Pumpenkennlinie

Pumpenkennlinie – Ein Leitfaden zur Leistungscharakteristik von Pumpen

Einführung in die Pumpenkennlinie

Die Pumpenkennlinie ist eine grafische Darstellung der Leistungsfähigkeit einer Pumpe in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern. Sie zeigt das Verhältnis zwischen dem Förderstrom (in der Regel in Kubikmetern pro Stunde oder Litern pro Sekunde angegeben) und dem Förderdruck oder der Förderhöhe (in Metern) bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Diese Kurve ist von zentraler Bedeutung für die Auslegung und den effizienten Betrieb von Pumpensystemen, da sie die Leistungseigenschaften einer Pumpe unter verschiedenen Lasten verdeutlicht.

In diesem Artikel erklären wir die Bedeutung der Pumpenkennlinie, ihre verschiedenen Typen und wie Sie sie interpretieren können, um das optimale Pumpensystem für Ihre Anwendung zu wählen.

Was ist eine Pumpenkennlinie?

Die Pumpenkennlinie (auch Kennlinie der Pumpe genannt) zeigt, wie sich der Druck oder die Förderhöhe einer Pumpe in Abhängigkeit vom Förderstrom verhält. Sie wird durch Tests oder Simulationen bestimmt und dient als Grundlage für die Auswahl und den Betrieb von Pumpen in einem hydraulischen System.

Eine typische Pumpenkennlinie zeigt:

• Förderstrom (Q): Die Menge an Flüssigkeit, die durch die Pumpe pro Zeiteinheit gefördert wird (in Kubikmeter pro Stunde oder Litern pro Sekunde).
• Förderhöhe (H): Der Druck oder die Energie, die von der Pumpe auf die Flüssigkeit übertragen wird (in Metern Wassersäule, mWs, oder Bar).

Arten von Pumpenkennlinien

Es gibt verschiedene Arten von Pumpenkennlinien, die für unterschiedliche Pumpentypen spezifisch sind. Die häufigsten Pumpenkennlinien betreffen Kreiselpumpen, aber auch andere Pumpentypen wie Verdrängerpumpen haben ihre eigenen Kennlinien.

1. Kennlinie der Kreiselpumpe

Die Kennlinie einer Kreiselpumpe zeigt eine typischerweise fallende Kurve. Das bedeutet, dass bei steigendem Förderstrom der erzeugte Druck oder die Förderhöhe abnimmt.

• Niedriger Förderstrom (Q): Hohe Förderhöhe (H).
• Hoher Förderstrom (Q): Niedrige Förderhöhe (H).

Kreiselpumpen werden in der Regel für Anwendungen verwendet, bei denen große Förderströme bei moderaten Drücken erforderlich sind, wie etwa in der Wasserversorgung oder Industrieanwendungen.

2. Kennlinie der Verdrängerpumpe

Im Gegensatz dazu zeigen Verdrängerpumpen eine flachere Kennlinie, da der Förderstrom fast unabhängig vom Druck oder der Förderhöhe ist. Diese Pumpen erzeugen einen konstanten Förderstrom, auch wenn der Druck variiert.

• Konstanter Förderstrom (Q): Fast unabhängiger Druck (H).

Verdrängerpumpen eignen sich für Anwendungen mit hohen Drücken und geringen Förderströmen, wie etwa in Hydraulikanlagen oder Öl- und Gasanlagen.

Bestandteile der Pumpenkennlinie

Die Pumpenkennlinie besteht nicht nur aus der Förderhöhe-Förderstrom-Kurve, sondern zeigt auch andere wichtige Leistungsparameter der Pumpe:

1. Wirkungsgradkurve

Der Wirkungsgrad einer Pumpe zeigt an, wie effizient die Pumpe Energie in die Förderung der Flüssigkeit umsetzt. Der Wirkungsgrad ist in der Regel am höchsten in einem bestimmten Betriebspunkt, wo Pumpe und System optimal zusammenarbeiten. Der Betriebspunkt mit dem höchsten Wirkungsgrad wird als Bester Wirkungsgradpunkt (BEP) bezeichnet.

• Hoher Wirkungsgrad: Nahe am BEP.
• Niedriger Wirkungsgrad: Weit vom BEP entfernt.

2. NPSH-Kurve (Net Positive Suction Head)

Die NPSH-Kurve zeigt den erforderlichen Nettopositive Saughöhe-Wert, um Kavitation in der Pumpe zu vermeiden. Kavitation kann die Pumpe beschädigen und die Leistung beeinträchtigen. Der NPSH-Wert gibt an, wie viel Druckreserve am Saugstutzen der Pumpe vorhanden sein muss, um die Bildung von Dampfblasen zu verhindern.

• Hoher NPSH-Wert: Höhere Anforderung an den Druck am Eintritt der Pumpe.
• Niedriger NPSH-Wert: Geringere Anforderung an den Druck am Eintritt.

