So reduzieren oder beseitigen Sie Lufteinschlüsse

Ich hatte nicht vor, noch einmal über Luftporen zu schreiben, aber aktuelle Probleme in der Praxis veranlassten mich, mich noch einmal mit dem Thema zu befassen. In den letzten Monaten war ich in vier Fälle verwickelt, in denen die Pumpenleistung missverstanden wurde und bei denen Lufteinschlüsse als Hauptursache ermittelt wurden.

Luftporen können wie Kavitation in einer laufenden Pumpe klingen und mit dieser verwechselt werden. Der Unterschied besteht darin, dass es sich bei der Kavitation um die Bildung und den anschließenden Zusammenbruch von Dampfblasen handelt, während es sich beim Lufteinschluss lediglich um Luftblasen handelt, die sich vor der Pumpe im Prozessstrom befanden und nach der Pumpe dort verbleiben. Die Blasen können sich in ihrer Größe ändern, kollabieren jedoch normalerweise nicht, wenn sie durch die Pumpe laufen.

Lufteinschlüsse in sehr geringen Mengen können tatsächlich eine gute Sache sein. Viele Anwender injizieren bis zu 0,9 Prozent Luft, um die Auswirkungen der Kavitation abzufedern. Allerdings führt bereits eine Luftporenbildung in Mengen von 1 bis 2 Prozent zu einem drastischen Leistungsabfall der Pumpe. Eine schlechte Pumpenleistung wird oft verwechselt und fälschlicherweise auf eine Vielzahl anderer Symptome als Luftporen zurückgeführt. Eine gründliche Ursachenanalyse und Aufklärung zu diesem Thema werden zeigen, dass Luftporen eine weitaus häufigere Pumpenerkrankung sind als zunächst angenommen. Dieses Problem ist ein zunehmender Trend und aus mehreren Gründen häufiger geworden. Zellstoff- und Papierunternehmen injizieren Luft in Stoff-/Schlammmischungen, insbesondere da das Recycling zunimmt. Die Öl- und Gasindustrie arbeitet daran, mehr Zweiphasenflüssigkeiten am Bohrlochkopf und stromabwärts zu pumpen, und Abwasseraufbereitungsanlagen verwenden mehr Systeme zur Flotation mit gelöster Luft (DAF).

Darüber hinaus verzeichnet die Branche einen zunehmenden Einsatz geschlossener Kreislaufsysteme und eine Tendenz zu kostengünstigeren, aber dementsprechend flacheren Kühlturmbecken. Darüber hinaus haben die chemische Prozessindustrie (CPI) und allgemeine Industrieanlagen erneuert und erhöhen den finanziellen Druck, Systeme mit kleineren „Fußabdrücken“ zu entwickeln. Unter der Rubrik „unbeabsichtigte Folgen“ werden die Folgen kürzerer und kleinerer Lagertanks und Prozessbehälter abgelegt. Die kürzeren Tanks führen zu geringeren Überflutungswerten, wodurch die Wahrscheinlichkeit der Wirbelbildung höher ist, und die kleineren Behälter führen zu einem geringeren Volumen und damit zu einer Verkürzung der Übergangszeiten zur Luftblasenminderung.

Eine Erhöhung der Luftporenbildung um mehr als 1,5 bis 2 Prozent hat unmittelbare und schädliche Auswirkungen auf die Pumpe, sowohl in Bezug auf die unmittelbare Leistung als auch in mechanischer Hinsicht auf längere Sicht.

Wenn sich Luftblasen an der Saugseite der Pumpe festsetzen, blockieren sie den Flüssigkeitsfluss und die Pumpenleistung lässt nach. Die Fördermenge nimmt ab, die entwickelte Förderhöhe nimmt ab und die Effizienz nimmt ab. Selbst bei Werten von nur 2 bis 4 Prozent führt die Luftporenbildung zu erhöhten Pumpenvibrationen, was direkt zu einem vorzeitigen Lagerausfall führt. Vibrationen werden häufig durch unausgeglichene hydraulische Belastungen des Laufrads aufgrund teilweiser Luftblockierung verursacht.

