Rörsystemets utformning

För rörsystemets utformning gäller grundläggande att sug- resp tilloppsledning skall vara så korta som möjligt och måste ha minst samma diameter som pumpens sugstuts. Rörböjar skall vara så få som möjligt och ha stor radie. Tätheten hos sugledningar bör kontrolleras genom provtryckning. Förekommer bottenventil och sil skall dessa dimensioneras riktigt, silens hålskall ha sammanlagdarea minst 3 ggr sugledningens area. Utföres sugledningen rätt undviks de vanligaste orsakerna till driftstörningar: kavitation, luftsäcksbildning, snedströmning.

Sugledning skall utföras ständigt stigande och tilloppsledningen ständigt fallande mot pumpen för att undvika luftsäckar enl. figur 1.1.

Figur 1.1 Sug- och tilloppslednings utförande

I många anläggningar förekommer det att en eller flera sugledningar förenas till en gemensam. En sådan sammankoppling bör inte ligga nära pumpens sugtuts, eftersom den kan inverka ogynnsamt på hastighetsfördelningen vid inloppet.

En mindre rörledning bör inte anslutas rakt till en stamledning utan i stället med en rörkrök. Samma sak gäller för s k spädningsanslutningar. Genom att strömningen i pumpen är helt turbulent blir omblandningen alltid god, och en vinkelrät anslutning är därför inte nödvändig.

Lämpliga sätt att ansluta rörledningar visas i figur 1.2. Om pumpens anslutningar är större än 100 mm bör en rörkrök ej anslutas direkt till sugstutsen. En raksträcka av 5-10 ggr rördiametern är lämplig. Tillströmningen bör planeras noga för att undvika snedanströmning till pumpen. Denna medför nämligen hydraulisk obalans i pumphjulet, vilket ger radiella tillskottskrafter och -moment. Dessa åstadkommer i sin tur axelnedböjning vid axeltätningen och minskar lagrens livslängd.

Snedanströmning kan också bidra till ökad risk för kvaitation på grund av avlösningar i rörböjar, kronor och flänsanslutningar.

Figur 1.2 Gemensam sugledning

Om strypreglering med ventil används, skall strypventilen alltid placeras i tryckledningen. Ventiler i sugledningen skall endast användas för avstängning. De bör vara av en sådan typ som har fritt genomlopp för att ge minsta möjliga förluster och störningsfri inströmning till pumpen. Ventiler av sätestyp får inte förekomma i sugledningen strax före en pump. Se fig. 1.3

Figur 1.3 Ventil i sugledning

För att få låga förluster och för att minska risken för luftinsugning bör sugledningen ha trattformig anslutning till behållare. I fig. 1.4 visas några exempel på bra och mindre bra utföranden.

Figur 1.4 Suglednings anslutning till behållare

Om pumpen suger från en öppen behållare, bör denna ha en viss minsta volym. En god tumregel är att omsättningshastigheten inte bör vara större än 2 gånger per min. för att få en relativt lugn vätskenivå och möjlighet till självavluftning. Tilloppet till behållaren bör helst placeras under vätskeytan för att hindra luftinblandning eller skumbildning. Se fig. 1.5. Detta gäller i synnerhet vid fiberhaltiga vätskor. Vätskenivåns lägsta läge i förhållande till pumpens inlopp bestäms av villkoret: NPSH för anläggningen skall vara större än NPSH för pumpen vid driftvolymström. Suspensioner innehållande gods och fiber pumpas alltid med tillrinningshöjd.

Figur 1.5 Tillopp till behållare

Pumpsumpar för dränkbara avloppsvattenpumpar

Här behandlas främst utformningen av pumpsumpar för avloppsvattenpumpar med volymflöden större än 100- 200 I/s, d v s för medelstora och stora pumpar. Anvisningarna kan till stora delar även tillämpas på pumpsumpar för dag- och regnvatten. I dessa pumpsumpar har man inte problem med avloppssediment utan istället kan man ha problem med sand.

