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V

Venturirohr

Das Venturirohr ist ein Wirkdruckmengenmessgerät, das hinsichtlich seiner geometrischen Abmessungen, seiner Oberflächengüte und seiner Einbaubedingungen den Festlegungen der Norm DIN EN ISO 5167-4 entspricht. 

Es besteht aus einem sich verengenden Einlaufteil, an das sich ein zylindrischer Teil anschließt, und einem konischen Expansionsteil, das als Diffusor bezeichnet wird. siehe Abb. 1 Venturirohr

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Die Gesamtdruckverluste des Venturirohres sind bei gleicher Nennweite und gleichem Durchmesserverhältnis geringer als bei einer Normventuridüse. Die Längen der Zulaufstrecken sind für eine mit anderen Wirkdruckmengenmessgeräten vergleichbare Messgenauigkeit deutlich kürzer als bei einer Normventuridüse.

Der Durchfluss wird aus der gemessenen Wirkdruckhöhe und dem Durchflusskoeffizient (C) mit der Formel für Wirkdruckmessgeräte berechnet.

Verdrängerpumpe

Die Bezeichnung Verdrängerpumpe ist der Sammelbegriff aller Pumpen, die nach dem Verdrängungsprinzip arbeiten. Sie wird auch als volumetrische Pumpe bezeichnet und fördert das Medium in einem in sich geschlossenen Volumen. Dabei führt die durch die Verdrängungskörper hervorgerufene periodische Volumenänderung in den Arbeitsräumen, die durch Trennelemente gegen die Zu- und Ableitung abgegrenzt werden, dem Fördermedium Energie zu. Als Trennelemente verhindern bei oszillierenden Verdrängerpumpen siehe Abb. 1 Verdrängerpumpe die durch Druckunterschiede selbsttätig gesteuerten Rückschlagventile oder Rückschlagklappen oder bei höheren Drehzahlen durch das Kurbeltriebwerk gesteuerte Schieber den Rückfluss des Mediums in die Saug- oder Druckleitung. Bei rotierenden Verdrängerpumpen dienen Spaltdichtungen, die sich mit der Drehbewegung der Verdrängerkörper verändern, als Trennelemente. Sie alle haben die Aufgabe, zum richtigen Zeitpunkt den Ein- oder Austritt des Fördermediums in oder aus dem Arbeitsraum so zu steuern, dass durch das wechselweise Ansaugen und Verdrängen durch den Verdrängungskörper ein Förderstrom in einer durch die Konstruktion festgelegten Weise erzeugt wird. Die Förderhöhe ist hierbei von der Pumpendrehzahl unabhängig. 

Es wird zwischen fester (Konstantpumpe) und einstellbarer Volumenverdrängung (Verstellpumpe) unterschieden. Je nach ihrer Bewegung gibt es Konstruktionen mit hin- und hergehenden "oszillierenden" oder umlaufenden "rotierenden" Verdrängungskörpern. Die oszillierende Bewegung kann geradlinig (z. B. bei der Hubkolben- oder Membranpumpe) oder bogenförmig (z. B. bei der Flügelpumpe) sein. Rotierende Verdrängerpumpen sind Zahnrad-, Schraubenspindel-, Exzenterschnecken-, Kreiskolben-, Wasserring-, Flügelzellen-, Drehflügel- und Schlauchpumpe. Die bekannteste Verdrängerpumpe ist die Kolbenpumpe mit geradliniger Hubbewegung und bspw. Tauchkolben (Plunger) als Verdrängungskörper. siehe Abb. 1 Verdrängerpumpe

Durch gegenüberliegende Anordnung zweier Arbeitsräume mit gleichen Verdrängungskörpern wird aus der einfach- eine doppeltwirkende Verdrängerpumpe, deren Drehmomentverlauf und Förderstrom dann gleichmäßiger sind. 

