Die Vielseitigkeit und Leistungsfähigkeit regenerativer Turbinenpumpen

Autogas oder Flüssiggas (LPG) ist eine Mischung aus Propan und Butan. Diese Brennstoffquelle ist einzigartig, da sie als Flüssigkeit gelagert und transportiert, aber als Gas verbrannt werden kann. In Autogas-Zapfanlagen kommen häufig regenerative Turbinenpumpen zum Einsatz.

Auch wenn Autogasanwendungen einige Herausforderungen mit sich bringen, sind sie nicht einzigartig. Tatsächlich weisen viele Anwendungen, bei denen schwer zu handhabende Flüssigkeiten wie Ammoniak, verschiedene Kältemittel und viele Kohlenwasserstoffe verwendet werden, niedrige Viskositäten auf, die manchmal nur 0,1 Centipoise betragen (zehnmal dünner als Wasser) und einen Dampfdruck nahe dem normalen Atmosphärendruck. Dies führt bei vielen Pumptechnologien zu Problemen, da diese Flüssigkeiten schwer abzudichten sind und die niedrige Viskosität das Risiko eines inneren Schlupfes während des Betriebs erhöht.

Eines der Probleme, die beim Pumpen flüchtiger Flüssigkeiten entstehen, ist Kavitation. Wenn der Eingangsdruck der Pumpe unter den Dampfdruck der Flüssigkeit fällt, bilden sich Dampfblasen in der Flüssigkeit. Diese Blasen wandern durch die Pumpkammer und implodieren bei steigendem Druck und verursachen Kavitation, die die Pumphardware beschädigen kann.

Regenerative Turbinenpumpen funktionieren in diesen Anwendungen gut, da sie immun gegen Schäden sind, die andere Pumpen durch Kavitation verursachen, und niedrige Viskositäten bewältigen können, während sie gleichzeitig hohe Drücke aufrechterhalten. Darüber hinaus bieten sie gegenüber alternativen Pumpentypen noch einige weitere Vorteile.

In diesem Artikel wird die Vielseitigkeit regenerativer Turbinenpumpen untersucht und erläutert, warum sie gegenüber anderen Arten von Pumpentechnologie eine günstigere Wahl darstellen.

Ein genauerer Blick auf regenerative Turbinenpumpen Obwohl sie Leistungsmerkmale aufweist, die denen einer Verdrängerpumpe (PD) sehr ähneln, ist die regenerative Turbinenpumpe rotodynamisch. Regenerative Turbinen kombinieren den hohen Förderdruck einer PD-Pumpe mit der Leistungsflexibilität einer Kreiselpumpe. Sie arbeiten mit einer rotierenden, berührungslosen, freilaufenden Scheibe mit vielen kleinen Schaufeln oder Zellen an der Peripherie, die als Laufrad fungiert.

Diese kleinen Zellen, typischerweise 50–60 auf jeder Seite des Laufrads, schöpfen die Flüssigkeit auf, wenn sie in den Sauganschluss der Turbinenpumpe gelangt. Das Laufrad beschleunigt dann die Flüssigkeit in den Zellen um den schmalen hydraulischen Kanal herum, der sie umgibt.

Diese schnelle Spiralbewegung mit sehr hoher Geschwindigkeit erzeugt Druck und bestimmt so die Differenzdruckfähigkeit der Pumpe, weshalb sie als regenerative Turbinenpumpe bezeichnet wird. Andere Namen für diese Technologie sind unter anderem Peripheralpumpen, regenerative Kreiselpumpen und regenerative Pumpen. Unabhängig vom Namen wird diese Technologie in die rotodynamische Pumpenfamilie eingeordnet.

Regenerative Turbinenpumpen eignen sich hervorragend für die Förderung von Flüssigkeiten bei hohem Druck und geringem Durchfluss, während sie gleichzeitig mitgeführte Dämpfe oder Flüssigkeiten bei oder nahe ihrem Siedepunkt fördern. Diese Bedingungen schränken typischerweise die Leistung und Funktionalität der meisten Pumpentechnologien ein und führen zu unzuverlässiger Leistung, Kavitation, Lärm und Vibrationen. Aufgrund ihrer Konstruktion treten bei regenerativen Turbinenpumpen keine dieser Bedingungen auf. Konkret können diese Pumpen Viskositäten von 0,1 bis 50 cSt mit Differenzdrücken von bis zu 300 psi (20 bar) verarbeiten und haben einen maximal zulässigen Arbeitsdruck von bis zu 493 psi (34 bar), um die Förderung von Flüssigkeiten mit hohen Dampfdrücken zu ermöglichen.

