Vertikale mehrstufige Pumpe: Funktionsprinzip und Anwendungen

Eine vertikale mehrstufige Pumpe ist für Anwendungen konzipiert, die einen relativ hohen Druck erfordern, aber nicht viel Stellfläche zur Verfügung haben. Es wird häufig in der Gebäudewasserversorgung, industriellen Druckerhöhung, Wasseraufbereitung, Kesselspeisung, Bewässerung, Kühlsystemen und ausgewählten Flüssigkeitskühlungsprojekten für Rechenzentren eingesetzt.

Der Hauptunterschied zwischen dieser Pumpe und einer einstufigen Kreiselpumpe besteht in der Anzahl der Laufräder. Bei einer mehrstufigen Pumpe sind mehrere Laufräder in Reihe angeordnet. Während die Flüssigkeit von einer Stufe zur nächsten gelangt, erhöht sich ihr Druck.

Dadurch eignet sich die Pumpe für Aufgaben, bei denen eine einstufige-Pumpe nicht genügend Förderhöhe erzeugen kann. Allerdings bedeutet ein höherer Druck nicht automatisch eine bessere Leistung. Die Pumpe muss weiterhin dem tatsächlichen Durchfluss, dem Systemwiderstand, den Einlassbedingungen und den Flüssigkeitseigenschaften entsprechen.

A vertikale mehrstufige Pumpeist eine nicht-selbstansaugende-Kreiselpumpe, bei der Motor, Welle und hydraulische Stufen vertikal angeordnet sind.

Bei einer typischen CDL- oder CDLF-Pumpe treibt der Motor die Pumpenwelle über eine Kupplung an. Die Laufräder und Diffusoren sind in einem Druckzylinder eingebaut. Die Saug- und Druckanschlüsse befinden sich am Boden der Pumpe, normalerweise auf derselben horizontalen Ebene. Durch diese Anordnung lässt sich die Pumpe relativ einfach an eine bestehende Rohrleitung anschließen.

Der Begriff „vertikale mehrstufige Pumpe“ ist die gängige technische Beschreibung. Käufer können auch nach vertikaler mehrstufiger Pumpe oder vertikaler Stufenpumpe suchen, obwohl diese Formen in der technischen Dokumentation weniger verbreitet sind.

Da die Pumpe nicht selbstansaugend ist, muss sie vor dem Start mit Flüssigkeit gefüllt werden. Der Einlass muss außerdem geflutet bleiben oder unter ausreichendem Überdruck stehen. Ein Trockenlauf der Pumpe kann innerhalb kurzer Zeit zur Beschädigung der Gleitringdichtung führen.

Flüssigkeit tritt in die Mitte des ersten Laufrads ein. Wenn der Motor die Welle dreht, überträgt das Laufrad Energie auf die Flüssigkeit und bewegt sie durch Zentrifugalkraft nach außen.

Anschließend strömt die Flüssigkeit durch einen Diffusor. Der Diffusor verlangsamt und lenkt die Strömung um, indem er einen Teil ihrer Geschwindigkeit in Druck umwandelt, bevor er sie in das nächste Laufrad leitet.

Der gleiche Vorgang wird in jeder Phase wiederholt. Der Durchfluss bleibt im Großen und Ganzen kontinuierlich, während die von jedem Laufrad erzeugte Förderhöhe zur gesamten Förderhöhe der Pumpe addiert wird. Nach der letzten Stufe gelangt die unter Druck stehende Flüssigkeit in die Auslasskammer und fließt in das System.

Durch Erhöhen der Stufenanzahl erhöht sich normalerweise die verfügbare Förderhöhe. Der Nenndurchfluss wird dadurch nicht unbedingt erhöht. Mehr Stufen wirken sich auch auf die Motorleistung, die Pumpenhöhe, die Axiallast und den maximalen Arbeitsdruck aus. Daher sollte die Anzahl der Laufräder anhand des erforderlichen Betriebspunkts ausgewählt werden und nicht als allgemeines Maß für die Pumpenqualität betrachtet werden.