Zum weiteren Ausgleich des pulsierenden Förderstromes werden als Kurzzeitspeicher wirkende Windkessel in der Saug- und Druckleitung angeordnet oder mehrere Zylinder mit gemeinsamer Kurbelwelle nebeneinander geschaltet (z. B. Zwillings- (Duplex-) oder Drillingspumpe (Triplexpumpe)). Die Zylinder können mit horizontaler (liegender) oder vertikaler stehender Achse gebaut werden. Die Kurbelwelle liegt meistens horizontal.
siehe Abb. 1 Verdrängerpumpe

Hauptverwendungsgebiete der Verdrängerpumpe sind Anlagen mit Bedarf an Druckwasser und -öl (Presspumpe) in der chemischen Industrie (z. B. Dosierpumpe), vielfach auch auf Schiffen und in kleineren bis mittleren Industrieanlagen. 

Hohe Stückzahlen als Einspritzpumpen in Dieselmotoren benötigt die Kraftfahrzeugindustrie. In der Antriebstechnik haben die Verdrängerpumpen weite Verbreitung in Form der Radial- und Axialkolbenmaschinen zur stufenlosen Energieübertragung gefunden.

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Verfügbarkeit

Die Verfügbarkeit ist ein Merkmal für die Zuverlässigkeit einer Anlage, eines Systems oder einer Maschine. Sie ist definiert als das Verhältnis von Betriebs- plus Bereitschaftsstundenzahl in einem bestimmten Zeitraum zur Dauer des Zeitraumes. Die Verfügbarkeit kennzeichnet damit die Wahrscheinlichkeit, mit der bspw. eine Maschine zu einem bestimmten Zeitpunkt in funktionsfähigem Zustand ist.

Verlustleistung

Die Verlustleistung (Pv) ist die Differenz zwischen aufgenommener und abgegebener Leistung eines Gerätes, Apparates, Pumpenaggregats oder Prozesses. Bei elektrischen und elektronischen Geräten, sowie Pumpen, Apparaten und Prozessen wird diese unerwünschte Verlustleistung in Wärme umgesetzt (siehe Förderhöhe, Wirkungsgrad). 

Verlustleistung entsteht z. B. bei der Übertragung elektrischer Energie über Leitungen. 

Der Leitungsverlust bei der Übertragung elektrischer Energie hängt direkt vom Leitungswiderstand (R) und damit von der Leitungsdicke sowie dem verwendeten Material und vom fließenden elektrischen Strom (I) ab. Er lässt sich mithilfe des Spannungsabfalls über den Leitungswiderstand R (U) berechnen:

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Zu berücksichtigen ist die Verlustleistung besonders bei der Energieübertragung und Energiewandlung als zu minimierender Verlust wie in Getrieben (mechanische Energie), Transformatoren (elektrische Energie), Motoren (Wandlung von elektrischer in mechanische Energie), Pumpen (Wandlung von mechanischer in hydraulische Energie). Das Abführen der entstehenden Verlustwärme erfolgt durch Strahlung, Wärmeübertragung oder Konvektion (Kühler).

Verschleiß

Der Verschleiß ist eine Abnutzungserscheinung, d. h. der fortschreitende Materialverlust aus der Oberfläche eines festen Körpers, der durch mechanische Ursachen wie Kontakt und Relativbewegung eines festen, flüssigen oder gasförmigen Gegenkörpers (siehe Abrasion) entsteht. 

Als wesentliche Möglichkeit, die Lebensdauer von Maschinen und Geräten zu verlängern, gilt die Verringerung von Verschleiß. Es gibt verschiedene Arten von Verschleiß, wobei in Kreiselpumpen bestimmte Verschleißarten häufiger auftreten. siehe Abb. 1 Verschleiß

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Viskosität

Die Viskosität ist die Eigenschaft eines Fluids, der gegenseitigen Verschiebung benachbarter Schichten einen Widerstand entgegenzusetzen (innere Reibung). Unterschieden wird zwischen der dynamischen und kinematischen Viskosität. Die physikalische Definition geht aus dem NEWTONschen Schubspannungsansatz hervor (NEWTONsche Flüssigkeit).

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Die Fließkurve im Diagramm zur Schubspannung (τ= f(∂vx/∂y)) siehe Abb. 1 Stoffförderung ist danach eine Ursprungsgerade. Alle anderen Kurvenverläufe kennzeichnen nicht-NEWTONsche Flüssigkeiten, die in das Gebiet der Stoffförderung gehören und deren Wirkung auf den Betrieb von Kreiselpumpen sich nicht mittels der entsprechender Verfahren umrechnen lässt. 

