Das sollten Sie bei der Auslegung von Tauchmotorpumpen beachten

Die Auslegung von Tauchmotorpumpen für Abwässer ist von verschiedenen Einflussfaktoren abhängig

Pumpstationen transportieren als Haupt- oder Zwischenpumpwerke häusliche, industrielle oder kommunale Schmutz- und Abwässer sowie Regenwässer. Neben trocken aufgestellten Kreiselpumpen kommen dabei häufig auch Tauchmotorpumpen zum Einsatz. Bei der Auslegung sind jedoch systembedingte Anforderungen zu beachten. Unterschiedlichste Faktoren haben Einfluss auf den Betrieb von Abwasserpumpen. Dabei sind unter anderem die Rohrleitungsführung, der Feststoffanteil sowie die Art der Aufstellung für einen störungsfreien Betrieb zu beachten. 

Wo also anfangen mit der Auslegung? Welche Faktoren sind zu berücksichtigen, um einen möglichst langen und störungsfreien Betrieb der eingesetzten Tauchmotorpumpen und so letztendlich gesamten Abwasserpumpstation sicherzustellen?

Die Abwasserpumpstation immer als Einheit betrachten!

Grundsätzlich sollte bei der Auslegungs-Planung einer Tauchmotorpumpe zuallererst bedacht werden, dass diese nur eine Komponente der gesamten Abwasseranlage ist. Eine Tauchmotorpumpe kann nur dann betriebsicher und effizient arbeiten, wenn auch die gesamte Anlage und ihre Systeme, das zu fördernde Medium (Eigenschaften und Zusammensetzung), die Regelung und die Fahrweise mit deren Eigenschaften, bzw. deren Hydraulik abgestimmt sind.

Durch die jahrelange, intensive Zusammenarbeit mit Planern, Installateuren und anderen Praktikern konnte KSB einen großen Erfahrungsschatz über die Auslegung von Tauchmotorpumpen in Abwasserpumpstationen sammeln, an dem wir Sie gerne teilhaben lassen möchten. Im nachfolgenden also die wichtigsten Planungsgrößen sowie praktische Tipps für die erfolgreiche Auslegung von Tauchmotorpumpen.

Planungsgrößen und Bemessungsdaten

Im Mittelpunkt der Planung einer Tauchmotorpumpe steht das Erreichen einer bestimmten Fördermenge und Förderhöhe. Die Berechnung der Förderhöhe ergibt sich aus der Höhendifferenz der Reservoirs und den Reibungsverlusten in der Rohrleitung sowie der zugehörigen Komponenten. Die tatsächlich Fördermenge ist von einer Reihe von Einflüssen abhängig, die bei der Auslegung einer Tauchmotorpumpen unbedingt berücksichtigt werden müssen.

Für eine optimale Auslegung der Pumpe sollte zunächst der Schnittpunkt aus Pumpen- und Anlagenkennlinie möglichst präzise berechnet werden – hier liegt der optimale Arbeitsbereich, in dem die Pumpe mit dem besten hydraulischen Wirkungsgrad arbeitet. Zur Berechnung muss die Förderhöhe H (in Metern) ins Verhältnis zum gewünschten Abwasserfluss Q (in m³/h) gesetzt werden. Die Betriebsgrenzen werden durch die Größen Qmin und Qmax gekennzeichnet.

Fördermenge (Q)
Eine möglichst genaue Ermittlung der benötigen, bzw. anfallenden Fördermenge ist äußerst wichtig für die richtige Dimensionierung des Arbeitsbereiches der Tauchmotorpumpe, und damit auch für die Größe der gesamten Abwasserpumpstation. Damit erreicht man einen effizienten Betrieb der Pumpe.

Förderhöhe (H)
Die Förderhöhe einer Pumpe ist definiert als die auf das Fördermedium übertragene, nutzbare mechanische Arbeit, bezogen auf die Gewichtskraft des geförderten Mediums bei örtlicher Fallbeschleunigung. Wichtige Kenntnisse für die Bestimmung der Förderhöhe sind u. a.: die Ordinate der Sohle des Zulaufkanals, die Ein- und Ausschalt-Ordinaten der Pumpen, der Verlauf des Geländes zwischen der Förderanlage und dem Förderziel, die verbauten Armaturen, Formstücke und Rohrleitungen mit Angabe ihrer Nennweiten (DN) und ihrer Widerstandsbeiwerte (ζ) sowie die Auslauf-Ordinate des Förderzieles.

