So erkennen Sie Pumpenkavitation

Pumpen sind das Herzstück der meisten industriellen Prozesse und die zweithäufigste Maschine der Welt (nach dem Elektromotor). Da sie so verbreitet sind, werden Pumpen oft übersehen, da sie eine potenzielle Quelle für eine verbesserte Produktivität oder eine Ursache für Mehrkosten sind, wenn sie nicht ordnungsgemäß betrieben werden.

Wie bei jeder Maschine können einige Probleme auftreten. Ein häufiges Problem in Pumpsystemen ist die Pumpenkavitation. Pumpenkavitation verursacht eine Reihe von Problemen, darunter übermäßiger Lärm, Vibrationen und Energieverbrauch, ganz zu schweigen von schweren Schäden an der Pumpe selbst.

Stellen Sie sich vor, Sie kneifen einen Wasserschlauch ab und das Wasser fließt schneller heraus, ist aber belüftet und verteilt. Das passiert bei Pumpenkavitation. Es handelt sich um ein physikalisches Phänomen, das auftritt, wenn der Druck der einströmenden Flüssigkeit niedriger wird als der Dampfdruck der Flüssigkeit. Ein Druckabfall wird typischerweise durch eine erhöhte Geschwindigkeit der Flüssigkeit verursacht. Wenn der Flüssigkeitsdruck auf der Hinterseite des Laufradflügels (gegenüber dem Pumpeneinlass) unter den Verdampfungspunkt der Flüssigkeit fällt, beginnen sich Dampfblasen zu bilden. Wenn die Blasen/Hohlräume zur Auslassseite der Pumpe gelangen und in einen Hochdruckbereich gelangen, implodieren die Hohlräume. Das Implodieren oder Kollabieren dieser Blasen löst im Inneren der Pumpe starke Stoßwellen aus, die zu Schäden am Laufrad, Vibrationen und übermäßigem Lärm führen.

Diese Stoßwellen können zu mechanischen Schäden am Laufrad und an der Pumpe führen, die mit der Zeit nur noch schlimmer werden und zu einem möglichen Pumpenausfall führen können. Faktoren, die den Kompressionsgrad der Dampfblasen beeinflussen, sind die Geschwindigkeit und die Form des Laufrads.

Beim Umgang mit Flüssigkeiten mit höheren Temperaturen erhöht sich das Risiko dieses Ereignisses aufgrund des erhöhten Dampfdrucks.

Pumpenkavitation und Totdruck sind ähnliche Konzepte, aber bei weitem nicht gleich.

Wenn eine Pumpe aufgrund eines geschlossenen Auslassventils oder einer Leitungsverstopfung ohne Durchfluss durch die Pumpe läuft, ist eine tote Förderhöhe aufgetreten. Die Pumpe zirkuliert dasselbe Wasser, wodurch die Wassertemperatur kontinuierlich ansteigt. Wenn die Pumpe zu lange im leeren Zustand weiterläuft, kann eine übermäßige Erwärmung teure Dichtungen beschädigen und die Lebensdauer der Pumpe verkürzen.

Ein toter Druck in einer Kreiselpumpe kann zu Explosionen führen, da der Flüssigkeit in der Pumpe Energie zugeführt wird. Auch hydraulischer Überdruck und mögliche chemische Reaktionen in der Pumpe können durch Überdruck entstehen. Die gleichen Ergebnisse können durch einen längeren Trockenlauf der Pumpe verursacht werden, der zu Kavitation führen kann.

Ein toter Druck bedeutet, dass das Auslassventil geöffnet ist, sodass die Pumpe immer wieder dieselbe Flüssigkeit umwälzt, was zu Schäden am Pumpenmotor führen kann, da die Flüssigkeit zu heiß werden kann. Der Schwachstromschutz erkennt diesen Zustand und löst aus, um den Motor zu schützen.

Kavitation ist insofern ähnlich, als der Schwachstromschutz sie erkennt, abschaltet und auch den Motor schützt. Dieser Zustand bedeutet jedoch, dass die Pumpe trocken läuft und keine Flüssigkeit zum Pumpen vorhanden ist. Auch das führt zu einer Überhitzung des Motors.

