Fehlerbehebung bei Kreiselpumpen: Geringer Durchfluss oder keine Förderhöhe

1. Problembeschreibung und Anwendungsbereich

Dieses Handbuch dient der Diagnose und Beseitigung von Störungen, die mit einer verminderten Versorgung oder einem völligen Druckmangel in Kreiselpumpen verbunden sind, die unter industriellen Bedingungen in der Ukraine betrieben werden. Typische Symptome sind ein erheblicher Leistungsabfall, die Unfähigkeit der Pumpe, Flüssigkeit auf die erforderliche Höhe zu pumpen, sowie charakteristische Geräusche und Vibrationen. Das Handbuch behandelt die Diagnose von Geräten, die in der Lebensmittel-, Chemie-, Energie- und Automobilindustrie eingesetzt werden.

Einstufung des Schweregrads:

• Kritisch: Völliger Versorgungsmangel, der zum Stillstand des technologischen Prozesses führt. Erfordert sofortiges Eingreifen.
• Erheblich: Die Zuführung liegt deutlich unter dem Nennwert (>20 %), was sich auf die Produktqualität oder die Prozesseffizienz auswirkt. Benötigt dringend eine Diagnose.
• Geringfügig: Eine leichte Reduzierung des Futters (<20 %), was auf das Frühstadium einer Fehlfunktion hinweisen kann. Benötigt eine geplante Untersuchung.

2. Vorsichtsmaßnahmen

ACHTUNG! Vor Beginn von Diagnose- oder Reparaturarbeiten an der Pumpeneinheit müssen alle erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden, um Personen- und Sachschäden zu vermeiden.

• SPERREN UND TAGOUT (LOTO): Befolgen Sie immer die Vorgehensweise zum Sperren und Markieren von Stromquellen (elektrisch, hydraulisch, pneumatisch), um einen versehentlichen Pumpenstart zu verhindern. Stellen Sie sicher, dass alle Ventile an der Saug- und Druckleitung geschlossen und verriegelt sind.
• PERSÖNLICHE SCHUTZAUSRÜSTUNG (PSA): Achten Sie darauf, geeignete PSA zu verwenden: Schutzbrille/Gesichtsschutz, Handschuhe (chemikalienbeständig bei der Arbeit mit aggressiven Flüssigkeiten), Schutzschuhe, Schutzkleidung. Hitzebeständige Handschuhe beim Arbeiten mit heißen Flüssigkeiten.
• GESPEICHERTE ENERGIE: Bedenken Sie, dass Restdruck oder Vakuum im System verbleiben können. Öffnen Sie vorsichtig die Ablass- und Entlüftungsventile. Heiße Flüssigkeiten und Oberflächen können zu Verbrennungen führen.
• GEFÄHRLICHE STOFFE: Stellen Sie sicher, dass die Flüssigkeit in der Pumpe und den Rohrleitungen sicher für den Kontakt ist, oder ergreifen Sie besondere Maßnahmen, um sie gemäß den geltenden Vorschriften abzulassen und zu entsorgen (DSTU 8798:2018, EN 1530:2004).
• DREHENDE TEILE: Entfernen Sie niemals Schutzabdeckungen, während die Pumpe läuft. Stellen Sie sicher, dass alle rotierenden Teile vollständig zum Stillstand gekommen sind, bevor Sie sich ihnen nähern.

3. Notwendige Diagnosetools

Für eine effektive Diagnose wird empfohlen, die folgenden Tools zu verwenden, die den Standards der DSTU EN ISO 10012:2005 entsprechen:

4. Checkliste für die Erstbewertung

Bevor mit einer detaillierten Diagnose begonnen werden kann, ist es notwendig, erste Daten zu sammeln. Diese Informationen helfen dabei, die möglichen Ursachen der Störung einzugrenzen.