Die nicht entlüftete Luft sammelt sich auch in der Dichtungskammer (Standard-Stopfbuchskonfigurationen) und erzeugt Lufteinschlüsse, die einen Trockenlauf der Gleitringdichtungen verursachen. Der Betrieb trockener/nicht geschmierter Dichtflächen trägt zu einer verkürzten Lebensdauer und letztendlich zum Ausfall bei. Wenn Sie beim Starten der Pumpe ein Quietschen hören, liegt das meist daran, dass die Dichtflächen trockenlaufen.

Luftporen sind eine der Hauptursachen für gebrochene Pumpenwellen, da die Pumpe in einer Sekunde stillsteht (keine Last) und in der nächsten Sekunde (Volllast) in einem endlosen und unbeabsichtigten „Go to“ pumpt ” Schleife des Stress-Ermüdungs-Zyklus.

Durch Luftporen gelangt auch unerwünschter freier Sauerstoff in das System, der die Hauptkomponente sowohl in allgemeinen als auch in Chlorid-Spannungskorrosionsformeln darstellt, um nur zwei Arten zu nennen.

Eine Luftporenbildung von 2 Prozent verringert die Pumpenleistung um bis zu 12 Prozent. Bei 4 Prozent wird die Pumpenleistung um 40 Prozent reduziert und bei 10 Prozent wird die Pumpe wahrscheinlich ganz zum Stillstand kommen.

Überflutung ist ein oft übersehener Parameter. Der richtige Grad der Eintauchtiefe ist von entscheidender Bedeutung, und Verwirbelungen sind die häufigste Ursache dafür, dass unerwünschte Luft in Pumpensysteme gelangt. Unsachgemäßes Eintauchen schafft die Voraussetzungen für Wirbelphänomene, die große Luftmengen einbringen und in kurzer Zeit zu Pumpenschäden führen. Wenn die Eintauchtiefe nicht ausreicht, können Sie Wirbelbarrieren hinzufügen, die Höhe des Flüssigkeitsspiegels erhöhen oder die Größe der Saugleitungsöffnung vergrößern, wodurch die Flüssigkeitsgeschwindigkeit effektiv reduziert wird. Nur weil Sie die Wirbelbildung nicht sehen, heißt das nicht, dass sie nicht auftritt.

Füllen und entlüften Sie das System zunächst ordnungsgemäß. Ich habe viele Vorfälle erlebt, bei denen der Bediener das System oder die Hochpunkte, Gehäuse oder Stopfbuchsen nicht ordnungsgemäß entlüftet hat. Manchmal ist es ratsam, die Pumpe ein paar Mal für kurze Zeit (10 bis 15 Sekunden +/-) zu „bewegen“, um die Luftblasen wegzuspülen und stromabwärts von der Pumpe wegzuspülen.

Es sind keine Hochpunktentlüftungen installiert, oder wenn manuelle Entlüftungen vorhanden sind, werden diese nicht betätigt. Automatische Entlüftungsventile werden nicht gewartet.

Sie können eine laufende Pumpe nicht entlüften. Das rotierende Laufrad fungiert als Zentrifuge, bei der die schwerere Flüssigkeit nach außen ausgestoßen wird, während die leichtere Luft in der Mitte verbleibt, wo sie auch die Saugöffnung des Laufrads blockiert. Wenn Sie das Gehäuse einer laufenden Pumpe entlüften, kann es sein, dass etwas Luft und dann Flüssigkeit austritt. Aber wenn Luft am Auge ist, wird sie wahrscheinlich dort bleiben. Top-Mittellinienentladungskonstruktionen wie Pumpen des American National Standards Institute (ANSI) sind so konzipiert, dass sie selbstentlüftend sind. Flüssigkeiten, die zur Versorgungsquelle geleitet werden, dürfen nicht frei in den Tank fallen. Ist dies der Fall, sollte der Bereich möglichst weit von der Pumpenansaugstelle entfernt sein. Wehre und/oder Trennbarrieren sollten installiert werden.

