Betriebstechnik 2 - ZHAW

Dort, wo Strömungen schneller sind, ist entsprechend der statische Druck tiefer. Die Siedetemperatur von Wasser sinkt dabei bis auf Raumtemperatur, Gasblasen entstehen. Diese werden anschliessend in Gebiete mit höherem Druck mitgerissen und bilden microjets.

Je nach Reynoldszahl (\(Re= { \rho * v*d \over \eta}\)) wird ein unterschiedlicher Reibungskoeffizient berechnet.

Wichtig sind:

• Blasius (von 2.4e3 bis 10^5)
• Herrman (von 2.4e3 bis 2e6)
• Konakow (von 10^5 bis 10^8)

Unterhalb einer Reynoldszahl von 2300 wird in glatten Rohren der Reibungskoeffizient wie folgt berechnet: \(λ = {64 \over Re}\).

Für raue Rohre gelten wieder unterschiedliche Formeln je nach Bedingungen.

Je höher die Fliessgeschwindigkeit, desto schmaler ist die Grenzschicht, in der die Flüssigkeit laminar strömt (viskose Unterschicht). Mit zunehmender Geschwindigkeit wird demnach die verlorene Energie grösser.

Mit zunehmender Re-Zahl nimmt die Grenzschichtdicke ab. Bei einem Maximum der Re-Zahl hört die vollständige Überdeckung durch die laminare Grenzschicht auf und die Wanderhebungen ragen in die turbulende Kernströmung hinein. Dabei wird nun viel Strömungsenergie verbraucht. Je glatter die Rohrinnenseite ist, desto höher ist die entsprechende Re-Zahl, bei der dieses Phämomen auftritt.

Zwei Strömungsvorgänge sind ähnlich, wenn die Reynoldszahlen und die geometrischen Bedingungen übereinstimmen. Das heisst, wenn sich lediglich der Massstab ändert, die Re-Zahl jedoch gleich bleibt, ist ein Rohr ähnlich. Mit dieser Theorie lassen sich die Strömungsgesetze wesentlich vereinfachen.

Solange die Reynoldszahlen vom Original und dem Modell übereinstimmen, sind sie mechanisch ähnlich. So können Berechnungen für das Original durchgeführt werden, wenn dieses nicht zugänglich ist (z.B. bei Flugzeugen im Windkanal).

Bei Pumpen mit Magnetkopplung und Schlauchquetschpumpen sind Flüssigkeitsraum und Antrieb komplett getrennt.

Es werden verschiedene Arten von Dichtungen eingesetzt, um den Antriebs und Flüssigkeitsbereich zu trennen.

• Wellendichtungen: Stopfbuchse und Rückenschaufeln
  • Steriltechnisch nicht geeignet, Rückenschaufeln transportieren Flüssigkeit zurück zum Druckstutzen
  • Stopfbuchsen sind zwischen Rotor und Stator montiert, werden von der zu fördernden Flüssigkeit geschmiert
• Gleitringdichungen: gehört zu den Wellendichtungen
  • Steriltechnisch geeignet
  • bestehen aus fest stehendem Gleitring und einem rotierendem.
  • Federn drücken die beiden Dichtungen gegeneinander, dürfen nie trocken laufen
  • schmierung über Dampfkondensat oder Glykerin
• Magnetkopplung
  • Flüssigkeitsraum und Antrieb sind komplett voneinander getrennt, Drehzahl wird über einen Magneten übertragen

Die Zahnradpumpe besteht aus zwei Zahnrädern, die ineinander greifen und abdichten. Das Medium wird nun der Aussenwand entlang transportiert und anschliessend am Druckstutzen ausgestossen.

• 10 - 40 bar (oder mehr)
• Förderstrom bis 60 m³
• Pulsationsfrei
• Hochviskose Flüssigkeiten ohne Feststoffe
• Linearer Zusammenhang zwischen Förderstrom und Drehzahl

Die Schlauchpumpe (oder Schlauchquetschpumpe) besteht aus einem elastischen Schlauch und einem Rotor, der die Flüssigkeit verdrängt. Der Rotor besteht aus mindestens zwei Rollen, die die Flüssigkeit fördern. Sobald eine Rolle nicht mehr in Kontakt mit dem Schlauch steht, muss die zweite Rolle schon in Kontakt sein, ansonsten würde die Flüssigkeit zurückfliessen.

Diese Art von Umlaufkolbenpumpen bestehen aus zwei Umlaufkolben, die ineinander greifen und abdichten. Es können mehr als zwei Auswuchtungen pro Kolben eingesetzt werden. Die Kolben transportieren nun das Medium der Aussenwand entlang und stossen es anschliessend am Druckstutzen aus.