Hauptkonstruktion

Eine vertikale mehrstufige CDL/CDLF-Pumpe besteht normalerweise aus einem Motor, einer Kupplung, einer Pumpenwelle, einer Gleitringdichtung, einem Druckzylinder, Laufrädern, Diffusoren, Lagern und einer kombinierten Saug- und Druckkammer.

Der Katalog spezifiziert einen vollständig geschlossenen, lüfter-gekühlten, zwei-poligen Motor mit Schutzart IP55 und Isolierung der Klasse F. Die standardmäßigen 50-Hz-Leistungskurven basieren auf Geschwindigkeiten von etwa 2.900 oder 2.950 U/min.

Bei einem Exportprojekt sollten Frequenz und Spannung vor der Auswahl bestätigt werden. Eine aus einer 50-Hz-Kurve ausgewählte Pumpe sollte nicht einfach an eine 60-Hz-Versorgung angeschlossen werden. Die Geschwindigkeitsänderung wirkt sich auf Durchfluss, Förderhöhe, aufgenommene Leistung und NPSH aus.

Auch die Gleitringdichtung verdient Aufmerksamkeit. Für normales sauberes Wasser kann die Standarddichtung ausreichend sein. Heißes Wasser, Glykolmischungen, Salzwasser, Reinigungschemikalien und andere spezielle Flüssigkeiten erfordern möglicherweise eine andere Dichtung oder ein anderes Elastomer.

Der Hauptunterschied zwischen CDL- und CDLF-Pumpen besteht in der Konstruktion des benetzten Abschnitts.

CDL-Modelle kombinieren im Allgemeinen Laufräder, Diffusoren und Druckzylinder aus Edelstahl mit Saugkammern, Auslasskammern, Pumpenköpfen oder Basen aus Gusseisen, je nach Pumpengröße. Sie sind hauptsächlich für saubere, nicht-korrosive Flüssigkeiten bestimmt.

CDLF-Modelle verwenden im benetzten Bereich mehr Edelstahl und eignen sich besser zum Reinigen von Flüssigkeiten mit leicht korrosiven Eigenschaften, sofern die Materialien mit der tatsächlichen Flüssigkeit verglichen wurden.

Zu den gängigen Katalogmaterialien gehört Edelstahl AISI 304 für die Laufräder, Diffusoren und Druckzylinder. Je nach Modell kann die Welle aus AISI 304, AISI 316L oder einer anderen spezifizierten Qualität bestehen.

Für anspruchsvollere Anwendungen können benetzte Komponenten aus SS304-, SS316- oder 2205-Duplex-Edelstahl angeboten werden. Die richtige Wahl hängt von Temperatur, pH-Wert, Chloridgehalt, chemischer Konzentration, Druck und Betriebszeit ab.

In der Praxis sagen uns die Worte „Edelstahlpumpe“ nicht genug. Wir müssen noch das Material der Saugkammer, der Druckkammer, der Welle, der Gleitringdichtung und der Elastomere kennen. Dies ist besonders wichtig für Poolsalzwasser, Meerwasser und chemisch behandeltes Wasser.

• Gebäudewasserversorgung und Druckerhöhung

Vertikale mehrstufige Pumpen werden häufig in Wohngebäuden, Hotels, Krankenhäusern, Bürogebäuden und anderen Einrichtungen eingesetzt, in denen der verfügbare Netzdruck nicht ausreicht.

Sie können in Konstantdruckerhöhungsanlagen, Dach--Tankversorgungssystemen und Druckzonen in Hochhäusern eingebaut werden.

Die erforderliche Förderhöhe sollte aus der statischen Höhe, den Rohrverlusten, dem Gerätewiderstand und dem am endgültigen Auslass erforderlichen Druck berechnet werden. Die Auswahl einer Pumpe nur anhand der Anzahl der Stockwerke führt häufig zu einem zu hohen oder zu geringen Druck.

Ändert sich der Systembedarf im Laufe des Tages erheblich, sind zwei oder mehr kleinere Pumpen mit variabler Drehzahlregelung oft die bessere Wahl als eine große Pumpe.