En pumpsump måste ha en så stor volym att pumparna inte startar och stoppar för ofta. Risk finns annars för att motorerna blir överhettade. Problem med luft som piskas in i vattnet, den så kallade vattenfallseffekten, uppstår om tilloppsledningen till pumpsumpen mynnar ovanför vätskeytan. Det är då ett krav att pumpsumpen är så utformad, att vattnet är avluftat innan det når pumparna. Man riskerar annars att pumparna går ojämnt, vibrerar och till och med kan sluta pumpa, om mängden luft i vattnet är stor. Luftvirvlar är ett problem som också kan orsaka en ojämn och vibrerande gång hos pumparna. Virvlarna initieras ofta från pumparnas inlopp och kan förstärkas till en roterande lufttratt, om pumpsumpen är felaktigt utformad. Vid helt lugna vätskeytor måste man t ex ha större nedsänkningsdjup för att undvika luftvirvlarna, än om vätskeytan är lite orolig.

Tilledningens placering i pumpsumpen måste väljas så, att vätskeflödet till pumparna blir någorlunda jämnt fördelat. Om nämligen tilloppsledningen till pumpsumpen mynnar alldeles intill en pump, är det stor risk att inloppet på den pumpen störs. Detta kan öka eller minska motorns effektåtgång samtidigt som pumpens kapacitet förändras. Motorskydd kan lösa ut i extrema fall. Sediment, såväl bottensediment som flytslam, är något som måste tas i beaktande, när man utformar en pumpsump. Denna måste vara utformad så, att det inte uppstår några döda zoner med stillastående vatten. Likaså måste flytslammet med jämna mellanrum kunna pumpas bort.

Pumpsumpsvolymer vid start-stoppreglering behandlas ingående i kapitel 8. Flödesreglering. Fyra alternativa lösningar av pumpsumpar med framförallt olika placering av inloppsledningen enligt Stenberg Flygt AB återges nedan.

Pumpsumpens mått beräknat efter volymflödet per pump. – Måtten A- E för de olika utförandena bestäms med nomogram.

Figur 1.6 Nomogram för bestämning av pumpsumpens mått

Om tillgänglig höjd ej räcker till erhålls erforderlig volym enklast genom att öka måttet A.

Anm.

1. Till mått B: Fria avståndet mellan två pumphus får ej underskrida 200 mm.
2. Till mått C: Fria avståndet mellan sidovägg och pumphus får ej underskrida 100 mm.

Alternativ 1. Inlopp vinkelrätt mot och högt upp i särskild inloppskammare. Figur 1.7.

På grund av inloppsrörets höga placering piskas mycket luft in i det inkommande vattnet. Genom inloppskammarens utformning hinner vattnet avluftas innan det fördelas in i pumpkammaren genom öppningarna i inloppskammarens botten. Sidoväggen (sektion X – X) som är indragen upp till minst halva statorhuset förhindrar luftvirvelbildning mellan ytterpump och sidovägg.Genom att vattnet ständigt hålls i rörelse är sedimenteringsrisken minimal, förutsatt att minimimåtten inte överskrids alltför mycket.Skiljeväggen mitt för tilledningen skall vara så hög att det inkommande vattnet träffar den. Vid sidan om kan överfall anordnas så att flytslam kan pumpas bort.

Figur 1.7 Alternativ 1

Alternativ 2. Inlopp från sidan och i botten av särskild inloppskammare. Figur 1.8.

Detta är en variant av alternativ 1. De fyrkantiga öppningarna i inloppskammaren är nödvändiga för att sprida flödet över hela sumpen och avskilja den luft som trots allt piskas in i det inkommande vattnet. Jämfört med Alternativ 1 är strömningssituationen i pumpkammaren något mer ojämn och turbulent. Inloppskammarens bredd och skiljeväggens höjd beräknas med hänsyn till inloppsrörets diameter: den förstnämnda 1,25 x diametern, den senare 0,75 x diametern.

