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Geräusch bei Pumpen und Anlagen

Die bei Pumpen und Anlagen auftretenden Geräusche werden von den Schwingungen der Rohrleitungen und des Pumpengehäuses hervorgerufen. Diese Schwingungen bewegen die umgebende Luft, deren Folge der hörbare Luftschall ist. 

Die Gründe dafür sind die aus der instationären Strömung resultierenden Druckschwankungen. Sie entstehen bei der Übertragung von Energie über die Laufschaufeln auf das Fördermedium. So treten aufgrund der endlichen Schaufelzahl periodische Druckschwankungen mit mehr oder weniger großen Ausschlägen auf. Da die Strömung gegen steigenden statischen Druck verläuft, sind die Grenzschichten stark ablösegefährdet. Die Schaufelumströmung und Strömungsablösung machen die Strömung in einer Kreiselpumpe instationär. 

Bei einstufigen, aus wenigen einfachen Bauelementen bestehenden Spiralgehäusepumpen sind diese instationären Strömungsvorgänge die wesentlichen Geräuschquellen, abgesehen von denen im Antrieb der Kreiselpumpe. 

Bei mehrstufigen Pumpen mit Entlastungseinrichtungen treten neben den bereits erwähnten Geräuschen noch starke Turbulenzgeräusche (siehe unter Strömungslehre) als Folge der meist großen Stufenförderhöhen auf. Auch beim Entspannen höherer Drücke wie in Entlastungseinrichtungen können erhebliche Geräusche entstehen. 

Die bisher genannten Geräuschursachen gelten für Betriebszustände von Pumpen und Anlagen ohne Kavitation. Mit dem Auftreten von Kavitation in einer Pumpe oder bspw. in einer Armatur ist ein deutlicher Anstieg des Geräuschs verbunden. Das charakteristische Kavitationsgeräusch hört sich bei einsetzender Kavitation meist wie ein hochfrequentes Knistern an und geht bei stärker ausgeprägter Kavitation (d. h. niedrigerem NPSH-Wert) in ein intensives "Prasseln" über. 

Das mit der Kavitation verbundene Geräusch trägt zur gesamten Geräuschemission von Pumpen und Anlagen bei und erhöht den Aufwand für ggf. erforderliche Schallschutzmaßnahmen, kann jedoch auch zur Detektion und bei der Anwendung geeigneter Messsysteme und Analysemethoden zur Gewinnung von Informationen über die Intensität und erosive Aggressivität von Kavitationszuständen dienen. 

Ungünstig auf die Geräuschentwicklung von Kreiselpumpen wirkt sich der Trend zu höheren Drehzahlen aus, wodurch die Maschinenabmessungen weiter schrumpfen und die Energieumsetzung auf kleinerem Raum stattfindet (erhöhte Leistungsdichte). Negativ ist auch die immer bessere Ausnutzung der Werkstoffe, wodurch zwar dünnere Wandstärken, aber auch leichter Schwingungen möglich werden. 

Die Einflüsse der Baukomponenten auf das Gesamtgeräusch des Pumpenaggregates sind komplex und hängen von vielen Einflussfaktoren ab. siehe Abb. 1 Geräusch bei Pumpen und Anlagen
Geräusch bei Pumpen und Anlagen: Einflussfaktoren auf das Gesamtgeräusch des Pumpenaggregates Abb. 1 Geräusch bei Pumpen und Anlagen: Einflussfaktoren auf das Gesamtgeräusch des Pumpenaggregates

Eine Abschätzung der verschiedenen Schallleistungspegel kann nach VDI 3749 erfolgen. Hier sind Emissionswerte für unterschiedliche technische Schallquellen festgehalten. Besonders schwierig sind die Vorhersagen der Einflüsse von Fundamenten (siehe Pumpenfundament), Gebäuden (mit starkem Nachhall und langer Nachhallzeit), Rohrleitungen sowie benachbarter Maschinen und Anlagen. 

Für die Messung von Geräuschen gibt es Regelwerke (siehe Geräuschmessung). Statistische Untersuchungen haben ergeben, dass abhängig von der Pumpenbauart bei kavitationsfreiem Betrieb ein Anteil von 10-9 bis 10-6 des Leistungsbedarfes einer Kreiselpumpe in Schallleistung umgesetzt wird. Dabei kommen als Schallarten der Körper-, Luft- und Flüssigkeitsschall in Frage. siehe Abb. 2 Geräusch bei Pumpen und Anlagen

Geräusch bei Pumpen und Anlagen: Schallquellen bei Kreiselpumpen Abb. 2 Geräusch bei Pumpen und Anlagen: Schallquellen bei Kreiselpumpen

Schallschutzmaßnahmen 

Die wichtigste aktive Schallschutzmaßnahme ist die richtige Pumpenauswahl. Dies gilt sowohl für die auf den Verwendungszweck abgestimmte Pumpenbauart als auch für die Pumpengröße. Die Kreiselpumpen entwickeln je nach Lage des Betriebspunktes auf ihrer Drosselkurve unterschiedliche Geräuschintensitäten. Pumpen sollten sowohl aus energie- als auch aus schalltechnischen Gründen möglichst im Betriebspunkt des besten Pumpenwirkungsgrades arbeiten. So sind die Geräuschemissionen bei der Betriebsdrehzahl in der Nähe des Bestpunktes meist am geringsten. 

Werden an das Geräuschverhalten von Kreiselpumpen sehr hohe Anforderungen gestellt, so sind Isoliermaßnahmen als passiver Schallschutz unumgänglich. Dazu gehören der Einbau von Kompensatoren in die Rohrleitungen, die Aufstellung der Kreiselpumpe auf Gummi-Metall- oder Federelementen, die Kapselung der Kreiselpumpe oder des Aggregats sowie die Auskleidung mit speziellen schalldämmenden oder dämpfenden Wandelementen von Räumen in denen Pumpenaggregate betrieben werden.

Geräusch bei Pumpen und Anlagen