Pumpenprüffeld
Für die Entwicklung von Pumpen und die Prüfung der fertigen Produkte bspw. für einen Abnahmeversuch als Garantienachweis ist es unerlässlich, auf einem Pumpenprüffeld vorab zu experimentieren und zu kontrollieren (Endkontrolle). Die hierzu notwendigen Prüfstände sind je nach Aufgabenstellung unterschiedlich aufgebaut und reichen vom einfachen Funktionsprüfstand bis zu komplizierten Prüfanlagen für höchste Genauigkeitsansprüche. Hierbei wird zwischen "offenen" und "geschlossenen" Prüfständen unterschieden.
Beim offenen Prüfstand wird die Pumpe an einem Becken mit einem freien Wasserspiegel (siehe Atmosphärenduck) aufgebaut. Hier entnimmt sie diesem das Fördermedium und fördert es über Mess- sowie Regeleinrichtungen (siehe Messtechnik) wieder ins Becken zurück. siehe Abb. 1 Pumpenprüffeld
Abb. 1 Pumpenprüffeld: "Offener" Prüfstand (schematisch)
Bei den geschlossenen Prüfständen (Ringleitungen) können durch geeignete Systemdrucküberlagerungen unterschiedlichste Betriebsbedingungen (siehe NPSH-Anlage) unabhängig von der Aufstellungshöhe der Pumpen simuliert werden. Dies ist besonders wichtig bei Untersuchungen zur Kavitation.
siehe Abb. 2, 3 Pumpenprüffeld
siehe Abb. 2, 3 Pumpenprüffeld
Abb. 2 Pumpenprüffeld: „Geschlossener“ Prüfstand (schematisch)
Abb. 3 Pumpenprüffeld: Blick auf geschlossenen Prüfstand (Kavitationsprüfstand)
Um das Betriebsverhalten von Pumpen messen und beurteilen zu können, muss eine Anzahl charakteristischer Größen gemessen bzw. aus den Messwerten errechnet werden. Das gewährleistet, dass die Größen, Förderstrom, Förderhöhe, Drehmoment, Leistungsbedarf, Drehzahl, Antriebsleistung, NPSH und evtl. Temperaturen während des Prüflaufes bestimmt werden können. Trotz der Möglichkeit oder auch der Notwendigkeit, dass Kreiselpumpen (besonders mit höherem Leistungsbedarf) in der Anlage vor Ort (in situ) geprüft werden, müssen in der Kreiselpumpentechnik die Pumpenprüffelder ständig verbessert, angepasst oder neu geplant werden. In Zukunft werden bspw. Prüffeldmessungen, die bei den Einzelprodukten die Endkontrolle darstellen, noch stärker rationalisiert. Durch den vermehrten Einsatz der elektronischen Datenverarbeitungsanlagen ist der Ablauf einer Pumpenprüfung weitgehend zu automatisieren. Dabei ist auch eine umfassende Dokumentation der gemessenen Daten möglich.
Durch die immer größer werdenden Pumpeneinheiten sind Prüfungen unter originalen Bedingungen auf dem Pumpenprüffeld nicht immer zu realisieren. Daher können Prüfungen mit reduzierter Drehzahl, wie es die Normen zulassen, durchgeführt werden. Alternativ besteht auch die Möglichkeit eines Modelltests. Hierbei wird ein verkleinertes Modell der zu prüfenden Kreiselpumpe untersucht. Diese Versuche verlangen allerdings eine sehr hohe Genauigkeit, da die Versuchsergebnisse auf Realbedingungen hochgerechnet werden müssen (Modellgesetze).
Kriterien für die Planung eines Pumpenprüffeldes
- Aufgabe der Pumpenprüfung (Problemstellung)
- Maßgebliche Normen (siehe Abnahmeregeln)
- Verwendete Messgeräte
- Prüffeldaufbauten
- Spezielle Messeinrichtungen
Aufgabe der Pumpenprüfung
Die Aufgabe der Pumpenprüfung ist der Nachweis von Förder- und Leistungsdaten, die Kontrolle der Funktionstüchtigkeit und Ermittlung von Erkenntnissen zur Verbesserung sowie Weiterentwicklung der Produkte (Forschung und Entwicklung).