In der Praxis ist es allerdings üblich, das Viskosität-Dichte-Verhältnis (kinematische Viskosität) anzugeben. 

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Die SI-Einheit der dynamischen Viskosität ist Ns/m2 = Pas, die SI-Einheit der kinematischen Viskosität ist m²/s. 

Der Name "dynamische Viskosität" leitet sich von griechisch "dynamis", die Kraft ab, da in der SI-Einheit eine Krafteinheit (N) enthalten ist. Hingegen enthält die kinematische Viskosität in der SI-Einheit nur kinematische Größen für Länge (m) und Zeit (s). 

Die Abhängigkeit der kinematischen Viskosität ν von der Temperatur t lässt sich sowohl für Wasser siehe im Anhang unter Dampfdruck siehe Abb. 1 Dampfdruck als auch für Mineralöldestillate darstellen, wobei die Teilung der Koordinatenachsen derart gewählt ist, dass gerade Linien entstehen. siehe Abb. 1 Viskosität

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Mit steigender Temperatur werden fast alle Flüssigkeiten dünnflüssiger, ihre Viskosität nimmt ab.
siehe Abb. 2 Viskosität

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Die dynamische Viskosität η kann für alle Flüssigkeiten zur Aufzeichnung der Fließkurve mit einem Rotationsviskosimeter gemessen werden: In einem mit der Prüfflüssigkeit gefüllten zylindrischen Topf rotiert ein Zylinder mit frei wählbarer Drehzahl. Gemessen werden bei mehreren Drehzahlen das Antriebsmoment, die Umfangsgeschwindigkeit, die Größe der benetzten Zylinderfläche und der Wandabstand im Topf. Die Viskosimetrie beinhaltet auch andere Verfahren z.B. Kugelfall- und Durchflussverfahren. 

Einfluss auf die Pumpenkennlinien 

Die Kennlinien der Kreiselpumpen zeigen erst ab einer kinematischen Viskosität ν > 20 ·10-6 m2/s spürbare Einflüsse und müssen erst ab dieser Grenze mit empirisch ermittelten Umrechnungsfaktoren umgerechnet werden. Die beiden bekanntesten Verfahren sind die nach "Standards of the Hydraulic Institute (HI)" und nach KSB. Beide Verfahren benutzen zur Darstellung der Umrechnungsfaktoren Diagramme, die zwar in ähnlicher Weise gehandhabt werden, die sich aber darin unterscheiden, dass im KSB-Verfahren außer den Einflussgrößen Q, H und auch noch zusätzlich der deutliche Einfluss der spezifischen Drehzahl ns enthalten ist. Das HI-Verfahren siehe Abb. 3 Viskosität wurde nur bei ns = 15 bis zu 20 min-1 gemessen und führt in diesem engen Anwendungsbereich zu zahlengleichen Ergebnissen wie das KSB-Verfahren siehe Abb. 4 Viskosität, das im ns-Bereich von 6,5 bis zu 45 min-1 und bei Viskositäten bis  νz = 4000 · 10-6 m2/s gemessen wurde. Die Benutzung beider Diagramme ist durch eingezeichnete Beispiele erläutert.

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Der Förderstrom Q, die Förderhöhe H und der Wirkungsgrad η einer einstufigen Kreiselpumpe, die für einen Wasserbetrieb (Index W) bekannt sind, lassen sich nun für den Betrieb mit einer höher viskosen (zähen) Flüssigkeit (Index Z) wie folgt umrechnen:

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Die Faktoren f werden im HI-Verfahren k genannt; beide sind in den Abbildungen 3 und 4 grafisch aufgetragen; in Abb. 4 Viskosität muss zusätzlich die Pumpendrehzahl n eingelesen werden und die spezifische Drehzahl ns des Pumpenlaufrades bekannt sein. 