• Pulsationsarm
• Hochviskose Flüssigkeiten mit Feststoffen
• Totraumfrei
• Laufspiel/berührungsfrei oder Gummiert
• Selbstansaugend

Die Exzenterschneckenpumpe besteht aus Stator und Rotor, wobei der Stator meistens aus Kunststoff ist. Das Medium wird nun zwischen Rotor und Stator eingeschlossen. Durch die Drehung des Rotors werden die Zwischenräume verkleinert, sodass das Medium zum Druckstutzen verdängt wird.

Exzenterschneckenpumpen sind selbstansaugend und können hochviskose Medien mit hohem Feststoffgehalt transportieren.

Die einfachwirkende Kolbenpumpe besteht aus einem Kolben und wahlweise einem Windkessel. Die Flüssigkeit wird nun von an der Sogseite durch den Unterdruck, der durch das zurückziehen des Kolbens entsteht, angesaugt. Von der Druckseite kann dabei keine Flüssigkeit angesogen werden, da diese mit einem Ventil verschlossen ist. Im Drucktakt wird nun der Kolben wieder in den Flüssigkeitsgefüllten Hubraum gestossen, wodurch ein höherer Druck entsteht. Das Ventil auf der Druckseite öffnet sich und lässt die Flüssigkeit aus dem Hubraum austreten.

Der Windkessel dient der Verringerung der Pulsation der einfachwirkenden Kolbenpumpe. Er ist mit Luft, oder einem anderen Gas gefüllt. Beim Drucktakt wird er nun gefüllt und gibt im Anschluss die Flüssigkeit wieder langsam frei (Der erhöhte Druck im Windkessel stösst die Flüssigkeit aus, sobald der Druck in der Leitung tiefer ist).

Die zweifachwirkende Kolbenpumpe fördert bei jedem Takt Flüssigkeit und verringert damit die Pulsation. Es kann dennoch ein Windkessel eingesetzt werden. Die Saug- und Druckseiten werden wieder über Ventile verschlossen.

Die zweifachwirkende Kolbenpumpe ist für das Fördern kleiner Mengen oder zur erzeugung hoher Drücke geeignet.

Das Prinzip einer Membranpumpe ähnelt dem einer Kolbenpumpe. Die Flüssigkeit wird durch das oszillieren der Membran entweder angesaugt oder ausgestossen. Dieser Prozess wird wieder über Ventile gesteuert. Membranpumpen sind vor allem bei hohen hygienischen Anforderungen eingesetzt. Auch bei Membranpumpen können Windkessel nachgeschalten werden, um die Pulsation zu verringern. Membranpumpen sind zudem für aggressive, brennbare oder giftige Flüssigkeiten geeignet.

Bei Stahlpumpen wird das Medium durch ein Treibmittel (Gas, Dampf etc.) mitgerissen. Strahlpumpen können nur eingesetzt werden, wenn sich das Fördermedium und das Treibmittel gut mischen und trennen lassen. Strahlpumpen sind wartungsarm.

Das Medium fliesst meist Axial in die Kreiselpumpe. Anschliessend wird sie von den Laufrädern Radial beschleunigt und damit zum Druckstutzen gefördert. Es gibt unterschiedliche Laufräder, die für unterschiedliche Medien eingesetzt werden. Kreiselpumpen sind nur dann selbstansaugend, wenn die Sauleitung flüssigkeitsgefüllt ist.

Kreiselpumpe gibt es auch in mehrstufiger Ausführung. Diese zeichnen sich durch ihre hohen Förderdrucke aus.

Kreiselpumpen dürfen nie saugseitig gedrosselt werden und auch nur kurzzeitig gegen ein geschlossenes druckseitiges Ventil laufen gelassen werden.

• Gebote
• Verbote
• Warnzeichen
• Rettungszeichen
• Brandzeichen

• Brennbare Flüssigkeiten:
  • Hochentzündlich (F+), Flammpunkt < 0°C und Siedepunkt < 35°C
  • Leichtentzündlich (F), Flammpunkt < 21°C
  • Entzündlich (kein Gefahrensymbol) Flammpunkt 21°C - 55°C
  • nicht (wenig) mit Wasser mischbar, niedriger Flammpunkt, geringe Dichte; Benzin, Ether, Anillin, Phenol, etc.
  • mit Wasser mischbar; z.B. Alkohole
• Brennbare Gase
  • Obere und untere Explosionsgrenze (über oder unter einer gewissen Konzentration des Gases kann es nicht zur Explosion kommen
    • Wasserstoff, Ethanol, Essigsäure

Explosionsfähige Gemische können aus verschiedenen Gasen bestehen.