5. Systematischer Ablauf der Diagnostik

Befolgen Sie zur systematischen Fehlerbehebung das folgende Flussdiagramm:

1. SYMPTOM: Geringe Förderung oder keine Förderhöhe
   1. Schritt 1: Pumpenbetrieb prüfen
      • Diagnose: Laufen Pumpe und Motor? Dreht sich die Pumpenwelle?
      • Wenn NEIN:
        1. Möglicher Grund: Keine Stromversorgung, Motorstörung, Kupplungstrennung, Pumpenblockade.
        2. Diagnosetest: Überprüfen Sie die Stromversorgung des Motors mit einem Multimeter (Spannung, Strom). Überprüfen Sie die Kupplung visuell. Versuchen Sie, die Pumpenwelle von Hand zu drehen (nach LOTO).
        3. Gehen Sie zu: Elektrische/mechanische Fehlersuche bei Motor/Kupplung.
      • Wenn JA: Setzen Sie die Diagnose fort.
   2. Schritt 2: Saugprüfung
      • Diagnose: Messen Sie den Saugdruck mit einem Vakuummeter.
      • Wenn der Saugdruck niedrig (höheres Vakuum) oder extrem niedrig ist:
        1. Mögliche Ursache: Saugprobleme (Luftstopfen, verstopfter Filter, unzureichender Flüssigkeitsstand, Leck in der Saugleitung, übermäßiger hydraulischer Saugwiderstand).
        2. Diagnosetest:
           • Sichtprüfung von Filter und Saugleitung.
           • Überprüfen Sie den Flüssigkeitsstand im Tank.
           • Achten Sie auf Ansauggeräusche – ein zischendes Geräusch kann auf das Ansaugen von Luft hinweisen.
           • Verwenden Sie eine Seifenlösung oder ein Spray, um Lecks an Saugflanschen/Anschlüssen zu erkennen.
        3. Gehen Sie zu: Abschnitt „Saugprobleme“.
      • Wenn der Saugdruck normal ist: Fahren Sie mit der Diagnose fort.
   3. Schritt 3: Ladedruckprüfung
      • Diagnose: Ladedruck mit einem Manometer messen.
      • Wenn der Förderdruck niedrig ist (und der Saugdruck normal ist):
        1. Mögliche Ursache: Laufradverschleiß, Kavitation, Luftstau im Pumpengehäuse, falsche Drehrichtung, teilweise geöffnete Absperrvorrichtungen.
        2. Diagnosetest:
           • Abhören der Pumpe (charakteristisches Knirschen bei Kavitation, Zischen bei Luft).
           • Visuelle Kontrolle der Drehrichtung.
           • Überprüfen Sie die Position der Absperrventile.
           • Schwingungsmessung mit einem Schwingungsanalysator.
           • Mithilfe einer Wärmebildkamera lokale Überhitzungen erkennen.
        3. Gehen Sie zu: Abschnitt „Laufradverschleiß“, „Kavitation“, „Pumpe mit Lufteinschluss“.
      • Wenn der Austrittsdruck hoch ist (und die Versorgung niedrig ist/fehlt):
        1. Mögliche Ursache: Teilweise oder vollständig geschlossenes Absperrventil am Austritt, verstopfte Rohrleitung oder Wärmetauscher, falsche Auswahl der Pumpe (Inkompatibilität mit der Systemkurve).
        2. Diagnosetest:
           • Überprüfung der Position aller Absperrorgane an der Einspritzung.
           • Messung des hydraulischen Widerstands von Rohrleitungsabschnitten.
           • Vergleich der Passkennlinien der Pumpe mit der berechneten Anlagenkennlinie.
        3. Gehen Sie zu: Abschnitt „Systemkurvenanalyse“.

6. Störungsursachenmatrix

Dieses Diagramm bietet einen schnellen Überblick über häufige Symptome, wahrscheinliche Ursachen, Diagnosetests und erwartete Ergebnisse. Die Gründe werden nach Wahrscheinlichkeit geordnet.

7. Ursachenanalyse für jede Fehlfunktion

7.1. Kavitation

Erklärung: Kavitation ist das Phänomen der Bildung und des anschließenden schnellen Zusammenbruchs von Flüssigkeitsdampfblasen in einer gepumpten Strömung. Tritt auf, wenn der statische Druck der Flüssigkeit an irgendeinem Punkt in den Strömungsteilen der Pumpe (normalerweise am Eingang des Laufrads) unter den Druck gesättigter Dämpfe dieser Flüssigkeit bei einer bestimmten Temperatur fällt. Dies geschieht, wenn der verfügbare Kavitationsspielraum (NPSH_A) kleiner wird als der erforderliche Kavitationsspielraum (NPSH_R) der Pumpe. (DSTU ISO 17769-1:2010).

