Bei Schlammtransportsystemen ist die Förderhöhe einer der wichtigsten Parameter zur Bestimmung der geeigneten Schlammpumpe.

Viele verstehen unter Förderhöhe lediglich, wie hoch eine Pumpe eine Suspension fördern kann, doch die Realität ist komplexer. Die Förderhöhe beschreibt die Energie, die eine Gewichtseinheit Flüssigkeit beim Durchströmen der Pumpe aufnimmt. In einem realen Fördersystem hängt die von der Pumpe benötigte Förderhöhe von den Flüssigkeitsständen, den Rohrleitungsverlusten, den Druckverhältnissen und den Betriebsbedingungen des Systems ab.

Es ist außerdem wichtig zu beachten, dass Hersteller von Schlammpumpen ihre Leistungskennlinien in der Regel auf der Leistung bei klarem Wasser basieren. Das tatsächlich geförderte Medium ist jedoch üblicherweise ein Schlamm mit Feststoffpartikeln. Daher kann eine Leistungskennlinie für klares Wasser nicht direkt als endgültige Pumpenleistung unter realen Schlammbetriebsbedingungen angesehen werden.

Dieser Artikel erläutert das Grundkonzept der Förderhöhe von Schlammpumpen, die Berechnung der Förderhöhe, das Lesen von Kennlinien für klares Wasser und die wichtigsten Faktoren, die bei der Auswahl einer Schlammpumpe für den tatsächlichen Einsatz mit Schlamm berücksichtigt werden müssen.

1. Was ist die Förderhöhe einer Schlammpumpe?

Die Förderhöhe einer Pumpe ist die Energie, die eine Gewichtseinheit Flüssigkeit beim Durchströmen der Pumpe aufnimmt, und wird üblicherweise in Metern Flüssigkeitssäule (m) angegeben.

Ausgehend von der Gesamtförderhöhe am Pumpeneinlass und -auslass lässt sich die Förderhöhe der Pumpe wie folgt ausdrücken:

H = H₂ − H₁

Wo:

• H — Förderhöhe (m)

• H₂ — Gesamtförderhöhe am Pumpenausgang (m)

• H₁ — Gesamtförderhöhe am Pumpeneinlass (m)

Daher entspricht die Förderhöhe der Pumpe nicht einfach der vertikalen Förderhöhe.

In einem realen Schlammtransportsystem hängt die von der Pumpe benötigte Energie auch von den Reibungsverlusten, den lokalen Druckverlusten und dem Druckverlust durch die Auslassgeschwindigkeit in den Ein- und Auslassleitungen ab.

2. Wie werden die Gesamtförderhöhen am Ein- und Auslass ermittelt?

Laut den technischen Daten der Schlammpumpe kann die Gesamtförderhöhe am Einlass aus den Bedingungen der Einlassleitung, einschließlich der folgenden Faktoren, bestimmt werden:

• Reibungsdruckverlust in der Einlassleitung (m)

• Gesamter lokaler Druckverlust in der Einlassleitung (m)

• Flüssigkeitsstand am Einlass

Bei einer horizontalen Pumpe wird die Höhe des Flüssigkeitsspiegels am Einlass von der Pumpenwellenmitte bis zum Flüssigkeitsspiegel am Einlass gemessen. Liegt der Flüssigkeitsspiegel unterhalb der Pumpenwellenmitte, ist der Wert negativ.

Bei einer Vertikalpumpe ist der Bezugspunkt das äußere Ende der Laufradschaufel-Eintrittskante. Liegt der Flüssigkeitsspiegel unterhalb der Laufrad-Eintrittskante, ist der Wert negativ.

Die Gesamtförderhöhe am Auslass wird analog dazu wie folgt bestimmt:

• Reibungsdruckverlust in der Auslassleitung (m)

• Gesamter lokaler Druckverlust in der Auslassleitung (m)

• Druckverlust bei Auslassgeschwindigkeit

• Flüssigkeitsstand am Auslass

Bei einer horizontalen Pumpe wird die Höhe des Flüssigkeitsauslasses von der Pumpenwellenmittellinie bis zum Flüssigkeitsauslassspiegel gemessen.

Bei einer vertikalen Pumpe wird sie vom äußeren Ende der Laufradschaufel-Eintrittskante bis zum Flüssigkeitsaustrittsspiegel gemessen.

Aus ingenieurtechnischer Sicht bedeutet dies, dass die Berechnung der Förderhöhe nicht allein auf dem Höhenunterschied basieren kann . Die vollständigen hydraulischen Bedingungen am Pumpenein- und -auslass müssen berücksichtigt werden.

3. Was ist der Unterschied zwischen Förderhöhe und Druck?

Druckhöhe und Druck sind nicht derselbe Parameter.