Figur 1.8 Alternativ 2

Alternativ 3. Inlopp från sidan och i botten av pumpsumpen. Figur 1.9.

En mellanvägg avdelar sumpen och bildar en form av inloppskammare. Från denna strömmar vattnet genom fyrkantiga öppningar med måtten 2D x D belägna mitt för varje pump. Öppningarnas storlek är dimensionerade så att strömningshastigheten genom dem inte överskrider 1 m/s. Därvid styrs vattnet utan virvelbildningar och risk för sedimentering mot pumparnas inlopp. Mellanväggen bör ha sådan höjd att den minst når upp till en punkt i nivå med halva motorhuset på pumpen. Samtidigt bör dock höjden inte överskrida en nivå belägen något under högsta startnivå för att möjliggöra bortpumpning av flytslam. Inloppskammarens bredd skall vara 1,25 x inloppsrörets diameter, förutsatt att max. vattenhastigheten i inloppsröret inte överstiger 3 m/s. Avståndet mellan pumparnas centrumlinje och väggen kan vara så kort som 0,5 x A.

Figur 1.9 Alternativ 3

Alternativ 4. Inlopp vinkelrätt mot pumpraden och i botten av pumpsumpen. Figur 1.10.

Detta är en enkel och ändamålsenlig utformning som ger ett jämnt och turbulensfritt flöde fram till pumparna. Den koniska inloppssektionen skall vara vinklad 60-75°. Avståndet från pumparnas centrumlinje till den linje där inloppssektionen slutar är inte mer än 0,5 x A.

Figur 1.10 Alternativ 4

Tilloppsledningens anslutning till pumpsumpen

Ibland ställs kravet att tilloppsledningen skall kunna tömmas vid lägsta vattenyta (lägsta stoppnivå) i pumpsumpen.

Alternativen 1 och 3 tillfredsställer detta krav. För alternativen 3 och 4 kan anslutningen ske enligt figur 1.11. Om man inte gör på detta sätt utan låter tilloppsledningen mynna direkt ovanför lägsta stoppnivån i pumpsumpen, får man vid större tillflöden problem med luftinpiskning på grund av ”vattenfallseffekten”.

Figur 1.11 Rekommenderad anslutning av tilloppsledning till pumpens botten

Avskiljare och silar

Avskiljare, silar bör anordnas på sugsidan för att skydda pumpen mot föroreningar.

Suggropar för läns- och grundvattenpumpar förses med sand- och grusfång, där strömningshastigheten nedsättes till ca 0,3 m/s. För pumpar som har begränsat spalt- spel-, centrifugalpumpar i allmänhet och förträngningspumpar, se tabell; 10.3 partikelstorlekar samt kap. 3, bör sil – annan benämning filter- installeras i sugledningen. Silinsatsen kan vara utförd av metalltrådsduk eller en plåt med geometriskt olikformade hål, maskor enl. fig. 1.12.

Figur 1.12 Exempel på maskornas form i silinsats

Standardsilar anges med maskornas – hålens – vidd = största partikel som släpps igenom samt antal maskor pr ytenhet enligt tabell 1.1. Jämförelse av internationella normer för silmaskor.

Tabell 1.1 Jämförelse av internationella normer för silmaskor

Vid val av sil skall strömningsförlusten vid rent sil beaktas samt att denna ökar med graden av igensättning. Kräver komponenter i anläggningen t ex mätare, ventiler etc, avskiljning av partiklar mindre än vad pumpen kräver skall silen monteras i tryckledningen. Manometrar för kontroll av igensättning skall alltid monteras före och efter sil: för undertryck i sugledning och för övertryck i tryckledning.

