Kavitation und Saugprobleme bei Bitumenpumpen: NPSH, Viskosität, Temperatur und Auslegung

Eine Bitumenpumpe kann zwar den korrekten Nennförderstrom und Differenzdruck aufweisen, aber dennoch schlecht funktionieren, wenn die Saugseite des Systems schlecht konstruiert ist.

Symptome wie instabiler Durchfluss, ungewöhnliche Geräusche, Vibrationen, reduzierte Förderleistung, hohe Motorlast oder zeitweiliger Förderausfall werden oft der Pumpe selbst zugeschrieben. Tatsächlich kann die Ursache des Problems zwischen dem Speichertank und dem Pumpeneinlass liegen.

Dieser Leitfaden erklärt, wie NPSH, Bitumenviskosität, Temperatur, Tankfüllstand, Saugrohrdurchmesser, Filter und Pumpenstandort die Leistung von Heißbitumenpumpen beeinflussen.

Warum sich die Saugseite von der Druckseite unterscheidet

Die Pumpe kann einen Förderdruck erzeugen, aber sie kann keine Flüssigkeit in ihren eigenen Einlass pressen.

Das Material muss die Pumpe erreichen, da am Sauganschluss ein ausreichender Druck vorhanden ist.

Wird der Saugwiderstand zu hoch, verschlechtert sich die Pumpenleistung selbst dann, wenn das Fördersystem korrekt ausgelegt ist.

Was ist NPSH?

NPSH bedeutet Netto-Positiv-Saugkopf.

Zwei Begriffe sind wichtig:

• NPSHa: Netto-Saughöhe, die vom tatsächlichen System verfügbar ist
• NPSHr: Erforderliche Netto-Saughöhe der Pumpe unter den angegebenen Betriebsbedingungen

Für einen zuverlässigen Betrieb muss die verfügbare Saugspannung die Anforderungen an die Pumpe mit einem angemessenen technischen Sicherheitszuschlag übertreffen.

Eine konzeptionelle Form von NPSHa ist:

NPSHa = absoluter Druckkopf + statischer Flüssigkeitsdruck − Saugleitungsverluste − Dampfdruckkopf

Die genaue Berechnung und die erforderliche Sicherheitsmarge sollten sich nach der Methode des Pumpenherstellers und den tatsächlichen Fluideigenschaften richten.

Warum heißes Bitumen besondere Aufmerksamkeit erfordert

Bitumen verursacht ein anderes Saugproblem als eine niedrigviskose Flüssigkeit.

Auch wenn die Dampfdruckkavitation nicht der dominierende limitierende Faktor ist, kann eine hohe Viskosität einen erheblichen Saugleitungswiderstand verursachen.

Mögliche Probleme sind unter anderem:

• Unzureichender Einlassdruck
• übermäßige Saugreibung
• Luft, die durch Fugen oder Dichtungen eindringt
• Teilweise blockierte Filter
• Kaltes Bitumen behindert den Einlass
• Gas- oder Dampfblasen an den höchsten Punkten
• Ungünstige Tankauslassgeometrie

Daher sollte eine laute oder unterversorgte Heißbitumenpumpe nicht automatisch als konventionelle Kavitation diagnostiziert werden, ohne das gesamte Saugsystem zu überprüfen.

Faktor 1: Flüssigkeitsstand im Tank

Befindet sich die Pumpe unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Tank, unterstützt der statische Flüssigkeitsdruck die Ansaugung der Pumpe.

Mit sinkendem Tankfüllstand verringert sich die verfügbare Förderhöhe.

Ein System, das bei vollem Tank einwandfrei funktioniert, kann daher in der Nähe des minimalen Betriebspegels instabil werden.

Die Konstruktion sollte bei dem niedrigsten vorgesehenen Flüssigkeitsstand überprüft werden, nicht nur wenn der Tank voll ist.

Faktor 2: Pumpenhöhe

Sofern praktikabel, profitieren Heißbitumen-Förderpumpen häufig von einer gefluteten Ansaugvorrichtung.

Eine Montage der Pumpe deutlich oberhalb des verfügbaren Flüssigkeitsspiegels erschwert das Ansaugen, insbesondere bei hochviskosen Medien.

Bei der Projektplanung sollte daher die Pumpenhöhe bereits in der Auslegungsphase der Ausrüstung berücksichtigt werden, anstatt die Pumpe einfach dort zu platzieren, wo Platz ist.

Faktor 3: Saugrohrdurchmesser

Ein zu kleines Saugrohr erhöht die Strömungsgeschwindigkeit und den Reibungsverlust, bevor die Flüssigkeit die Pumpe erreicht.

