Es ist wieder Zeit für die Vorbereitung, Teil 2

Sep 28, 2023

In Teil 1 meiner Kolumne habe ich die Gründe für die Verkürzung der gesamten Vorbereitungszeit erläutert.

Es gibt zahlreiche externe Methoden zum Vorbereiten des Pumpensystems. Einige der gebräuchlichsten Methoden sind Vakuumpumpe, Ejektor, Venturi, Ansauginduktor, externe Ansaugkammer und Fußventil.

Einige Systeme können automatisch gesteuert werden, einschließlich der Verwaltung des Sumpffüllstands, während andere zu 100 % manuell gesteuert werden. Wenn zahlreiche Pumpen installiert sind, empfiehlt eine wirtschaftliche Analyse den Anschluss eines zentralen Ansaugsystems an alle Pumpen.

Bei externen Ansaugmethoden müssen sich Benutzer mit dem Anbieter/Hersteller der Ansaugausrüstung beraten, um die spezifische Ansaugzeit ihres individuellen Systems zu bestimmen, die auf dem Systemvolumen und der Leistung des Ansauggeräts basiert.

In dieser Kolumne konzentrieren wir uns auf Pumpen, die über eine interne Ansaugkammer verfügen und ohne externe Hilfsmittel selbstansaugend sind. Mit anderen Worten: Die Selbstansaugfunktionen sind integraler Bestandteil des Geräts. Selbstansaugende Pumpen sind bei diesen Aufzugsdiensten weitaus häufiger anzutreffen als die anderen Typen.

Bei Fußventilen ist zu beachten, dass sie mit der Zeit zu Problemen führen, und zwar nicht aufgrund eines Konstruktionsfehlers des Ventils, sondern als Systemproblem. Wenn sie funktionieren (je nach Design), sparen sie sowohl die Ansaugzeit als auch den unvermeidlichen Verschleiß des Pumpensystems. Befinden sich jedoch Fremdstoffe in der Flüssigkeit/dem System, kommt es nach einiger Zeit häufig zu Undichtigkeiten am Ventil, da sich diese Gegenstände im Sitzbereich festsetzen. Darüber hinaus stellt ein Fußventil einen erheblichen Reibungsfaktor dar und beeinträchtigt die verfügbare Hubkapazität. Betrachten Sie die Darcy-Gleichung und verstehen Sie, dass der hydraulische Widerstand eines Rohrs als Reibungsfaktorkoeffizient ausgedrückt werden kann, der Länge und Durchmesser umfasst, allgemein bekannt als K-Faktor. Der K-Faktor für ein Fußventil mit Tellerventil und Sieb liegt typischerweise bei etwa 400 und deutlich niedriger bei 75 für eine Klappscheibe mit Sieb. Zum Vergleich: Der K-Faktor eines Kugel- oder Schieberventils liegt im Bereich von 3 bis 8.

Beachten Sie zunächst, dass auch eine selbstansaugende Pumpe vor der ersten Inbetriebnahme angesaugt werden muss. Ein Selbstansauger verfügt über eine Ansaugkammer, in die vor dem Starten der Pumpe eine externe Flüssigkeitszufuhr erforderlich ist. Selbstansaugende Pumpen sind so konzipiert, dass sie bei nachfolgenden Vorgängen erneut angesaugt werden können. Im Laufe der Zeit kann aufgrund von Transport, Wartung, Undichtigkeiten und/oder Verdunstung ein erneutes Ansaugen erforderlich sein.

Selbstansaugende Pumpen basieren normalerweise auf einem von zwei Grundkonzepten. Ein Typ verwendet einen Behälter, einen Hohlraum oder eine separate Innenkammer, um die Rückführung der Flüssigkeit mit eingeschlossener Luft zum Laufrad für den Trennprozess zu erleichtern. Beim anderen Typ erfolgt der Trennvorgang direkt im Laufrad- und Auslassbereich der Pumpe. Verschiedene Hersteller bieten Variationen beider Designs an, die zusätzliche oder vergrößerte Nebenkammern in Kombination mit strategisch platzierten Anschlüssen/Durchgängen umfassen können, um den Trennprozess zu beschleunigen. In jedem Fall muss die mitgerissene Luft/das mitgerissene Gas während des Prozesses von der Flüssigkeit getrennt werden. Damit die Pumpe funktioniert, muss die zweiphasige Flüssigkeit aus der Saugquelle in Luft und Flüssigkeit getrennt werden.

