Unterschiede zwischen einer regenerativen Turbinenpumpe und einer Kreiselpumpe

Was ist eine Regenerative Turbinenpumpe?

Bei der Handhabung von Flüssigkeiten erfüllen Regenerative Turbinenpumpen eine Lücke zwischen Kreisel- und Verdrängerbauarten. Sie kombinieren den hohen Förderdruck von Verdrängerpumpen mit der flexiblen Funktionsweise von Kreiselpumpen. Es handelt sich um einen Typ mit geringer Kapazität und hoher Förderhöhe, der bei Förderhöhen von bis zu 5400 ft (1645 m) und Förderleistungen von bis zu 150 gpm (34 m3/h) eingesetzt wird. Regenerative Turbinenpumpen sind unter mehreren Namen bekannt, wie etwa Wirbel-, Peripheral- und Regenerativpumpen. Keine dieser Bezeichnungen beschreibt die Pumpe richtig, aber „Regenerative Turbine“ kommt dem am nächsten. Mehrere Arten von Rotationspumpen werden als „Turbinen“ bezeichnet. Dazu gehören der Diffusortyp mit horizontaler Welle und die Tiefbrunnen-Kreiselpumpe mit vertikaler Welle. Die Funktionsweise der kleinen Pumpe mit großer Förderhöhe, der Regenerativen Turbinenpumpe, wird hier besprochen.

Regeneratives Turbinenpumpendesign

Es zeigt Querschnitte durch eine regenerative Turbinenpumpe. Die allgemeine Konstruktion ähnelt der vieler kleiner Kreiselpumpen. Die Welle, die oft aus rostfreiem Stahl besteht, wird von zwei Kugellagern getragen. Das Laufrad ist fliegend gelagert, eine übliche Konstruktion für Kreiselpumpen. Die Pumpe wird im Allgemeinen standardmäßig mit einer Gleitringdichtung geliefert. Der Hauptunterschied zwischen Kreisel- und regenerativen Turbinenpumpen liegt im Laufrad. Bei der regenerativen Turbinenpumpe ist eine doppelte Reihe von Schaufeln in den Rand des Laufrads geschnitten. Diese Schaufeln rotieren in einem Kanal. Flüssigkeit strömt an der Saugseite ein und wird von den Schaufeln des Laufrads aufgenommen. Nach fast einer Umdrehung im ringförmigen Kanal hat die Flüssigkeit eine hohe Geschwindigkeit, die sie durch den Auslass ausstößt. Flüssigkeit, die in das Laufrad einer Kreiselpumpe eintritt, kann nur einmal zwischen den Schaufeln hindurchtreten. Sie erhält nur auf dem Weg vom Auge des Laufrads zu seinem Rand Energie. Bei einer regenerativen Turbinenpumpe zirkuliert die Flüssigkeit zwischen den Schaufeln des Laufrads. Aufgrund dieser Wirkung fließt die Flüssigkeit auf einem Weg wie ein Schraubengewinde (spiralförmig), während sie vorwärts befördert wird. Folglich wird der Flüssigkeit durch die Flügel des Laufrads in einer regenerativen Bewegung Energie zugeführt, während sie von der Ansaugung zur Abgabe fließt. Diese regenerative Wirkung hat dieselbe Wirkung wie die Mehrstufung in einer Kreiselpumpe. In einer mehrstufigen Kreiselpumpe ist der Druck der Flüssigkeit das Ergebnis der in den verschiedenen Stufen zugeführten Energie. In gleicher Weise ist in einer regenerativen Turbinenpumpe der Druck an ihrem Auslass das Ergebnis der Energie, die der Flüssigkeit durch eine Anzahl von Laufradflügeln zugeführt wird.

Wie funktioniert eine Regenerative Turbinenpumpe?

