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Auswirkungen des Betriebs einer Pumpen bei geringem Durchfluss – Ursachenanalyse
Der Durchfluss einer Zentrifugalpumpe kann auf verschiedene Weise stufenlos reguliert werden. In der Regel arbeitet die Pumpe am effizientesten unter den Bedingungen ihres Nennbetriebspunkts. Doch manchmal führen bestimmte Umstände dazu, dass die Pumpe bei einem geringeren Durchfluss betrieben wird. Dies hat folgende negative Auswirkungen. Auswirkungen des Betriebs einer Zentrifugalpumpe bei geringem Durchfluss (1): Abnehmende Effizienz, erhöhter Energieverbrauch. Zentrifugalpumpen werden in der Regel so konzipiert, dass der Effizienzhöhepunkt in der Nähe des Nennbetriebspunkts liegt. Wenn eine Zentrifugalpumpe bei niedrigen Durchflusswerten arbeitet, sinkt ihre Betriebseffizienz sehr schnell. Im Allgemeinen gilt: Je geringer der Durchfluss einer Pumpe ist, desto geringer ist auch ihre Effizienz. Daher ist das Arbeiten bei niedrigen Durchflusswerten äußerst unwirtschaftlich. Im Allgemeinen ist es in diesem Fall notwendig, eine geeignete, effiziente kleine Pumpe nachzurüsten. Auswirkungen des Betriebs einer Zentrifugalpumpe bei geringem Durchfluss (2): Es kommt zu erhöhten Vibrationen und Geräuschen, was zur Umweltverschmutzung führt. Zudem werden die Komponenten der Pumpe beschädigt, was die Lebensdauer der Pumpe beeinträchtigt. Am Betriebspunkt des Designs sind aufgrund der Übereinstimmung der Fließrichtung des Fluids mit der Richtung der Blätter die Verluste durch Strömungsabriss, Stoßverluste sowie Wirbelverluste gering und nähern sich null an. Doch wenn die Pumpe im Bereich niedriger Durchflussmengen arbeitet, führt die Abweichung vom Designpunkt dazu, dass die Verluste durch Strömungsabbruch, Stoßverluste sowie Wirbelverluste in der Pumpe weiter zunehmen. Gleichzeitig entstehen durch diese Verluste erheblicher hydraulischer Lärm sowie mechanische Vibrationen. Auswirkungen des Betriebs einer Zentrifugalpumpe bei geringem Durchfluss (3): Es kommt zu einem erheblichen Rückfluss im Inneren der Pumpe. Dadurch steigt die innere Wärmeentwicklung an, wodurch die Temperatur der Flüssigkeit in der Pumpe ansteigt. Dies führt dazu, dass die Pumpe heiß wird. Gleichzeitig leiden die mechanischen Eigenschaften der Pumpelemente darunter. Zudem verschlechtert sich auch die Kavitationseigenschaft der Pumpe, was wiederum die Saugbedingungen der Pumpe beeinträchtigt. Auswirkungen des Betriebs einer Zentrifugalpumpe bei geringem Durchfluss (4): Die radialen Kräfte auf die Zentrifugalpumpe nehmen zu, was die Belastung des Rotors verschlechtert. Da die Pumpe im Bereich niedriger Durchflussmengen vom ursprünglich geplanten Betriebspunkt abweicht, verringert sich die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Wirbelraum. Laut der Analyse des Geschwindigkeitsdreiecks nimmt jedoch die Ausströmungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Laufrad zu. Dadurch kann die Flüssigkeit sich nicht sammeln, es entstehen Stoßwellen, wodurch der Druck ständig ansteigt und Radialkräfte entstehen.