Dichtungen von Sauerstoffflaschen dürfen nicht mit Kohlenstoffhaltigen Schmierfetten gefettet werden, da sie sich mit dem hoch konzentrierten Sauerstoff leicht entzünden können.

• Brauchwasser (Grün)
• Heizdampf (Rot)
• Druckluft (Grau)
• Stickstoff (Gelb, Schulterfarbe Schwarz)
• Sauerstoff (Blau)

• Ätzende Stoffe (Säuren, Laugen und deren Dämpfe)
• Ätz-und Reizgase (Ammoniak, Schwefeldioxid, Chlor und Bromverbindungen etc.)
• Atemgifte (Kohlenstoffmonoxid, Schwefelwasserstoff)
• Erstickende Gase (Stickstoff, CO₂)
• Lösungsmittel und giftige Flüssigkeiten (Aceton, Trichlormethan -> Handschuhe checken)
• Feste Giftstoffe (Cyanide, Chromate, Blei usw)
• Langzeitschadstoffe
  • Flüssigkeiten
  • Stäube
  • Krebsauslösende Stoffe

Stoffe, die nicht akut gefährlich sind, jedoch bei längerer Aussetzung gegenüber dem Schadstoff auf lange Sicht Krankheiten wie Krebs auslösen können.

Nein, die Eignung zum Schutz gegenüber dem Schadstoff muss vorher geprüft werden.

Erstickende Gase sind per se nicht gesundheitsschädlich, sie verdängen jedoch den Sauerstoff, wodurch sie erstickend wirken.

Giftige Gase sind hingegen akut giftig.

Es gibt verschiedene Ausführungen von Sicherheitsventilen, das Konzept beruht darauf, dass bei hohem Überdruck das Ventil geöffnet wird. Das kann entweder über eine Feder, ein Gewicht an einem Hebelarm oder elektronisch mithilfe eines Sensors funktionieren.

Die Berstscheibe besteht aus einer dünnen Berstscheibe, die beim Überschreiten des eingestellten Überdrucks zerberstet und somit den Druck abbaut. Berstscheiben sind oft vor Überdruckventilen geschaltet, damit dieses von Korrosion geschützt werden kann.

Sicherheitsventil vor Korrosion schützen.

Es muss ein nicht rückstellbares Manometer zwischen Berstscheibe und dem Sicherheitsventil geschalten werden, damit überprüft werden kann, ob die Berstscheibe schon zerberstet wurde.

Es gibt einen statischen Dichtungsring und einen dynamischen, der mit der Welle mitdreht. Zwischen den beiden Dichtungsringen wird meistens mit Dampfkondensat geschmiert, damit eine tiefe Abnutzung gewährleistet werden kann. Zusätzlich wird das eintreten vom Medium im Kessel verhindert.

Ein SOP soll den korrekten Umgang mit Anlagen und Einrichtungen sicherstellen. Dadurch wird die sachgemässe Verwendung und Mitarbeiter- und Materialschutz sowie Instandhaltung sichergestellt. Zudem wird dadurch auch ein Kundenschutz garantiert.

• Flächenkorrosion: gleichmässiger und lansamer Abtrag durch Korrosion
• Muldenkorrosion: unregelmässiges Zernarben der Werkstoffoberfläche
• Lochfrasskorrosion: nadel und höhlenartige Einkerbungen (z.B bei nicht rostenden Stählen im Kontakt mit Cl-Ionen)
• Kontaktkorrosion: lokale Korrosion im Kontakt zweier unterschiedlicher Werkstücke und Feuchtigkeit (z.B. eingeschweisste Rohre in Behälter, Befestigung von Rohren mit Rohrschellen)
• Spaltkorrosion: lokale Korrosion durch unterschiedliche Sauerstoffkonzentration in einem Spalt (z.B. zwischen Durchgangsloch und Schraube)
• Erosionskorrosion: Durch eine strömende Flüssigkeit, die nach einem Hindernis verwirbelt wird, entstehen Kräfte, die zur Werkstoffabtragung beitragen
• Kavitationskorrosion: Zusammenwirken von korrosiven Einflüssen mit Auftreten von Kavitation (z.B. in Rohrkrümmern oder an Pumpenlaufrädern)
• Spannungsrisskorrosion: Zusammenwirken von elektrochemischem Angriff (z.B. korrosive Atmosphäre oder chloridhaltigenwässrigen Lösungen) und mechanischer Belastung (statisch oder dynamisch)
• Belüftungskorrosion: Im oberflächennahen Bereichdurch unterschiedliche Sauerstoffkonzentration