Der Hauptunterschied zwischen einer Kreiselpumpe und einer Peripheralturbinenpumpe besteht darin, dass die Flüssigkeit nur einmal durch ein Kreisellaufrad fließt, während sie bei einer Turbine viele Male durch die Schaufeln fließt. Wie im Querschnittsdiagramm zu sehen, bewegen sich die Schaufeln des Laufrads innerhalb des Durchflussbereichs des Wasserkanaldurchgangs. Sobald die Flüssigkeit in die Pumpe gelangt, wird sie in die Schaufeln geleitet, die die Flüssigkeit nach vorne drücken und eine Zentrifugalkraft nach außen auf den Umfang des Laufrads ausüben. Die Schaufeln des Laufrads erzeugen daher eine geordnete Zirkulationsströmung, die eine Flüssigkeitsgeschwindigkeit erzeugt. Die Flüssigkeitsgeschwindigkeit (oder kinetische Energie) steht dann zur Umwandlung in Strömung und Druck zur Verfügung, abhängig vom Strömungswiderstand des externen Systems, wie in einer Systemkurve dargestellt.

An dieser Stelle ist es nützlich zu beachten, dass zur Vermeidung des internen Druckaufbauverlusts einer MTH-Regenerativen Turbine enge interne Abstände erforderlich sind. In vielen Fällen kann der Abstand zwischen Laufrad und Gehäuse, abhängig von der Pumpengröße, auf jeder Seite nur ein Tausendstel Zoll betragen. Daher sind diese Pumpen nur für Anwendungen mit sauberen Flüssigkeiten und Systemen geeignet. In einigen Fällen kann ein Saugsieb erfolgreich zum Schutz der Pumpe eingesetzt werden.

Als nächstes wird die Flüssigkeit in einen Kreislauffluss versetzt und erreicht den Rand des Flüssigkeitskanals. Sie wird dann durch die speziell geformten Flüssigkeitskanäle um die Seite des Laufrads herum und zurück in die Innenseite der Turbinenschaufeln geleitet, wo der Prozess erneut beginnt. Dieser Zyklus wiederholt sich viele Male, während die Flüssigkeit durch die Pumpe fließt. Jeder Durchgang durch die Schaufeln erzeugt eine höhere Flüssigkeitsgeschwindigkeit, die dann in mehr Druck umgewandelt werden kann. Die mehrfachen Zyklen durch die Turbinenschaufeln werden als Regeneration bezeichnet, daher der Name regenerative Turbine. Das Gesamtergebnis dieses Prozesses ist eine Pumpe mit einer Druckaufbaukapazität, die zehnmal oder mehr so hoch ist wie die einer Kreiselpumpe mit demselben Laufraddurchmesser und derselben Drehzahl.

Bei einigen Konkurrenzkonstruktionen wird nur ein einseitiges Laufrad verwendet. Diese Konstruktion leidet unter einer Schubbelastung in Richtung des Motors, die von den Motorlagern getragen werden muss. MTH-Turbinen verwenden eine zweiseitige schwimmende Laufradkonstruktion, die auf beiden Seiten gleichmäßig Druck aufbaut. Dies hat den Vorteil, dass der Pumpendruck das Laufrad in der Laufradhöhle mit engem Spalt hydraulisch selbstzentriert, ohne die Motorlager mit übermäßigen Schubbelastungen zu belasten.

Regenerative Pumpenkonstruktion

Die Pumpe hat ein vertikal geteiltes Gehäuse. Durch Entfernen der Schrauben B können Abdeckung C und Auskleidung L1 abgenommen werden, um das Laufrad zu prüfen oder zu entfernen. Um den Flüssigkeitsfluss von Hoch- zu Niederdruckbereichen in der Pumpe gering zu halten, hat das Laufrad einen geringen Abstand zwischen den Auskleidungen L1 und L2.

