Das sollten Sie bei der Auslegung von Tauchmotorpumpen beachten

The design of submersible pumps for wastewater depends on various influencing factors

Main or intermediate pumping stations transport domestic, industrial or municipal grey water and sewage as well as stormwater. Apart from dry-installed centrifugal pumps, submersible motor pumps are also frequently employed in such pumping stations. Many system-related requirements have to be met when selecting waste water pumps, whose operation is influenced by the most diverse of factors. Piping layout, solids content and installation type, for instance, are decisive for trouble-free operation. 

Where to start with the selection? What factors are to be considered to ensure a durable and smooth operation of the submersible motor pumps installed and, with that, the waste water pumping station overall?

Die Abwasserpumpstation immer als Einheit betrachten!

Grundsätzlich sollte bei der Auslegungs-Planung einer Tauchmotorpumpe zuallererst bedacht werden, dass diese nur eine Komponente der gesamten Abwasseranlage ist. Eine Tauchmotorpumpe kann nur dann betriebsicher und effizient arbeiten, wenn auch die gesamte Anlage und ihre Systeme, das zu fördernde Medium (Eigenschaften und Zusammensetzung), die Regelung und die Fahrweise mit deren Eigenschaften, bzw. deren Hydraulik abgestimmt sind.

Durch die jahrelange, intensive Zusammenarbeit mit Planern, Installateuren und anderen Praktikern konnte KSB einen großen Erfahrungsschatz über die Auslegung von Tauchmotorpumpen in Abwasserpumpenstationen sammeln, an dem wir Sie gerne teilhaben lassen möchten. Im nachfolgenden also die wichtigsten Planungsgrößen sowie praktische Tipps für die erfolgreiche Auslegung von Tauchmotorpumpen.

Planungsgrößen und Bemessungsdaten

Im Mittelpunkt der Planung einer Tauchmotorpumpe steht das Erreichen einer bestimmten Fördermenge und Förderhöhe. Die Berechnung der Förderhöhe ergibt sich aus der Höhendifferenz der Reservoirs und den Reibungsverlusten in der Rohrleitung sowie der zugehörigen Komponenten. Die tatsächlich Fördermenge ist von einer Reihe von Einflüssen abhängig, die bei der Auslegung einer Tauchmotorpumpen unbedingt berücksichtigt werden müssen.

Für eine optimale Auslegung der Pumpe sollte zunächst der Schnittpunk aus Pumpen- und Anlagenkennlinie möglichst präzise berechnet werden – hier liegt der optimale Arbeitsbereich, in dem die Pumpe mit dem besten hydraulischen Wirkungsgrad arbeitet. Zur Berechnung muss die Förderhöhe H (in Metern) ins Verhältnis zum gewünschten Abwasserfluss Q (in m3/h) gesetzt werden. Die Betriebsgrenzen werden durch die Größen Qmin und Qmaxgekennzeichnet.

Fördermenge (Q)

Eine möglichst genaue Ermittlung der benötigen, bzw. anfallenden Fördermenge ist äußerst wichtig für die richtige Dimensionierung des Arbeitsbereiches der Tauchmotorpumpe, und damit auch für die Größe der gesamten Abwasserpumpstation. Damit erreicht man einen effizienten Betrieb der Pumpe.

Förderhöhe (H)

Die Förderhöhe einer Pumpe ist definiert als die auf das Fördermedium übertragene, nutzbare mechanische Arbeit, bezogen auf die Gewichtskraft des geförderten Mediums bei örtlicher Fallbeschleunigung. Wichtige Kenntnisse für die Bestimmung der Förderhöhe sind u. a.: die Ordinate der Sohle des Zulaufkanals, die Ein- und Ausschalt-Ordinaten der Pumpen, der Verlauf des Geländes zwischen der Förderanlage und dem Förderziel, die verbauten Armaturen, Formstücke und Rohrleitungen mit Angabe ihrer Nennweiten (DN) und ihrer Widerstandsbeiwerte (ζ) sowie die Auslauf-Ordinate des Förderzieles.

