Machen Sie langsamer, Sie bewegen sich (vielleicht) zu schnell, Teil 1 von 2

Aug 03, 2023

Ich bin nicht hier, um Ihnen zu sagen, was Sie tun sollen; Ich möchte nur, dass Sie eine fundierte Entscheidung treffen. Wie viele meiner Kolumnen ist auch diese eine Folge von Leserkommentaren zu einer früheren Kolumne. In der August-Ausgabe 2017 von Pumps & Systems habe ich meine These dargelegt, warum ich nach Möglichkeit langsam laufende Pumpen bevorzuge. Bezugspunkt: Ich beziehe mich auf Motorgeschwindigkeiten, die auf 60-Hertz-2-Pol- gegenüber 4-Pol-Induktionsgeschwindigkeiten basieren (1.750 gegenüber 3.550 Umdrehungen pro Minute [U/min]).

Wenn Sie die Kolumne von 2017 nicht gelesen haben, ist es wichtig, dass ich anerkenne, dass es oft notwendig und ratsam ist, Hochgeschwindigkeitspumpen zu verwenden. Hochgeschwindigkeitspumpen können effizienter sein und verfügen bei gleichen hydraulischen Bedingungen über einen deutlich kleineren Bauraum. Abhängig vom Arbeitszyklus wird die Pumpe mit höherem Wirkungsgrad einen hohen Return on Investment (ROI) erzielen, was in der heutigen energiehungrigen Welt besonders willkommen ist.

Als Faustregel gilt: Eine Pumpe, die für eine bestimmte Förderhöhe und Fördermenge ausgelegt ist, kann physikalisch auf die Hälfte ihrer Größe reduziert werden, wenn man die Geschwindigkeit verdoppelt. Die geringere Größe der Hochgeschwindigkeitspumpe führt zu einem geringeren Platzbedarf und geringeren Anschaffungskosten.

Ich schlage vor, dass langsamere Pumpen oft zuverlässiger sind, was bedeutet, dass sie in diesem Zeitraum eine längere Lebensdauer haben und weniger Wartung erfordern. Diese Zuverlässigkeitsvorteile führen auch zu ROI-Einsparungen, auch wenn dies möglicherweise mehr Zeit in Anspruch nimmt, als manche Unternehmen aufbringen können. Eine verworrene Logik konzentriert sich ausschließlich auf die Anschaffungskosten und wälzt damit die unvermeidlich erhöhten Wartungs- und Betriebskosten unverantwortlich auf andere ab. Zusammenfassend vergleichen Sie die Anschaffungskosten mit den Gesamtbetriebskosten (TCO) für die erwartete Lebensdauer der Pumpe.

Wenn ich nach meiner Präferenz für die Pumpengeschwindigkeit gefragt werde, antworte ich normalerweise, dass ich zum Lager „es kommt darauf“ gehöre. Im gesamten Entscheidungsprozess gibt es eine lange Liste von Variablen, die berücksichtigt werden müssen.

Verfüge ich über empirische Daten, die diese Behauptungen untermauern? Die kurze Antwort lautet: Ich kenne eine formelle Studie, die meine These stützt und über 100 Pumpen der American Petroleum Institute (API)-Klasse betrifft, die Allan R. Budris in einem Artikel erwähnt hat, den er vor einigen Jahren geschrieben hat. Ich bedauere, dass ich kein Exemplar der Studie habe.

In einer anderen Studie, die der verstorbene Dr. Elemer Makay vom Electric Power Research Institute (EPRI) zur Stabilität von Kesselspeisepumpen vorgelegt hat, heißt es in seiner Zusammenfassung: „Speisewasserpumpen müssen für einen stabilen Betrieb über den gesamten Bereich möglicher Durchflussraten ausgelegt sein.“ auf Kosten einer gewissen Verringerung der Effizienz im besten Betriebspunkt. Beachten Sie, dass die über 60 Seiten seines Berichts noch viele weitere wichtige Punkte enthalten.

Bedenken Sie, dass die Frage zwischen hoher und niedriger Geschwindigkeit nicht einfach zu beantworten ist und dass viele Experten ihre eigenen Theorien aufstellen werden. Es gibt viele, die meiner These „Manchmal ist langsamer ist besser“ nicht zustimmen; Ich bitte Sie jedoch lediglich, alle Faktoren in der Gleichung zu berücksichtigen, bevor Sie eine Entscheidung treffen.

