Im Nürnberger Prüffeld werden Pumpen und Kompressoren umfangreichen Tests unterzogen.

Bild: TomekD76, GardnerDenverNash

Pumpen & Kompressoren Geprüftes Vakuum

13.05.2015

Bevor Pumpen und Kompressoren eingesetzt werden, sind mehrere Testläufe nötig. Das weltweit größte und modernste Prüffeld für Flüssigkeitsringpumpen und -kompressoren steht in Nürnberg.

Seit seiner Inbetriebnahme im September 2003 ist das Prüffeld des Pumpen- und Kompressorenspezialisten Gardner Denver Nash am Standort Nürnberg das größte und modernste für Flüssigkeitsringmaschinen weltweit. Im Test von Anlagen und der Ermittlung gesicherter Leistungsdaten sieht das Unternehmen für sich einen wichtigen Wettbewerbsvorteil auf dem internationalen Markt.

Flüssigkeitsringpumpen nutzen jeweils eine Flüssigkeit – Wasser, aber je nach Prozess auch viele andere Flüssigkeiten – als Betriebsmittel, um Gase zu komprimieren. Die Rotation eines exzentrisch montierten Laufrades erzeugt im Pumpenkörper einen Flüssigkeitsring; das Raumvolumen zwischen den Rotorblättern des Laufrades und der Flüssigkeit verändert sich dabei je nach Position der Rotorblätter. Während einer Umdrehung des Laufrades wird Gas durch die Einlassöffnung angesaugt, verdichtet, und über die Auslassöffnung wieder abgeführt.

Im Prüffeld werden die Flüssigkeitsringpumpen aller Baureihen sowie komplette Vakuum- und Kompressorsysteme umfassend getestet und die Leistungsdaten genau überprüft, erst dann erfolgt die Auslieferung an Kunden in aller Welt. Dabei nutzen viele Kunden auch die Möglichkeit, sich bereits vor Ort ein Bild von der Leistungsfähigkeit der Anlage zu machen und bei Bedarf letzte Modifikationen vorzunehmen. So können kundenseitige Änderungen noch vor der Inbetriebnahme in die Anlagen integriert werden. Diese Prüfeinrichtung gilt als wichtiges Element der Produktentwicklung und dient dem Test von Prototypen ebenso wie der Leistungsüberprüfung bei modifizierten Maschinen. Getestet werden auf Kundenwunsch auch Pumpen, die im Rahmen eines Wartungs- oder Reparaturauftrags das Nürnberger Werk durchlaufen.

Prinzip Prüffeld

Das Nürnberger Prüffeld für Flüssigkeitsringpumpen und –kompressoren am Standort Nürnberg umfasst insgesamt sieben Teststände unterschiedlicher Größe. Auf insgesamt vier Testständen werden alle in Nürnberg gefertigten Flüssigkeitsringverdichter geprüft. Grundsätzlich verlässt keine Maschine das Werk, ohne die Solldaten in einem vorgegebenen Toleranzbereich zu erreichen. Bei Bedarf werden auch Pumpen von anderen Fertigungsstandorten von Gardner Denver Nash getestet.

Ein Prüfplatz dient dem Funktionstest von Package Units; dabei handelt es sich um komplette Vakuum- oder Kompressorsysteme, die mit Motor auf einen Grundrahmen montiert sind und je nach Kundenspezifikation weitere Komponenten wie Abscheider, Ventile oder Steuerungseinheiten enthalten.

An diesem Prüfplatz wird keine Antriebseinheiten vorgehalten, da diese durch die Package Units selbst bereitgestellt werden. Hier werden über Umrichter die benötigte Klemmleistung mit Variation von Spannung und Frequenz zur Verfügung gestellt. Weiterhin steht ein Versuchsfeld zur Verfügung, in dem Prototypen getestet und deren Leistungsdaten optimiert werden.

Für den Testbetrieb – wie auch für den Einsatz der installierten Anlage – muss Wasser über zentrale Betriebswassertanks der Pumpe zugeführt werden. Die Versorgung der Vakuumpumpen, Kompressoren und Package Units erfolgt dezentral über Anschlüsse an den jeweiligen Ständen. Das zugeführte Wasser wird druckseitig zusammen mit einem Luftstrom wieder ausgestoßen. Nachgeschaltete Abscheider trennen das Luft-/Wasser-Gemisch wieder auf, das Wasser wird anschließend wieder den Betriebswassertanks zugeführt und somit im Kreislauf gefördert.

