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Kondensatpumpe

Die Kondensatpumpe ist eine Kreiselpumpe, die nach der Art des Fördermediums bezeichnet wird. Als solche hat sie die Aufgabe, den in Kondensatoren niedergeschlagenen Dampf als Wasser (Kondensat) unter technischem Vakuum (nahe Dampfdruck) abzuführen. Bei offenem Kreislauf fördert die Kondensatpumpe das Kondensat in einen Behälter (z. B. Speisewasserbehälter); bei geschlossenem Kreislauf über Niederdruckvorwärmer direkt in die Kesselspeisepumpe. siehe Abb. 1 Kondensatpumpe

Kondensatpumpe: Kondensat- und Speisewasserkreislauf Abb. 1 Kondensatpumpe: Kondensat- und Speisewasserkreislauf


Der maximale Abdampfmassestrom der Dampfturbine ist maßgebend für den Förderstrom der Kondensatpumpe. 

Zusammensetzung der Förderhöhe 

  • aus der geodätischen Höhendifferenz zwischen dem Wasserspiegel im Speisewasserbehälter und Kondensator 
  • aus der Differenz der statischen Druckhöhen im Speisewasserbehälter und Kondensator 
  • aus den Druckhöhenverlusten der Strömung in der Rohrleitung inkl. der installierten Armaturen (z. B. Absperrschieber, Rückschlagklappe) und Anlagenteilen (z. B. Saugsieb, Kondensatvorwärmer)

Die Konstruktion der Kondensatpumpe wird bestimmt durch den auf der Saugseite herrschenden Dampfdruck des Wassers (reines Wasser bei 35 °C ca. 56,2 mbar) und aufgrund der Anordnung des Kondensators im Bauwerk durch eine geringe Zulaufhöhe. Diese ergibt sich aus der geodätischen Höhe zwischen Regelwasserstand im Kondensator und Level des Laufrades der ersten Stufe abzüglich der Strömungsverluste der Zulaufleitung. Für ein einwandfreies Betriebsverhalten und zur Vermeidung von Kavitationsschäden muss der vorhandene NPSH-Wert der Anlage über den gesamten Betriebsbereich größer oder gleich dem erforderlichen NPSH-Wert am Laufrad der ersten Stufe sein. 

Anhebung der anlagenseitigen Zulaufhöhe durch: 

  • Minimierung der Strömungsverluste in der Zulaufleitung; z. B. durch größere Rohrleitungsnennweiten 
  • Vertikale Anordnung, z. B. Trockenaufstellung, wobei die Höhe des Laufrades der ersten Stufe über dem Aufstellungsflur verringert und die geodätische Höhendifferenz vergrößert wird
    siehe Abb. 2 Kondensatpumpe
  • Vertikale Anordnung als "Topfpumpe", bei der die geodätische Höhendifferenz durch Absenkung der Saugstufe in einem Zulauftopf unterhalb des Aufstellungsflures vergrößert wird. Die Zulauf- und Druckleitung sind oberhalb des Aufstellungsflures angeordnet. siehe Abb. 4 Kondensatpumpe

Kondensatpumpe: Vertikale Ausführung in „Trockenaufstellung“ mit einer 2-strömigen Saugstufe Abb. 2 Kondensatpumpe: Vertikale Ausführung in „Trockenaufstellung“ mit einer 2-strömigen Saugstufe

Kondensatpumpe: Vertikale Ausführung als „Topfpumpe” mit einer 2-strömigen Saugstufe Abb. 3 Kondensatpumpe: Vertikale Ausführung als „Topfpumpe” mit einer 2-strömigen Saugstufe

Möglichkeiten zur Verbesserung des Saugverhaltens der Kondensatpumpe 

Eine Ausführungsvariante ist die Kondensatpumpe mit Zwischenentnahme (Re-entry). Nach der ersten oder zweiten Pumpenstufe (Kondensat-Vorpumpe, mit 1- oder 2-strömiger Saugstufe) wird der gesamte Förderstrom entnommen und der Kondensatreinigungsanlage zugeführt. siehe Abb. 4 Kondensatpumpe Vertikale Ausführung mit Zwischenentnahme („Re-entry“); Vorpumpe abgesenkt im Zulauftopf, Hauptpumpe oberhalb Anzapf- / Rücklauf Abb. 4 Kondensatpumpe: Vertikale Ausführung mit Zwischenentnahme („Re-entry“); Vorpumpe abgesenkt im Zulauftopf, Hauptpumpe oberhalb Anzapf- / Rücklauf- Gehäuse aufgesetzt

Die weitere Druckerhöhung erfolgt in der Kondensat-Hauptpumpe, die oberhalb der Vorpumpe über Flur angeordnet ist und mit dieser ein gemeinsames Aggregat bildet. 