Angesichts aller Überlegungen zur Pumpenanwendung empfehle ich eine gründliche Überprüfung jedes Faktors/jeder Variablen und die anschließende Zuweisung eines gewichteten Exponenten oder Multiplikators. Es sind so viele Faktoren zu berücksichtigen, dass man sich nicht guten Gewissens allein für den Geschwindigkeitsfaktor entscheiden kann. Ich schlage vor, alle Variablen in eine Tabelle einzutragen und eine Lösung zu berechnen. Das Ergebnis wird Ihnen bei der Entscheidung helfen, basierend auf objektiven Daten, die in analytische Informationen umgewandelt werden, im Vergleich zu subjektiven emotionalen Entscheidungen.

Wie bei jeder guten Six-Sigma-Übung sind die von Ihnen in der Auswertung ausgewählten Daten nur dann gültig, wenn eine Messung erfolgt. Eines der gängigen Axiome in der Pumpentechnik ist, dass der Pumpenverschleißfaktor proportional zum kubischen Geschwindigkeitsfaktor ist. Angegeben als: Verschleiß α (RPM)3. [Wenn Sie mit dem Symbol „α“ nicht vertraut sind, handelt es sich um den griechischen Kleinbuchstaben Alpha und bedeutet in der Mathematik „ist proportional zu“.] Diese Abnutzungsthese und dieser Ausdruck werden häufig in rheologischen Anwendungen verwendet, bei denen sich die Flüssigkeit befindet als Schlamm eingestuft. Andere gängige Maximen besagen, dass der Verschleiß proportional zur Geschwindigkeit der Flüssigkeit und der Verschleiß indirekt proportional zur Härte des Materials ist.

Es ist nicht meine Absicht, dass die Kolumne in den Kaninchenbau der Rheologie eintaucht, deshalb werde ich diesen Ablenkungsmanöver hier beenden, mit der Ausnahme, dass ich häufig Rheologiefaktoren als Hilfsmittel verwende, um potenziellen Pumpenverschleiß und -zuverlässigkeit unabhängig von den Flüssigkeitseigenschaften vorherzusagen.

Um mitzuspielen, müssen Sie zunächst einen Faktor (F) zuweisen, und das ist der knifflige Teil, der auf Erfahrung, fundierten/kalibrierten Vermutungen und/oder empirischen Daten basieren sollte. Betrachten Sie als unvollständige Veranschaulichung den Verschleiß α [(F)3 x (RPM)3], wobei F in den vorherigen Ausdruck eingesetzt wird. Angenommen, Sie pumpen sauberes Wasser; Eine Perspektive bestünde darin, dem Faktor F eine Größe von 1 zuzuordnen, sodass 1 Kubikmeter immer noch 1 ist. Als weiteres Beispiel könnte einer bestimmten flüssigen Aufschlämmung der Klasse 2 eine Größe von 3 zugewiesen werden, sodass das Ergebnis 27 wäre. Beachten Sie, dass die tatsächliche Geschwindigkeit bleibt in meinem Beispiel ein Faktor. Es gibt viele alternative mathematische Wege, um Ihre eigene Gleichung zu entwerfen. Dies ist nur ein einfaches Beispiel.

Die Schlussfolgerung hieraus ist, dass der resultierende Verschleißfaktor je nach Flüssigkeitseigenschaften unterschiedlich sein wird. Vergessen Sie jedoch nicht den insgesamt hervorstechenden Punkt: Selbst wenn es sich bei der Flüssigkeit um klares Wasser handelt, wirken viele andere Kräfte und Belastungen auf die Pumpe, die sich mit zunehmender Geschwindigkeit verstärken.

Was sind einige der wichtigsten Faktoren, die es zu berücksichtigen gilt? In meiner Kolumne vom August 2017 habe ich mich ausführlich mit der positiven Nettosaughöhe (NPSH) und der Laufradspitzengeschwindigkeit befasst. Denken Sie im Sinne der Affinitätsgesetze und beachten Sie, dass die hydraulische Leistung innerhalb des bevorzugten Betriebsbereichs (Bereichs) einer Pumpe (NPSH) ungefähr im Quadrat des Drehzahlverhältnisses variiert. Wenn also die NPSH-Marge bei niedrigen Geschwindigkeiten bereits gering war, wird sie bei höheren Geschwindigkeiten sicherlich nicht mehr akzeptabel sein.

Teil 2 befasst sich mit spezifischer Geschwindigkeit, mildernden und dynamischen Kräften, Trägheit und mehr.

Verweise

Hydraulische Instabilität von Kreiselpumpen EPRI-Bericht CS-1445 Forschungsprojekt 1266-18 von Dr. E. Mackay 1980

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.