Kann der Hersteller der Wasserpumpe die häufigsten Ursachen für Wasserpumpengeräusche erklären?

Aug 21, 2024

Pumpengeräusche haben Kunden schon immer Kopfschmerzen bereitet. Ob es nun durch eine Fehlfunktion oder das Eigengeräusch der Pumpe selbst verursacht wird, ich glaube, dass viele Kunden beim Einsatz der Pumpe auf diese Probleme stoßen werden. Heute erklärt Ihnen Lutsee die häufigsten Ursachen für Pumpengeräusche.
Mechanischer Lärm entsteht durch vibrierende Komponenten oder Oberflächen, die hörbare Druckschwankungen in angrenzenden Medien verursachen. Beispiele hierfür sind Kolben, durch Rotation verursachte ungleichmäßige Schwingungen und vibrierende Rohrwände.
Bei Verdrängerpumpen hängt das Geräusch im Allgemeinen mit der Pumpendrehzahl und der Anzahl der Kolben in der Pumpe zusammen. Flüssigkeitspulsationen sind das wichtigste mechanisch verursachte Geräusch, und umgekehrt können diese Pulsationen auch mechanische Vibrationen in Pumpen- und Rohrleitungssystemkomponenten anregen. Falsche Kurbelwellenausgleichsgewichte können ebenfalls Vibrationen je nach Drehzahl verursachen, die die Fundamentschrauben lösen und ein Klopfgeräusch des Fundaments oder der Führungsschiene verursachen können. Andere Geräusche hängen mit dem Geräusch abgenutzter Pleuelstangen, abgenutzter Kolbenbolzen oder Kolbenschläge zusammen.
Bei Kreiselpumpen verursachen falsch installierte Kupplungen bei doppelter Pumpendrehzahl häufig Geräusche (Fehlausrichtung). Wenn die Pumpendrehzahl die kritische Drehzahl erreicht oder überschreitet, können starke Vibrationen aufgrund von Unwucht oder Geräusche aufgrund von Lager-, Dichtungs- oder Laufradverschleiß auftreten. Tritt Verschleiß auf, kann dies durch die Emission von hohen Pfeifgeräuschen charakterisiert sein. Lüfter von Elektromotoren, Wellenkeile und Kupplungsbolzen können alle Spaltgeräusche verursachen.
Flüssigkeitsrauschquelle
Wenn Druckschwankungen direkt durch Flüssigkeitsbewegungen erzeugt werden, ist die Geräuschquelle proportional zur Fluiddynamik. Mögliche Fluidkraftquellen sind Turbulenzen, Flüssigkeitsströmungsablösung (Wirbelzustand), Kavitation, Wasserschlag, Entspannungsverdampfung und die Wechselwirkung zwischen Laufrad und Pumpentrennwinkel. Die verursachten Druck- und Strömungspulsationen können entweder periodisch oder breitbandig sein und können im Allgemeinen mechanische Vibrationen in Rohrleitungen oder Pumpen selbst anregen. Mechanische Vibrationen können dann Lärm in die Umgebung abgeben.
Im Allgemeinen gibt es in Flüssigkeitspumpen vier Arten von Pulsationsquellen:
(1) Diskrete Frequenzkomponenten, die durch Pumpenlaufrad oder Kolben erzeugt werden
(2) Breitbandige Turbulenzenergie durch hohe Strömungsgeschwindigkeit
(3) Intermittierende Schwingungen von Breitbandgeräuschen, die durch Kavitation, Entspannungsverdampfung und Wasserschlag verursacht werden, stellen Aufprallgeräusche dar
(4) Beim Durchströmen von Hindernissen und seitlichen Einmündungen des Rohrleitungssystems können durch die periodischen Wirbel strömungsbedingte Pulsationen auftreten, die zu sekundären Änderungen des Strömungsspektrums oder zu Druckschwankungen in der Kreiselpumpe führen können.
Dies gilt insbesondere dann, wenn der Betrieb unter nicht konstruktionsbedingten Strömungsbedingungen erfolgt. Die auf der Stromlinie angezeigten Zahlen geben die Positionierung der folgenden Strömungsprozessprinzipien an:
Aufgrund der Wechselwirkung der Grenzschicht zwischen den Hochgeschwindigkeits- und Niedriggeschwindigkeitsbereichen im Strömungsfeld erzeugen die meisten dieser instabilen Strömungsmuster Wirbel, die beispielsweise durch Flüssigkeitsströmung um Hindernisse oder durch stehende Wasserzonen oder durch bidirektionale Strömung verursacht werden. Wenn diese Wirbel auf die Seitenwand treffen, verwandeln sie sich in Druckschwankungen und können lokale Schwingungen in Rohrleitungen oder Pumpenkomponenten verursachen. Die akustische Reaktion von Rohrleitungssystemen kann die Frequenz und Amplitude der Wirbelstromdiffusion stark beeinflussen. Untersuchungen haben gezeigt, dass Wirbelströme stark sind, wenn die Resonanz des Schalls im System mit der natürlichen oder bevorzugten Frequenz der Geräuschquelle übereinstimmt.
Wenn die Kreiselpumpe mit einer Durchflussrate arbeitet, die kleiner oder größer als der optimale Wirkungsgrad ist, ist normalerweise ein Geräusch um das Pumpengehäuse herum zu hören. Die Lautstärke und Frequenz dieses Geräusches variieren von Pumpe zu Pumpe, abhängig von der von der Pumpe zu diesem Zeitpunkt erzeugten Druckhöhe, dem Verhältnis von erforderlichem NPSH zu verfügbarem NPSH und dem Grad, in dem die Pumpenflüssigkeit vom idealen Durchfluss abweicht. Wenn der Winkel der Einlassleitschaufeln, des Laufrads und des Gehäuses (oder Diffusors) nicht für die tatsächliche Durchflussrate geeignet ist, tritt häufig Lärm auf. Als Hauptquelle dieses Lärms wird auch die Rückströmung angesehen.