Die Saugleitung erfordert daher möglicherweise andere Auslegungskriterien als die Druckleitung.

Überprüfen:

• Tatsächlicher Innendurchmesser
• Erforderlicher Durchfluss
• Bitumenviskosität
• Rohrlänge
• Temperatur
• Anzahl der Armaturen

Allgemeine Auslegungsgrundsätze für Bitumenpipelines finden Sie unter:

Wie berechnet man den Durchmesser einer Bitumenleitung für eine Asphaltmischanlage?

Faktor 4: Saugrohrlänge

Je länger der Ansaugweg, desto mehr Widerstand muss die Pumpe überwinden, bevor das Material in den Einlass gelangt.

Die Saugleitung sollte nach Möglichkeit wie folgt aussehen:

• Kurz
• Direkt
• Richtig erhitzt
• Ordnungsgemäß isoliert
• Frei von unnötigen Einschränkungen

Durch das Verlegen der Pumpe näher an den Tank lässt sich die Zuverlässigkeit manchmal effektiver verbessern als durch die Wahl eines größeren Motors.

Faktor 5: Bitumentemperatur und Viskosität

Die Temperatur ist oft die wichtigste Betriebsvariable.

Mit zunehmender Abkühlung des Bitumens steigt dessen Viskosität. Eine höhere Viskosität erhöht die Reibung in der Saugleitung und kann die Bedingungen am Pumpeneinlass erheblich verändern.

Das ist der Grund:

• Der Tankauslauf sollte heiß bleiben.
• Das Saugrohr sollte gegebenenfalls erwärmt werden.
• Das Pumpengehäuse sollte vor dem Anfahren vorgewärmt werden.
• Ventile und Filter sollten keine Kältezonen bilden.

Eine Pumpe, die bei der richtigen Betriebstemperatur problemlos anspringt, kann unter Umständen nicht mehr anspringen, wenn das Fördermaterial in der Saugleitung abkühlt.

Faktor 6: Filter und Siebe

Ein Filter auf der Saugseite führt zu zusätzlichem Widerstand.

Mit zunehmender Ansammlung von Verunreinigungen im Filter steigt dieser Widerstand.

Mögliche Symptome sind:

• Reduzierter Pumpendurchfluss
• Erhöhtes Rauschen
• Instabile Entladung
• Höheres Vakuum oder niedrigerer Eingangsdruck

Filterfläche und Wartungshäufigkeit sollten daher der erwarteten Bitumenreinheit und Durchflussrate entsprechen.

Faktor 7: Saugventile und Armaturen

Jedes teilweise geschlossene Ventil, jeder Winkel, jedes Reduzierstück oder jede andere Verengung erhöht den Widerstand.

Häufige Probleme sind:

• Ventil nicht vollständig geöffnet
• Falsche Ventilauswahl
• Zu viele Ellbogen in der Nähe der Pumpe
• Abrupte Reduzierungen
• Verstopfte Rückschlagventile

Die Saugleitung sollte im Allgemeinen einfacher sein als das Druckleitungsnetz.

Faktor 8: Luftleckage

Eine Pumpe kann Luft durch eine Fuge saugen, selbst wenn heißes Bitumen nicht sichtbar austritt.

Überprüfen:

• Flansche
• Dichtungen
• Gewindeverbindungen
• Pumpendichtungen
• Ventildichtung

Eingeschlossene Luft kann zu instabilen Strömungen und Geräuschen führen, die fälschlicherweise für Kavitation gehalten werden können.

Faktor 9: Gas- und Dampfblasen

Durch die Geometrie von Rohrleitungen können sich Druckstellen bilden, an denen sich Gas ansammelt.

Soweit es die Systemauslegung zulässt, sollten Saugleitungen unnötige Hochpunkte und Anordnungen vermeiden, die Luft oder Dampf einschließen.

Die Anordnung des Tankauslasses und der Rohrleitungen sollte außerdem darauf achten, dass keine Wirbelbildung oder Gasansaugung bei niedrigem Tankfüllstand erfolgt.

Erkennen möglicher Saugprobleme

Typische Symptome sind:

• Die Pumpe ist nach dem Start laut.
• Der Durchfluss ist geringer als erwartet
• Der Auslassdruck schwankt
• Die Pumpe verliert die Ansaugung oder die Materialzufuhr.
• Die Vibrationen nehmen bei höherem Durchfluss zu.
• Die Leistung verbessert sich mit steigendem Tankfüllstand.
• Die Leistungsfähigkeit verschlechtert sich, wenn Bitumen abkühlt.
• Die Reinigung des Saugfilters stellt den Durchfluss vorübergehend wieder her.