Typische regenerative Turbinenpumpen erzeugen Durchflussraten von bis zu 200 l/min (52,8 gpm), einige Varianten dieser Pumpen sind jedoch in der Lage, noch höhere Durchflussraten zu bewältigen. Einige neuere Versionen dieser Technologie können Spitzendurchflussraten von bis zu – und möglicherweise sogar mehr – 158,5 gpm (600 l/min) erreichen.

Das Laufrad und seine Zellen verleihen der Pumpe ihre Vielseitigkeit. Die Spiralbewegung und ihre Geschwindigkeit verringern die Wahrscheinlichkeit von Kavitation und Pulsation, indem sie die Flüssigkeit glätten und die Dampfblasen sofort bei ihrer Entstehung kollabieren lassen. Ein gleichmäßiger Durchfluss und ein hydraulisch ausgewogenes Design verursachen keine nachteiligen Auswirkungen und ermöglichen den Betrieb der regenerativen Turbinenpumpe in den meisten Pumpsituationen ohne Vibrationen oder Geräusche.

Diese funktionalen Merkmale und Vorteile ermöglichen es regenerativen Turbinenpumpen, über typische Anwendungen wie Autogas hinauszugehen. Diese Technologie funktioniert auch optimal in Anwendungen, bei denen bekanntermaßen Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität vorliegen, beispielsweise Aerosole und Kältemittel. Weitere Anwendungen umfassen Ammoniak, Verdampferspeisung und Zylinderfüllung sowie Kesselspeisewasser.

Passend zu Seitenkanalpumpen Regenerative Turbinenpumpen haben gegenüber zwei vergleichbaren Pumpentechnologien – Seitenkanalpumpen – mehrere Vorteile, die in ähnlichen Anwendungen eingesetzt werden. Seitenkanalpumpen wie regenerative Turbinenpumpen eignen sich hervorragend für schlechte Saugbedingungen und beide Technologien sind selbstansaugend. Die Unterschiede liegen in der Größe und der Wartungsfreundlichkeit.

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Seitenkanalpumpen haben konstruktionsbedingt eine größere Stellfläche. Sie bestehen im Allgemeinen aus mehreren Pumpstufen und sind erheblich größer als ihre einstufigen Gegenstücke.

Speziell in einer LPG-Anlage kann eine Seitenkanalpumpe vier bis acht Stufen benötigen, um die Betriebsparameter zu erfüllen. Mit so vielen Stufen werden Seitenkanalpumpen, die ohnehin schon einen großen Platzbedarf haben, auch komplexer, um den Anforderungen dieser Anwendungen gerecht zu werden. Regenerative Turbinenpumpen mit einer einzigen Stufe bieten die gleiche Leistung wie eine vier- oder fünfstufige Seitenkanalpumpe und können mit zweipoligen Drehzahlen betrieben werden, verglichen mit den typischen vierpoligen Drehzahlbegrenzungen von Seitenkanalpumpen.

Darüber hinaus verfügen Seitenkanalpumpen aufgrund ihrer größeren Stellfläche und ihres komplexeren Designs als regenerative Turbinenpumpen über eine beträchtliche Anzahl von Komponenten, von denen viele verschleißanfällig sind und schließlich ausfallen. Die Reparatur oder der Austausch dieser Verschleißteile erhöht die Wartungskosten und Gesamtbetriebskosten der Pumpe.

Regenerative Turbinenpumpen hingegen haben eine kompakte Stellfläche und ein weniger komplexes Design mit bis zu 25 Komponenten. Dieses kleinere, einfachere Design macht die Wartung zu einer kurzen und effizienten Aufgabe. Weniger Wartungsaufwand und weniger Verschleißteile sorgen für eine längere Lebensdauer und erhebliche finanzielle Einsparungen für Besitzer regenerativer Turbinenpumpen. Da regenerative Turbinenpumpen außerdem einfacher konstruiert sind, ist für die Wartung kein erfahrener Ingenieur erforderlich. Jede technisch kompetente Person mit mäßiger Erfahrung kann diese Aufgabe bewältigen.

Kann mit anderen PD-Pumpen kombiniert werden Andere PD-Pumpen, wie z. B. Schiebeflügelpumpen, haben ihre Vorteile. Zu den deutlichsten zählen ein höherer hydraulischer Wirkungsgrad und eine bessere Wirksamkeit beim Ansaugen im Vergleich zu vergleichbaren Pumpentechnologien.