Bedenken Sie, dass die abgetrennte Luft und die Gase einen Abgang haben müssen (einen Ausgang) und dass die Pumpe nicht in der Lage ist, sie zu komprimieren. Daher werden die Luft und die Gase normalerweise über eine Bypassleitung bei atmosphärischem Druck (kein Gegendruck) zurück zum Sumpf geleitet. Die Bypass-Leitung kann ständig geöffnet sein oder über ein zeitgesteuertes Magnetventil oder eine Flüssigkeitserkennungseinrichtung, wie ein automatisches Flüssigkeitserkennungsventil oder ein Luftablassventil, ventilgesteuert sein.

Bevor ein Benutzer Berechnungen zur Hauptsendezeit durchführen kann, muss er zunächst prüfen, ob die verfügbare Netto-Positivsaughöhe (NPSHa) die erforderliche Netto-Positivsaughöhe (NPSHr) übersteigt. Die gute Nachricht ist, dass Benutzer im Berechnungsprozess viele der anderen Faktoren ermitteln, die für die Berechnung der Ansaugzeit erforderlich sind. Zusätzlich zu den Informationen zu Reibung und Saughöhe benötigt die NPSHa-Berechnung Daten zum Absolutdruck, zur Flüssigkeitstemperatur und zum Dampfdruck. Das oft übersehene Tüpfelchen auf dem i dieser Bemühungen ist, dass Benutzer keine Pumpe installieren würden, die kavitiert.

Hilfe bei der Berechnung des NPSHa finden Sie in einem oder mehreren meiner Artikel zu diesem Thema.

Selbst bei einer selbstansaugenden Pumpe benötigen Benutzer für die Berechnung der Ansaugzeit, der „Ansaugzeit für den effektiven statischen Auftrieb“, einige wichtige Informationen vom Pumpenhersteller. Diese Komponente in der Formel ist ein Zeitfaktor, der auf dem Laufraddurchmesser, der Geschwindigkeit und der vertikalen Abstandskomponente der Saughöhe basiert. Der Zeitfaktor basiert auf dem Pumpen von klarem Wasser bei Umgebungstemperatur und erfordert eine Korrektur für andere Flüssigkeitseigenschaften. Der Pumpenhersteller fügt den Zeitfaktor häufig als Einschub, Sekundärkurve oder Tabelle in die veröffentlichte Pumpenleistungskurve ein. Verwechseln Sie diesen Zeitfaktor nicht mit der tatsächlichen Ansaugzeit, da er nur ein Faktor unter vielen in der tatsächlichen Formel/Gleichung ist.

Obwohl sie nicht Teil der Berechnung der Ansaugzeit sind, sind sowohl die tatsächliche Eintauchtiefe als auch die kritische Eintauchtiefe entscheidende Faktoren für den Erfolg der Selbstansaugung oder eines anderen Pumpensystems. Wenn Sie mit den Begriffen „Untertauchen“ und „kritisches Untertauchen“ nicht vertraut sind, lesen Sie bitte meinen Artikel „Pumps and Systems“ vom April 2016 (www.pumpsandsystems.com/guidelines-submergence-air-entrainment).

Bei der Bestimmung des NPSHa und der kritischen Überflutung ist es wichtig zu differenzieren und zu verstehen, dass Benutzer über ausreichend NPSHa und dennoch über eine unzureichende Überflutung verfügen können. Die Antithese trifft auch insofern zu, als dass Benutzer zwar ausreichend untergetaucht sind, aber immer noch nicht über ausreichend NPSHa verfügen.

Kritische Überflutungsdefizite können häufig durch Schwimmer, Barrieren, Leitbleche, eine größere Saugleitung und/oder einen Ansaugeingang mit Glockenmündung gemildert werden.

Vorbereitungszeit

Im Rahmen der Berechnungen müssen Sie zunächst Folgendes ermitteln/berechnen:

Die folgenden Elemente bilden die Faktoren in der Formel für die Gesamtansaugzeit.

Siehe die Formel in Bild 1. Hinweis: Die Einheiten für Länge, Entfernung und Durchmesser sind in Fuß und die Zeit in Sekunden.

Die Gesamtlänge und der Gesamtdurchmesser der Saugleitung werden bestimmt/gemessen. Beachten Sie, dass Sie für die Berechnung den Innendurchmesser (ID) des Rohres verwenden sollten. Dieses ID-Maß ist eine Funktion des Rohrmaterials und des Zeitplans. Ein wichtiger Punkt ist, dass ein Benutzer nur die Rohrlänge über der Flüssigkeitsoberfläche berücksichtigt (berücksichtigen Sie jedoch die Gesamtrohrlänge, wenn Sie den Reibungsverlust für den NPSHa-Wert berechnen).