Diese Symptome beweisen zwar keine eindeutige Ursache, deuten aber auf das Saugsystem hin.

Eine praktische Fehlersuchsequenz

1. Die tatsächliche Bitumentemperatur bestätigen.
2. Tankfüllstand prüfen.
3. Prüfen Sie, ob alle Saugventile vollständig geöffnet sind.
4. Überprüfen Sie den Saugfilter bzw. das Sieb.
5. Prüfen Sie, ob Pumpe und Saugleitung vollständig vorgeheizt sind.
6. Auf Luftlecks prüfen.
7. Pumpenrotation und -drehzahl prüfen.
8. Vergleichen Sie den tatsächlichen Durchfluss mit dem Auslegungswert.
9. Messen Sie die Ein- und Auslaufbedingungen, sofern geeignete Messinstrumente verfügbar sind.
10. Vergleichen Sie das Ergebnis mit den Saugvorgaben des Pumpenherstellers.

Warum eine Erhöhung der Motorleistung schlechte Saugleistung nicht behebt

Wenn die Pumpe nicht genügend Material ansaugen kann, führt der Einbau eines größeren Motors nicht zu einer zusätzlichen Saughöhe.

Die richtige Lösung könnte stattdessen Folgendes beinhalten:

• Verringerung des Saugwiderstands
• Vergrößerung des Rohrdurchmessers
• Verkürzen des Rohres
• Verbesserung der Heizung
• Reinigung des Filters
• Absenken der Pumpenhöhe
• Erhöhung des verfügbaren Tankfüllstands

Modifiziertes Bitumen und Gummibitumen

SBS- und Gummigranulat-modifizierte Bindemittel können aufgrund ihrer Viskosität und Materialeigenschaften einen höheren Saugwiderstand erzeugen.

Prüfen Sie bei diesen Materialien Folgendes:

• Tatsächliche Viskosität bei Betriebstemperatur
• Eignung der Pumpe
• Mindestens erforderliche Leitungstemperatur
• Saugdurchmesser
• Filterkonfiguration
• Mögliche Probleme mit Partikeln oder Verunreinigungen

Wichtige Aspekte des Startvorgangs

Eine der schädlichsten Praktiken ist der Versuch, eine Pumpe, die kaltes oder hochviskoses Bitumen fördert, zwangsweise in Betrieb zu nehmen.

Vor dem Start:

• Pumpe vorheizen
• Saugleitung vorheizen
• Tanktemperatur bestätigen
• Öffnen Sie die erforderlichen Ventile.
• Empfangskapazität prüfen
• Pumpenrichtung bestätigen

Das genaue Vorgehen sollte gemäß der Bedienungsanleitung des Geräteherstellers erfolgen.

Häufig gestellte Fragen

Was verursacht Kavitation in einer Bitumenpumpe?

Unzureichender Saugdruck ist eine mögliche Ursache. Bei Heißbitumen können auch hohe Viskosität, verstopfte Saugleitungen, niedriger Tankfüllstand, verstopfte Filter, kaltes Material und Lufteintritt ähnliche Symptome hervorrufen.

Sollte die Bitumenpumpe unterhalb des Tanks angebracht sein?

Eine Anordnung mit überfluteter Ansaugung ist oft vorteilhaft für viskose Materialien, die endgültige Anordnung hängt jedoch vom Tank, der Pumpe und der Projektplanung ab.

Warum funktioniert die Pumpe, wenn der Tank voll ist, aber versagt, wenn der Füllstand niedrig ist?

Ein höherer Füllstand im Tank sorgt für eine höhere statische Saugkraft. Befindet sich das System bereits nahe seiner Sauggrenze, kann eine Reduzierung des Tankfüllstands das Problem offenlegen.

Kann ein verstopfter Filter kavitationsähnliche Symptome hervorrufen?

Ja. Ein verschmutzter Saugfilter kann den Ansaugwiderstand erheblich erhöhen und die Pumpenleistung verringern.

Schlussfolgerung

Für ein zuverlässiges Bitumenpumpen ist sowohl das Saugsystem als auch die Pumpe selbst von entscheidender Bedeutung.

Eine sinnvolle Entwurfsreihenfolge ist:

Tankfüllstand → Temperatur → Viskosität → Saugdurchmesser → Saugverlust → NPSH → Pumpenprüfung

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