Gründe:

• Niedriger NPSH_A (z. B. aufgrund einer zu hohen Flüssigkeitstemperatur, eines hohen hydraulischen Saugwiderstands oder einer zu hohen Saughöhe).
• Falsche Auswahl der Pumpe (NPSH_R der Pumpe ist für die gegebenen Bedingungen zu hoch).
• Zu wenig Flüssigkeit im Saugbehälter.
• Das Saugventil ist teilweise geschlossen.

Bestätigung: Charakteristisches Geräusch ähnlich „Kiesknirschen“, erhöhte Vibration (insbesondere bei Frequenzen von 20 bis 200 Hz), schnelle Zerstörung der Oberfläche der Schaufeln des Laufrads und des Pumpengehäuses (Kavitationserosion), Überhitzung des Pumpengehäuses.

Schäden (wenn nicht kontrolliert): Kavitation führt zu fortschreitendem Metallzerfall der Durchflussteile, verringerter Pumpeneffizienz, erhöhtem Verschleiß von Lagern und Enddichtungen aufgrund von Vibrationen und letztendlich zum Ausfall der Pumpe.

7.2. Luftgesperrte Pumpe (Luftstopfen)

Erklärung: Kreiselpumpen sind nicht zum Pumpen von Gasen bestimmt. Wenn sich in der Saugleitung oder im Pumpengehäuse eine erhebliche Menge Luft oder Gas ansammelt, kann das Laufrad nicht genügend Druck erzeugen, um die Flüssigkeit zu bewegen, da die Dichte der Luft viel geringer ist als die Dichte der Flüssigkeit. Dadurch entsteht ein „Luftstau“, der den Betrieb der Pumpe verhindert.

Gründe:

• Luftleckage in der Saugleitung durch undichte Flansche, Anschlüsse, Wellendichtungen, Öldichtungen.
• Unzureichender Flüssigkeitsstand im Saugbehälter, wodurch Luft durch den Wirbel angesaugt wird.
• Unvollständige Befüllung der Pumpe mit Flüssigkeit vor dem Start (ungenügende Befüllung).
• Ansammlung von aus der Flüssigkeit freigesetzten Gasen.

Bestätigung: Die Pumpe funktioniert, aber der Förderdruck ist fast Null oder deutlich niedriger als normal. Oft ist ein charakteristisches Geräusch von „schleifender“ Luft zu hören, die Pumpe läuft im „Leerlauf“ mit reduziertem Motorstrom. In den transparenten Abschnitten der Rohrleitung sind Luftblasen optisch zu erkennen.

Schäden (falls nicht beseitigt): „Trockenlauf“ der Pumpe kann zur Überhitzung der Enddichtungen und Lager und zu deren schnellem Ausfall führen. Es ist auch möglich, dass das Laufrad durch Reibung beschädigt wird.

7.3. Verschleiß des Laufrads und des Innenspiels

Erklärung: Das Laufrad ist das Schlüsselelement einer Kreiselpumpe, das Energie auf eine Flüssigkeit überträgt. Im Laufe der Zeit verschleißen die Laufradschaufeln und die Oberflächen der inneren Dichtringe (Schlitzdichtungen) durch abrasiven Verschleiß (durch feste Partikel in der Flüssigkeit), Korrosion (durch aggressive Flüssigkeiten) oder Kavitationserosion. Dies führt zu einer Erhöhung der internen Flüssigkeitsströme von der Druckseite zur Saugseite innerhalb der Pumpe, was den Wirkungsgrad und die Leistungseigenschaften der Pumpe erheblich verringert.

Gründe:

• Dauerbetrieb mit abrasiven Flüssigkeiten.
• Pumpen korrosiver Flüssigkeiten ohne geeignetes Pumpenmaterial.
• Arbeiten Sie unter Bedingungen ständiger Kavitation.
• Normaler betriebsbedingter Verschleiß.