Torrkörningsskydd

Torrkörningsskydd, – flödeskontroll, – strömningsvakt, – som bryter strömtillförseln vid vätskebortfall, skall anordnas vid pumpar vars konstruktion ej tål torrkörning t ex excenterskruvpumpar samt för övervakning av kylvattenström och smörjvätskeström t ex spaltrörspumpar. Givaren kan vara temperaturstyrd kapacitiv t ex på excenterskruvpumpar eller monterad i vätskeströmmen. Svävkropp eller fana.

Tryckledning

Om en backventil är nödvändig i systemet, bör den placeras mellan tryckstutsen och en avstängningsventil, så att tryckledningen ej behöver tömmas vid en ev. reparation av backventilen. När pumpar går i parallelldrift, måste varje pumps tryckledning ha en backventil, så att en pump inte kan pumpa baklänges genom den andra. Normalt har tryckledningen större diameter än pumpens tryckstuts. Detta gäller särskilt för längre ledningar, där rörledningsförlusterna hålls nere för att minska pumpens effektbehov. Vilken dimension som skall väljas, bestämmes med hänsyn till ekonomisk strömningshastighet. Vid övergång från en dimension till en annan, är det viktigt att övergångskonan inte blir för tvär. Annars uppstår kraftiga avlösningar och därmed låg diffusorverkningsgrad.

Minsta flöde för pumpen

Om en centrifugalpump körs med kraftigt reducerat flöde, förorsakar detta en temperaturstegring, vilket i sin tur kan medföra förångning av den pumpade vätskan. Den vanligaste lösningen för att motverka detta är att installera en returledning – by-pass -till sugbehållaren. En fast strypbricka i returledningen kan ge tillräckligt flöde för att klara detta temperaturproblem utan att påverka pumpens prestanda. Den effekt som tillförs pumpaxeln kan beräknas ur

Ekv 1.1

Vid drift nära dämda punkten- pumpen är således nästan helt strypt- kan antas att hela effekten omvandlas till värme. Om pumpen förutsätts vara isolerad, dvs. värmeavgång sker endast genom den avledda volymströmmen Q, så blir temperaturstegringen:

Ekv 1.2

Grafiskt kan t bestämmas med hjälp av fig. 1.12, som gäller för vatten. För annat pumpmedium korrigeras temperaturstegringen med hänsyn till densitet och specifikt värme. Denna figur kan också användas för uppskattning av temperaturstegring vid by-pass-reglering med överströmningsventil hos förträngningspumpar.

Figur 1.13 Temperaturstegring vid drift nära dämda punkten

Överströmningsventil

Överströmningsventil användes vid förträngningspumpar för att undvika skadlig tryckstegring om tryckledningen tillfälligt blockeras. Överströmningsventilen, som ofta är inbyggd direkt i pumpen bör ej användas till flödesreglering.

Direkt förbindelse mellan sug- och tryckledning vid förträngningspumpen ger vid stora tryckstegringar eller stora flöden upphov till temperat urstegringar, vid olja medför detta att viskositeten sjunker, risk finns då att oljefilmen brister och pumpen skär. l stället bör vätskan ledas från överströmningsventilen direkt tillbaka till behållare eller liknande där en större volym kan ta upp temperaturstegringen.

Ljudkrav för pumpar

Det mänskliga örats känslighet för olika slags ljud är avgörande för vad som skall betraktas som irriterande, hindrande för taluppfattning eller risk för hörselskador. Den högsta acceptabla ljudtrycksnivån utan risk för hörselskador vid långvarig exponering, 5 h/dygn representeras av kurvan N-85 enligt ISO TC 43. Figur 1.15 visar bullerkurvor med hänsyn till exponeringstiden. Mer preciserat bedöms i Sverige hörselskaderisken enl. SEN 590111. Arbetarskyddsstyrelsens meddelande 68:4 anger vilka ljudnivåer som accepteras. I allmänhet lika H 85. l diagrammet fig 1.15 har mellan dessa gränser angivits den acceptabla ljudnivån för några vanliga lokaler. Utsätts örat för kraftigare ljud än N-85 blir exponeringstiden avgörande för om skada uppstår eller ej. Ju starkare ljud desto kortare bör exponeringstiden vara. Vid N-135 och däröver sker skada redan vid en enda kortvarig exponering. Vid ljudmätning används en mikrofon med vilken ljudtrycket registreras (vanligen mätt på 1 meters avstånd från ljudkällan). Det anges i enheten dB (decibel) som står i ett logaritmiskt förhållande till ljudtrycksnivån.