Bei Förderströmen über 150 l/s (540 m3/h) muss wegen der stärkeren Kavitationsbelastung auf die Kavitationsintensität, Geschwindigkeitsverhältnisse und Längen der entstehenden Kavitations-Blasenschleppen geachtet werden. Ein Maß für die Kavitationsintensität ist bei einem Werkstoff die Materialabtragungsgeschwindigkeit va*.
Kondensatpumpe_Formel_1

Die Größe der Exponenten ist vom Konstruk-tionskonzept eines Sauglaufrades abhängig. Die Werte liegen im Bereich von: 

Kondensatpumpe_Formel_2

Da die Geschwindigkeit am Laufradschaufeleintritt bei gegebenem Förderstrom nur unwesentlich zu beeinflussen ist, müssen die Längen der Blasenschleppen möglichst reduziert werden. Bei Kondensatpumpen muss die Wellendichtung bei Stillstand der Pumpe gegen niedriges technisches Vakuum abdichten. Daher ist es erforderlich, die Dichtung mittels Sperrflüssigkeit aus dem anlagenseitigen Sperrsystem zu beaufschlagen, um einen Lufteintritt zu verhindern. Bei der Packungsstopfbuchse wird dazu zwischen den Stopfbuchspackungen ein Sperrring eingesetzt, die Gleitringdichtung wird doppeltwirkend mit produkt- und atmosphärenseitiger Dichtung ausgeführt. Die Sperrflüssigkeit wird zum Sperrring oder in den Raum zwischen produkt- und atmosphärenseitiger Gleitringdichtung geführt. Zum Antrieb der Kondensatpumpe dient, wenn von der Regelung her anwendbar, der Drehstrommotor mit Käfigläufer. Zur Anpassung an die wechselnden Turbinenbelastungen und zur Vermeidung des Trockenlaufs der Kondensatpumpe gibt es verschiedene Regelungsmöglichkeiten. 

Regelungsmöglichkeiten einer Kondensatpumpe 

  • Verändern der Anlagenkennlinie durch Drosseln (Drosselverstellung) mithilfe eines in der Druckleitung angeordneten Regelventils
  • Verändern der Anlagenkennlinie durch Rückführung des überschüssigen Förderstroms in den Kondensator (Bypassverstellung) (siehe Bypass)
  • Verändern der Drosselkurve durch Variieren der Pumpendrehzahl (Drehzahlverstellung)
  • Verändern der Drosselkurve durch selbsttätiges Anpassen des Förderstroms an die Zulaufhöhe (siehe Saugverhalten). Diese Art der Regelung infolge Kavitation ist unter dem Namen "Selbstregelung" bekannt. siehe Abb. 5 Kondensatpumpe

Drosselkurven H(Q), NPSHR, Anlagenkennlinie HA(Q) und NPSHA zur Funktionsbeschreibung einer selbstregelnden Kondensatpumpe Abb. 5 Kondensatpumpe: Drosselkurven H(Q), NPSHR der Kondensatpumpe, Anlagenkennlinie HA(Q) und NPSHA zur Funktionsbeschreibung einer selbstregelnden Kondensatpumpe (Hz.geoB = geodätische Zulaufhöhe aus Kondensatbehälter)


Die Selbstregelung von Kondensatpumpen nutzt die Veränderung der Kennlinie H(Q) bei teilweisem Ausdampfen des Kondensats vor oder in der ersten Stufe, wodurch deren Stufenförderhöhe H(Q) je nach dem Grad der Blockierung durch Dampf mehr oder weniger reduziert wird (Hkav). Dadurch stellt sich je nach Wasserstand Hz.geo eine (vom Ausmaß der Kavitation abhängige) Abreißkurve Hkav(Q) ein, deren Schnittpunkt mit der Anlagenkennlinie HA(Q) den Betriebspunkt (B) bestimmt. Die Selbstregelung der Kondensatpumpe stellt durch die hohe Kavitationsbelastung bedingt ex-treme Anforderungen besonders an die erste Stufe der Pumpe. Aus diesem Grund wird diese Art der Regelung bei den heute üblichen größeren Ausführungen nicht mehr angewendet.