Bestätigung: Abfalldruckabfall bei normalem Saugdruck und unveränderten anderen Parametern. Eine Abnahme der Effizienz der Pumpe, die sich in einem Anstieg des Stromverbrauchs pro Einheit gepumpter Flüssigkeit äußert. Bei der Demontage der Pumpe treten sichtbare Verschleißspuren, Erosion, Veränderungen der Schaufelgeometrie, erhöhte Radial- und Axialspiele auf.

Schaden (falls nicht beseitigt): Dauerhafte Leistungsminderung, erhöhter Energieverbrauch, schließlich - völliger Funktionsausfall der Pumpe. Erhöhte Vibration aufgrund hydraulischer Unwucht.

7.4. Probleme mit der Absorption

Erklärung: Der effiziente Betrieb einer Kreiselpumpe hängt entscheidend von den richtigen Ansaugbedingungen ab. Jede Verstopfung oder Anomalie in der Saugleitung kann zu einem Abfall des NPSH_A und in der Folge zu Kavitation oder einem vollständigen Versorgungsausfall führen.

Gründe:

• Verstopfter Filter, Sieb oder Tankeinlass.
• Die Saughöhe ist zu hoch (Pumpe steht deutlich über dem Flüssigkeitsspiegel).
• Saugleitung zu lang oder zu kleiner Durchmesser, wodurch ein übermäßiger hydraulischer Widerstand entsteht.
• Luftleck in der Saugleitung (siehe „Luftstopfen“).
• Unsachgemäße Gestaltung der Saugarmaturen (Bögen, Übergänge).

Bestätigung: Niedriger Vakuummesswert beim Saugen (höheres Vakuum), was auf einen hohen Saugwiderstand hinweist. Geräusche in der Saugleitung, mögliche Vibrationen. Geringe Pumpenleistung.

Schäden (falls nicht beseitigt): Kavitation, Beschädigung der Innenteile der Pumpe, Verkürzung der Lebensdauer der Ausrüstung.

7.5. Analyse der Systemkurve

Erklärung: Die Systemkurve spiegelt die Abhängigkeit des hydraulischen Widerstands des Rohrleitungssystems vom Flüssigkeitsfluss wider. Der Betriebspunkt der Pumpe wird durch den Schnittpunkt der Pumpenleistungskurve mit der Anlagenkurve bestimmt. Ändert sich die Anlagenkennlinie (z. B. durch Verstopfung, veränderte Leitungslängen, Öffnen/Schließen von Ventilen) oder wurde die Pumpe falsch für die Anlage ausgewählt, führt dies dazu, dass die Pumpe außerhalb des optimalen Betriebspunktes arbeitet, was zu verringerter Effizienz, erhöhtem Energieverbrauch und geringer Fördermenge führt.

Gründe:

• Falsche Pumpenauswahl für bestimmte Betriebsbedingungen.
• Änderungen im Rohrleitungssystem (neue Bögen, kleinerer Durchmesser, größere Länge).
• Teilweises Schließen von Absperrventilen oder Verstopfung von Rohrleitungen am Auslass.
• Hoher statischer Druck, der bei der Auswahl nicht berücksichtigt wurde.

Bestätigung: Geringe Förderung bei normalem oder hohem Förderdruck. Die Berechnung der Anlagenkennlinie und deren Vergleich mit den Pumpenkennlinien zeigt, dass der Betriebspunkt weit vom Punkt des maximalen Wirkungsgrades der Pumpe entfernt bzw. zu weit links auf der Leistungskennlinie liegt.

Schäden (sofern nicht behoben): Erhöhter Energieverbrauch, erhöhter Pumpenverschleiß durch nicht optimalen Betrieb (insbesondere beim Betrieb in einem „geschlossenen Ventil“), instabiler Systembetrieb.

8. Sequentielle Fehlerbehebungsverfahren

8.1. Beseitigung von Kavitation

ACHTUNG: Vor jedem Eingriff muss das LOTO-Verfahren durchgeführt werden!

