Lesen einer Kreiselpumpenkurve

Aug 01, 2023

Die Auswahl der richtigen Kreiselpumpe für Ihre Anwendung ist entscheidend für die Maximierung der langfristigen Leistung. Die falsche Pumpe arbeitet nicht nur ineffizient, sondern kann auch vorzeitig ausfallen, weil sie nicht optimal für die Einsatzbedingungen geeignet ist.

Die Ermittlung der besten Pumpe für Ihre Anwendung beginnt mit der Untersuchung der Pumpenkurve, die angibt, wie sich eine Pumpe bei bestimmten Druckhöhen- und Durchflussraten verhält. Die richtige Interpretation dieser Daten ist die einzige Möglichkeit, fundierte Entscheidungen über die Wahl der Pumpe, Motordimensionierung, Stromverbrauchsstrategien und andere Faktoren zu treffen. Vor dem Auslesen einer Pumpenkurve müssen die folgenden Informationen für ein bestimmtes System gesammelt werden:

Nach Durchführung dieser Berechnungen ist es an der Zeit, eine Pumpe zu finden, die innerhalb der Systemparameter effizient arbeitet.

Eine Pumpenkurve bezeichnet den Durchfluss auf der x-Achse (horizontal) und den Förderdruck auf der y-Achse (vertikal). Die Kurve beginnt am Punkt des Nulldurchflusses oder der Abschalthöhe und fällt allmählich ab, bis sie den Auslaufpunkt der Pumpe oder die maximale Durchflussrate erreicht.

Der Betriebs-„Sweet Spot“ oder Best-Efficiency-Point (BEP) der Pumpe liegt im Allgemeinen in der Nähe der Mitte der Kurve. Pumpen sind am effizientesten und haben die höchste Lebenserwartung, wenn sie in der Nähe ihres vom Hersteller festgelegten BEP laufen können. Typischerweise wird der Bereich auf der Kurve zwischen 70 und 120 Prozent des BEP als bevorzugter Betriebsbereich (POR) der Pumpe bezeichnet.

Eine zweite Kurve, die sogenannte Systemkurve, wird in Verbindung mit der Pumpenkurve verwendet und kann in dasselbe Diagramm eingeblendet werden. Die Systemkurve stellt die Systemförderhöhe in Ihrer spezifischen Anwendung bei verschiedenen Durchflussraten dar und wird durch Bestimmung der statischen Förderhöhe und des Reibungsverlusts des Systems berechnet.

Auf einer Systemkurve steigt mit zunehmender Durchflussrate auch die Systemhöhe bzw. der Druck, der erforderlich ist, um die Flüssigkeit in Bewegung zu setzen. Die zur Überwindung des Strömungswiderstands aufgewendete Energie wird als Druckverlust aufgrund von Reibung bezeichnet.

Die Überlagerung der Systemkurve mit der Pumpenkurve zeigt an, wie die Pumpe bei einer bestimmten Durchflussrate und einem bestimmten Förderdruck arbeitet, abhängig von der Position des Pumpensteuerventils und dem Laufraddurchmesser. Der Punkt, an dem sich die Pumpenkurve und die Systemkurve im Diagramm schneiden, gibt den tatsächlichen Betriebspunkt der Pumpe in diesem bestimmten System an.

Betrachten Sie zur Veranschaulichung das folgende Beispiel und beziehen Sie sich auf die in Bild 1 dargestellte Einzelgeschwindigkeitskurve:

Lokalisieren Sie 9.000 gpm auf der x-Achse und folgen Sie ihm, bis er auf der y-Achse 180 Fuß Kopfhöhe schneidet. Der Schnittpunkt würde in der Mitte der Kurve liegen und wahrscheinlich innerhalb des POR liegen, was die Pumpe zu einer guten Wahl für diese Beispielanwendung macht.

Es wäre wichtig, durch Überprüfung der Herstellerrichtlinien zu bestätigen, dass es tatsächlich unter die POR fällt.

Das gleiche Diagramm kann darstellen, wie sich die Leistung der Pumpe ändert, wenn der Laufraddurchmesser verringert oder vergrößert wird. Der Durchmesser wird in Zoll neben der jeweiligen Kurve ausgedrückt. Eine Änderung des Laufraddurchmessers hat keinen Einfluss auf die Systemkurve, die sich nur verschiebt, wenn sich die Systemförderhöhe ändert, beispielsweise ein geschlossenes Ventil. An den Schnittpunkten liegt die Leistung der Pumpe bei jedem Durchmesser.

Beachten Sie, dass es zulässig ist, den Laufraddurchmesser sowie die Systembedingungen zu ändern, solange die Pumpenleistung weiterhin innerhalb des POR liegt. Es gibt einen breiteren Bereich der Pumpenkurve, der als zulässiger Betriebsbereich (AOR) bezeichnet wird und in dem der Betrieb der Pumpe zulässig und vorteilhaft sein kann. Normalerweise liegt er zwischen der MCSF-Linie (Minimum Continuous Stable Flow) und der Auslauflinie. Wenn die Pumpenleistung außerhalb dieses Bereichs liegt, suchen Sie nach einer anderen Pumpe.