Beachten Sie beim Umgang mit Pumpenkavitation, dass es Technologien und Techniken zur Erkennung, Überwachung und Verhinderung von Pumpenkavitation gibt.

Kavitationsschäden können die Lebensdauer des Pumpenlaufrads, der mechanischen Dichtungen, der Lager und möglicherweise anderer Pumpenkomponenten verkürzen. Mit anderen Worten: Dadurch wird die mittlere Zeit zwischen Ausfällen (MTBF) verkürzt, was zu höheren Wartungskosten und Pumpenausfallzeiten führt.

Der häufigste Weg, Pumpenkavitation zu erkennen, sind Geräusche oder Vibrationen. Dabei ist ein hörbares Geräusch zu hören, das einem Knistern ähnelt. Durch das Platzen der Dampfblasen kommt es zu einer verstärkten Vibration der Pumpe, die ebenfalls zu beobachten ist.

Weitere Möglichkeiten zur Erkennung von Pumpenkavitation sind die Temperatur- oder Leistungserkennung am Außenbordmotor. Pumpenkavitation bedeutet, dass wenig bis gar keine Flüssigkeit gepumpt werden muss, während die Pumpe selbst weiterläuft. Trockenes Pumpen auf diese Weise mit sich aufbauendem Dampfdruck führt zu einer Überhitzung des Motors, was die Lebensdauer des Motors verkürzt und möglicherweise zu Schäden am Laufrad und der Pumpe selbst führt.

Alternativ würde der Außenbordmotor einer kavitierenden Pumpe einen Leistungsabfall erfahren.

Sobald ein Ereignis erkannt wird, ist es wichtig, die Ursache des Druckabfalls zu ermitteln und zu beheben. In den meisten Fällen lässt sich das Problem lösen, indem man die Ansaugleitung vereinfacht und so viele Bögen und Ventile wie möglich entfernt:

Um das Auftreten von Kavitation in Zukunft zu verhindern, können routinemäßige Wartungsarbeiten durchgeführt werden. Die empfohlene Wartung umfasst die regelmäßige Überprüfung und Reinigung der Filter und Siebe, die in die Rohrleitungen führen.

In den meisten Branchen werden große, hochkomplexe Pumpen eingesetzt. Der Ausfall dieser kritischen Pumpen könnte zu Ausfallkosten führen, die allein an den Betriebskosten 200.000 US-Dollar pro Tag übersteigen, die Kosten für den Geräteaustausch aufgrund von Schäden nicht eingerechnet. Daher neigen Benutzer dazu, diese Pumpen genau zu überwachen. Da Kavitation eine Pumpe implodieren und ein großes Sicherheitsrisiko darstellen kann, sind Anwender immer auf der Suche nach zuverlässigen Lösungen, mit denen sie dies vorhersagen und verhindern können.

Während die Stoßwellen durch das Platzen der Dampfblasen anhalten, steigt die Temperatur am Außenbordmotor. Motormanagementrelais überwachen und lösen anhand der Temperaturschwellen aus. Der Schutz kann von der Eingangsstromquelle, die den Motor speist, bis hin zur einzelnen Pumpe oder Last reichen. Motormanagement-Relais bieten ein hohes Maß an Überwachungsgenauigkeit und Leistungsschutz für das gesamte Stromsystem und maximieren gleichzeitig die Betriebszeit.

Hören Sie immer auf Ben Franklin: „Eine Unze Vorbeugung ist ein Pfund Heilung wert.“

Durch die Vermeidung von Kavitation erhöhen Anwender die Effizienz und Lebensdauer der Pumpe. Denken Sie daran, dass Vorbeugung die Zeit wert ist. Nehmen Sie sich also die Zeit, ein gründliches Wartungsprogramm durchzuführen, das den Benutzern auf lange Sicht eine Ersparnis bringt.

Asma Motlani ist Produktmanagerin, NEMA-Leistungssteuerungen, Industriesteuerungsabteilung bei Eaton. Weitere Informationen finden Sie unter eaton.com.