Eine unsachgemäße Rohrleitungskonstruktion/-auslegung kann zu Problemen wie hydraulischer Instabilität und Kavitation im Pumpensystem führen. Um Kavitation zu vermeiden, sollte der Schwerpunkt auf der Konstruktion der Saugrohre und des Saugsystems liegen. Kavitation, interne Rückströmung und Lufteinschluss können zu hohem Lärmpegel und Vibrationen führen, die Dichtungen und Lager beschädigen können.

Pumpenzirkulationsleitung

Wenn eine horizontale Split-Case-Pumpe bei unterschiedlichen Betriebspunkten betrieben werden müssen, kann eine Zirkulationsleitung erforderlich sein, um einen Teil der gepumpten Flüssigkeit zur Saugseite der Pumpe zurückzuführen. Dadurch kann die Pumpe weiterhin effizient und zuverlässig am besten Punkt arbeiten. Durch die Rückführung eines Teils der Flüssigkeit wird etwas Energie verschwendet, bei kleinen Pumpen kann diese Energieverschwendung jedoch vernachlässigbar sein.

Die zirkulierende Flüssigkeit sollte zur Saugquelle zurückgeleitet werden, nicht zur Saugleitung oder zum Pumpeneinlassrohr. Wenn sie zur Saugleitung zurückgeleitet wird, verursacht sie Turbulenzen an der Pumpenansaugung, was zu Betriebsproblemen oder sogar Schäden führen kann. Die zurückgeleitete Flüssigkeit sollte auf die andere Seite der Saugquelle zurückfließen, nicht zum Saugpunkt der Pumpe. Normalerweise können geeignete Prallblechanordnungen oder ähnliche Konstruktionen sicherstellen, dass die zurückgeleitete Flüssigkeit keine Turbulenzen an der Saugquelle verursacht.

Parallelbetrieb

Wenn ein einziger großer horizontale Split-Case-Pumpe ist nicht machbar oder für bestimmte Anwendungen mit hohem Durchfluss müssen oft mehrere kleinere Pumpen parallel betrieben werden. Manche Pumpenhersteller sind beispielsweise möglicherweise nicht in der Lage, eine ausreichend große Pumpe für ein Pumpenpaket mit großem Durchfluss bereitzustellen. Manche Dienste erfordern einen weiten Bereich von Betriebsdurchflüssen, bei denen eine einzelne Pumpe wirtschaftlich nicht funktionieren kann. Bei diesen höher bewerteten Diensten führt das Zyklisieren oder Betreiben von Pumpen außerhalb ihres BEP zu erheblicher Energieverschwendung und Zuverlässigkeitsproblemen.

Wenn Pumpen parallel betrieben werden, erzeugt jede Pumpe weniger Durchfluss, als wenn sie allein betrieben würde. Wenn zwei identische Pumpen parallel betrieben werden, ist der Gesamtdurchfluss weniger als doppelt so groß wie der Durchfluss jeder einzelnen Pumpe. Der Parallelbetrieb wird trotz besonderer Anwendungsanforderungen oft als letzte Lösung eingesetzt. Beispielsweise sind in vielen Fällen zwei parallel betriebene Pumpen besser als drei oder mehr parallel betriebene Pumpen, wenn möglich.

Der Parallelbetrieb von Pumpen kann gefährlich und instabil sein. Parallel betriebene Pumpen erfordern sorgfältige Dimensionierung, Bedienung und Überwachung. Die Kurven (Leistung) jeder Pumpe müssen ähnlich sein – innerhalb von 2 bis 3 %. Kombinierte Pumpenkurven müssen relativ flach bleiben (für parallel laufende Pumpen erfordert API 610 eine Druckerhöhung von mindestens 10 % des Drucks bei Nenndurchfluss bis zum Totpunkt).

Horizontale Aufteilung Gehäusepumpe Rohrleitungen

Eine unsachgemäße Rohrleitungskonstruktion kann leicht zu übermäßigen Pumpenvibrationen, Lagerproblemen, Dichtungsproblemen, vorzeitigem Ausfall von Pumpenkomponenten oder einem katastrophalen Ausfall führen.

Die Saugleitung ist besonders wichtig, da die Flüssigkeit die richtigen Betriebsbedingungen (Druck und Temperatur) aufweisen muss, wenn sie die Saugöffnung des Pumpenlaufrads erreicht. Ein gleichmäßiger und gleichmäßiger Durchfluss verringert das Risiko von Kavitation und ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb der Pumpe.

Rohr- und Kanaldurchmesser haben einen erheblichen Einfluss auf die Förderhöhe. Als grobe Schätzung gilt, dass der Druckverlust durch Reibung umgekehrt proportional zur fünften Potenz des Rohrdurchmessers ist.

So kann beispielsweise eine Vergrößerung des Rohrdurchmessers um 10 % den Druckverlust um etwa 40 % reduzieren. Ebenso kann eine Vergrößerung des Rohrdurchmessers um 20 % den Druckverlust um 60 % reduzieren.