Figur 1.15 Exempel på acceptabla bullernivåer

Det finns ett antal ljudföreteelser, som vi möter i det dagliga livet och som är återgivna i figur 1.16. Med hjälp av dessa kan innebörden av olika dB-värden bedömas.

Figur 1.16 Olika ljudkällor och ljudnivåer

Pumparna kan ur bullersynpunkt inte ses isolerade från sina drivmotorer, axelkopplingar och eventuellt andra transmissionselement. Elektromotorer avger ett buller som är sammansatt av vibrationer, fläktbrus, lagerbuller och magnetiskt ljud. Dålig uppriktning mellan pumpens och drivmotorns axel, t ex till följd av för vekt underlag, kan ge anledning till besvärande buller. Konstruktiva drag hos pumpar som kan leda till vibrationer är fram- och återgående pumpelement samt dynamiskt obalanserade axlar. Bland yttre omständigheter som förorsakar buller kan räknas luft- eller gasbubblor i vätskan samt kaviation i pumpinloppet till följd av knapp tillrinning samt dålig uppriktning.

Självfallet spelar valet av pumptyp, drivanordning och transmission stor roll för hur bullersituation skall bli vid pumpens uppställningsplats. Vid planering och upphandling skall därför ljudkraven anges. l kapitel 2.10 tabell 4, finns de normer specifierade som gäller dels för vibrationer och ljud vid utförandet av pumpar och elmotorer samt dels mätmetoder.

När det gäller uppställning av pumpaggregat i maskinrum, arbetslokaler etc. spelar såväl lokalernas utformning som fundament och fastsättningsanordningar en stor roll för ljudnivån. Väggar och tak och även andra maskiner har förmåga att reflektera eller absorbera ljud. Fundament och golv kan genom resonans förstärka ljud eller medverka till att ljudet sprids till angränsande lokaler. Ställs höga krav på tyst gång och är t. ex. risken hög att stomburet ljud kan vålla störningar är det väsentligt att ett så tystgående pumpaggregat som möjligt används. Man eliminerar med andra ord ljudet redan vid källan.

Bullerreducerande åtgärder kan behöva vidtagas vid installationen för att uppfylla anspråken på låg ljudnivå. Fastsättning på stabila och tunga fundament dämpar utbredningen av stomljudet från ett pumpaggregat. Har underlaget däremot lätt att vibrera – såsom tunna betonggolv e. d. – bör pumpaggregatet ställas upp på vibrationsdämpande gummielement.

Överföringen av vibrationer via rörledningarna kan reduceras om en del av röret ersätts med en vibrationsupptagande expansionsbälg av elastiskt material. Detta förfarande är för övrigt nödvändigt vid varje pump på elastiska ljuddämpande underlag, eftersom pumpaggregatet härvid är rörligt och inte bör förbindas stelt med rörledningarna. Bälgar har en begränsad förmåga att dämpa det ljud eller vibrationer, som leds av den i bälgen inneslutna vätskan. Däremot kan 90-graders rörböjar ha en väsentligt bättre dämpande effekt.

Pumpaggregatets uppställningsplats bör väljas med omtanke för att inte störa omgivningen. Vid stora anläggningar med stor installerad effekt är det vanligt med slutna ljudisolerade pumprum. Har personalen ingen anledning att långvarigt uppehålla sig i dessa rum kan en högre ljudnivå hos pumparna tillåtas.