Kreiselpumpen Technische Auslegung Centrifugal Pumps ... - Friatec

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2.5 Wirkungsgrad � Der Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis von Förderleistung zu aufgewandter Leistung, dem Leistungsbedarf. mit: � in kg/dm 3 Q in m 3 /h H in m P in kW � in %. 12 � � Q �H � � P �3, 67 Die erreichbaren Wirkungsgrade � von Kreiselpumpen sind stark von folgenden Faktoren abhängig: � spezifische Drehzahl nq � Pumpengröße � Fördermedium � Pumpentyp (z.B. Vertikal- oder Horizontalbauweise etc.) 2.6 Spezifische Drehzahl nq Die nach der Ähnlichkeitsmechanik ableitbare spezifische Drehzahl nq ist die Drehzahl einer geometrisch ähnlichen, einstufigen Kreiselpumpe mit dem Förderstrom Qq = 1 m 3 /h und der Förderhöhe Hq = 1 m. mit: n = Drehzahl in 1/ min Qopt = Förderstrom in m 3 /s Hopt = Förderhöhe in m Sie wird nur für den Punkt des besten Wirkungsgrades berechnet. Q nq � n � H Kreiselpumpen werden nach ihrer spezifischen Drehzahl in Gruppen eingeteilt. Man unterscheidet zwischen: � Langsamläufer nq nq = 11 – 38 1/min (Radialrad) � Mittelläufer nq nq = 38 – 82 1/min (Francisrad) � Schnelläufer nq nq = 82 – 160 1/min (Halbaxialrad) � Schnellstläufer nq nq = 160 – 500 1/min (Propellerrad) opt 3 / 4 opt 2.5 Efficiency � The efficiency describes the ratio of delivery power to power expended, the power requirement (2-6) with: � in kg/dm 3 Q in m 3 /h H in m P in kW � in %. The achievable efficiency � of centrifugal pumps depends heavily on the following factors: � the specific rotation speed nq � the pump size � the pumped medium � the pump type (e.g. vertical or horizontal build, etc.) 2.6 Specific speed of rotation nq The specific speed of rotation nq which can be derived in accordance with the law of similarity, is the speed of rotation of a geometrically similar single stage centrifugal pump with a delivery Qq= 1 m 3 /s and a delivery head Hq = 1 m (2-7) where n = Rotation speed in r.p.m. Qopt = Delivery in m 3 /s Hopt = Delivery head in m It is only calculated for the point of the best efficiency. Centrifugal pumps are divided into groups according to their specific speed of rotation. A distinction is made between � Low speed pump nq nq = 11 - 38 r.p.m. (Radial impeller) � Medium speed pump nq nq = 38 - 82 r.p.m.(Francis imp.) � High speed pump nq nq = 82 - 160 r.p.m.(Semi-axial imp.) � Ultra-high speed pump nq nq = 160 - 500 r.p.m.(Propeller) Abb. 2.a Fig. 2.a Fig 2.a
Deshalb wird die spezifische Drehzahl auch Radform- Kennzahl genannt, d.h. man kann für jeden Einsatzfall (Q, H) unter Wahl der Drehzahl n eine bestmögliche Hydraulik bzgl. Bauform und Wirkungsgrad einsetzen. Mit der spezifischen Drehzahl lassen sich nicht nur bestimmte Laufradformen (Geometrien) zuordnen, sondern auch verschiedene Betriebseigenschaften wie Kennlinienverlauf, Wirkungsgrad, Spaltverluste, Saugverhalten, hydraulische Kräfte etc. ableiten. Mit sinkender spezifischer Drehzahl nq steigen vor allem die inneren Verluste (Radreibungs- und Spaltverluste). Beste Wirkungsgrade kann man deshalb nur zwischen nq = 40...60 1/min erreichen. For this reason the specific speed of rotation is also called the impeller form index i.e. for each application (Q, H) it is possible to use the best possible hydraulics or build form by selecting the speed of rotation n. The specific speed of rotation not only allows specific build forms (geometries) to be assigned, but also different operating properties such as characteristic curve shape, efficiency, tip clearance losses, suction characteristics and hydraulic forces etc. As the specific speed of rotation nq falls, the internal losses (impeller friction losses and tip clearance losses) especially will rise. The best efficiencies can thus only be achieved between nq = 40 and 60 r.p.m. Abb. 2.b Fig Fig 2.b 2.b Entsprechend der spezifischen Drehzahl ändert sich auch die Form der Pumpenkennlinie, d.h. der QH-Verlauf geht von flachen Kennlinien (kleines nq = Radialräder) in sehr steile QH-Verläufe (großes nq = Propeller) über. 2.7 Pumpenkennlinie Eine Kreiselpumpe liefert bei konstanter Drehzahl einen veränderlichen, mit abnehmender Förderhöhe H zunehmenden Förderstrom Q. Desweiteren hängen vom Förderstrom Q der Leistungsbedarf P, der Wirkungsgrad � und der NPSHR-Wert ab. Dies wird in der sog. Pumpenkennlinie dargestellt. Hierbei ist festzuhalten, daß eine Kreiselpumpe vorzugsweise bei Qopt betrieben werden sollte. Die Gründe hierfür liegen beim Wirkungsgradverlauf, dem Anstieg des NPSHR-Wertes bei Teil- und Überlast (q < 1 bzw. q > 1), dem Anstieg der Radialkräfte (vgl. Kapitel 6.1) und den ungünstigen Stömungsverhältnissen im Laufrad bei Teillastbetrieb (Stichwort: Teillastrezirkulation). Deshalb sollte ein Mindestförderstrom von Qmin > 0,5 · Qopt grundsätzlich eingehalten werden. Stetig steigende QH-Kurven (Scheitel der Kurve bei Q = 0) bezeichnet man als stabil, d.h. zu jeder Förderhöhe H gehört nur ein Förderstrom Q. In der Regel beziehen sich die Pumpenkennlinien immer auf die Dichte �� und die kinematische Viskosität � von Wasser bei 20°C, wenn nichts anderes angegeben wird. The shape of the pump characteristic curve will also change in line with the specific speed of rotation, i.e. the QH slope will change from a flat curve (small nq = radial impellers) to a very steep QH slope (large nq = propellers). 2.7 Pump characteristic curve At a constant speed of rotation a centrifugal pump will deliver a variable delivery flow Q, which increases as the delivery head H decreases. Furthermore the power requirement P, the efficiency � and the NPSHR value also depend on the delivery flow Q. This is shown in the so-called pump characteristic curve. Here it must be noted that a centrifugal pump should preferably be run at Qopt. The reasons for this lie in the efficiency slope, the rise in the NPSHR value with partial loading and overloading (q < 1 or q > 1), the rise in the radial forces (see section 6.1) and the unfavourable flow characteristics in the impeller when operating under par-tial loading (Keyword: partial load recirculation.). For this reason a minimum delivery flow of Q min > 0.5 · Qopt should be maintained in principle. Constantly rising QH curves (peak of the curve at Q = 0) are described as stable, i.e. for each delivery head H there is only one delivery flow Q. As a rule the pump characteristic curves always refer to the density � and the kinematic viscosity � of water at 20 ° C, if nothing else is stated. 13
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