Druck auf das Laufrad

Etwa die Hälfte des Auslassdrucks herrscht um die Nabe des Laufrads herum, also der Druck auf die Gleitringdichtung. Löcher H durch das Laufrad verhindern unausgeglichenen Druck darauf und Endschub auf die Lager. Ein kleiner Bypass-Strom tritt auch über die Dichtflächen zwischen Auslass und Saugseite auf. Verschleiß an diesen Dichtflächen vergrößert die Abstände und den Bypass-Strom. Dasselbe passiert mit den Dichtringen von Kreiselpumpen. Dieser Verschleiß verringert die Pumpenkapazität erheblich, wenn mit hoher Förderhöhe gearbeitet wird. Die meisten Ausfälle von Peripheral-Turbinenpumpen werden durch diesen Verschleiß an den Dichtflächen verursacht. Eine Untersuchung der Verschleißursachen gehört in einen separaten Artikel, in dem sie ausführlich besprochen werden können. Um jedoch ernsthaften Verschleiß zu vermeiden, lassen Sie das Laufrad nicht die Auskleidungen L1 und L2 berühren und stellen Sie sicher, dass die gepumpte Flüssigkeit frei von abrasivem Material ist. Roth Peripheral-Turbinenpumpen mit patentierten selbstzentrierenden Laufrädern reduzieren das Verschleißproblem erheblich.

VORTEILE DES REGENERATIVPUMPENDESIGNS

Höheren Druck entwickeln
Kann mit niedrigeren Motordrehzahlen betrieben werden
Kavitation vermeiden
Betrieb mit niedrigerem NPSHr
Liefern Sie die angegebene Kapazität bei Eingangsdruckschwankungen
Erreichen Sie Leistung mit weniger Schritten
Kleinere Größe

Was ist eine Kreiselpumpe?

Kreiselpumpen sind der am häufigsten verwendete Pumpentyp in der Industrie, Landwirtschaft, kommunalen (Wasser- und Abwasseranlagen), Kraftwerken, Erdöl und vielen anderen Branchen. Sie sind der primäre Pumpentyp in der Klasse der sogenannten „kinetischen“ Pumpen und unterscheiden sich deutlich von „Verdrängerpumpen“.

Wie funktioniert eine Kreiselpumpe?

Kreiselpumpen sind hydraulisch betriebene Maschinen, die sich durch ihre Fähigkeit auszeichnen, Energie auf Fluide (insbesondere Flüssigkeiten) durch die Wirkung eines Zentrifugalkraftfelds zu übertragen. Ihr Hauptzweck besteht darin, Fluide durch Druckerhöhung zu übertragen. Kreiselpumpen können unterschiedliche Strukturen aufweisen, aber ihr Funktionsprinzip und ihre fluiddynamischen Eigenschaften sind immer gleich. Schematisch bestehen Kreiselpumpen aus einem Laufrad, das sich im Gehäuse dreht. Das Laufrad besteht aus einer Reihe von Schaufeln, vorzugsweise in radialer Ausführung, die kinetische Energie auf das gepumpte Fluid übertragen. Das Gehäuse ist mit Saug- und Druckdüsen für das gepumpte Fluid ausgestattet. Die Achse der Saugdüse entspricht der Drehachse des Laufrads, während die Achse der Druckdüse senkrecht zur Laufradachse steht, aber dennoch auf der Ebene liegt, die durch die Achse selbst verläuft.

Kreiselpumpen Funktionsprinzip

Die zu pumpende Flüssigkeit tritt kontinuierlich durch den Saugstutzen der Pumpe in der Mitte des Laufrads ein. Von hier aus wird sie in radialer Richtung bis zum Rand des Laufrads beschleunigt, wo sie in das Gehäuse abläuft. Der Flüssigkeitsstrom wird durch den Schub beschleunigt, den die Laufradschaufeln dank ihrer Krümmung auf den Strom selbst übertragen. Auf diese Weise erhält die Flüssigkeit Energie, hauptsächlich in Form einer Erhöhung ihrer Durchschnittsgeschwindigkeit (kinetische Energie). Im Gehäuse wird die Flüssigkeit aufgrund des in Bewegungsrichtung allmählich zunehmenden Querschnitts entsprechend verlangsamt.

