Pumpen im Parallelbetrieb: Förderstrom verdoppelt sich nicht

Eine typische Situation: Eine Anlage braucht mehr Förderstrom. Man installiert neben der vorhandenen Pumpe eine zweite, baugleiche und schaltet beide auf dieselbe Druckleitung. Die Erwartung ist einfach: zwei Pumpen, doppelter Förderstrom. Im Rechenbeispiel unten steigt der Gesamtförderstrom durch die zweite Pumpe aber nur um etwa 26,5 %. Das muss nicht auf einen Fehler an den Pumpen hindeuten. So wirken Pumpen und Rohrleitung zusammen.

Die Kurzantwort: Zwei baugleiche Kreiselpumpen im Parallelbetrieb fördern in derselben Anlage nicht zwingend das Doppelte einer einzelnen Pumpe. Parallelbetrieb heißt, dass mehrere Pumpen auf eine gemeinsame Druckleitung arbeiten und den benötigten Förderstrom untereinander aufteilen. Der tatsächliche Förderstrom ergibt sich aus dem Schnittpunkt der Gesamtkennlinie mit der Anlagenkennlinie. Steigt die benötigte Förderhöhe der Anlage mit dem Förderstrom, wandert jede Pumpe auf ihrer Kennlinie nach oben und fördert weniger als im Einzelbetrieb. Das begrenzt den Zugewinn.

Dieser Beitrag behandelt, warum Anlagen parallel betrieben werden, ein Rechenbeispiel mit Zahlen und vier Prüfpunkte: Sammelleitung, ungleiche Pumpen, NPSH nach dem Abschalten einer Pumpe und Rückschlagarmaturen. Am Ende finden Sie eine Checkliste, Fragen an den Pumpenlieferanten und die Grenzen der Betrachtung. Die Begriffstabelle hilft, wenn Sie mit japanischen Pumpenunterlagen arbeiten.

Begriffe in japanischen Pumpenunterlagen

Japanische Datenblätter, Pumpenkennlinien und R&I-Fließbilder (P&ID) verwenden für die Themen dieses Beitrags die folgenden Begriffe. Die Spalte „Lesung“ gibt die Aussprache in Umschrift an.

Japanisch	Lesung	Deutsch
並列運転	heiretsu unten	Parallelbetrieb
直列運転	chokuretsu unten	Reihenbetrieb (Serienbetrieb)
全揚程	zen-yotei	Gesamtförderhöhe (H)
吐出量	toshutsu-ryo	Förderstrom (Q)
抵抗曲線	teiko kyokusen	Anlagenkennlinie
運転点	unten-ten	Betriebspunkt
締切運転	shimekiri unten	Betrieb bei Förderstrom null (gegen geschlossene Absperrung)
逆止弁	gyakushi-ben	Rückschlagarmatur (Rückschlagklappe / -ventil)
軸動力	jiku doryoku	Wellenleistung (Kupplungsleistung)
必要NPSH	hitsuyo NPSH	NPSH-Wert der Pumpe (NPSHR)
台数制御	daisu seigyo	Pumpenstaffelung (Zu- und Abschalten einzelner Pumpen)

Inhalt

1. Warum Kreiselpumpen parallel betreiben?
2. Den tatsächlichen Förderstrom finden: Gesamtkennlinie und Anlagenkennlinie
3. Vier Prüfpunkte vor dem Parallelbetrieb
4. Checkliste: bevor Sie eine Pumpe parallel zuschalten
5. Fragen an den Pumpenlieferanten oder das japanische Engineering-Team
6. Grenzen dieses Beitrags
7. FAQ
8. Quellen

Warum Kreiselpumpen parallel betreiben?

Parallelbetrieb kommt infrage, wenn eine Pumpe den benötigten Förderstrom nicht liefern kann oder wenn die Zahl der laufenden Pumpen dem Bedarf folgen soll. Jede Pumpe arbeitet gegen dieselbe Förderhöhe, und die Förderströme bei dieser Förderhöhe addieren sich. Anders als beim Reihenbetrieb addieren sich die Förderhöhen nicht.

Im Reihenbetrieb addieren Sie die Förderhöhen der einzelnen Pumpen bei gleichem Förderstrom. Im Parallelbetrieb addieren Sie die Förderströme bei gleicher Förderhöhe. Die Faustregel „zu wenig Förderhöhe: in Reihe, zu wenig Förderstrom: parallel“ ist ein brauchbarer Einstieg. Der endgültige Förderstrom und die Förderhöhe hängen in beiden Fällen von der angeschlossenen Anlage ab.

Eine Pumpe bei geringem Bedarf und zwei Pumpen bei Spitzenbedarf können besser passen als eine große Pumpe, die dauerhaft gedrosselt läuft. Wirkungsgrad der einzelnen Pumpen und Regelungsart spielen aber mit. Mehr Pumpen allein garantieren daher keine Energieeinsparung.