NPSH-Wert

Der NPSH-Wert gibt das Saugvermögen einer Pumpe an. Er gibt den Mindestdruck im Zulauf an, den jede Pumpe benötigt, um kavitationsfrei und betriebssicher arbeiten zu können. Generell ist beim NPSH-Wert zu unterscheiden zwischen dem NPSH3%-Wert (zugelassener Kavitationseinfluss mit 3 % Förderhöhenabfall) der Pumpe, genannt NPSHerf (erf = erforderlich), auch bezeichnet als Haltedruckhöhe der Pumpe genannt und dem NSPH-Wert der Anlage, auch genannt NPSHvorh (vorh = vorhanden), auch bezeichnet als Haltedruckhöhe der Anlage. Der NPSH3%-Wert kann dabei durch die Laufradform der Tauchmotorpumpe, die konstruktive Ausführung ihres Laufrades sowie ihre Drehzahlbeeinflusst werden.

Leistungsbedarf

Der Leistungsbedarf beschreibt die an der Pumpenwelle oder -kupplung vom Antrieb aufgenommene, mechanische Leistung. Der Leistungsbedarf ist nicht zu verwechseln mit der am Antrieb verfügbaren Leistung, sprich: der Antriebsleistung oder auch Motorenleistung PN. Diese wird vom Motorenhersteller auf dem Leistungsschild ausgewiesen.

Parallelbetrieb und reduzierte Pumpenkennlinien

Im Parallelbetrieb setzt sich die Gesamtfördermenge aus dem zur Förderhöhe entsprechend gehörenden Förderstromanteilen der Einzelpumpen zusammen. Die Förderhöhe der Einzelpumpen muss dabei um den dynamischen Anteil der Förderhöhenverluste der Einzelleitung bis zur Einbindung in die Sammelleitung reduziert werden. Die Anlagenkennlinie der Sammelleitung enthält nur die Förderhöhenverluste ab der Vereinigungsstelle der Einzelleitungen.

Pressure loss calculation helps determine the head

To calculate the heads actually required from a pumping system in a reproducible way, a pressure loss calculation has to be carried out. First of all, information is needed about the basic project requirements: A quantity X of waste water (in litres) has to be transported from A to B. Next, the recommended flow velocities for waste water are used to estimate the pipe cross-sections. While the minimum flow velocities for reliably transporting solids contained in the fluid have to be observed, economic considerations regarding maximum flow velocities also have to be taken into account. The resulting diameters are used to calculate the pressure losses.

Die Verlusthöhe (HV) für gerade Rohrleitungen lässt sich wie folgt berechnen:

Die Verlusthöhe (HV) in Armaturen und Formstücken lässt sich wie folgt berechnen:

Praktische Tipps

Nachfolgend ein paar wertvolle Tipps, wie Sie typische Fehler vermeiden oder sich bei der Auslegung ergebende Herausforderungen umgehen können:

• Pumpe und Anlage als eine Einheit betrachten
• Laufradtyp – und Werkstoff in abhängigkeit von Fördermedium wählen
• Betriebspunkt in der Nähe des Bestpunktes / optimalen Arbeitsbereich beachten
• Mindestfließgeschwindigkeiten in horizontal und vertikal verlegten Rohrleitungen prüfen
• Umfangsgeschwindigkeit am Außenduchmesser des Laufrades berücksichtigen
• Mindestwasserstand im Saugbehälter prüfen um luftziehende Wirbel zu vermeiden
• Schalthäufigkeit der Tauchmotorpumpen berücksichtigen
• Reduzierte Pumpenkennlinien berechnen
• Auf die Mindestgeschwindigkeit der Rückschlagklappen achten 
• Einzelbetrieb eines Aggregates auf die Sammelleitung prüfen

Fazit

Die Auswahl der passenden Pumpe wird maßgeblich bestimmt durch die Vorgabe der Betriebsbedingungen. Als Betriebsbedingungen verstehen sich dabei in erster Linie Angaben über das Fördermedium (z. B. Temperatur, Dichte, Viskosität, TS-Gehalt, Sandanteile oder auch andere Beimengungen), der erwartete Förderstrom, die erforderliche Förderhöhe, das Saugverhalten, die Drehzahl sowie die Aufstellart der Tauchmotorpumpe. Weiterhin erforderlich für die Auswahl sind Infromationen zu: Größe und Anschlusswerten der Antriebe, Fahrweisen, die zu erwartende Schalthäufigkeit sowie anlagen- und umweltseitige Einflüsse (max. Geräuschemission, zulässige Schwingungen, sonstige in den Rohrleitungen auftretende Schwingungen etc.).

KSB berät Sie gerne bei der Auswahl und Planung Ihrer Abwasserpumpstation. Sprechen Sie uns gerne an!