Sie sind sich nicht sicher, ob Sie Lufteinschlüsse haben? Sie können einige einfache Tests durchführen, die vom Hydraulic Institute (HI) abgedeckt werden. Im Allgemeinen erfassen Sie Proben und analysieren sie. Sie können auch berechnen, ob Sie über eine ausreichende Eintauchtiefe verfügen. Eintauchdiagramme sind ein weiteres praktisches Hilfsmittel, aber Sie müssen für jeden Fuß Flüssigkeitsgeschwindigkeit auf der Saugseite eine Eintauchtiefe von einem Fuß angeben. Sie können Ihre Durchflussrate und Rohrgröße im „Cameron Hydraulic Data Book“ oder in der „Cranes Technical Publication 410“ nachschlagen, um die Flüssigkeitsgeschwindigkeit zu bestimmen.

In den letzten Jahren gibt es einen finanziell bedingten Trend, die Größe von Saugversorgungstanks zu reduzieren. Bei geschlossenen Systemen und Systemen mit Rückführungen oder Lufteinschlüssen können die Tanks so konzipiert und gebaut werden, dass sie einen „gewundenen Weg“ für die Flüssigkeit darstellen. Ein System aus Wehren, Barrieren und Leitblechen kann so konstruiert werden, dass die maximale Haltezeit/Übergangszeit für die Beseitigung/Minderung von Luftblasen gewährleistet ist.

Für die meisten einfachen Systeme, die Newtonion-Flüssigkeiten (keine Schlämme) verwenden, empfehle ich eine Übergangszeit von vier bis fünf Minuten als respektablen Kompromiss zwischen Design und Kosten.

Im Allgemeinen gibt es für jede Art von Kreiselpumpe und jedes Laufraddesign unterschiedliche Ergebnisse beim Pumpen von Flüssigkeiten mit eingeschlossener Luft. Es ist eine schwierige Aufgabe, eine einfache Antwort darauf zu geben, was bei der Ermittlung unbequemer, aber genauer Ergebnisse hilfreich ist und was nicht. Derzeit gibt es keine einfache Zauberformel-App. Die spezifische Geschwindigkeit (NS) und die spezifische Sauggeschwindigkeit (NSS) sind beide relevante Faktoren. Typischerweise erbringen Laufräder mit NS über 3.000 eine bessere Leistung als Laufräder unter 3.000. Auch die tatsächliche Laufradgröße, der Saugaugendurchmesser, die Drehzahl der Pumpe und die Anzahl der Flügel sind Faktoren.

Auch die Anzahl der Spiralen im Gehäuse wird eine große Rolle spielen. Typischerweise funktioniert eine Doppelspiralpumpe besser als eine Einzelspiralpumpe. Beachten Sie, dass einige Hersteller Pumpen mit mehr als zwei Spiralen herstellen. Eine Diffusorpumpe (denken Sie an Spiralen mit einem hohen Vielfachen) funktioniert besser als eine einfache Spiralpumpe.

Eine Methode, mit der Mitnahme umzugehen, besteht darin, die Abstände der Pumpe über die normalen Empfehlungen hinaus zu öffnen. Viele Betreiber haben Erfolg mit der Verdoppelung des Abstands. Die Pumpe wird weniger effizient sein, aber sie funktioniert.

Wenn in Situationen mit überfluteter Ansaugung die Pumpe tatsächlich mit Luft gebunden wird, können Sie die Pumpe stoppen und die Blase durchströmen lassen und aus der Pumpe entweichen lassen und dann die Pumpe neu starten.