NPSH-Wert
Der NPSH-Wert gibt das Saugvermögen einer Pumpe an. Er gibt den Mindestdruck im Zulauf an, den jede Pumpe benötigt, um kavitationsfrei und betriebssicher arbeiten zu können. Generell ist beim NPSH-Wert zu unterscheiden zwischen dem NPSH3%-Wert (zugelassener Kavitationseinfluss mit 3 % Förderhöhenabfall) der Pumpe, genannt NPSHerf (erf = erforderlich), auch bezeichnet als Haltedruckhöhe der Pumpe genannt und dem NSPH-Wert der Anlage, auch genannt NPSHvorh (vorh = vorhanden), auch bezeichnet als Haltedruckhöhe der Anlage. Der NPSH3%-Wert wird durch die Form des Laufrads der Tauchmotorpumpe sowie durch ihre Drehzahl beeinflusst.

Leistungsbedarf
Der Leistungsbedarf beschreibt die an der Pumpenwelle oder -kupplung vom Antrieb aufgenommene, mechanische Leistung. Der Leistungsbedarf ist nicht zu verwechseln mit der am Antrieb verfügbaren Leistung, sprich: der Antriebsleistung oder auch Motorenleistung PN. Diese wird vom Motorenhersteller auf dem Leistungsschild ausgewiesen.

Parallelbetrieb und reduzierte Pumpenkennlinien
Im Parallelbetrieb setzt sich die Gesamtfördermenge aus dem zur Förderhöhe entsprechend gehörenden Förderstromanteilen der Einzelpumpen zusammen. Die Förderhöhe der Einzelpumpen muss dabei um den dynamischen Anteil der Förderhöhenverluste der Einzelleitung bis zur Einbindung in die Sammelleitung reduziert werden. Die Anlagenkennlinie der Sammelleitung enthält nur die Förderhöhenverluste ab der Vereinigungsstelle der Einzelleitungen.

Eine Druckverlustrechnung hilft, die Förderhöhe zu berechnen

Um die tatsächlich benötigten Förderhöhen für eine Pumpenanlage nachvollziehbar zu kalkulieren, muss eine Druckverlustrechnung durchgeführt werden. Basis dafür ist zunächst die Anforderung des Vorhabens: eine Menge X (in Litern) Abwasser muss von A nach B transportiert werden. Über die empfohlenen Strömungsgeschwindigkeiten für Abwässer werden dann die Rohrleitungsquerschnitte abgeschätzt. Hierbei müssen einerseits die Mindestgeschwindigkeiten für den sicheren Transport der Feststoffanteile eingehalten werden, andererseits aber auch die wirtschaftlichen Betrachtungen bezüglich der maximalen Strömungsgeschwindigkeiten einfließen. Mit den daraus resultierenden Durchmessern werden die Druckverluste errechnet.

Die Verlusthöhe (HV) für gerade Rohrleitungen lässt sich wie folgt berechnen:

Die Verlusthöhe (HV) in Armaturen und Formstücken lässt sich wie folgt berechnen:

Praktische Tipps

Nachfolgend ein paar wertvolle Tipps, wie Sie typische Fehler vermeiden oder sich bei der Auslegung ergebende Herausforderungen umgehen können:

• Pumpe und Anlage als eine Einheit betrachten
• Laufradtyp- und Werkstoff in Abhängigkeit von Fördermedium wählen
• Betriebspunkt in der Nähe des Bestpunktes, optimalen Arbeitsbereichs beachten
• Mindestfließgeschwindigkeiten in horizontal und vertikal verlegten Rohrleitungen prüfen
• Umfangsgeschwindigkeit am Außenduchmesser des Laufrades berücksichtigen
• Mindestwasserstand im Saugbehälter prüfen, um Luft ziehende Wirbel zu vermeiden
• Schalthäufigkeit der Tauchmotorpumpen berücksichtigen
• Reduzierte Pumpenkennlinien berechnen
• Bei Rückschlagklappen auf die Mindestgeschwindigkeit des Fördermediums achten

Fazit

Die Auswahl der passenden Pumpe wird maßgeblich bestimmt durch die Vorgabe der Betriebsbedingungen. Als Betriebsbedingungen verstehen sich dabei in erster Linie Angaben über das Fördermedium (z. B. Temperatur, Dichte, Viskosität, TS-Gehalt, Sandanteile oder auch andere Beimengungen), der erwartete Förderstrom, die erforderliche Förderhöhe, das Saugverhalten, die Drehzahl sowie die Aufstellart der Tauchmotorpumpe. Weiterhin erforderlich für die Auswahl sind Informationen zu: Größe und Anschlusswerten der Antriebe, Fahrweisen, die zu erwartende Schalthäufigkeit sowie anlagen- und umweltseitige Einflüsse (max. Geräuschemission, zulässige Schwingungen, sonstige in den Rohrleitungen auftretende Schwingungen etc.).

KSB berät Sie gerne bei der Auswahl und Planung Ihrer Abwasserpumpstation. Sprechen Sie uns gerne an!