Der statische Auftrieb ist einfach der vertikale Abstand (Höhenunterschied) von der Flüssigkeitsoberfläche zur Mittellinie des Laufrads. Sie können auch den höchsten Punkt verwenden. Bei vielen Selbstansaugern unterscheidet sich die Höhe der Saugleitung oder des Pumpeneinlasses von der Mittellinie des Laufrads. Messen Sie den statischen Auftrieb für den ungünstigsten Fall (niedrigstes Niveau) als Sicherheitsfaktor.

Die SG der Flüssigkeit wirkt sich direkt auf den effektiven statischen Auftrieb aus. Um den effektiven statischen Auftrieb zu erhalten, müssen Benutzer einfach den (maximalen) Wert des statischen Auftriebs mit dem SG multiplizieren. Denken Sie daran, dass SG ein Verhältnis ist, es also keine Einheiten gibt. Man kann sich SG in diesem Fall auch als Korrekturfaktor vorstellen, der in direktem Zusammenhang mit dem Auftrieb steht. Das heißt, je höher das spezifische Gewicht, desto größer der effektive statische Auftrieb.

Als nächstes folgt die Vorbereitungszeit für den effektiven statischen Auftrieb. Diese Informationen stammen vom Pumpenhersteller und basieren auf empirischen Testdaten für die Pumpe. Diese Angaben basieren auf einem Saugrohrdurchmesser, der der Nennsaugleistung der Pumpe entspricht. Wenn also die Saugleitung größer ist als die Saugleistung der Pumpe, ist die Berechnung der Ansaugzeit falsch. Stellen Sie außerdem sicher, dass Sie den effektiven statischen Auftrieb verwenden (korrigiert um SG anstelle des statischen Auftriebs). Siehe Diagramm auf Bild 1.

Der Dampfdruck der Flüssigkeit (eine Funktion der Flüssigkeitstemperatur) ist nicht Teil der Formel, wird aber für die NPSHa-Berechnung benötigt. Gehen Sie für die Berechnungen vom ungünstigsten Fall aus, d. h. von der höchsten Flüssigkeitstemperatur, die Sie im System erwarten können.

Wenn sich die Flüssigkeitstemperatur 140 °F nähert, ist das ein Warnsignal dafür, dass Sie sich den Grenzen der Physik und der Pumpengrenzen nähern. Wie Oma immer sagte: „Eine Pumpe muss ihre Grenzen kennen.“ Weitere Einzelheiten finden Sie in meiner Kolumne vom Oktober 2021 zum Überdenken der NPSHa-Matrix: www.pumpsandsystems.com/rethinking-npsh-matrix?oly_enc_id=0806C1425778F5U

Beispiel

Es wurde nachgewiesen, dass ein beispielhaftes Pumpensystem sowohl einen ausreichenden NPSH-Wert als auch kritische Eintauchgrenzen aufweist. Versuchen Sie anhand der Formel mit dem eingefügten Diagramm in Bild 1 und einigen bereitgestellten Beispielinformationen, ob Sie die Ansaugzeit für diese Testpumpe berechnen können, die von der fiktiven Acme Canis Latrans Pump Company LLC mit Sitz im Norden Arizonas hergestellt wird.

GEGEBEN: eine selbstansaugende Pumpe des Modells „Geococcyx Californianus“, die Wasser bei 68 F (SG=1,0) mit einem 8-Zoll-Laufrad fördert. Das Saugrohr hat den gleichen Durchmesser wie der Saugeinlass der Pumpe, nämlich 3 Zoll (0,250 Fuß). Die Saughöhe beträgt 14 Fuß und die Gesamtlänge des Saugrohrs über der Oberfläche beträgt 18 Fuß. Unter Verwendung der Formel und des Diagramms in Abbildung 1 beträgt die Gesamtansaugzeit 36 ​​Sekunden.

HINWEIS: Wenn wir das Beispiel dahingehend ändern, dass das Saugrohr von 3 auf 4 Zoll vergrößert wird, ändert sich die Gesamtzeit von 36 Sekunden auf 64 Sekunden.

Im Laufe der Jahre habe ich meine eigene Liste der häufigsten Gründe zusammengestellt, warum selbstansaugende Pumpen nicht richtig funktionieren. Es folgt eine gekürzte und prägnante Liste:

Jim Elsey ist ein Maschinenbauingenieur mit mehr als 50 Jahren Erfahrung im Bereich rotierender Ausrüstung für Industrie- und Schiffsanwendungen auf der ganzen Welt. Er ist technischer Berater für Summit Pump, Inc., aktives Mitglied der American Society of Mechanical Engineers, der National Association of Corrosion Engineers und der Naval Submarine League. Elsey ist außerdem Geschäftsführerin von MaDDog Pump Consulting LLC. Er kann unter [email protected] erreicht werden.