Wassermanagement ist Pflicht

Für den Betrieb des Prüffeldes ist daher konsequentes Wassermanagement geboten. Um alle Teststände auch bei hoher Auslastung betreiben zu können, halten die Betriebstanks ständig eine Wassermenge von ca. 100 m³ bereit. Die Wasserkreisläufe des Prüffeldes sind dabei geschlossen, das heißt der Wasserverbrauch der Anlage ist minimal und auch eine Kontaminierung des Wassernetzes ist ausgeschlossen. Beim Betrieb der Pumpe wird die Betriebsflüssigkeit durch die Zuführung kinetischer Energie erwärmt, weiterhin variiert die benötigte Wassermenge je nach Größe des Prüflings, Entfernung von Pumpe und Betriebswassertank, gefahrenem Prüfprogramm etc. Zur Mengen- und Temperaturregelung des Betriebswassers sind daher Druckerhöhungspumpen und Kälteaggregate in den Kreislauf integriert

Der Betrieb des Prüffeldes ist mit erheblichem Energieaufwand verbunden: Die Leistungsaufnahme von großen Pumpen erfordert ein entsprechendes Energiemanagement mit Vorhaltung der erforderlichen Energiemengen. Für den redundanten Einsatz sind im Prüffeldkeller zwei Transformatoren mit je 1600 kVA installiert.

Kenngrößen im Testbetrieb

Im Prüffeld werden die wichtigsten Kenngrößen der Flüssigkeitsring-Maschinen bestimmt; diese Kenngrößen sind definiert durch das Saugvermögen (Volumenstrom) und der Leistungsbedarf, welche in Abhängigkeit der Drehzahl der Pumpe, dem Ansaug-/Verdichtungsdruck und der Betriebswassermenge und -temperatur variieren. Die Anzahl dieser dynamischen Variablen erfordert einen leistungsstarken Rechner sowie Spezialsoftware.

Grundsätzlich können an den einzelnen Ständen dabei vier unterschiedliche Betriebszustände eingestellt und getestet werden:

  • Vakuumbetrieb (Saugseite des Prüflings gedrosselt)

  • Kompressorbetrieb (Druckseite des Prüflings gedrosselt)

  • Mischbetrieb (Saugseite unter Vakuum, Druckseite mit Überdruck)

  • Kompressorbetrieb mit Vordruck (Druckseite gedrosselt, angesaugt wird mit bei einem Druck über Atmosphärendruck; hierfür wird der gesamte Messkreislauf geschlossen und mit Überdruck betrieben). Mit dieser Anordnung können reale Einsatzbedingungen beim Kunden, zum Beispiel in der chemischen Prozesstechnik, nachgebildet werden.

Nach der Zuführung des Betriebswassers und dem Start der Antriebseinheit bzw. der Package Unit beginnt die Pumpe, einen definierten Luftstrom anzusaugen. Die angesaugte Luftmenge als wichtige pumpenspezifische Messgröße wird mithilfe von Viertelkreisdüsen, Laminarflowelementen und Blenden bestimmt.

Zeitgleich zu dieser Volumenstrombestimmung erfolgt die Ermittlung der zweiten wichtigen Kenngröße, der aufgenommenen Antriebsleitung der Maschine: Über Drehmomentmessnaben und die aktuelle Pumpendrehzahl wird der Energiebedarf bei verschiedenen Betriebszuständen bestimmt. Abschließend erfolgt ein Soll-Ist-Vergleich: Die ermittelten Daten zum Saugvermögen und der festgestellte Leistungsbedarf werden mit den Solldaten verglichen und liefern wichtige Erkenntnisse über die Qualitätsmerkmale der getesteten Pumpe. Bei signifikanten Abweichungen der Kenngrößen wird der Püfling nochmals überarbeitet; so wird sichergestellt, dass an die Kunden ausschließlich Aggregate mit Leistungen innerhalb des garantierten Leistungsspektrums ausgeliefert werden.

Der gesamte Ablauf im Prüffeld erfolgt voll automatisch und computergesteuert. Das integrierte Automatisierungssystem in den einzelnen Prüfständen gewährleistet dabei von der Messwarte aus einen vollautomatischen Prüfablauf.

Auf den Bildschirmen werden neben den Solldaten der zu prüfenden Pumpen und den Messdaten auch der komplette Betriebswasserkreislauf und das Strömungsschema mit den Analogdaten abgebildet.

Alle Daten werden in einer Datenbank abgelegt und archiviert. So sind eine lückenlose Dokumentation im Qualitätsmanagement und ein reproduzierbarer Testablauf gewährleistet. Ein Störmeldesystem unterstützt die Bedienungsmannschaft bei schneller Problemanalyse.

Bildergalerie

  • Das Flüssigkeitsringprinzip: Komprimierung von Gasen zwischen flüssigem Betriebsmittel und Laufrad der Pumpe.

    Bild: GardnerDenverNash

  • Testanordnung: Flüssigkeitsringkompressor mit Luft- und Wasserversorgung auf dem Prüfstand.

    Bild: GardnerDenverNash

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