetern oder mit einem Drehmomentmesser gemessen.

An jedem Datenpunkt werden genaue Geschwindigkeitsmessungen vorgenommen. Dies kann so einfach sein wie ein Blitzlicht und eine Stoppuhr, bei der der Blitz auf die Synchrongeschwindigkeit des Motors eingestellt wird und die Schlupfbewegungen des Motors gezählt und von der Synchrongeschwindigkeit abgezogen werden. Die gebräuchlichste Option ist ein Drehzahlmesser, der am Motor angebracht oder im Drehmomentmesser enthalten ist. Die Genauigkeit sollte plus oder minus 1 Umdrehung pro Minute (U/min) betragen.

Bei der Beobachtung eines Tests ist es wichtig, dass der Zeuge vollständig versteht, was passiert. Obwohl ein Leistungstest hochspezialisiert ist, ist er nicht übermäßig kompliziert. Alle großen Hersteller und mehrere unabhängige Werkstätten verfügen über eine oder mehrere Prüfeinrichtungen.

American Petroleum Institute Standard 610, 12. Auflage

Hydraulic Institute „Zentrifugalpumpentests“, ANSI/HI 1.6-2000

Hydraulic Institute „Vertical Pump Tests“, ANSI/HI 2.6-1994

ASME Power Test Codes, ASME PTC 8.2-1990

Charles Goodrich ist Berater für PumpWorks, LLC mit mehr als 50 Jahren Erfahrung in der Pumpenbranche. Er hat einen Abschluss in Maschinenbau von der Louisiana Tech University. Goodrich kann unter [email protected] erreicht werden. Weitere Informationen finden Sie unter www.pumpworks.com.