Die Förderhöhe einer Pumpe wird üblicherweise in Metern Flüssigkeitssäule angegeben, der Druck hingegen in Pa, kPa, bar oder anderen Druckeinheiten.

Der Zusammenhang zwischen Druckdifferenz und Förderhöhe kann wie folgt ausgedrückt werden:

ΔP = ρgH

Wo:

• ΔP — Druckdifferenz

• ρ — Dichte des transportierten Mediums

• g – Gravitationsbeschleunigung

• H — Pumpenkopf

Daher erzeugen Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Dichte bei gleicher Förderhöhe unterschiedliche Druckdifferenzen.

Dies ist besonders wichtig für Schlammpumpen, da die Dichte von Schlamm im Allgemeinen höher ist als die von klarem Wasser.

Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass:

Eine Erhöhung des spezifischen Gewichts der Suspension bedeutet nicht, dass die Förderhöhe der Pumpe proportional ansteigt.

Die spezifische Dichte der Suspension beeinflusst hauptsächlich den Druck- und Leistungsbedarf, während die tatsächliche Leistung der Suspension auch von der Feststoffkonzentration, der Partikelgröße, der Viskosität und den Partikeleigenschaften abhängt.

4. Was ist die gesamte dynamische Förderhöhe (TDH)?

Die Förderhöhe einer Pumpe ist die tatsächlich von der Pumpe unter einer bestimmten Betriebsbedingung bereitgestellte Förderhöhe, während die Gesamtförderhöhe (TDH) die Gesamtförderhöhe ist, die das Fördersystem bei einer bestimmten Durchflussrate benötigt.

Einfach ausgedrückt:

• TDH zeigt an, wie viel Rechenleistung das System benötigt.

• Die Förderhöhe gibt an, wie viel Förderhöhe die Pumpe erzeugen kann.

Bei der Auswahl einer Schlammpumpe muss die Pumpe in der Lage sein, die erforderliche Förderhöhe (TDH) bei der angestrebten Durchflussrate zu erreichen.

5. Worin besteht der Unterschied zwischen der Leistung in klarem Wasser und der tatsächlichen Leistung in Schlamm?

Die Leistungskurven für klares Wasser und die tatsächliche Leistung von Gülle können voneinander abweichen.

Klares Wasser wird häufig für Leistungstests und die Überprüfung der Pumpenleistung verwendet. Daher basieren die CNSME®-Leistungskurven im Allgemeinen auf der Leistung in klarem Wasser .

Die Förderhöhe einer Pumpe, ausgedrückt als Flüssigkeitshöhe, repräsentiert im Wesentlichen die vom Pumpenvolumen bereitgestellte spezifische Energie. Bei gleichem Pumpentyp, gleicher Drehzahl und gleichen Durchflussbedingungen führt eine Änderung der Flüssigkeitsdichte nicht zu einer proportionalen Änderung der Förderhöhe.

Wenn sich das Fördermedium jedoch von klarem Wasser zu einer Suspension mit Feststoffpartikeln ändert, können Faktoren wie die Suspensionskonzentration, die Partikelgröße, die Viskosität, die Partikelform und die Absetzeigenschaften die tatsächliche Betriebsleistung der Pumpe beeinflussen.

Im Allgemeinen können Förderhöhe und Wirkungsgrad einer Pumpe beim Pumpen von hochkonzentrierten oder grobkörnigen Schlämmen geringer sein als bei klarem Wasser. Die Abrasivität des Schlamms beeinflusst dabei hauptsächlich den Verschleiß und die Lebensdauer der medienberührenden Komponenten.

Daher ist die Kennlinie für klares Wasser eine wichtige Grundlage für die Auswahl von Schlammpumpen, sollte aber nicht direkt als endgültige Pumpenleistung unter tatsächlichen Schlammbetriebsbedingungen angesehen werden.

Beispielsweise ist die Leistungskennlinie der CNSME 4/3 AH Schlammpumpe wie folgt gekennzeichnet:

PERFORMANCE FOR CLEAR WATER

Dies bedeutet, dass die Kurve die grundlegende Leistung der Pumpe unter Klarwasserbedingungen darstellt, einschließlich:

• Durchflussrate

• Kopf

• Geschwindigkeit (U/min)

• Effizienz

• NPSHr

Das eigentliche Betriebsmedium ist jedoch üblicherweise Mineralaufschlämmung, Abraum oder eine andere Aufschlämmung, die Feststoffpartikel enthält.

Folgende Eigenschaften der Suspension können die tatsächliche Pumpenleistung beeinflussen:

• Spezifisches Gewicht der Suspension (Sm)

• Feststoffkonzentration

• Feststoffpartikelgröße

• Viskosität

• Partikelform und Eigenschaften

• Setzungseigenschaften

Im Vergleich zu klarem Wasser kann das Pumpen von hochkonzentrierter, grobkörniger Suspension zu einer erheblichen Verringerung der tatsächlichen Förderhöhe und des Wirkungsgrades der Pumpe führen.

