Pumpen fördern Flüssigkeiten von einem Punkt zum anderen, indem sie mechanische Energie aus der Rotation in Druckenergie (Kopf) umwandeln. Der auf die Flüssigkeit ausgeübte Druck zwingt die Flüssigkeit, mit der erforderlichen Geschwindigkeit zu fließen und Reibungsverluste (oder Kopfverluste) in Rohrleitungen, Ventilen, Armaturen und Prozessanlagen zu überwinden.
Beim Entwurf eines Pumpensystems bestimmen Ingenieure die Fluideigenschaften, die Anforderungen des Endbenutzers und verstehen die Umgebungsbedingungen des betrachteten Pumpensystems. Pumpanwendungen umfassen Anforderungen an konstante oder variable Durchflussraten, die einzelne oder vernetzte Lasten bedienen und aus offenen Kreisläufen (Rückschlag- oder Flüssigkeitszufuhr) oder geschlossenen Kreisläufen (Rücklaufsysteme) bestehen.
Überlegungen zur Auslegung von Pumpensystemen
Die folgenden wichtigen Punkte sollten in der Entwurfsphase von Pumpsystemen berücksichtigt werden:
- Säure / Alkalität (pH-Wert) und chemische Zusammensetzung: Korrosive und saure Flüssigkeiten können Pumpen beeinträchtigen und sollten bei der Auswahl der Pumpenmaterialien berücksichtigt werden.
- Betriebs temperatur: Pumpe materialien und expansion, mechanische dichtung komponenten, und verpackung materialien müssen berücksichtigt werden mit gepumpt flüssigkeiten, die sind heißer als 200 °F.
- Feststoffkonzentrationen / Partikelgrößen: Beim Pumpen abrasiver Flüssigkeiten wie industrieller Schlämme hängt die Auswahl einer Pumpe, die nicht vorzeitig verstopft oder ausfällt, von der Partikelgröße, der Härte und dem Volumenanteil der Feststoffe ab.
- Spezifisches Gewicht: Das spezifische Gewicht der Flüssigkeit ist das Verhältnis der Flüssigkeitsdichte zu der von Wasser unter bestimmten Bedingungen. Das spezifische Gewicht beeinflusst die Energie, die zum Anheben und Bewegen des Fluids erforderlich ist, und muss bei der Bestimmung des Pumpenleistungsbedarfs berücksichtigt werden
- Dampfdruck: Der Dampfdruck einer Flüssigkeit ist die Kraft pro Flächeneinheit (F / A), die eine Flüssigkeit ausübt, um die Phase von einer Flüssigkeit in einen Dampf zu ändern, und hängt von den chemischen und physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit ab. Die richtige Berücksichtigung des Dampfdrucks der Flüssigkeit hilft, das Risiko von Kavitation zu minimieren.
- Viskosität: Die Viskosität einer Flüssigkeit ist ein Maß für ihren Bewegungswiderstand. Da die kinematische Viskosität normalerweise direkt mit der Temperatur variiert, muss der Konstrukteur des Pumpsystems die Viskosität des Fluids bei der niedrigsten erwarteten Pumptemperatur kennen. Hochviskose Flüssigkeiten führen zu einer verringerten Leistung der Kreiselpumpe und einem erhöhten Leistungsbedarf. Bei der Förderung viskoser Flüssigkeiten ist es besonders wichtig, die saugseitigen Leitungsverluste der Pumpe zu berücksichtigen.
Die Auslegungspumpenkapazität oder die gewünschte Pumpenentladung in Gallonen pro Minute (GPM) wird benötigt, um das Rohrleitungssystem genau zu dimensionieren, Reibungsverluste zu bestimmen, eine Systemkurve zu konstruieren und eine Pumpe und einen Antriebsmotor auszuwählen. Prozessanforderungen können erfüllt werden, indem eine konstante Durchflussrate bereitgestellt wird (mit Ein / Aus-Steuerung und Speicher zur Erfüllung der Anforderungen an die variable Durchflussrate) oder indem ein Drosselventil oder ein Antrieb mit variabler Drehzahl verwendet wird, um kontinuierlich variable Durchflussraten zu liefern.
Der Gesamtsystemkopf besteht aus drei Komponenten:
- Statischer Kopf
- Elevation (potentielle Energie)
- Velocity (oder dynamischer) Kopf
Statischer Kopf ist der Druck der Flüssigkeit im System und ist die mit herkömmlichen Manometern gemessene Größe. Die Höhe des Flüssigkeitsspiegels kann einen großen Einfluss auf den Systemkopf haben. Der dynamische Kopf ist der Druck, der vom System benötigt wird, um Kopfverluste zu überwinden, die durch den Durchflusswiderstand in Rohren, Ventilen, Fittings und mechanischen Geräten verursacht werden. Dynamische Druckverluste sind ungefähr proportional zum Quadrat der Fluidströmungsgeschwindigkeit oder Durchflussrate. Wenn sich die Durchflussrate verdoppelt, vervierfachen sich die dynamischen Verluste.
Für viele Pumpensysteme variieren die Anforderungen an die Gesamtsystemhöhe. Zum Beispiel können in Nassbrunnen- oder Reservoiranwendungen die Saug- und statischen Auftriebsanforderungen variieren, wenn die Wasseroberflächenerhöhungen schwanken.
Sie müssen auch die Anforderungen an die positive Nettosaughöhe einer Pumpe kennen. Pumpen benötigen einen bestimmten Flüssigkeitsdruck am Einlass, um Kavitation zu vermeiden. Als Faustregel gilt, dass die verfügbare Saughöhe die von der Pumpe benötigte um mindestens 25% über dem Bereich der erwarteten Durchflussraten übersteigt.
