Innovative Technologien zur Steigerung der … Kunststoffe Lebensmittel & Getränke Chemie &...

Praktiker-Konferenz 2007 Seite /

Institut für hydraulische Strömungsmaschinen, Prof. Jaberg

Innovative Technologien zur Steigerung derBetriebssicherheit von Membranpumpen

Praktikerkonferenz 16.-18. April 2007

Matthias Sauter, LEWA GmbH


Übersicht

LEWA GmbH

Funktionsweise von Kolbenmembranpumpen

Besonderheiten bei der Rohrleitungsauslegung

Anwendungsbeispiel

Zusammenfassung


LEWA – Ihr kompetenter Partner weltweit

Dosierpumpen

Prozess-Membranpumpen

Dosiersysteme

Kundenspezifische Anlagen

Serviceleistungen / After Sales


LEWA – vom Familienunternehmen zur internationalen Gruppe

Hauptsitz und Produktionsstandort in Leonberg

Gründung 1952 durch Herbert Ott,in Familienbesitz bis September 2005

seit Oktober 2005 mit neuen Eigentümern(Deutsche Beteiligungs AG, Quadriga Capital)

15 internationale Vertriebsgesellschaften(zum Teil mit Montagetätigkeit)

in über 50 Ländern weltweit vertreten

Mitarbeiterzahl: 600

400 im Inland

200 im Ausland


11%

6%

41%

39%

3%

Branchenübergreifende Pumpenexpertise

LEWA Branchen

Öl & Gas

Pharma &Kosmetik

Kunststoffe

Lebensmittel & Getränke

Chemie &Petrochemie


LEWA Produkte in der Übersicht

Dosier-pumpen

Prozess-Membranpumpen

Anlagen-technik

Handels-produkte


Übersicht

LEWA GmbH



Anwendungsbeispiel

Zusammenfassung


Dosier-Membranpumpen

Triebwerk:Erzeugung einer

oszillierendenHubbewegung

Pumpenkopf : Fluiddosieren bzw. fördern


Drucksteife Kennlinie

Kreiselpumpe

RotierendeVerdrängerpumpe

OszillierendeVerdrängerpumpe


Vh Vh Vh

Zeit t

För

ders

trom

Q

Pulsierender Förderstrom


Erster Schritt: Ausgangspunkt ist die Kolbenpumpe

Funktionsweise Schritt für Schritt


Zweiter Schritt: Einbau einer Membran




Dritter Schritt: Membranführung und -abstützung, Leckerg änzungsventil


Vierter Schritt: Druckbegrenzungsventil



Fünfter Schritt: Einbau einer Feder



LEWA ecoflow M900 mit DPS

movie

Diaphragm Protection System = Membransteuerung + Membranüberwachung

DPS ist patentiert .

Die Einspanntechnologie basiertauf den Erfahrungen mit den PTFEHochdruckpumpenköpfen

Die Membranen wurde in über700.000 Versuchsstundenerfolgreich erprobt

Die Membranfedern wurden füreinen Betrieb von über 40.000herfolgreich erprobt


Übersicht

LEWA GmbH



Anwendungsbeispiel

Zusammenfassung


Installation einer Dosierpumpe

1 Saugbehälter

2 Ansaugkorb

3 Absperrventile

4 Schmutzfänger

5 Pulsationsdämpfer

6 Manometer

7 Dosierpumpe

8 Sicherheitsventil

9 Druckbehälter

1

43 3

35

8

9

6

6

2

5 7

Rohrleitungssystem schematisch


Vergleich verschiedenerFörderstrompulsationen

Zeit

Einzylinderpumpe ηv=0,95

Triplexpumpe ηv=0,95

Rotierende Verdrängerpumpe

Kreiselpumpe

V(t)

V(t)

V(t)

V(t)