• Industrielle Wasser- und Druckerhöhung

Zu den typischen industriellen Aufgaben gehören die Prozesswasserversorgung, die Verstärkung der Produktionslinie, das Waschen der Ausrüstung, die Beschickung von Filtersystemen und die Hochdruckreinigung.

Diese Systeme haben oft mehr als einen Betriebszustand. Beispielsweise kann eine Reinigungslinie kurzzeitig einen hohen Durchfluss, während der normalen Produktion jedoch einen viel geringeren Durchfluss erfordern. In solchen Fällen sollte die Pumpe sowohl im normalen Betriebspunkt als auch bei maximalem Bedarf überprüft werden.

Wenn der erforderliche Durchfluss hoch, aber die Förderhöhe relativ niedrig ist, vergleichen wir normalerweise die mehrstufige Pumpe mit einer einstufigen Inline- oder Endansaugpumpe. Eine mehrstufige Pumpe ist nicht automatisch die effizienteste Wahl für jedes industrielle Wassersystem.

• Wasseraufbereitungs- und Membransysteme

Vertikale mehrstufige Pumpen werden häufig in der Filtration, Ultrafiltration, Reinwasserausrüstung, Umkehrosmosesystemen und anderen Wasseraufbereitungsprozessen eingesetzt.

Die Pumpe kann zur Versorgung von Filtern, zur Aufrechterhaltung des Drucks vor einem Membranabschnitt oder zur Umwälzung von Wasser durch einen Teil des Aufbereitungssystems verwendet werden.

Seine Aufgabe hängt vom erforderlichen Aufbereitungsdurchfluss und dem Widerstand der Filter, Ventile, Membranmodule und Rohrleitungen ab.

Der Filterwiderstand bleibt nicht konstant. Wenn ein Filter Verunreinigungen sammelt, steigt sein Druckabfall. Die Pumpe sollte daher sowohl auf sauberen als auch auf verschmutzten Filterzustand überprüft werden. Die Differenzdrucküberwachung ist nützlich, da sie anzeigt, wann eine Reinigung oder ein Austausch erforderlich ist.

Bei der Meerwasserentsalzung können CDL/CDLF-Pumpen für die Vorbehandlungsversorgung, die Hilfszirkulation oder die Membranzufuhr in Betracht gezogen werden, wenn der Druck und die Materialien geeignet sind. Es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass ein Standardmodell für die Hochdruck-Meerwasser-Umkehrosmose geeignet ist. Hoher Salzgehalt, Chloridkonzentration, Betriebsdruck und Dauerbetrieb erfordern eine separate Material- und Druckprüfung.

• Pool-Salzwasser und Salzwasser

Eine vertikale mehrstufige Pumpe kann Poolsalzwasser fördern, wenn die Materialien, die mechanische Dichtung und die Betriebsbedingungen geeignet sind.

Zu den Informationen, die wir normalerweise benötigen, gehören Salzgehalt, Chloridkonzentration, pH-Wert, Wassertemperatur, Desinfektionsmittel und Betriebsstunden. Haare, Sand, Fasern und andere Rückstände sollten entfernt werden, bevor das Wasser die Pumpe erreicht.

Ein Filter oder eine Membran kann die Pumpe vor Partikeln schützen, verhindert jedoch keine Chloridkorrosion. SS304 mag für einige Anwendungen mit niedrigem Chloridgehalt akzeptabel sein, ist jedoch keine universelle Wahl für Salzwasser. Abhängig von der tatsächlichen Wasseranalyse kann SS316, 2205 Duplex-Edelstahl oder ein anderes Material erforderlich sein.

• Kesselspeisung, Warmwasser und Kondensat

Die CDL/CDLF-Reihe kann für ausgewählte Kesselspeise-, Warmwasser- und Kondensataufgaben verwendet werden.

Der Katalog gibt einen Flüssigkeitstemperaturbereich von -15 Grad bis 70 Grad für Standardversionen und -15 Grad bis 120 Grad für Heißwasserversionen an. Der genaue Grenzwert hängt weiterhin vom gewählten Modell, der Dichtung, dem Druck und den Einlassbedingungen ab.