3. Leistungsaufnahme-Kurve

Diese Kurve zeigt, wie viel elektrische Energie (oder mechanische Leistung) die Pumpe in Abhängigkeit vom Förderstrom verbraucht. Die Leistungsaufnahme steigt in der Regel mit zunehmendem Förderstrom.

• Hoher Förderstrom: Höhere Leistungsaufnahme.
• Niedriger Förderstrom: Geringere Leistungsaufnahme.

Wie interpretiert man eine Pumpenkennlinie?

Das Verständnis der Pumpenkennlinie ist entscheidend für die Auswahl der richtigen Pumpe und den effizienten Betrieb des Systems. Die Kennlinie gibt Auskunft darüber, wie die Pumpe unter verschiedenen Bedingungen arbeitet und wie sie mit dem hydraulischen System interagiert.

1. Betriebspunkt

Der Betriebspunkt einer Pumpe ist der Punkt auf der Kennlinie, an dem die Pumpe arbeitet, wenn sie an das System angeschlossen ist. Er ergibt sich aus der Schnittstelle zwischen der Pumpenkennlinie und der Systemkennlinie. Die Systemkennlinie beschreibt den Druckbedarf des gesamten Systems in Abhängigkeit vom Förderstrom.

• Optimaler Betriebspunkt: Liegt nahe am BEP (Bester Wirkungsgradpunkt).
• Nicht optimaler Betriebspunkt: Zu hoher oder zu niedriger Förderstrom kann die Effizienz verringern und die Lebensdauer der Pumpe beeinträchtigen.

2. Maximale Förderhöhe

Die maximale Förderhöhe (Hmax) ist der höchste Druck, den die Pumpe bei einem Förderstrom von null erzeugen kann. Dieser Punkt wird auch als Absperrpunkt bezeichnet und sollte im normalen Betrieb vermieden werden, da die Pumpe hier ineffizient arbeitet und überhitzen kann.

3. Kavitationsgefahr

Um Kavitation zu vermeiden, muss der NPSH-Wert des Systems größer oder gleich dem in der Pumpenkennlinie angegebenen NPSH-Erforderlich-Wert sein. Bei zu geringem Druck am Einlass der Pumpe kann Kavitation auftreten, was die Pumpe stark beschädigen kann.

Bedeutung der Systemkennlinie

Die Systemkennlinie gibt den Druckverlust des Systems in Abhängigkeit vom Förderstrom an. Sie wird von den Eigenschaften der Rohrleitungen, Ventile, Armaturen und der gesamten hydraulischen Installation beeinflusst. Wenn Sie die Pumpenkennlinie und die Systemkennlinie gemeinsam betrachten, können Sie den tatsächlichen Betriebspunkt bestimmen.

1. Systemwiderstand

Der Systemwiderstand nimmt mit steigendem Förderstrom zu, was bedeutet, dass das System mehr Druck benötigt, um höhere Förderströme zu bewältigen. Die Pumpenkennlinie muss mit der Systemkennlinie übereinstimmen, um den Betriebspunkt zu finden, bei dem die Pumpe und das System am effizientesten arbeiten.

• Geringer Systemwiderstand: Weniger Druckverlust und höherer Förderstrom.
• Hoher Systemwiderstand: Mehr Druckverlust und niedrigerer Förderstrom.

2. Optimierung des Betriebspunkts

Um den Betriebspunkt zu optimieren, müssen die Pumpen- und Systemkennlinien so aufeinander abgestimmt werden, dass der Förderstrom und die Förderhöhe im gewünschten Bereich liegen und die Pumpe mit dem höchsten Wirkungsgrad arbeitet.

Anwendungen der Pumpenkennlinie

Die Pumpenkennlinie wird in vielen Bereichen der Industrie und Technik eingesetzt, um die richtige Pumpe auszuwählen und den Betrieb zu optimieren. Typische Anwendungen sind:

• Wasserversorgung: Auswahl der richtigen Pumpe für die Förderung von Wasser über lange Strecken oder in Hochhäuser.
• Industrieanwendungen: Optimierung der Pumpenleistung in hydraulischen Prozessen, bei denen Flüssigkeiten mit hohem Druck transportiert werden müssen.
• Heizungs- und Klimaanlagen: Sicherstellung, dass die Pumpe effizient arbeitet und den Energieverbrauch minimiert.
• Abwasserbehandlung: Auswahl von Pumpen, die unter den wechselnden Bedingungen von Abwassersystemen arbeiten können.

Fazit

Die Pumpenkennlinie ist ein wesentliches Werkzeug zur Auswahl und zum Betrieb von Pumpensystemen. Sie gibt Aufschluss über die Leistungsfähigkeit einer Pumpe unter verschiedenen Betriebsbedingungen und hilft dabei, den optimalen Betriebspunkt zu finden, an dem die Pumpe effizient arbeitet und lange hält. Durch das Verständnis und die richtige Anwendung der Pumpenkennlinie können Energieverbrauch gesenkt, Kavitationsprobleme vermieden und Kosten gespart werden.