Bevor die Flüssigkeit durch die Kreiselpumpe fließt und unter Druck gesetzt wird, muss sie einen Bereich mit einem Druck durchqueren, der nicht höher ist als der vorhandene Druck im Einlassrohr. Dies ist teilweise auf die Beschleunigungswirkung der Flüssigkeit zurückzuführen, die in den Laufradeinlass eintritt, sowie auf die Ablösung des Luftstroms von den Laufradeinlassschaufeln. Wenn die V-Strömungsrate die Auslegungsströmungsrate überschreitet und der zugehörige Schaufelwinkel falsch ist, bilden sich Hochgeschwindigkeits- und Niederdruckwirbel. Wenn der Flüssigkeitsdruck auf den Verdampfungsdruck fällt, verdampft das Flüssigkeitsgas. Der Druck im Durchgang steigt später an. Die anschließende Implosion verursacht Lärm, der allgemein als Kavitation bezeichnet wird. Normalerweise verursacht das Aufbrechen von Lufteinschlüssen auf der drucklosen Seite der Laufradschaufeln nicht nur Lärm, sondern birgt auch ernsthafte Gefahren (Schaufelkorrosion).
Der Geräuschpegel, gemessen am Gehäuse einer 8000 PS (5970 kW) starken Pumpe und in der Nähe der Einlassleitung während der Kavitation.
Die Entstehung von Kavitation kann breitbandige Stöße vieler Frequenzen hervorrufen; in diesem Fall dominieren jedoch die gemeinsame Frequenz der Schaufeln (Anzahl der Schaufeln des Laufrads multipliziert mit der Anzahl der Umdrehungen pro Sekunde) und deren Vielfache. Diese Art von Kavitationsgeräusch erzeugt typischerweise sehr hochfrequentes Geräusch, das am besten als „Explosionsgeräusch“ bezeichnet wird.
Das Kavitationsgeräusch kann auch hörbar sein, wenn die Durchflussrate unter dem Auslegungszustand liegt oder sogar wenn der verfügbare NPSH-Wert am Einlass den von der Pumpe benötigten NPSH-Wert überschreitet, was ein sehr rätselhaftes Problem darstellt. Die von Fraser vorgeschlagene Erklärung besagt, dass dieses Geräusch mit sehr niedriger, unregelmäßiger Frequenz, aber hoher Intensität durch den Rückfluss am Einlass oder Auslass des Laufrads oder an zwei Stellen entsteht und dass jede Kreiselpumpe diese Rückströmung bei einer bestimmten Durchflussrate-Abnahme erfährt. Der Betrieb unter Rückströmungsbedingungen beschädigt den Einlass und Auslass der Laufradschaufeln (ebenso wie die Druckseite der Gehäuseleitschaufeln). Die zunehmende Lautstärke des Impulsgeräuschs, das unregelmäßige Geräusch und die Zunahme der Einlass- und Auslassdruckpulsation bei abnehmender Durchflussrate können allesamt als Hinweise auf eine Rückströmung dienen.
Automatische Druckregler oder Durchflussregelventile können sowohl Turbulenz- als auch Luftstromablösungsgeräusche erzeugen. Wenn diese Ventile unter starkem Druckabfall arbeiten, haben sie hohe Durchflussraten, die erhebliche Turbulenzen erzeugen. Obwohl das erzeugte Geräuschspektrum sehr breitbandig ist, sind seine Eigenschaften um eine Frequenz mit einer entsprechenden Strouhal-Zahl von ungefähr 0,2 zentriert.
Kavitation und Entspannungsverdampfung
Bei vielen Flüssigkeitspumpsystemen kommt es im Allgemeinen zu einer gewissen Entspannung und Kavitation im Zusammenhang mit Druckregelventilen in der Pumpe oder im Fördersystem. Aufgrund des erheblichen Durchflussverlusts durch Drosselung führen höhere Durchflussraten zu stärkerer Kavitation.
In der Saugleitung einer Verdrängerpumpe kann der Kolben starke Pulsationen erzeugen, die durch die akustischen Eigenschaften des Systems verstärkt werden. Dadurch erreicht der dynamische Druck regelmäßig den Verdampfungsdruck der Flüssigkeit, selbst wenn der statische Druck am Sauganschluss höher als dieser Druck sein kann. Wenn der zirkulierende Druck ansteigt, platzen Blasen, was Lärm verursacht und das System beeinträchtigt. Dies kann zu Korrosion führen und außerdem unangenehme Geräusche verursachen.
Wenn der Druck von heißem, unter Druck stehendem Wasser durch Drosselung (z. B. Durchflussregelventile) abnimmt, kommt es in Heißwassersystemen (Speisepumpensystemen) besonders häufig zur Entspannungsverdampfung. Der Druckabfall führt dazu, dass die Flüssigkeit plötzlich verdampft, d. h. es kommt zur Entspannungsverdampfung, was zu Geräuschen ähnlich der Kavitation führt. Um eine Entspannungsverdampfung nach der Drosselung zu vermeiden, sollte für ausreichend Gegendruck gesorgt werden. Andererseits sollte am Ende der Rohrleitung eine Drosselung vorgenommen werden, um die Energie der Entspannungsverdampfung auf einen größeren Raum zu verteilen.