Vertreibt Blasenprobleme

24.09.2021 – Zuletzt aktualisiert am 24.09.2021 um 09:01 GMT

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Brith Isaksson, Global Segment Manager Food & Beverage bei ABB, erklärte gegenüber Dairy Reporter die Ursachen von Kavitation und erklärte, wie diese mit den neuesten Frequenzumrichtern (Variable Speed ​​Drives, VSDs) verhindert werden kann.

Pumpsysteme, die in der Milchindustrie zum Transport roher und fertiger flüssiger Produkte eingesetzt werden, können manchmal von dem lästigen Problem der Kavitation betroffen sein. Es verkürzt die Lebensdauer der Geräte und erfordert teure Wartung und Austausch. Außerdem kann es Milchfettkügelchen beschädigen, was zu einer verminderten Produktqualität führt.

Kavitation entsteht, wenn das Pumpsystem eine Flüssigkeit schnellen lokalen Änderungen des statischen Drucks aussetzt, wodurch Blasen oder Hohlräume entstehen. Der Punkt, an dem dieser Flüssigkeit-zu-Blase-Übergang auftritt, ist, wenn die gepumpte Flüssigkeit unter ihren Dampfdruck fällt.

Beispielsweise verwandelt sich flüssiges Wasser bei normalem Atmosphärendruck bei einem Siedepunkt von 100 °C in Wasserdampf (Dampf). Aber wenn der Druck sinkt, sinkt auch der Dampfpunkt. Der Übergang kann sogar bei Raumtemperatur stattfinden, wenn der Druck auf ein Vakuum absinkt. Neben Milch und Wasser gilt der gleiche Übergang auch für einige andere Flüssigkeiten mit ähnlichen Eigenschaften, beispielsweise während eines Clean-in-Place-Prozesses (CIP).

In Milchbetrieben werden hauptsächlich Kreiselpumpen eingesetzt. Wenn sich das Pumpenlaufrad dreht, entsteht an der Vorderseite der Schaufeln ein hoher Druck. Gleichzeitig entsteht ein geringer Druck auf die Rückseite der Klingen. Unter bestimmten Bedingungen verdampft die Flüssigkeit und erzeugt Blasen, wie im Hauptbild gezeigt.

Wenn diese Dampfblasen Bereiche mit hohem Druck erreichen, kollabieren sie. Die Implosionen erzeugen Stoßwellen. Dadurch entsteht ein charakteristisches Rumpel- oder Knackgeräusch, das sich anhört, als würden Steine ​​durch die Pumpe laufen.

Isaksson sagte, dass die kumulative Wirkung vieler kleiner Implosionen im Laufe der Zeit erhebliche Auswirkungen auf die Pumpenleistung und die Produktqualität haben kann. Durch Kavitation werden letztendlich das Pumpenlaufrad, das Gehäuse und andere Komponenten des Pumpensystems durch Verschleiß und Ermüdung der Metalloberfläche beschädigt.

Kavitation kann die Lebensdauer einer Pumpe um bis zu 50 % verkürzen und im schlimmsten Fall die Pumpe innerhalb von Minuten zerstören. Da durch Oberflächenermüdung Metallpartikel von den Laufradschaufeln freigesetzt werden, könnten auch Produktsicherheit und -qualität auf dem Spiel stehen, fügte Isaksson hinzu.

Um Kavitation zu vermeiden, müssen Systementwickler und Wartungsingenieure nach Möglichkeiten suchen, den Beginn von Kavitation zu erkennen und den Pumpenbetrieb entsprechend anzupassen.

Isaksson sagte, eine Möglichkeit bestehe darin, eigenständige Sensoren zu verwenden, um die mit Kavitation einhergehenden Druckänderungen zu überwachen. Mittlerweile gibt es jedoch eine kostengünstigere und unkompliziertere Variante. Das heißt, die erweiterten Fähigkeiten der neuen Generation intelligenter VSDs zu nutzen.

Zusätzlich zu den Vorteilen der Energieeffizienz verfügen einige VSDs, wie z. B. die Industrieantriebe von ABB, jetzt über eine Antikavitationssoftware. Dadurch ist es möglich, Kavitation ohne den zusätzlichen Aufwand und die Komplexität externer Sensoren zu verhindern.

Algorithmen zur Messung des Pumpendrehmoments und der Pumpendrehzahl sind in die spezielle Antikavitationssoftware integriert. Dies ermöglicht es dem VSD, den Pumpvorgang ständig auf spezifische Muster zu überwachen, die auf Kavitation hinweisen, sagte Isaksson.

Es gibt keine Latenz bei der Erkennung, da die Messungen direkt am Pumpenschacht erfolgen. Das bedeutet, dass die Reaktion nahezu augenblicklich erfolgt. Wenn Kavitation erkannt wird, passt das VSD die Pumpengeschwindigkeit automatisch an, um auf die Druckänderung zu reagieren. Sobald die Pumpe aufgehört hat zu kavitieren, nimmt sie den Normalbetrieb wieder auf.

Der Antikavitationsbetrieb ist besonders für die Milchindustrie von Vorteil, da er das Pumpen von Flüssigkeiten mit der optimalen Durchflussrate ermöglicht. Gleichzeitig kann sich die Pumpe automatisch und sofort an jede Änderung der Strömung oder des Abflusswirbels anpassen, die zu Kavitation führen könnte. Dadurch kann beispielsweise ein Tank schnell und effizient bis zum Boden abgepumpt werden, ohne dass Blasen und Schaum entstehen, die die Produktqualität beeinträchtigen.

Pumpenkavitation stellt ein erhebliches Risiko für die Milchindustrie dar. Dies kann das fertige Produkt beschädigen, zu erheblichen Störungen des Pumpbetriebs führen und möglicherweise sogar die Reparatur und den Austausch von Pumpen erforderlich machen.

Mit der neuen Generation intelligenter VSDs sei es laut Isaksson möglich, Kavitationsprobleme lokal, innerhalb des Antriebs, in Echtzeit anzugehen. Sensoren und zusätzliche Steuerungen sind nicht erforderlich. Der einzige zusätzliche Arbeitsaufwand besteht im Einstellen der Betriebsparameter.

Das Ergebnis ist eine präzise, ​​sofortige Steuerung, die dafür sorgt, dass die Pumpsysteme mit maximaler Effizienz und Zuverlässigkeit arbeiten und gleichzeitig die Qualität des fertigen Milchprodukts erhalten bleibt.

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