Heißes Wasser erfordert besondere Aufmerksamkeit, da sein Dampfdruck höher ist. Eine Pumpe kann den erforderlichen Förderdruck erreichen und trotzdem kavitieren, wenn der Eingangsdruck zu niedrig ist. Bei Kesselspeise- und Kondensatanwendungen sollten NPSH und Mindesteinlassdruck immer überprüft werden.

• HVAC und Industriekühlung

Vertikale mehrstufige Pumpen können in Kühlwassersystemen, Luft-{1}Kreisläufen, Wärmetauscherkreisen und anderen Systemen mit relativ hohem Widerstand eingesetzt werden.

In einem geschlossenen Kreislauf überwindet die Pumpe hauptsächlich Reibung und Druckverluste der Anlage. Normalerweise muss das Wasser nicht über die gesamte Höhe des Gebäudes gefördert werden. Die Betrachtung der Gebäudehöhe als Pumpenhöhe in einem geschlossenen Kreislauf kann zu einer erheblichen Überdimensionierung führen.

Für einen Kühlkreislauf mit großem-Durchfluss und niedrigem-Druck kann eine einstufige-Pumpe die bessere Option sein. Die Anlagenkurve sollte über den Pumpentyp entscheiden.

• Flüssigkeitskühlung für KI-Rechenzentren

Einige Flüssigkeitskühlsysteme für Rechenzentren weisen einen ausreichenden Druckverlust auf, um eine vertikale mehrstufige Pumpe zu rechtfertigen. Zu den möglichen Aufgaben gehören CDU-Zirkulation, Plattenwärmetauscherschleifen, lange Rohrstrecken, Druckerhöhung im Rack-Zweig und redundante Kühlpumpensätze.

Die Pumpe ist normalerweise Teil eines größeren Kreislaufs, der CDUs, Wärmetauscher, Kühlplatten, Filter, Steuerventile, Schläuche und Schnellanschlüsse enthält. Der Druckverlust durch alle diese Komponenten muss in die Berechnung einbezogen werden. Bei parallelen Regalabzweigungen ist zusätzlich der hydraulisch ungünstigste Abzweig zu prüfen.

Die Eigenschaften des Kühlmittels sind ebenso wichtig wie Durchfluss und Förderhöhe. Wasser-Glykolmischungen haben eine höhere Viskosität als Wasser, insbesondere bei niedrigen Temperaturen. Dies erhöht den Rohrwiderstand und kann sowohl die Pumpenleistung als auch den Motorleistungsbedarf verändern.

Entionisiertes Wasser und dielektrische Kühlmittel werfen unterschiedliche Fragen zu Korrosion, Leitfähigkeit, Dichtungen und Elastomeren auf. Eine standardmäßige Frischwasserpumpe sollte daher nicht für ein Flüssigkeitskühlungsprojekt spezifiziert werden, ohne das tatsächliche Kühlmittel zu prüfen.

Zuverlässigkeit ist ein weiterer wichtiger Aspekt. Kritische Einrichtungen erfordern möglicherweise N+1- oder 2N-Redundanz, automatische Pumpenumschaltung, variable-Geschwindigkeitssteuerung, Leckerkennung und Kommunikation mit dem Gebäude- oder Rechenzentrumsverwaltungssystem.

• Bewässerung und allgemeiner Industrieservice

Das Sortiment kann auch für die Bewässerung von Ackerland, Sprinkleranlagen, Tropfbewässerung, Wasserversorgung von Geräten und andere Aufgaben im Bereich saubere -Flüssigkeiten verwendet werden.

Wasser, das Sand, Fasern oder erhebliche Schwebstoffe enthält, sollte gefiltert werden, bevor es in die Pumpe gelangt. Standard-CDL/CDLF-Pumpen sind keine Abwasserpumpen und sollten nicht für abrasive oder stark verschmutzte Flüssigkeiten verwendet werden.