1. NPSH-Prüfung_A:
   1. Reduzieren Sie die Flüssigkeitstemperatur, wenn sie zu hoch ist.
   2. Erhöhen Sie den statischen Flüssigkeitsspiegel im Saugbehälter.
   3. Hydraulischen Saugwiderstand reduzieren: Filter prüfen und reinigen, alle Ventile vollständig öffnen.
   4. Durchmesser und Länge der Saugleitung prüfen; ggf. den Durchmesser vergrößern oder die Länge verkürzen.
2. Pumpenprüfung:
   1. Stellen Sie sicher, dass die Pumpe ordnungsgemäß mit Flüssigkeit gefüllt ist.
   2. Untersuchen Sie das Laufrad mit einem Endoskop oder nach der Demontage auf Schäden durch Kavitation.
   3. Wenn Kavitation ein chronisches Problem darstellt, sollten Sie erwägen, die Pumpe durch ein Modell mit einem niedrigeren NPSH_R zu ersetzen oder eine Pumpe zu installieren, die mit positiver Saughöhe arbeitet.
3. Überprüfung: Pumpe starten, Durchfluss, Saug- und Förderdruck messen, Geräusch- und Vibrationspegel prüfen. Der Vorschub sollte der Bauart, dem Geräusch- und Vibrationspegel entsprechen – innerhalb der zulässigen Werte (Vibrationsgeschwindigkeit bis 4,5 mm/s RMS nach ISO 10816-3).

8.2. Entfernung von Luftstau

ACHTUNG: Vor jedem Eingriff muss das LOTO-Verfahren durchgeführt werden!

1. Pumpe füllen:
   1. Auslassventil schließen.
   2. Öffnen Sie das Saugventil und das Luftauslassventil am Pumpenkörper (falls vorhanden).
   3. Füllen Sie die Pumpe mit Flüssigkeit, bis die Luft vollständig entwichen ist. Entlüftungsventil schließen.
   4. Wenn Vakuumpumpen zum Befüllen vorhanden sind, verwenden Sie diese.
2. Luftlecks erkennen:
   1. Überprüfen Sie die Dichtheit aller Anschlüsse, Flansche und Wellendichtungen an der Saugleitung. Verwenden Sie Seifenlauge oder spezielle Lecksuchgeräte.
   2. Ziehen Sie die Flanschbefestigungen gemäß dem in der Dokumentation angegebenen Anzugsdrehmoment an (z. B. 80 Nm für einen DN100 PN16-Flansch).
   3. Ersetzen Sie beschädigte Dichtungen oder Dichtungen.
3. Überprüfung: Starten Sie die Pumpe. Versorgung und Druck sollten normal sein. Überprüfen Sie, ob kein Zischen oder Blasen auftritt.

8.3. Beseitigung der Folgen des Laufradverschleißes

ACHTUNG: Vor dem Zerlegen der Pumpe muss unbedingt das LOTO-Verfahren durchgeführt und die Flüssigkeit abgelassen werden!

1. Demontage und Inspektion:
   1. Zerlegen Sie das Pumpenteil gemäß den Anweisungen des Herstellers.
   2. Untersuchen Sie das Laufrad, das Gehäuse und die Spaltdichtungen visuell auf Verschleiß, Erosion und Korrosion.
   3. Messen Sie das Innenspiel (radial und axial) und vergleichen Sie es mit den zulässigen Werten (normalerweise innerhalb von 0,2–0,5 mm, gemäß Herstellerangaben).
2. Komponentenaustausch:
   1. Ersetzen Sie das verschlissene Laufrad durch ein neues (UNI EN 13355:2006).
   2. Verschlissene Spaltdichtungen und Dichtringe ersetzen.
   3. Beachten Sie bei der Montage die angegebenen Anzugsmomente und Spiele.
3. Überprüfung: Nachdem Sie das System zusammengebaut und mit Flüssigkeit gefüllt haben, führen Sie einen Testlauf durch und messen Sie die Betriebsparameter.

8.4. Saugprobleme lösen

ACHTUNG: Vor jedem Eingriff in die Saugleitung muss das LOTO-Verfahren durchgeführt werden!

