Was sind hydraulischer Verlust, volumetrischer Verlust und mechanischer Verlust einer Kreiselpumpe?

Beim Energieumwandlungsprozess von aKreiselpumpe, kann nicht die gesamte Eingangsleistung effektiv in die Druckenergie und kinetische Energie der Flüssigkeit umgewandelt werden. Im tatsächlichen Betrieb kommt es immer zu unvermeidlichen Energieverlusten. Entsprechend dem physikalischen Mechanismus des Energieverlusts wird der Verlust einer Kreiselpumpe üblicherweise in drei Kategorien eingeteilt: hydraulischer Verlust, volumetrischer Verlust und mechanischer Verlust. Diese drei Verlustarten bestimmen gemeinsam den Gesamtwirkungsgrad der Pumpe.

I. Hydraulikverlust

Definition: Unter hydraulischem Verlust, auch Strömungsverlust genannt, versteht man den Energieverlust, der entsteht, wenn die Flüssigkeit durch die Strömungskomponenten innerhalb der Pumpe fließt. In Bezug auf die Ergebnisse zeigt es sich als Differenz zwischen der theoretischen Förderhöhe und der tatsächlichen Förderhöhe der Pumpe. Dies ist der Hauptfaktor, der die Pumpeneffizienz beeinflusst.

Ursachen: Der hydraulische Verlust setzt sich hauptsächlich aus den folgenden drei Aspekten zusammen:

1. Stoßverlust: Wenn die Flüssigkeit in das Laufrad eintritt oder aus diesem herausfließt und ihre Strömungsrichtung nicht mit der vorgesehenen Richtung der Schaufeln oder Strömungskanäle übereinstimmt, kommt es zu Stößen und plötzlichen Richtungsänderungen, was zu Stoßverlusten führt. Diese Situation ist besonders ausgeprägt, wenn die Pumpe außerhalb ihres Best Efficiency Point (BEP) arbeitet.
2. Reibungsverlust: Die Flüssigkeit selbst hat eine Viskosität. Wenn es durch die rauen Innenwände der Saugkammer, die Strömungskanäle des Laufrads, das Spiralgehäuse und andere Komponenten strömt, wird Reibungswiderstand erzeugt, und dieser Teil der Energie wird in Wärmeenergie umgewandelt und geht verloren. Je länger und rauer der Strömungskanal ist, desto größer ist der Reibungsverlust.
3. Wirbelverlust: Aufgrund der begrenzten Anzahl an Laufradschaufeln ist es unmöglich, die gesamte Flüssigkeit perfekt zu leiten. Ein Teil der Flüssigkeit erzeugt im Laufrad eine zirkulierende Strömung (relativer Wirbel), was zu einem Energieverbrauch führt. Gleichzeitig führt die Änderung der Strömungskanalform auch zu lokalen Wirbeln und zu Verlusten.

Das Ausmaß des hydraulischen Verlusts wirkt sich direkt auf die Pumpenförderhöhe aus und wir können seinen Einfluss anhand des hydraulischen Wirkungsgrads (ηh) messen.

II. Volumenverlust

Definition: Der Volumenverlust, auch Leckageverlust genannt, ist der Energieverlust, der durch Strömungsleckage verursacht wird. Insbesondere wird ein Teil der Hochdruckflüssigkeit, die vom Laufrad unter Druck gesetzt wird, nicht effektiv zum Pumpenauslass gefördert, sondern leckt durch verschiedene Zwischenräume innerhalb der Pumpe zurück in den Niederdruckbereich (z. B. den Laufradeinlass).

Ursachen:

1. Leckage des Dichtungsringspiels: Dies ist der Hauptbestandteil des Volumenverlusts. Um Reibung zwischen dem schnell rotierenden Laufrad und dem stationären Pumpengehäuse zu verhindern, muss zwischen ihnen ein Spiel (d. h. das Verschleißringspiel) gelassen werden. Die unter hohem Druck stehende Flüssigkeit am Pumpenauslass fließt durch diesen Spalt zurück zum Einlass.
2. Leckage der Ausgleichsvorrichtung: Bei mehrstufigen Pumpen oder einigen einstufigen Pumpen, die für den Ausgleich der Axialkräfte ausgelegt sind, führen Strukturen wie Ausgleichslöcher, Ausgleichsscheiben oder Ausgleichsrohre auch dazu, dass ein Teil der Hochdruckflüssigkeit zurückfließt, was zu Verlusten führt.
3. Undichtigkeit der Wellendichtung: Aus der Wellendichtung kann auch eine kleine Menge Flüssigkeit austreten, die zwar einen kleinen Anteil ausmacht, aber ebenfalls im Volumenverlust enthalten ist.

Ein Volumenverlust führt dazu, dass der tatsächliche Förderstrom der Pumpe geringer ist als der theoretische Förderstrom. Seine Größe wird durch den volumetrischen Wirkungsgrad (ηv) gemessen. Mit zunehmender Abnutzung der Pumpe nimmt das Dichtringspiel allmählich zu und der Volumenverlust nimmt entsprechend zu.

III. Mechanischer Verlust

Definition: Unter mechanischem Verlust versteht man die Energie, die die Pumpenwelle verbraucht, um verschiedene mechanische Reibungen während der Rotation zu überwinden. Dieser Teil der Energie wird schließlich in Form von Wärmeenergie abgegeben.

Ursachen:

1. Scheibenreibungsverlust: Zwischen den äußeren Deckplatten (vordere und hintere Deckplatten) des schnell rotierenden Laufrads und der Flüssigkeit im Pumpenhohlraum entsteht starke Reibung, die den Hauptanteil des mechanischen Verlusts ausmacht.
2. Lagerreibungsverlust: Wälzlager oder Gleitlager, die zur Lagerung der Pumpenwelle verwendet werden, erzeugen während des Betriebs Reibungskraft.
3. Reibungsverlust der Wellendichtung: Unabhängig davon, ob es sich um eine Packungsdichtung oder eine Gleitringdichtung handelt, reibt die Dichtungsvorrichtung an der Pumpenwelle oder Wellenhülse und verbraucht einen Teil der Energie.

Mechanischer Verlust bedeutet, dass ein Teil der vom Motor übertragenen Wellenleistung verbraucht wird, bevor er das Laufrad erreicht, um Arbeit an der Flüssigkeit zu verrichten. Seine Größe wird durch den mechanischen Wirkungsgrad (ηm) gemessen.

Abschluss

Das Verständnis des hydraulischen Verlusts, des volumetrischen Verlusts und des mechanischen Verlusts von Kreiselpumpen ist nicht nur die Grundlage für das professionelle Erlernen von Fluidmaschinen, sondern auch ein wichtiges technisches Mittel, um die „Dual-Carbon“-Ziele zu erreichen und Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung im industriellen Bereich zu fördern. Durch wissenschaftliches Design, ausgefeilte Bedienung und Wartung sowie intelligente Steuerung sind wir in der Lage, diese „unsichtbaren Verluste“ zu minimieren und das maximale Potenzial des Pumpensystems freizusetzen. In Zukunft,Teffikowird seine Forschung im Bereich hocheffizienter Flüssigkeitslösungen weiter vertiefen, die grüne Modernisierung der Branche unterstützen und gemeinsam mit Ihnen jede fließende Energie nutzen.