Laut CDL/CDLF-Katalog ist die Standardpumpe für saubere, dünne, nicht{0}entflammbare und nicht{1}}explosive Flüssigkeiten ohne feste Partikel oder Fasern vorgesehen.

Die allgemeinen Grenzwerte sind:

• Standardflüssigkeitstemperatur: -15 Grad bis 70 Grad;
• Heißwasserversion: -15 Grad bis 120 Grad;
• Maximale Umgebungstemperatur: 40 Grad;
• Standardaufstellhöhe: bis zu 1.000 m.
• Über 40 Grad Umgebungstemperatur oder 1.000 m Höhe wirkt sich eine verringerte Luftdichte auf die Motorkühlung aus. Der Motor muss möglicherweise herabgestuft oder durch ein Gerät mit höherer-Nennleistung ersetzt werden.

Maximaler Arbeitsdruck

Für den gesamten CDL/CDLF-Bereich gibt es keine einheitliche Druckstufe.

Je nach Modell und Anschlussanordnung sind im Katalog maximale Arbeitsdrücke von 16, 20, 25 oder 30 bar aufgeführt. Einige in Klammern angegebene höhere Werte erfordern eine spezielle Konfiguration.

Bei der Prüfung des Systemdrucks müssen der Einlassdruck und der von der Pumpe-erzeugte Druck zusammen berücksichtigt werden. Auch Kopfabschaltungen und vorübergehende Druckstöße sollten berücksichtigt werden.

Dies ist bei Membran- und Flüssigkeitskühlsystemen wichtig, da Filter, Membrangehäuse, CDUs, Wärmetauscher, Kühlplatten, Schläuche und Schnellanschlüsse möglicherweise niedrigere Druckwerte haben als die Pumpe selbst.

NPSH und Einlassbedingungen

Kavitation tritt auf, wenn der Druck am Laufradeinlass für die Flüssigkeitstemperatur zu niedrig wird. Dies kann zu Geräuschen, Vibrationen, instabiler Strömung, verringerter Förderhöhe und Schäden am Laufrad oder der mechanischen Dichtung führen.

Das Risiko ist höher, wenn:

• Die Flüssigkeit ist heiß;
• Die Pumpe saugt aus einem Tank mit niedrigem{0}}Füllstand;
• Das Einlassrohr ist lang oder zu klein;
• Die Pumpe läuft nahe dem Ende ihrer Kurve mit hohem -Durchfluss;
• Die Installation befindet sich in großer Höhe.
• Ein Filter ist verstopft;
• Die Flüssigkeit hat eine höhere Viskosität als Wasser.

Ein kurzes, ausreichend dimensioniertes Einlassrohr mit möglichst wenigen Einschränkungen sorgt normalerweise für bessere Einlassbedingungen. Filter sollten auf Druckabfall überwacht werden, damit eine fortschreitende Verstopfung nicht zu einer Leistungsverkürzung der Pumpe führt.

Eine zuverlässige Auswahl beginnt mit dem erforderlichen Durchfluss und der Gesamtförderhöhe. Wenn sich der Bedarf ändert, ist es besser, einen minimalen, normalen und maximalen Durchfluss anstelle eines Spitzenwerts bereitzustellen.

Bei einem offenen System umfasst die Gesamtförderhöhe normalerweise den statischen Auftrieb, die Rohrreibung, Ventil- und Armaturenverluste, den Gerätewiderstand und den erforderlichen Ausgangsdruck. In einem geschlossenen Kreislauf basiert die Berechnung hauptsächlich auf dem Rohr- und Gerätewiderstand.

Vermeiden Sie „aus Sicherheitsgründen“ eine übermäßige Zugabe von Förderhöhe. Eine überdimensionierte Pumpe läuft oft mit einem gedrosselten Ventil, verbraucht mehr Energie und arbeitet außerhalb ihres besten-Effizienzbereichs.

Die Flüssigkeit sollte dann richtig definiert sein. Neben dem Namen benötigen wir Temperatur, Dichte, Viskosität, pH-Wert, chemische Konzentration und Feststoffgehalt. Für Salzwasser ist die Chloridkonzentration entscheidend. Für die Flüssigkeitskühlung müssen Art und Konzentration des Glykols oder eines anderen Kühlmittels angegeben werden.