Mit diesen Faktoren können dann die für Wasserbetrieb bekannten Betriebsdaten für höher viskose Flüssigkeiten umgerechnet werden; die Umrechnung gilt im Lastbereich:

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Vereinfacht also bei drei Förderströmen 0,8 und 1,0 und 1,2 Qopt mit der einzigen Ausnahme: 

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Beim Förderstrom Q = 0 ist einfach zu setzen:

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Ein Rechenschema erleichtert die Umrechnung. siehe Abb. 5 Viskosität

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Nachdem auch die Leistung bei den drei Förderströmen (siehe Gleichung Lastbereich) berechnet wurde gemäß

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können danach alle Kennlinien aus jeweils 4 bzw. 3 berechneten Punkten über Qz aufgezeichnet werden. siehe Abb. 6 Viskosität

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Sind in der umgekehrten Aufgabenstellung nicht die Wasserwerte, sondern die Daten bei Betrieb mit höher viskoser Flüssigkeit gegeben (z. B. bei der Suche einer geeigneten Pumpe für den geforderten Betriebspunkt), schätzt man zunächst die Wasserwerte und nähert sich dann mit den Umrechnungsfaktoren fQ , fH und fη iterativ in einem zweiten (oder notfalls dritten) Schritt der Lösung. Oberhalb einer spezifischen Drehzahl von ns ≈ 20 min-1 führt das besser angepasste KSB-Rechenverfahren zu geringeren Antriebsleistungen, unterhalb dieser Grenze sind die berechneten Antriebsleistungen nach HI zu klein! 

Einfluss auf die Anlagenkennlinien 

Da bei den NEWTONschen Flüssigkeiten alle hydrodynamischen Gesetze ihre Gültigkeit ohne Einschränkung behalten, gelten auch die Berechnungsformeln und Diagramme für die Rohrreibungsbeiwerte und für die Verlustbeiwerte in Armaturen weiterhin. Man muss nur bei der Berechnung der REYNOLDS-Zahl Re = v · d/ν anstelle der kinematischen Viskosität νw von Wasser jetzt νz der jeweiligen höher viskosen Flüssigkeit einsetzen, womit sich eine kleinere Re-Zahl und folglich ein größerer Rohrreibungsbeiwert λz (siehe auch Druckhöhenverluste) ergeben.

Visualisierung

Die Visualisierung bedeutet die grafische Darstellung von Daten oder Zusammenhängen, die durch einen Datenbestand gegeben sind. Sie dient der Steuerung und Kontrolle automatisierter Maschinen und Anlagen (siehe auch Kommunikationssystem). 

Zur Darstellung werden elektronische Anzeigen wie Monitore oder Grafikdisplays eingesetzt. So können bspw. Maschinenbedienstationen mit Text-/Grafikanzeigen oder als PC-basierte Lösung ausgeführt werden. 

Bei der experimentellen Untersuchung von Strömungsvorgängen kann ebenfalls eine Visualisierung der Strömung erfolgen, indem dieser bspw. Farbstoffe oder sogenannte Tracer-Partikel zugefügt werden.

Vorbeugende Wartung

Die vorbeugende Wartung steht für einen Prozess, in dem mit geeigneten Sensoren über Kumulieren der Messwerte der Verschleiß einer Komponente mit einer Auswertungssoftware bestimmt wird. Darüber kann dann der optimale Wartungszeitpunkt ermittelt und im Anschluss daran in einen elektronischen Wartungsplan eingetragen werden.


Inspektions-Service

Vordrallregelung

Eine Vordrallregelung ermöglicht eine Veränderung der Förderhöhe. Dazu wird vor einem Laufrad noch ein Leitrad eingebaut, bei dem dessen Leitschaufeln verstellbar sind. Die Verstellung von Leitschaufeln ist bei Kreiselpumpen bis auf die Regelung mittels Vordrallverstellung recht selten. 

Der Regelbereich wächst mit zunehmender spezifischer Drehzahl an, wodurch der Einsatz auf halbaxiale und axiale Laufräder begrenzt ist. 

Der bei der Vordrallregelung nötige Aufwand ist gegenüber anderen Regelungsarten eher niedrig.

Vorgelege

Als Vorgelege wird ein Zusatzgetriebe bezeichnet, das die Umdrehungszahl der angetriebenen Welle verringert und damit das zur Verfügung stehende Drehmoment erhöht. Es ist meist unsynchronisiert und lässt sich daher nur im Stillstand sowie ohne Last schalten.