Bei einigen feinkörnigen Suspensionen kann die Pumpeneffizienz unter bestimmten Bedingungen steigen.

Daher:

Die Leistungskurve für klares Wasser ist eine wichtige Grundlage für die Auswahl von Schlammpumpen, kann aber nicht direkt als endgültige Leistung unter tatsächlichen Schlammbetriebsbedingungen angesehen werden.

Bei der Auswahl der Pumpe sollte die Förderleistung anhand der spezifischen Eigenschaften der Suspension und der Betriebsbedingungen bewertet werden.

6. Wie man die Leistungskennlinie einer 4/3 AH Schlammpumpe liest

Die Leistungskennlinie der CNSME 4/3 AH Schlammpumpe wird hier als Beispiel verwendet.

Die Kurve hilft dem Anwender, die grundlegenden Leistungszusammenhänge einer Schlammpumpe zu verstehen.

Durchflussrate

Die horizontale Achse stellt die Durchflussrate dar, die üblicherweise in m³/h angegeben wird.

Sie gibt die Förderleistung der Pumpe unter den entsprechenden Betriebsbedingungen an.

Kopf

Die vertikale Achse stellt die Förderhöhe der Pumpe in Metern dar.

Bei gleicher Drehzahl besteht normalerweise ein proportionales Verhältnis zwischen Fördermenge und Förderhöhe. Ändert sich die Fördermenge im Betrieb, ändert sich auch die von der Pumpe erzielbare Förderhöhe.

Daher sollten Sie nicht nur die maximale Förderhöhe einer Pumpe betrachten. Vielmehr sollten Sie ermitteln, welche Förderhöhe die Pumpe bei der erforderlichen Fördermenge liefern kann.

RPM

Die Leistungskurve enthält Leistungsdaten der Pumpe bei verschiedenen Drehzahlen.

Nach der Bestimmung des Zielvolumenstroms und der erforderlichen Förderhöhe kann anhand der Leistungskennlinie die geeignete Betriebsdrehzahl ermittelt werden, die dem erforderlichen Betriebspunkt entspricht.

Effizienz

Die Wirkungsgradbereiche auf der Kurve geben den Wirkungsgrad der Pumpe unter verschiedenen Betriebsbedingungen an.

Bei der eigentlichen Auswahl sollte die Pumpe in einem angemessenen Betriebsbereich arbeiten. Wirkungsgrad, Verschleiß, NPSH-Wert und mögliche Systemänderungen sollten berücksichtigt werden, anstatt lediglich den höchsten Wirkungsgrad anzustreben.

NPSHr

Die Leistungskurve des 4/3 AH-Motors enthält Markierungen wie:

3 m, 4 m, 6 m, 8 m, 10 m

Diese Werte entsprechen den NPSHr-Daten (Net Positive Suction Head Required) .

Bei der eigentlichen Pumpenauswahl sollte der NPSHr-Wert der Pumpe mit dem vom System verfügbaren NPSHa-Wert verglichen werden, wobei ein angemessener technischer Sicherheitszuschlag zur Reduzierung des Kavitationsrisikos vorzusehen ist.

NPSHa steht für die effektive Netto-Saughöhe, die vom System zur Verfügung steht, während NPSHr die Netto-Saughöhe darstellt, die die Pumpe unter einer bestimmten Betriebsbedingung benötigt.

Clear Water Performance

Ein letzter Punkt ist besonders wichtig:

Die 4/3 AH-Leistungskurve ist eine Leistungskurve für klares Wasser.

Wenn es sich bei der tatsächlichen Anwendung um hochkonzentrierte Mineralsuspensionen, grobkörnige Suspensionen oder andere spezielle Suspensionsbedingungen handelt, sollte die in der Kurve dargestellte Leistung bei klarem Wasser nicht direkt als die tatsächliche Betriebsleistung angesehen werden.

7. Was ist der Betriebspunkt der Pumpe?

Der Pumpenbetriebspunkt wird üblicherweise wie folgt bestimmt:

Durchflussmenge + Förderhöhe

Ein Gülletransportsystem kann beispielsweise Folgendes erfordern:

• Ein festgelegter Zieldurchfluss

• Ein entsprechender Systemdruck bei dieser Durchflussrate

Diese Kombination aus Fördermenge und Förderhöhe stellt einen wichtigen Betriebspunkt für die Pumpenauswahl dar.

In einem realen System muss die Pumpenleistung den Systemanforderungen entsprechen.

Daher:

Die maximale Förderhöhe einer Pumpe entspricht nicht ihrer tatsächlichen Betriebsförderhöhe.