Vorteile von Kreiselpumpen

Da es keine Antriebsdichtungen gibt, ist das Risiko von Leckagen vollständig ausgeschlossen. Das bedeutet, dass gefährliche Flüssigkeiten ohne Leckagen gepumpt werden können. Durch den Verzicht auf die Antriebsdichtungen werden Leckagen, Reibungsverluste, Verschleiß und Lärm vermieden und die Flüssigkeit vollständig vom Pumpenantrieb getrennt. Dadurch wird sichergestellt, dass nahezu 100 % der Motorleistung in Pumpleistung umgewandelt werden.
Keine Wärmeübertragung vom Motor – die Pumpenkammer ist durch einen Luftspalt vom Motor getrennt und stellt so eine Wärmebarriere dar.
Durch die vollständige Trennung vom Prozessmedium kann keine Flüssigkeit aus der Pumpe in den Motor gelangen.
Reduzierte Reibung.
Die Magnetkupplung kann brechen, wenn die Belastung der Pumpe zu groß ist. Das „Brechen“ der Magnetkupplung bedeutet, dass die Pumpe nicht überlastet wird und beschädigt wird.

Unterschiede zwischen einer regenerativen Turbinenpumpe und einer Kreiselpumpe

Regenerative Turbinenpumpen haben doppelreihige Schaufeln, die in den Rand geschnitten sind. Das Laufrad dreht sich in zwei Auskleidungen, in die ringförmige Kanäle gefräst wurden. Flüssigkeit strömt an der Saugseite ein und wird von den Laufradschaufeln aufgenommen. Bei fast einer Umdrehung im ringförmigen Kanal entwickelt die Flüssigkeit eine hohe Geschwindigkeit und der Druck steigt drastisch an, bevor sie ausgestoßen wird. Die Flüssigkeit zirkuliert zwischen den Laufradschaufeln und der ringförmigen Kammer. Aufgrund dieser Wirkung fließt die Flüssigkeit auf einem Pfad wie eine Schraubenfeder, die in jede der ringförmigen Nuten eingelegt ist, während die Flüssigkeit vorwärts befördert wird. Der Flüssigkeit wird durch eine Reihe von Wirbelimpulsen in den Laufradschaufeln Energie zugeführt, während sie von der Saugseite zur Auslassseite wandert.

Diese Impulse haben die gleiche Wirkung wie die mehrstufige Schaltung einer Kreiselpumpe. Bei einer mehrstufigen Kreiselpumpe ist der Druck das Ergebnis der in jeder Stufe zugeführten Energie. Bei einer Turbinenpumpe wird dem Flüssigkeitsstrom Druck zugeführt, indem er viele Male durch die Schaufeln eines einzelnen Laufrads zirkuliert.

Eines der bemerkenswertesten Merkmale der regenerativen Turbinenpumpe sind ihre Leistungseigenschaften beim Pumpen hochflüchtiger Flüssigkeiten. Die Art und Weise, wie das Turbinenlaufrad der Flüssigkeit Geschwindigkeit/Energie verleiht, wie oben beschrieben, unterscheidet sich deutlich von herkömmlichen Kreisel- oder Verdrängerkonstruktionen. Der kontinuierliche, fortschreitende Druckaufbau in einer regenerativen Turbinenpumpe verhindert im Wesentlichen das plötzliche Platzen von Blasen, das zerstörerische Kavitation verursacht.

Eine Turbinenpumpe kann etwa den zehnfachen Förderdruck einer Kreiselpumpe mit gleichem Laufraddurchmesser und gleicher Drehzahl entwickeln. Der Druck steigt nahezu gleichmäßig um den Laufradrand herum an. An der Laufradnabe beträgt der Druck etwa die Hälfte des Förderdrucks. Dieser niedrigere Druck plus Saugdruck ist das, was in der Stopfbuchse sichtbar ist. Löcher im Laufrad halten das Laufrad zentriert, um Verschleiß zu reduzieren, unausgeglichenen Druck auf das Laufrad zu verhindern und den Endschub auf die Lager zu reduzieren.

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