1. Überprüfen und reinigen:
   1. Überprüfen und reinigen Sie den Ansaugfilter oder das Sieb. Austausch nach Bedarf.
   2. Überprüfen Sie den Flüssigkeitsstand im Tank und stellen Sie sicher, dass er dem minimal zulässigen Füllstand entspricht.
   3. Überprüfen Sie die Saugdüse visuell auf Verstopfungen oder Fremdkörper.
2. Optimierung der Saugleitung:
   1. Überprüfen Sie den Durchmesser der Rohrleitung: Die Saugleitung sollte nicht kleiner sein als der Durchmesser der Saugleitung der Pumpe, am besten eine Nummer größer.
   2. Reduzieren Sie die Länge der Saugleitung auf ein Minimum.
   3. Reduzieren Sie die Anzahl der Bögen und Absperrarmaturen an der Ansaugseite.
   4. Beseitigen Sie Lufteinschlüsse oder hohe Stellen in der Saugleitung.
3. Überprüfung: Pumpe starten, Saugvakuum, Förder- und Förderdruck überwachen.

8.5. Anpassung der Systemkurve

1. Systemanalyse:
   1. Führen Sie eine detaillierte Berechnung der Systemkurve für aktuelle Betriebsbedingungen unter Berücksichtigung aller Unterstützungen (Rohrleitungen, Armaturen, Geräte) durch.
   2. Vergleichen Sie die erhaltene Systemkurve mit der Leistungskurve der installierten Pumpe.
2. Maßnahmen:
   1. Wenn der Systemwiderstand zu hoch ist:
      • Verstopfte Rohrleitungen und Wärmetauscher reinigen.
      • Alle Absperrorgane am Auslauf vollständig öffnen.
      • Erhöhen Sie ggf. den Durchmesser der Injektionsleitung oder verkürzen Sie deren Länge.
      • Erwägen Sie den Einbau einer Pumpe mit höherem Druck (z. B. einer zweistufigen Pumpe).
   2. Wenn die Pumpe falsch ausgewählt wurde:
      • Erwägen Sie den Austausch des Laufrads durch ein anderes mit anderen Eigenschaften (sofern vom Hersteller zugelassen).
      • Ersetzen Sie die Pumpe durch ein Modell, das besser zur berechneten Systemkurve passt.
3. Überprüfung: Führen Sie nach Korrekturmaßnahmen Kontrollmessungen von Durchfluss und Druck durch.

9. Vorsichtsmaßnahmen

10. Ersatzteile und Komponenten

Um einen störungsfreien Betrieb der Pumpausrüstung und eine schnelle Fehlerbehebung zu gewährleisten, ist es von entscheidender Bedeutung, über Ersatzteile der UNITEC-D GmbH zu verfügen, die den EN- und ISO-Normen entsprechen.

Informationen zur Bestellung von Originalersatzteilen finden Sie im E-Katalog der UNITEC-D GmbH.

11. Links

• DSTU EN ISO 10012:2005. Messkontrollsysteme. Anforderungen an Messverfahren und Messgeräte.
• DSTU EN ISO 10816-3:2016. Vibration ist mechanisch. Bewertung von Maschinenschwingungen anhand der Ergebnisse von Messungen an nicht rotierenden Teilen. Industriemaschinen mit einer Nennleistung von mehr als 15 kW und einer Nenndrehzahl von 120 U/min bis 15.000 U/min.
• DSTU ISO 17769-1:2010. Kreisel-, Zentrifugal- und Schraubenpumpen. Allgemeine technische Anforderungen und Terminologie. Teil 1. Definitionen, Bezeichnungen, Begriffe und Indikatoren der hydraulischen Effizienz.
• DSTU EN 13355:2006. Gussteile aus Eisen und Stahl. Oberflächenbehandlung und Prüfung von Gussteilen.
• DSTU EN 1514-1:2005. Flansche und ihre Verbindungen. Abmessungen der Dichtungen für Flansche der Druckklasse PN. Teil 1. Nichtmetallische Flachdichtungen mit oder ohne Füllstoffe.
• DSTU 8798:2018. Qualitätsmanagementsysteme. Richtlinien für die Anwendung von ISO 9001:2015 in der chemischen Industrie.
• Betriebs- und Wartungsanleitungen von Pumpenherstellern (z. B. Grundfos, KSB, Wilo).
• UNITEC-Wartungshandbücher: Abschnitt „Wartung der Enddichtungen“, „Diagnose der Lager“.