Während regenerative Turbinenpumpen diese spezifischen Vorteile nicht bieten, gibt es andere, die es ihnen ermöglichen, in ähnlichen Anwendungen gut zu funktionieren. Beispielsweise verfügen regenerative Turbinenpumpen nicht über so viele bewegliche Teile wie vergleichbare Technologien, was einen kontinuierlichen Betrieb ohne viele Nachteile ermöglicht.

Auf der Wartungsseite stellt das Fehlen mehrerer beweglicher Teile sicher, dass sich die Bediener nicht um mehrere Teile kümmern müssen, von denen jedes seinen eigenen Lebens- und Wartungszyklus hat. Weniger bewegliche Teile bedeuten auch weniger Stillstände für geplante Wartungsarbeiten und die Notwendigkeit, mehrere Ersatzteile für einen eventuellen Austausch auf Lager zu halten. Betreiber können auf diese Weise auch mehr Geld sparen, da sie sich nur um eine geringere Anzahl von Teilen kümmern müssen, die tendenziell eine längere Lebensdauer haben als die kleineren Teile, die in anderen Pumpentechnologien zu finden sind.

Auch die Hauptverschleißteile regenerativer Turbinenpumpen – das Laufrad und die Gleitringdichtung – zwingen den Besitzer nicht dazu, sie bei Wartung oder Austausch außer Betrieb zu nehmen. In vielen Fällen können diese Teile tatsächlich innerhalb einer Stunde ausgetauscht werden, ohne dass die Pumpe vom Rohrnetz und in häufigen Fällen auch ohne den Motor abgetrennt werden muss.

Auf der Leistungsseite können regenerative Turbinenpumpen kontinuierlich betrieben werden, ohne dass die Nachteile – Pulsation und Kavitation – auftreten, die bei anderen Pumpentechnologien auftreten. Dieser kontinuierliche Betrieb ermöglicht es dem Bediener, sie ohne häufige Unterbrechungen zu verwenden, was zu mehr Stunden Einsatz in verschiedenen Anwendungen führt.

Abschluss Wenn es um Anwendungen mit Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität und schlechten Ansaugbedingungen oder Flüssigkeiten nahe ihrem Siedepunkt geht, können mehrere Pumptechnologien eingesetzt werden, aber keine davon verfügt über die gleichen Eigenschaften und die gleiche Vielseitigkeit wie regenerative Turbinenpumpen. Ihre Leistung mit einer Reihe von Flüssigkeiten unter unterschiedlichen Bedingungen ermöglicht es der Technologie, in einem breiten Anwendungsspektrum erfolgreich zu sein. Die Herausforderungen, die diese Flüssigkeiten mit sich bringen, wie z. B. mitgerissener Dampf und Kavitation, stellen keine Gefahr für die Integrität dieser Pumpentechnologie dar, was bedeutet, dass Besitzer von regenerativen Turbinenpumpen eine lange Lebensdauer mit langen Wartungsintervallen erwarten können.

Wenn es notwendig wird, können weniger erfahrene Benutzer die Wartung von regenerativen Turbinenpumpen durchführen. Diese Benutzer müssen sich keine Gedanken über den Austausch mehrerer Verschleißteile oder die stundenlange Außerbetriebnahme der Pumpe machen. In vielen Fällen können die Pumpen repariert oder umgebaut werden, ohne dass sie aus dem Rohrleitungssystem ausgebaut werden müssen.

Regenerative Turbinenpumpen haben sich in Autogasanwendungen bereits bewährt. Da sie sich weiterentwickeln, werden sie immer häufiger in anderen Anwendungen auftauchen, die früher von anderen Pumptechnologien dominiert wurden.

Über den Autor Stephen Basclain ist Business Development Manager für Ebsray®, Cromer, Australien, ein führendes Unternehmen in der Entwicklung regenerativer Turbinen- und Verdrängerpumpentechnologien, einschließlich Flügelzellen-, Zahnrad- und Drehkolbenpumpen. Er kann unter [email protected] erreicht werden. Ebsray ist eine Marke von PSG®, einem Unternehmen aus Dover, Oakbrook Terrace, IL, USA. PSG besteht aus mehreren führenden Marken, darunter Abaque®, All-Flo™, Almatec®, Blackmer®, Ebsray, em-tec®, Griswold®, Hydro™, Malema, Mouvex®, Neptune®, Quantex™, Quattroflow®, RedScrew™ und Wilden®. Weitere Informationen zu Ebsray oder PSG finden Sie unter psgdover.com/ebsray oder psgdover.com.