Abschließend sollte der vorgeschlagene Betriebspunkt anhand der tatsächlichen Pumpenkennlinie überprüft werden. Flow und Kopf allein reichen nicht aus. Effizienz, Leistungsaufnahme, NPSH, Abschalthöhe und der zulässige Betriebsbereich sollten ebenfalls überprüft werden.

Häufige Auswahlprobleme

Bei Pumpenanfragen tauchen immer wieder mehrere Fehler auf:

• Auswahl nach Motorleistung statt nach Durchfluss und Förderhöhe;
• Unter der Annahme, dass mehr Stufen immer eine bessere Pumpe bedeuten;
• Eingangsdruck und NPSH werden ignoriert;
• Alle Edelstahlsorten als gleichwertig behandeln;
• Anwenden einer 50-Hz-Kurve auf ein 60-Hz-Projekt;
• Angenommen, ein Filter löst ein Korrosionsproblem;
• Ignorieren des Druckanstiegs an einem verschmutzten Filter;
• Auswahl nur für Spitzenbedarf;
• Vergessen des Drucks, der beim Abschalten entsteht;{0}}
• Verwendung einer Standard-Wasserpumpenkonfiguration-für ein unbekanntes Kühlmittel.

Die meisten dieser Probleme können vermieden werden, wenn vor der Auswahl des Pumpenmodells die Systemleistung und die Flüssigkeitsdaten bereitgestellt werden.

Informationen, die in eine Anfrage einbezogen werden sollen

Für eine normale Wasseranwendung stellen Sie bitte Folgendes bereit:

• Erforderlicher Durchfluss und Förderhöhe;
• Flüssigkeits- und Betriebstemperatur;
• Eingangsdruck- oder Saugbedingungen;
• Maximaler Systemdruck;
• Spannung und Frequenz;
• Bevorzugte Materialien;
• Anschlussgröße und -standard;
• Innen- oder Außenaufstellung;
• Kontinuierlicher oder intermittierender Betrieb;
• Variable-Geschwindigkeit oder Anforderungen an mehrere-Pumpen.

Geben Sie für Salzwasser-, Membran-, Chemie- oder Flüssigkeitskühlungsanwendungen auch die Flüssigkeitszusammensetzung, den Chloridgehalt, die Viskosität, den Filterdruckverlust, die Betriebsstunden, die Steuerungsanforderungen und die erforderliche Redundanz an.

A vertikale mehrstufige Pumpebaut Druck auf, indem die Flüssigkeit durch mehrere in Reihe geschaltete Laufräder geleitet wird. Seine kompakte Stellfläche und seine hohe Förderhöhe machen ihn zu einer praktischen Wahl für die Gebäudeversorgung, industrielle Druckerhöhung, Wasseraufbereitung, Warmwasserversorgung, Bewässerung, Kühlung und ausgewählte Entsalzungs- oder Rechenzentrumsprojekte.

CDL-Pumpen sind im Allgemeinen für saubere, nicht korrosive Flüssigkeiten konzipiert. CDLF-Pumpen verwenden im benetzten Bereich mehr Edelstahl und können leicht korrosive Flüssigkeiten verarbeiten, wenn die Materialkompatibilität bestätigt wurde. Je nach Anwendung kommen SS304-, SS316- oder 2205-Duplex-Edelstahl in Betracht.

Die endgültige Entscheidung sollte auf dem tatsächlichen Betriebspunkt und den Betriebsbedingungen basieren. Durchfluss, Förderhöhe, Temperatur, Einlassdruck, NPSH, Materialien, Motordaten und maximaler Systemdruck müssen alle mit der ausgewählten Pumpenkurve übereinstimmen.

Dieser Ansatz führt in der Regel zu besseren Ergebnissen als die Auswahl einer Pumpe allein aufgrund der Motorleistung, der Rohrgröße oder der Anzahl der Stufen.