Neben der Darstellung der Pumpen- und Systemkurven bietet ein Pumpenkurvendiagramm weitere wichtige Elemente für die Auswahl des richtigen Produkts für Ihre Anwendung.

Effizienzkurve: Die Pumpenwirkungsgradkurve stellt den Wirkungsgrad einer Pumpe über ihren gesamten Betriebsbereich dar. Der Wirkungsgrad wird rechts im Kurvendiagramm in Prozent ausgedrückt. Der BEP wird durch den Spitzenwert der Effizienzkurve dargestellt, wobei der Wirkungsgrad abnimmt, wenn sich die Kurve nach rechts oder links vom BEP entfernt. Die Kenntnis des Effizienzprozentsatzes hilft auch dabei, die für eine Anwendung erforderliche Leistung zu berechnen.

ISO-Effizienzlinien: Die Linien der International Organization for Standardization (ISO) sind konzentrische elliptische Kurven, die in einem Pumpenkurvendiagramm den gleichen Wirkungsgrad anzeigen. Sie dienen als weiteres Mittel zur Darstellung, wie sich die Effizienzniveaus entlang einer Pumpenkurve ändern, wenn diese sich vom BEP entfernt oder wenn der Laufraddurchmesser verringert wird.

Leistungskurve: Die Leistungskurve stellt die Belastung dar, die die Pumpe dem Fahrer an einem bestimmten Punkt der Pumpenkurve auferlegt, und hilft bei der richtigen Motordimensionierung. Sie wird als separates Kurvendiagramm dargestellt und steigt allmählich in Richtung ihrer Spitzenlast an, die bei den meisten rotodynamischen Pumpentypen typischerweise nahe am BEP liegt. Danach nimmt er ab, wenn er sich dem Auslaufpunkt nähert.

Nettopositive Saughöhenkurve: Die erforderliche positive Nettosaughöhe (NPSHr) gibt an, wie viel Kraft erforderlich ist, um Flüssigkeit in das Auge des Pumpenlaufrads zu drücken. Sie wird in Fuß unterhalb des Hauptpumpenkurvendiagramms angezeigt. Wenn Sie die richtige NPSHr-Menge kennen, verhindern Sie, dass die Pumpe kavitiert, vibriert und vorzeitig ausfällt.

Bisher wurden nur feststehende Pumpen mit einer Drehzahl berücksichtigt. Werfen wir nun einen kurzen Blick auf die in Bild 2 dargestellte variable Geschwindigkeitskurve.

In der Grafik werden die verschiedenen Geschwindigkeiten durch separate Kurven in U/min dargestellt. Wenn die Geschwindigkeit reduziert wird, helfen die Kurven der variablen Pumpengeschwindigkeit dabei, anhand ihrer Schnittpunkte mit der Systemkurve vorherzusagen, wie sich die entsprechenden Reduzierungen der Durchfluss- und Förderhöhen auswirken werden. Entlang des Systemkurvenbogens werden die Reduzierungen fortgesetzt, bis der Durchfluss und die Förderhöhe schließlich Null erreichen und die Pumpendrehzahl stoppt. Es können auch zusätzliche Systemkurven hinzugefügt werden, um beispielsweise die Auswirkungen des Öffnens und Schließens verschiedener Zonenventile wie in einem Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagensystem (HVAC) zu veranschaulichen. Beachten Sie, dass je nach Art der verwendeten Drehzahlregelung die Pumpe möglicherweise mit einer Steuerkurve arbeitet, die von der Systemkurve abweicht.

Die oben genannten Begriffe und Überlegungen können nicht jedes Szenario abdecken, mit dem ein Planer konfrontiert sein kann. Ihr Verständnis wird jedoch dabei helfen, eine solide Grundlage für die Interpretation einer Pumpenkurve zu schaffen.

Dies wiederum fördert fundierte Entscheidungen bei der Auswahl und Spezifikation von Pumpen.

Anmerkung der Redaktion: Im Jahr 2016 veranstalteten Grundfos und Pumps & Systems ein Webinar zu einem ähnlichen Thema wie dieser Artikel. Die Teilnehmer fanden es sehr nützlich, und wir glauben, dass die Leser dieses Artikels es auch hilfreich finden könnten, auf dem gewonnenen Wissen aufzubauen. Um mehr darüber zu erfahren, wie man eine Pumpenkurve liest, können Sie hier eine archivierte Version des Webinars herunterladen.

Jim Swetye ist technischer Schulungsleiter für Grundfos. Er ist seit 39 Jahren in der Pumpenbranche tätig und hat einen Bachelor of Arts vom Hiram College in Ohio und einen Master of Science in Bildung/Lehrplanführung von der Emporia State University in Kansas.