Eine zweite Pumpe kann außerdem als Reserve für den Ausfall der ersten dienen. Wechselbetrieb (immer nur eine Pumpe läuft) und Zuschaltbetrieb (bei Spitzenbedarf laufen beide) verlangen unterschiedliche Pumpenleistungen. Legen Sie zuerst fest, ob bei Ausfall einer Pumpe der volle Förderstrom erhalten bleiben muss oder ob ein reduzierter Förderstrom genügt.

Abbildung 1: Jede Pumpe fördert über einen eigenen Zweig, bevor die Zweige in der Sammelleitung zusammenlaufen

Zwei Pumpen teilen sich den Förderstrom. Die Pfeile zeigen die Strömungsrichtung, jeder Zweig hat eine Rückschlagarmatur. Scrollen Sie seitlich, um die ganze Abbildung zu sehen.

Die Ventilsymbole zeigen nur, wo der Rückfluss gesperrt wird. Absperrarmaturen für die Wartung, Messgeräte und Entleerungen sind nicht dargestellt.

Im Grundaufbau hat jede Pumpe auf der Druckseite eine Rückschlagarmatur, und die Zweige laufen erst hinter diesen Armaturen in der Sammelleitung zusammen. In einer realen Anlage beeinflussen außerdem die Anordnung der Saugleitung, Schwankungen des Flüssigkeitsstands und die Länge der Zweige die Lastaufteilung. Zwei Pumpen nebeneinander zu stellen heißt nicht, dass Sie ihre Leistungen einfach addieren können.

Den tatsächlichen Förderstrom finden: Gesamtkennlinie und Anlagenkennlinie

Bei zwei baugleichen Pumpen fördert jede bei einer gegebenen Förderhöhe denselben Förderstrom. Für die Gesamtkennlinie verdoppeln Sie diesen Förderstrom bei jeder Förderhöhe und verbinden die Punkte. Gesucht ist der neue Schnittpunkt der Gesamtkennlinie mit der Anlagenkennlinie. Der verdoppelte Förderstrom der Einzelpumpe liefert diese Antwort nicht.

Zur Veranschaulichung dient eine fiktive Anlage. Die Kennlinie einer Pumpe lautet H = 40 − 0,005 q², die Anlagenkennlinie (die von der Rohrleitung geforderte Förderhöhe) H = 10 + 0,005 Q². H wird in Metern angegeben, die Förderströme q und Q in m³/h. Das vereinfachte Modell vernachlässigt Unterschiede der Zweigverluste bis zum Zusammenlauf der Zweige.

Abbildung 2: Auf derselben Anlagenkennlinie liefert eine Pumpe 54,77 m³/h, zwei Pumpen liefern 69,28 m³/h

Darstellung des fiktiven Modells von oben. Die Kennlinie der zwei Pumpen ist in Richtung der Förderstromachse gestreckt, der Betriebspunkt wandert auf derselben Anlagenkennlinie. Scrollen Sie seitlich, um die ganze Abbildung zu sehen.

Die Werte sind Schnittpunkte des Modells. Zulässigen Förderstrom, Leistung oder NPSH einer realen Pumpe können Sie aus diesem Diagramm nicht ablesen.

Eine Pumpe fördert etwa 54,77 m³/h. Zwei Pumpen zusammen fördern etwa 69,28 m³/h, also nur rund 26,5 % mehr. Jede Pumpe trägt davon die Hälfte, etwa 34,64 m³/h, und damit weniger als im Einzelbetrieb. Der Gewinn ist klein, weil die von der Anlage geforderte Förderhöhe mit dem Förderstrom steigt.

In diesem Beispiel steigt die Förderhöhe im Betriebspunkt von 25 m mit einer Pumpe auf 34 m mit zwei Pumpen. Beim Konstruieren der Gesamtkennlinie addieren Sie Förderströme, keine Förderhöhen. Das bedeutet aber nicht, dass die Förderhöhe im Betriebspunkt konstant bleibt. Je steiler die Anlagenkennlinie, desto weniger Förderstrom bringt eine zusätzliche Pumpe.

In einer ausgeführten Anlage entstehen zusätzlich Verluste zwischen dem Druckstutzen jeder Pumpe und der Sammelleitung. Vergleichen Sie die Pumpen deshalb am gemeinsamen Anschlusspunkt. Unterscheiden sich die Zweige in Nennweite, Länge oder Armaturen, teilen selbst zwei Pumpen desselben Typs die Last nicht unbedingt gleichmäßig. Berücksichtigen Sie beim Bestimmen des Betriebspunkts dann jeden Zweig einzeln.