Eine Pumpe kann zwar eine relativ hohe maximale Förderhöhe erreichen, aber möglicherweise nicht dieselbe Förderhöhe bei der angestrebten Durchflussrate liefern.

Deshalb müssen bei der Auswahl von Schlammpumpen sowohl die Fördermenge als auch die Förderhöhe berücksichtigt werden.

8. Auswahl einer Schlammpumpe anhand von Fördermenge und Förderhöhe

Die Auswahl der Schlammpumpe kann im Allgemeinen nach den folgenden Schritten erfolgen.

① Ermitteln Sie den erforderlichen Durchfluss

Zuerst muss die erforderliche Förderleistung des Systems ermittelt werden:

Q = Erforderlicher Durchfluss

② Berechnen Sie die erforderliche Systemhöhe

Berechnen Sie die erforderliche Systemhöhe anhand der Einlassbedingungen, der Auslassbedingungen und des Rohrleitungssystems.

Zu den Schlüsselfaktoren gehören:

• Flüssigkeitsstand

• Rohrleitungslänge

• Rohrdurchmesser

• Reibungsverluste

• Lokale Verluste

• Druckbedingungen

③ Bestimmung des Arbeitspunktes

Definieren:

Durchflussrate + erforderliche Förderhöhe

als primärer Einsatzpunkt für die Pumpenauswahl.

④ Vorläufige Zuordnung mithilfe der Performancekurve durchführen

Anhand der Leistungskurve des Herstellers lässt sich der Pumpentyp und die Betriebsdrehzahl bestimmen, die den angestrebten Betriebspunkt abdecken können.

⑤ Bewertung der tatsächlichen Schlammleistung

Die Kennlinie für klares Wasser kann nur als vorläufige Grundlage für die Auswahl verwendet werden.

Bei der konkreten Auswahl sollten auch Betriebsparameter wie die folgenden berücksichtigt werden:

• Spezifisches Gewicht der Suspension (Sm)

• Feststoffkonzentration

• Maximale Partikelgröße

• Viskosität

• Partikeleigenschaften

• Setzungseigenschaften

Diese Parameter werden verwendet, um die Pumpenleistung unter realen Schlammbedingungen zu bewerten.

⑥ Mechanische Konfiguration bestätigen

Nach der Bestimmung von Fördermenge, Förderhöhe und Schlammbedingungen muss auch die mechanische Konfiguration der Pumpe bestätigt werden, einschließlich:

• Laufrad

• Nassbereichskomponenten

• Pumpenrahmen/Halterung

• Lagerbaugruppe

• Welle

• Antriebsanordnung

• Motorleistung

Bei horizontalen Schlammpumpen müssen Pumpenhalterung und Lagerbaugruppe auf die mechanische Belastbarkeit, den Wellendurchmesser, die Antriebskonfiguration und die Betriebsbedingungen abgestimmt sein.

Daher gehört auch die Pumpenhalterung zur endgültigen Pumpenauswahl und kann nicht allein anhand der Größe des Pumpeneinlasses und -auslasses bestimmt werden.

9. Warum kann die Auswahl der Schlammpumpe nicht allein auf der Förderhöhe basieren?

„Eine Pumpe wählen, deren maximale Förderhöhe die erforderliche Anzahl an Metern erreicht“ ist ein gängiger Ansatz, aber diese Methode kann nicht garantieren, dass die Pumpe den tatsächlichen Betriebsbedingungen gerecht wird.

Die Leistungsfähigkeit von Schlammpumpen hängt eng mit Fördermenge, Förderhöhe, Drehzahl, Schlammeigenschaften und der mechanischen Konfiguration der Pumpe zusammen.

Bei gleichen Fördermengen- und Förderhöhenanforderungen können unterschiedliche Schlammkonzentrationen, Partikelgrößen und abrasive Eigenschaften völlig unterschiedliche Pumpentypen, Betriebsdrehzahlen, Laufräder und Nassbereichskomponenten erfordern.

Daher sollten bei der Auswahl von Schlammpumpen folgende Aspekte berücksichtigt werden:

Durchflussrate + Förderhöhe + Schlammeigenschaften + Pumpenleistung + Mechanische Konfiguration

anstatt eine Pumpe nur nach ihrer maximalen Förderhöhe auszuwählen.

10. Welche Daten sollten für die Auswahl von Schlammpumpen bereitgestellt werden?

Falls Sie einen Hersteller von Schlammpumpen zur Pumpenauswahl benötigen, empfiehlt es sich, folgende grundlegende Betriebsdaten anzugeben:

Je vollständiger die Betriebsdaten sind, desto einfacher ist es für den Hersteller, den geeigneten Pumpentyp, die Betriebsdrehzahl, die Nasskomponenten, die Pumpenhalterung und die Motorkonfiguration zu bestimmen.