Förderstrompulsation


Triebwerkskinematik

Kolbenweg

Geschwindigkeit

Beschleunigung

Ku r b e lw in k e l

Kol

benb

esch

leun

igun

gK

olbe

nges

chw

indi

gkei

tK

olbe

nweg

Beschleunigung

Geschwindigkeit

Kolbenweg

Triebwerkskinematik


Fluidkinematik

Saugseite Fördergrad = 100 %


Flu

id B

esch

leun

igun

gF

luid

Ges

chw

indi

gkei

tF

luid

Weg

Fluidweg

Geschwindigkeit

Beschleunigung

Kinematik der Flüssigkeit in der Rohrleitung


Überlagerung vonReibungsdruckverlust undMassendruckschwankungen ∆Pm

∆Pr

∆Pm + ∆Pr

Druckpulsation


Fluidkinematik

druckseitig

Fördergrad = 100 %


Flu

id B

esch

leun

igun

gF

luid

Ges

chw

indi

gkei

tF

luid

Weg

Fluidweg

Geschwindigkeit

Beschleunigung

Kinematik der Flüssigkeit in der Rohrleitung


Überlagerung vonReibungsdruckverlust undMassendruckschwankungen

∆Pm

∆Pr

∆Pm + ∆Pr

Druckpulsation


Druckpulsation in Abhängigkeit von Nennweite und Le itunsgslänge

kleine Nennweite - lange Leitung große Nennwe ite - kurze Leitung

∆Pm

∆Pr

∆Pm + ∆Pr

∆Pm

∆Pr

∆Pm + ∆Pr

Einflüsse auf die Pulsation


Betriebskriterien

max. zul. Druck

Gegendruck

Saugdruck

Dampfdruck

Pumpe

Überlastung

Überförderung

Kavitation

Bewertung der Installation


Pumpe und Rohrleitung als schwingfähiges System

L

X=0 X=L

Rohrleitung

ADd

Anlage

KontinuumOscillator

Pumpe

s t s tp p( ) sin≈ × ω

( , )ρ Ck

υ ζ= wa

m

x

Drosselcharakteristik aufgeprägteErregerschwingung

Resonanzzustände


Theorie und Messung

0,1

1

10

100

0,1 1 10

Messung

Theorie

0.10.1

1

1

10

10

100

Kennwert ϕω

=L

a

Dru

ckke

nnw

ert

ψρ

ω=

∆p as p

π2

3

2

π 5

2

π

E1ϕ

E 2ϕ

E 3ϕ

υ = 0

Resonanzzustände


Stehende Wellen im Resonanzzustand

1>>ϑ0=ϑ

n=1

n=1

n=2

n=2

n=3

n=3

2

π

2

3π

2

5π

π

π2

π3

LaE ⋅Ω=ϕ


Eintrittsdruckverlust

und NPSH

NPSH = Net PositiveSuction Head[NPSH] = m

Eintrittsverlust und NPSH



und NPSH:


∆ ∆ ∆ ∆ p i : Eintrittsdruckverlust in Pascal (= N/m² = bar * 10 ^5)

ρ ρ ρ ρ : Dichte der Dosierflüssigkeit in kg/m³ (= g/ml * 1000 )

g : Erdbeschleunigung 9.81 m/s²

NPSHR = p i

g⋅⋅⋅⋅∆∆∆∆ρρρρ


NPSH

NPSHR R = requiredNPSHA A = available

NPSHA > NPSHR

NPSHA und NPSHR



und NPSH


pSFmin ≥≥≥≥ ∆∆∆∆ p i + ∆∆∆∆ p H + 0.4 bar a

pSFmin ≥≥≥≥ ∆∆∆∆ p i + p D

der grössere der beiden Drücke:

oder:

ist entscheidend für die Auslegung



und NPSH


pSFmin ≥≥≥≥ ∆∆∆∆ p i + p D

Pumpenköpfe mit LEWA DPS:


Übersicht

LEWA GmbH



Anwendungsbeispiel

Zusammenfassung


Anwendungsbeispiel: Fördern von Gelatinelösung

Anforderungen Keimfreie Förderung von Gelatinelösung

Betriebsdruck: max. 50bar

Volumenstrom: 1217 l/h für den Produktionsprozess, 24 34l/h für denReinigungsprozess

Viskosität: 1500mPas

Prozesstemperatur: 50°C

CIP/SIP/DIP-fähige Reinigungmit Heißwasser/Dampf von 140°C

pSFmin = 0.60 bar(abs)

pTfl ≈ 0 bar(abs)

Zulaufhöhe ist ausreichend :

entspricht NPSHR

entspricht NPSHA

NPSHA > NPSHR

Fördern von Gelatinelösung mit LEWA ecoflow M900 mi t DPS

∆pE = 0.6 bar

pSFmin = 1.22 bar(abs)

pTfl ≈ 0 bar

Zulaufhöhe nicht ausreichend:

entspricht NPSHR

entspricht NPSHA

NPSHA < NPSHR

Fördern von Gelatinelösung konventioneller Membranp umpenkopf

pkrit. Hydraulik ≈ 0.4 bar

∆pE = 0.6 bar

∆pH = 0.22 bar


Investitionskosteneinsparung

Konventionelle Technik LEWA ecoflow M900

Inve

stiti

onsk

oste

n

Kosten für dieVordruckpumpe

Membranpumpe

30% - 40%Investitionskosteneinsparungdurch LEWA ecoflow


Zusammenfassung

Grundvoraussetzung für einen sicheren Betrieb ist eine sichereBasistechnologie

Die Auslegung der Rohrleitungen für oszillierende Ver drängerpumpen, erfordertbesondere Kenntnisse und Rechenverfahren

Rohrleitungsinstallation und Betriebsweise der Pumpe müssen sauber aufeinander abgestimmt sein

Mit DPS wurde eine Pumpenkopftechnologie entwickelt, die einerseits einenentscheidenden Sicherheitsvorsprung bietet

DPS erlaubt aber auch wirtschaftlichere Rohrleitungsau slegungen wegen desunübertroffenen Saugverhaltens


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

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