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Troubleshooting High Horsepower

Based on writings of DOUGLAS F. SWEET, P.E.

How often do you get a call about the vacuum pump motor tripping out? It happens for a lot of reasons, and only occasionally does replacing the pump correct the problem. Again, to solve the problem, good troubleshooting skills must be employed and the questions of "what changed, and when did it change?" must be asked.

Two good starting points for determining horsepower requirements are the operating conditions vacuum levels) and pump speed (rpm). These are discussed in the following sections, along with the pump horsepower overloading caused by water overloading, backpressure, and internal buildup.

Betriebsbedingungen

Es ist wichtig, zu bestimmen, ob die Pumpe deutlich über den Auslegungsgrenzen für das Vakuum arbeitet. Denken Sie daran, dass das Vakuummessgerät so platziert sein muss, dass es das tatsächliche Vakuum der Pumpe anzeigt. Das Vakuummessgerät muss außerdem genau sein. Es wird ein reines Vakuummessgerät (d. h. kein Kombi-Messgerät, das sowohl Vakuum als auch Druck misst) mit einem Messbereich von 0 bis 110 kPa Vakuum empfohlen.

Wenn man sich mit Vakuummessgeräten und ihrem typischen Zustand beschäftigt, kommt man außerdem oft zu dem Schluss, dass nur ein quasi unbenutztes Vakuummessgerät brauchbar ist. Vergewissern Sie sich stets, dass Ihre Vakuummesswerte zutreffend sind. Außerdem kann die Maschine nicht mit einem höheren Vakuum als an der Vakuumpumpe betrieben werden. Wenn es in den Rohren zu einem Druckabfall kommt, arbeitet die Vakuumpumpe mit dem höchsten Vakuum. Nachdem Sie den Vakuumpegel bestimmt haben, vergleichen Sie ihn mit den typischen Betriebsbedingungen. Ein höheres Vakuum
führt manchmal, jedoch nicht immer, zu einer höheren Leistungsaufnahme. Stellen Sie sicher, dass der ausgewählte Antriebsmotor es der Pumpe ermöglicht, über den gesamten Vakuumbereich hinweg zu arbeiten. Andernfalls wird ein Vakuumentlastungsventil benötigt, um das Vakuum im Betrieb zu begrenzen.

Pumpendrehzahl

Stellen Sie sicher, dass die Pumpendrehzahl den Spezifikationen für die Anlage entspricht. Manchmal wurde einfach ein falscher Motor eingebaut: 1.800 U/min statt 1.200 U/min. Dies kommt wahrscheinlich eher in einem neuen System oder nach einer Motorwartung vor.

Die Antriebsübersetzungen von Keilriemen und Untersetzungsgetrieben sollten mit der Ist-Ausgangsdrehzahl oder Pumpendrehzahl abgeglichen werden. Antriebshersteller verwenden den Begriff „exaktes Übersetzungsverhältnis“, um die Ist-Leistung oder Antriebsdrehzahl anzugeben. Außerdem liegt bei den neueren Motoren mit hohem Wirkungsgrad die Volllastdrehzahl in der Regel näher an der Nenndrehzahl von 1.200 U/min oder 1.800 U/min. Wenn Sie z. B. einen Antrieb basierend auf einer Drehzahl von 1.150 U/min (eine gängige Drehzahl für ältere Pumpenmotoren) wählen und einen neuen Motor mit einer Nenndrehzahl von 1.190 U/min einbauen, erhöht sich die Pumpendrehzahl um 3,5 % (und die effektive Leistung in einer ähnlichen Größenordnung).

Wassermitführung und Luft-/Wasser-Abscheidungssysteme

Eine weitere Ursache für eine erhöhte Leistungsaufnahme ist eine hohe Wassermitführung. Dazu kann es durch überschüssiges Sperrwasser oder Wasser aus dem Prozess kommen. Eine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe ist für einen bestimmten Sperrwasserfluss bemessen, und wenn dieser um 25 % oder auch 50 % ansteigt, führt dies in der Regel zu keinen Leistungsproblemen. Durchflussmengen, die den Nenndurchfluss um das 2- bis 3-Fache übersteigen, führen mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einer Motorüberlast oder zum Versagen der Antriebsriemen. Obwohl Nash Pumpen Wasserschwalle vertragen, können diese problematisch sein. Sie können vorübergehend sein, was die Fehlersuche erschwert.

Für hohe Sperrwassermengen gibt es mehrere mögliche Ursachen, darunter ein erhöhter Sperrwasserdruck, fehlende Blenden und abgenutzte Sprühdüsen (wenn die Pumpe damit ausgestattet ist) – oder alles zusammen. Der typische Sperrwasserdruck beträgt 70 bis 100 kPa. Wie bereits erwähnt, sollte dieser Druck vor der Blende und Sprühdüse gemessen werden. Solange die Blenden und Sprühdüsen intakt sind, kann der Sperrwasserdruck problemlos bis zu 100 bis 140 kPa betragen. Oberhalb dieser Drücke wird überschüssiges Wasser nur verschwendet und trägt zu Leistungsproblemen bei.

In älteren Vakuumsystemen finden sich oft abgenutzte Sprühdüsen, oder es wurden Sprühdüsen entfernt und durch ein gerades Rohr ersetzt. Die Düsen wirken als Blende und nach mehr als 20 Jahren kontinuierlichen Durchflusses erweitern sie sich, sodass sie mehr als das Doppelte des gewünschten Durchflusses hindurchlassen.

Übermäßige Durchflüsse aus dem Prozess, die als Mitförderung bezeichnet werden, lassen sich in der Regel erkennen und beheben. Die einfachste Methode, um Mitförderung zu erkennen, ist sich das aus der verdächtigen Vakuumpumpe austretende Wasser anzusehen, wenn der Strom sichtbar ist. Trübes Wasser, das aus einer Vakuumpumpe mit klarem Sperrwasser austritt, ist ein deutliches Zeichen für Mitförderung.

