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KSB-Funktionsmodell: Lufteinschlüsse in Rohrleitungen

Bei Rohrleitungen mit ausgeprägten Hochpunkten besteht die Gefahr, dass sich in diesen Bereichen ungelöste Gase festsetzen, die den Strömungswiderstand erhöhen. Das führt zu Energieverlust und Mindermengen in der Förderung. Die Lösung: die Entlüftung der Rohrleitungen. Doch welche Möglichkeiten gibt es zur Entlüftung von Rohrleitungen bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten?

Das Funktionsmodell von KSB zeigt die Effekte bei Lufteinschlüssen in Rohrleitungen. Es veranschaulicht verschiedene Möglichkeiten der Entlüftung von Rohrleitungen bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten.

Aufbau des Modells:

Das Funktionsmodell besteht aus einer Rohrleitung mit ausgeprägten Hoch- und Tiefpunkten. Im Zulauf ist diese Rohrleitung mit einer in einem Wasserbecken stehenden Pumpe verbunden. Im Auslauf wird das Wasser wieder ins Becken zurückgeführt.

Die Fördermenge und damit die Fließgeschwindigkeit lassen sich mit je einem Schieber im Zulauf und im Ablauf regeln. Die zu erbringende Förderhöhe der Pumpe wird durch die Wassersäule im Steigrohr verdeutlicht. Ein Display zeigt die Durchflussmenge an.

Was ist ein Gaseinschluss?

Der Begriff Lufteinschluss ist missverständlich – treffender ist es, hier von einem Gaseinschluss zu sprechen, da Luft eine Mischung von bestimmten Gasen im entsprechenden Verhältnis ist. Damit wird das Thema Abwasser mit Ausgasungen, Methangasentwicklung oder Gasbildung mit chemischer Ursache ebenfalls abgedeckt. Das hydraulische Verhalten in Rohrleitungssystemen ist identisch.

Welche Gefahren bestehen?

Die projektierte Fördermenge der ausgelegten Pumpen kann gegebenenfalls nicht erreicht werden, hervorgerufen durch energetische Verluste. Je nach Ausprägung können die Pumpen in einen nichtstationären Betriebszustand geraten, weil die Flüssigkeitssäule im Rohrsystem schwingt. Die zusätzlichen Druckverluste durch die Gaspolster an den Hochpunkten der Rohrleitung erhöhen die Gefahr des Teillastbetriebes der Kreiselpumpe. Die Förderhöhen-Kennlinie fällt mit steigendem volumetrischen Gasanteil ab. Ist das Profil der Rohrleitung nicht bekannt, ist eine Messung empfehlenswert.

Das Gas-Gemisch ist leichter als das Fördermedium und wird von diesem beim Durchströmen der Pumpe durch die Rotation des Laufrades getrennt. Je nach Laufradform kann es zu starker Schwingungsanregung der Pumpe kommen. Das transiente Verhalten des gesamten Systems, also Pumpe – Rohrleitung – Fluid (Gas, Flüssigkeit), verändert sich. Genaue Berechnungen (z.B. Druckstoßberechnungen) werden erschwert und bergen ein entsprechendes Gefahrenpotenzial.

Bei Abwasserstationen besteht die Gefahr von Schwimmschlammbildung an der Wasseroberfläche durch das Austreten des Gases. Bereits beim erstmaligen Füllen einer Rohrleitung können sich Gaseinschlüsse ergeben.

So lassen sich Gaseinschlüsse vermeiden:

  • Bewerten Sie das Fluid in Bezug auf Gas/Gasbildung.
  • Achten Sie auf eine geschickte Pumpensumpfausbildung. Tipp: Ein Pumpensumpf sollte so gestaltet sein, dass es nicht zu einem Gaseintrag  durch Absturz auf die Flüssigkeitsoberfläche kommt. Lässt sich dies nicht vermeiden, muss der Pumpenabstand zu dieser Stelle erhöht werden, um den Gasbläschen die Möglichkeit des Aufsteigens/Ausgasens zu geben.
  • Wenn erforderlich, entlüften Sie Hochpunkte.
  • Sofern möglich, berechnen Sie die Fähigkeit zur Selbstentlüftung; dies ist jedoch meist wegen knapper Pumpenauslegung nicht machbar. Voraussetzung dafür ist außerdem ein ausreichendes Pumpensumpf-Nutzvolumen.

In welchen Rohrleitungen entstehen eigentlich Gaseinschlüsse?

Zu Gaseinschlüssen kann es kommen, wenn das Fördermedium zur Gasbildung neigt oder bereits gasbeladen ist. Mit steigendem Gasanteil pro Volumen Förderflüssigkeit wird die Förderleistung der Pumpe stärker beeinträchtigt.

Je stärker sich geodätische Hochpunkte im Profil einer Rohrleitung ergeben, desto stärker ist die Tendenz zu ernsten Problemen beim Fördervorgang.

Wenn Sie noch Fragen haben oder eine Beratung wünschen, kontaktieren Sie unsere KSB Experten.

Im nächsten Beitrag aus unserer Themenreihe „Hydraulische Modellversuche“ geht es um „Thema Lufteintrag“. Sie dürfen gespannt sein.