Hierzu ist es notwendig, die Messung von Drücken, Förderströmen, abgegebenen und aufgenommenen Leistungen, Drehzahlen, Geräuschen, Festigkeiten, Schwingungen und die Beurteilung von Verhaltensweisen der Pumpen unter besonderen Bedingungen (siehe Betriebsverhalten) durchführen zu können.
Verwendete Messgeräte
Die Messgeräte für Abnahmeversuche müssen hohen Genauigkeitsforderungen genügen und unterliegen einer Eich- und Kalibrierpflicht (Wiederholkalibrierungszyklen empfohlen in der DIN EN ISO 9906). Diese Genauigkeitsanforderungen werden durch die Prüfklasse der verwendeten Abnahmenorm definiert.
Druckmessungen
- Im Allgemeinen sind auf einem Pumpenprüffeld ausreichend: Elektronische Drucktransmitter, Drucksensoren und Federmanometer Klasse 0,6. Der dabei maximal zulässige Fehler des Gerätes liegt bei 0,6 % des Endausschlages.
- In besonderen Fällen wie der Erfassung von Vorgängen (z. B. instationäre Strömung) sind für hochfrequente Aufzeichnungen geeignete Sensoren und Datenlogger erforderlich.
Messung von Förderströmen
- Bei kleineren Förderströmen können Behältermessungen durchgeführt werden.
- Häufiger ist auf dem Pumpenprüffeld der Einsatz genormter Drosselgeräte entsprechend der ISO 5167 (siehe Normblende, -düse und -venturidüse, Venturirohr) sowie der Geschwindigkeitsmessgeräte MID (Magnetisch-Induktive Durchflussmessung) oder Ultraschallmengenmessung und Massemessgeräte nach dem CORIOLIS-Prinzip.
- Bei sehr großen Förderströmen müssen besondere Verfahren eingesetzt werden wie bspw. Flügelmessungen über dem Querschnitt.
Leistungsmessungen
- Für sehr genaue Messungen auf dem Prüffeld bieten sich Drehmomentmessgeräte zwischen Motor und Pumpe an, was meist mit einer Drehzahlmessung verbunden ist.
- Im Normalfall wird die aufgenommene elektrische Leistung des Antriebs nach der Zwei-Wattmeter-Methode gemessen. Die Motor-Eichung erfolgt üblicherweise über die Einzelverlustbestimmung.
Drehzahlmessungen
- Drehzahlmessungen werden auf dem Pumpenprüffeld oft mit digitalen Zählgeräten mittels Impulse je Umdrehung gezählt.
- Werden 60 Impulse je Umdrehungen bei einer Zähldauer von 1 Sek. gewählt, ist eine direkte Anzeige in min-1 möglich. Die Anzeigegenauigkeit ist mit ± 1 min-1 sehr hoch.
- Vereinfacht werden Drehzahlmessungen auch mit Handstich-Drehzählern und Tachometern nach dem Wirbelstrom-Prinzip (Fehler: 0,5 % und weniger) vorgenommen.
Spezielle Messeinrichtungen
- Bei der Planung eines Pumpenprüffeldes müssen auch die z. T. speziellen Anforderungen bei den Geräusch- und Schwingungsmessungen, NPSH-Messungen, Modellversuchen in Wasser, Wälz- und Gleitlagerversuchen, Dauerversuchen und Versuchen mit giftigen, heißen, explosiven Fördermedien in Betracht gezogen werden (siehe Sicherheitsbestimmungen).
- In Sonderfällen kommen Geschwindigkeitsmessungen mit Laser- und Ultraschalltechnik zum Einsatz.
Besonderheiten von Prüfständen
Bei Prüfungen in offenem oder geschlossenem Kreislauf entsprechend den Prüfstandmöglichkeiten wird die gesamte aufgenommene Pumpenleistung in Wärme umgesetzt. Damit ist ein relativ großes Prüfwasser-Reservoir erforderlich sowie evtl. auch Kühleinrichtungen.