Vorsatzläufer

Der Vorsatzläufer wird auch als Inducer bezeichnet und ist ein axiales Laufrad mit geringer Schaufelzahl, das unmittelbar vor dem regulären Laufrad einer Kreiselpumpe angeordnet ist sowie die gleiche Drehzahl wie dieses aufweist. Er wird bei mehrstufigen Pumpen entsprechend vor der ersten Stufe angeordnet. 

Die Aufgabe des Vorsatzläufers ist die Verminderung des erforderlichen NPSH-Wertes der Pumpe. Dies geschieht durch Erhöhung des statischen Drucks vor dem Laufrad. Dabei spielt auch die Drallströmung (Gleichdrall) hinter dem Vorsatzläufer eine wichtige Rolle (siehe Zulaufbedingung).
siehe Abb. 1 Vorsatzläufer

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Mit einem Vorsatzläufer kann nur im Teillastbereich der Pumpe eine nennenswerte Verminderung des erforderlichen NSPH-Wertes erreicht werden. Dadurch hat eine Pumpe mit Vorsatzläufer nur einen eingeschränkten Betriebsbereich gegenüber einer Pumpe ohne Vorsatzläufer. 

Um eine Versperrung der Strömungsquerschnitte durch Dampfblasen (siehe Kavitation) im Vorsatzläufer auf den Schaufeldruckseiten zu vermeiden, wird dieser zweckmäßig für den gewünschten Einsatzbereich überlastig ausgelegt. So läuft er praktisch bei allen infrage kommenden Betriebspunkten in Teillast und liefert dem Pumpenlaufrad den nötigen Vordruck (siehe Kennlinie). Bei starker Teillast treten zudem für die Vorsatzläufer typische niederfrequente Druckschwankungen auf. Wechselnde Zuström- und Kavitationsschwankungen rufen dies hervor. 

Die im Teillastbetrieb möglicherweise auftretende Ablösung auf der Saugseite wirkt weit weniger störend als auf der Druckseite, die bei axialen Laufrädern meist einen Zusammenbruch der Förderhöhe zur Folge hat. 

Die Förderhöhe ist bei der Beurteilung des Pumpenwirkungsgrades einer mit Vorsatzläufer versehenen Pumpe eine wichtige Größe. So arbeitet der Vorsatzläufer mit großem Eintrittsstoß (siehe Stoßverlust im Teillastgebiet) und daher mit schlechterem Wirkungsgrad als das Pumpenlaufrad. Hierbei ist das Verhältnis der Förderhöhe vom Vorsatzläufer zu der des Pumpenlaufrades wichtig. Von diesem Verhältnis ist die Wirkungsgradverschlechterung der gesamten Einheit, bestehend aus Vorsatzläufer und Pumpe, stark abhängig. Daraus folgt, dass ein Vorsatzläufereinsatz bei Pumpen mit kleiner spezifischer Drehzahl (große Förderhöhe) wirkungsgradmäßig günstiger als bei Pumpen mit großer spezifischer Drehzahl ist. 

Die Schaufeln eines Vorsatzläufers werden hauptsächlich in drei Formen ausgeführt. 

Formen des Vorsatzläufers 

  • Schraubenfläche: Die Förderhöhe wird nur (bei kleineren Förderhöhen des Vorsatzläufers) durch die Anstellwinkel der Schaufeln erzeugt. 
  • Gewölbte Schaufeln mit verschiedenen Skelettlinien: Anstellung und Umlenkung bestimmen die Förderhöhe. 
  • Schaufeln mit S-Schlag: Der Verlauf der Strömungsumlenkung wird vorgegeben (siehe Drallströmung). 

Kleine Schaufelzahlen (max. vier) des Vorsatzläufers haben sich wegen der geringen Gefahr der Versperrung durch Dampfblasen bewährt. Die Vorsatzläufer sind einer hohen Beanspruchung durch Kavitation ausgesetzt, darum sind sie aus kavitationsbeständigem Werkstoff gefertigt. 

Häufige Fertigungsmethoden des Vorsatzläufers 

  • Schweißen: vorgebogene Blechschaufeln 
  • NC-Fräsen (NC = Numerical Control): nach Berechnungskoordinaten 
  • Kopierfräsen: nach genauem Modell 
  • Gießen: Genaugussverfahren