Viele Vakuumsysteme, insbesondere in Papierfabriken, verfügen über Vakuum-Vorabscheider zwischen dem Prozess und den Vakuumpumpen. Der Zweck des Abscheiders ist, Wasser und Verunreinigungen vor der Vakuumpumpe aus dem Luftstrom zu entfernen. Die Positionen von Vorabscheidern hängen von der Art der Ansaugvorrichtung und Maschinendrehzahl ab. Bei stationären Vakuum- oder Saugkästen sollte immer ein Abscheider vor der Vakuumpumpe installiert werden.

In Papierfabriken sollten außerdem die Gautsch- oder Saugwalzen mit Vorabscheidern versehen werden, wenn die Maschinendrehzahl unter 1.000 U/min beträgt. Bei diesen Drehzahlen wird das unter Vakuum entfernte Wasser in die Walze und den internen Saugkasten mitgerissen und strömt anschließend in die Vakuumpumpe. Bei höheren Drehzahlen wird das Wasser durch Zentrifugalkraft aus der Saugwalze geschleudert. Unter bestimmten Bedingungen können bei höheren Drehzahlen erhebliche Ströme von durch Saugwalzen mitgerissenen Wassers auf Doppelsiebformern vorhanden sein.

Neben dem Verständnis der Anwendung von Luft-/Wasser-Vorabscheidern ist auch eine gewisse Kenntnis der richtigen Verrohrungsmethoden und Hilfsmittel wie Dichtbehälter und Absaugpumpen mit niedriger Haltedruckhöhe erforderlich. Auch wenn ein Abscheider vorhanden ist, muss das abgeschiedene Wasser durch ein barometrisches Wasserschloss oder eine Absaugpumpe mit niedriger Haltedruckhöhe aus dem System abgeleitet werden. Wie oben besprochen können ein Wasserschloss und ein Dichtbehälter verwendet werden, wenn der Höhenunterschied zwischen dem Abscheiderboden und dem Flüssigkeitsstand im Dichttank groß genug ist. Vakuumsysteme mit einem zu geringen Höhenunterschied vom Abscheider können eine Absaugpumpe mit niedriger Haltedruckhöhe erfordern. Die Auslegung und Installation dieser Systeme erfordern erweitertes technisches Fachwissen und werden hier nicht behandelt. Es ist jedoch festzuhalten, dass Luft-/Wasser-Abscheidungssysteme zwischen der Maschine und der Pumpe enorm wichtig sein und sich auf den Betrieb der Vakuumpumpe auswirken können.

Manchmal zeigt sich das Mitförderungsproblem in Form von Schwallen aufgrund von Taschen in den Vakuumleitungen. Dies führt zu sporadischem Durchrutschen der Keilriemen, die die Vakuumpumpe antreiben. Die schwankenden Lasten können auch am Antriebsmotor gemessen werden. Diese treten meist in ziemlich regelmäßigen Intervallen auf, z. B. alle 20 oder 40 Sekunden. Die möglichen Lösungen umfassen das Entfernen der Taschen aus den Leitungen oder das Hinzufügen einer Abscheidungsvorrichtung.

Gegendruck

Eine weitere Ursache für Pumpenüberlasten ist Gegendruck an der Vakuumpumpe. Gegendruck entsteht, wenn die Vakuumpumpe mit einem Auslassdruck von mehr als 7 kPa g betrieben wird. Gut ausgelegte Vakuumsysteme arbeiten mit einem Auslassdruck von unter 3,45 kPa g. Ordnungsgemäße Fördersysteme enthalten keine steigenden Leitungen und sind für bestimmte Geschwindigkeiten ausgelegt. In älteren Vakuumsystemen wurden möglicherweise zusätzliche Vakuumpumpen hinzugefügt, ohne das Fördersystem und die Leitungen zu modifizieren. Die zusätzliche Vakuumpumpe schiebt mehr Luft durch zu gering bemessene Leitungen, was zu zusätzlicher Reibung führt und Gegendruck an den Vakuumpumpen erzeugt.

Eine zweite Ursache für Gegendruck entsteht, wenn das aus der Pumpe austretende Sperrwasser von dem Auslassabscheider oder Vakuumpumpensumpf nicht mit derselben Geschwindigkeit entfernt wird, mit der es eingetreten ist. In diesem Fall sollte der freie Fluss des Abscheiders zu einem offenen Abfluss überprüft werden. Bei Systemen mit einem Auslasssumpf muss der Wasserstand im Sumpf geregelt werden. Das erste Anzeichen für zu hohe Wasserstände in einem Sumpf oder zugesetzte Wasserauslässe in einem Auslassabscheider ist, dass Wasser aus dem Abluftschacht austritt.

Interne Ablagerungen

Eine weitere mögliche Ursache für Pumpenüberlast sind interne Ablagerungen in der Pumpe. Sie können durch eine mangelnde Abscheidung oder Kalziumkarbonat-Ablagerungen entstehen. Diese Ablagerungen setzen sich in der Regel am Pumpenrotor und in den Auslassöffnungen ab. Sie führen zu internem Gegendruck und verhindern das freie Austreten von Sperrwasser und Luft. Oft können der Kesselstein und die Ablagerungen bei abgeschalteter Pumpe mit einem Kesselsteinlösemittel entfernt werden. Bei hartem Wasser kann dem Sperrwasser auch ein chemisches Dispersionsmittel hinzugefügt werden, um die Kesselstein-Bestandteile in gelöstem Zustand zu halten. Alternativ kann auch weiches Wasser verwendet werden.

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