Einige Betreiber haben zunehmenden Erfolg, wenn sie ein größeres Laufrad verwenden, als es die hydraulischen Bedingungen erfordern (basierend auf der Null-Luftporenbildung).

Ein weniger häufiger und vielleicht verzweifelterer Ansatz besteht darin, einen Induktor hinzuzufügen (am Laufrad befestigt); Für diese Route ist häufig externe technische oder technische Unterstützung erforderlich.

Scheibenreibungspumpen haben große Erfolge bei der Bewältigung von Lufteinschlüssen (angeblich) von bis zu 70 Prozent, haben jedoch den Nachteil hoher Kosten. Auch Vortex-Pumpen und Pumpen mit versenktem Laufrad haben gute Erfolge, in der Regel bis zu 20 bis 22 Prozent Luftporen. Ich habe einige Pumpen mit eingebautem Impeller gesehen, die bis zu 24 Prozent Luft fördern. Es ist auch üblich, bei Anwendungen mit mehr als 18 Prozent Lufteintrag eine selbstansaugende Pumpe zu verwenden.

Auch bei der Bewältigung von Luftporenproblemen spielen Mindestdurchflussraten eine wichtige Rolle. Je höher der Prozentsatz der Lufteinschlüsse, desto mehr Durchfluss ist erforderlich, um die Luftblasen durch das Laufradauge zu drücken oder zu streichen (siehe Abbildung 1). Daher kann der Betrieb der Pumpe auf der linken Kurvenseite zu Luftbindungsverstopfungen führen.

Oftmals gehen Betreiber davon aus, dass Kavitation ein Pumpenproblem ist, während der eigentliche Übeltäter Luftporen sind. Wie bei der Diagnose einiger Krankheiten im medizinischen Bereich erfolgt die Schlussfolgerung durch den Prozess der Eliminierung anderer Ursachen, die die Symptome verursachen könnten. Wenn Sie sich die Komponenten ansehen, aus denen die verfügbare NPSH-Formel besteht, können Sie Handlungsschritte ermitteln, um die Auswirkungen möglicherweise zu reduzieren. Wenn Sie den statischen Saugkopf erhöhen oder die Flüssigkeit abkühlen, sollte dies die Auswirkungen verringern. Oder wenn Sie die Pumpe verlangsamen oder den Auslass drosseln, sollten die Symptome nachlassen.

Probleme mit der Luftporenbildung werden oft ignoriert oder mit Kavitation verwechselt und führen zu Leistungs- und mechanischen Problemen bei einer Kreiselpumpe. Reduzieren oder eliminieren Sie die Luft, um Problemen mit Wellenausfällen und vorzeitigen Ausfällen von Lagern und mechanischen Dichtungen vorzubeugen.

VerweiseZentrifugalpumpen 2. Auflage, Igor J. Karassik und Terry McGuireSuction Side Problems-Gas Entrainment (Zentrifugalpumpen-Handbuch) James H. IngramBericht der Nuclear Regulatory Commission # NRC-DR-09-0270 November 2009, von Allan R. BudrisPumps & Systems, Januar 2016, Kavitation vs. Luftporen, Dr. Lev Nelik (hier lesen)

Vergessen Sie auch nicht, hier Jim Elseys „Most Common Reasons for Air Enrainment in Pump Systems“ zu lesen.

Jim Elsey ist ein Maschinenbauingenieur, der sich seit 43 Jahren auf die Konstruktion und Anwendung rotierender Geräte für das Militär und mehrere große Erstausrüster in den meisten Industriemärkten der Welt konzentriert. Elsey ist aktives Mitglied der American Society of Mechanical Engineers, der National Association of Corrosion Engineers und der American Society for Metals. Er ist Geschäftsführer von Summit Pump Inc. und Geschäftsführer von MaDDog Pump Consultants LLC. Elsey kann unter [email protected] erreicht werden.