Mit anderen Worten: Der Reibungsdruckverlust beträgt weniger als 40 % des Druckverlusts des ursprünglichen Durchmessers. Aufgrund der Bedeutung der positiven Nettosaughöhe (NPSH) bei Pumpanwendungen ist die Konstruktion der Pumpensaugrohrleitung ein wichtiger Faktor.

Die Saugleitungen sollten so einfach und gerade wie möglich sein und die Gesamtlänge sollte minimiert werden. Kreiselpumpen sollten in der Regel eine gerade Lauflänge von 6 bis 11 Mal dem Durchmesser der Saugleitung haben, um Turbulenzen zu vermeiden.

Oft sind temporäre Saugfilter erforderlich, permanente Saugfilter sind jedoch im Allgemeinen nicht zu empfehlen.

Reduzierung des NPSHR

Anstatt den NPSH-Wert (NPSHA) der Einheit zu erhöhen, versuchen Rohrleitungs- und Prozessingenieure manchmal, den erforderlichen NPSH-Wert (NPSHR) zu senken. Da der NPSHR eine Funktion der Pumpenkonstruktion und der Pumpendrehzahl ist, ist die Senkung des NPSHR ein schwieriger und kostspieliger Prozess mit begrenzten Möglichkeiten.

Die Saugöffnung des Laufrads und die Gesamtgröße der horizontal geteilten Gehäusepumpe sind wichtige Überlegungen bei der Pumpenkonstruktion und -auswahl. Pumpen mit größeren Saugöffnungen des Laufrads können einen niedrigeren NPSHR-Wert liefern.

Größere Saugöffnungen des Laufrads können jedoch einige Betriebs- und Fluiddynamikprobleme verursachen, wie z. B. Umwälzprobleme. Pumpen mit niedrigeren Drehzahlen haben im Allgemeinen einen niedrigeren erforderlichen NPSH-Wert; Pumpen mit höheren Drehzahlen haben einen höheren erforderlichen NPSH-Wert.

Pumpen mit speziell entwickelten Laufrädern mit großer Saugöffnung können zu starken Rückflussproblemen führen, was die Effizienz und Zuverlässigkeit verringert. Einige Pumpen mit niedrigem NPSHR sind für den Betrieb bei so niedrigen Drehzahlen ausgelegt, dass die Gesamteffizienz für die Anwendung nicht mehr wirtschaftlich ist. Diese Pumpen mit niedriger Drehzahl sind außerdem wenig zuverlässig.

Große Hochdruckpumpen unterliegen praktischen Standortbeschränkungen, wie z. B. dem Pumpenstandort und der Anordnung des Saugbehälters/Tanks, was den Endbenutzer daran hindert, eine Pumpe mit dem NPSHR zu finden, die diese Beschränkungen erfüllt.

Bei vielen Sanierungs-/Umbauprojekten kann die Baustellenaufteilung nicht geändert werden, dennoch wird vor Ort eine große Hochdruckpumpe benötigt. In diesem Fall sollte eine Druckerhöhungspumpe eingesetzt werden.

Eine Druckerhöhungspumpe ist eine Pumpe mit niedriger Drehzahl und einem niedrigeren NPSHR. Die Druckerhöhungspumpe sollte die gleiche Durchflussrate wie die Hauptpumpe haben. Die Druckerhöhungspumpe wird normalerweise vor der Hauptpumpe installiert.

Identifizieren der Ursache von Vibrationen

Niedrige Durchflussraten (normalerweise weniger als 50 % des BEP-Durchflusses) können verschiedene fluiddynamische Probleme verursachen, darunter Lärm und Vibrationen durch Kavitation, interne Rückführung und Lufteinschluss. Einige Pumpen mit geteiltem Gehäuse können der Instabilität der Saugrückführung bei sehr niedrigen Durchflussraten (manchmal nur 35 % des BEP-Durchflusses) widerstehen.

Bei anderen Pumpen kann es bei etwa 75 % des BEP-Durchflusses zu einer Saugrückströmung kommen. Eine Saugrückströmung kann zu Schäden und Lochfraß führen und tritt normalerweise etwa auf halber Höhe der Pumpenlaufradschaufeln auf.

Die Rückströmung am Auslass ist eine hydrodynamische Instabilität, die auch bei niedrigen Durchflussmengen auftreten kann. Diese Rückströmung kann durch falsche Abstände auf der Auslassseite des Laufrads oder der Laufradabdeckung verursacht werden. Dies kann auch zu Lochfraß und anderen Schäden führen.

Dampfblasen im Flüssigkeitsstrom können Instabilitäten und Vibrationen verursachen. Kavitation beschädigt normalerweise den Sauganschluss des Laufrads. Die durch Kavitation verursachten Geräusche und Vibrationen können andere Fehler vortäuschen, aber eine Untersuchung der Stelle von Lochfraß und Schäden am Pumpenlaufrad kann normalerweise die Grundursache aufdecken.

Beim Pumpen von Flüssigkeiten nahe dem Siedepunkt oder wenn komplexe Saugleitungen Turbulenzen verursachen, kommt es häufig zum Einschluss von Gasen.