Vier Prüfpunkte vor dem Parallelbetrieb

1. Die Sammelleitung braucht unter Umständen eine größere Nennweite

Hinter dem Zusammenlauf führt die Sammelleitung den Summenförderstrom aller Zweige. Prüfen Sie deshalb bei Bedarf ihre Dimensionierung. Parallelbetrieb erfordert nicht automatisch eine größere Leitung. Entscheidend sind der Zielförderstrom, die Reserve in der bestehenden Rohrleitung sowie der zulässige Druckverlust und die zulässige Strömungsgeschwindigkeit.

Verdoppelt sich zum Beispiel der Förderstrom bei gleichem Innendurchmesser der Sammelleitung, verdoppelt sich die mittlere Strömungsgeschwindigkeit. Lässt sich der Verlustbeiwert als konstant ansehen, ist die Verlusthöhe proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit und steigt auf das Vierfache. Planen Sie einen höheren Förderstrom, achten Sie auf diesen starken Anstieg der Verluste in der Sammelleitung.

Abbildung 3: Querschnitt der Sammelleitung prüfen, bevor sich der Förderstrom verdoppelt

Veranschaulichender Vergleich bei gleicher Länge und gleichen Bedingungen, mit konstantem Verlustbeiwert. Ob eine größere Nennweite nötig ist, hängt vom zulässigen Verlust und weiteren Faktoren ab.

Doppelter Förderstrom, gleicher InnendurchmesserGeschwindigkeit ×2 → Verlusthöhe ×4 (konstanter Verlustbeiwert)

Doppelter Förderstrom, gleiche GeschwindigkeitErforderliche Fläche ×2 → Innendurchmesser-Verhältnis √2 ≈ 1,414

Vereinfachte Schnitte zu Innendurchmesser und Förderstrom. Das reale Geschwindigkeitsprofil ist nicht dargestellt. Nennweite (DN) und tatsächlicher Innendurchmesser sind verschieden.

Soll bei gleicher Geschwindigkeit der doppelte Förderstrom fließen, brauchen Sie die doppelte Querschnittsfläche, also etwa den 1,414-fachen Innendurchmesser. Das heißt nicht, dass Sie die Nennweite verdoppeln müssen. Vergleichen Sie die tatsächlichen Innendurchmesser. Dimensionieren Sie die Leitung nicht allein mit dieser Rechnung, sondern berücksichtigen Sie auch Länge, Rauheit, Formstücke, Armaturen und Einbaubedingungen.

Bleiben Nennweite, Armaturenstellung und übrige Bedingungen gleich, verschiebt sich die Anlagenkennlinie durch eine zusätzliche Pumpe nicht. Der Betriebspunkt wandert lediglich zum Schnittpunkt derselben Anlagenkennlinie mit der Gesamtkennlinie der beiden Pumpen. Die Anlagenkennlinie zeichnen Sie nur neu, wenn sich der Widerstand selbst ändert, etwa durch eine andere Nennweite oder durch Drosseln einer Armatur.

Lässt sich die Sammelleitung bei einer Nachrüstung nicht austauschen, berechnen Sie zuerst den Förderstrom, den Sie mit der zusätzlichen Pumpe tatsächlich erreichen, und vergleichen Sie ihn mit dem benötigten. Steigt der Förderstrom durch eine zusätzliche Pumpe kaum, prüfen Sie, ob Druckverluste in Leitungsführung, Armaturen oder Apparaten die eigentliche Grenze sind. Vergleichen Sie dann auch andere Lösungen als eine weitere Pumpe.

2. Ungleiche Pumpen können bei Förderstrom null laufen

Manche Auslegungen betreiben Pumpen unterschiedlicher Leistung parallel. Dann bestätigen Sie, dass jede Pumpe gegen den Druck der Sammelleitung einen positiven Förderstrom liefern kann. Pumpen mit stabilen Kennlinien und ähnlicher Nullförderhöhe (Schließhöhe) lassen sich leichter kombinieren. Unterscheiden sich die Nullförderhöhen, prüfen Sie über den gesamten Bedarfsbereich, wie sich der Förderstrom aufteilt.

Ist der Druck in der Sammelleitung, den die eine Pumpe aufbaut, höher als der Druck, den die andere bei Förderstrom null erzeugen kann, bleibt die Rückschlagarmatur der schwächeren Pumpe geschlossen. Diese Pumpe läuft dann weiter, fördert aber nichts. Vergleichen Sie deshalb nicht nur die Nullförderhöhen, sondern auch Unterschiede im Zulaufdruck, die Zweigverluste und die Öffnungsbedingungen der Rückschlagarmaturen.

Abbildung 4: Die Rückschlagarmatur sperrt den Rückfluss, die schwächere Pumpe kann dennoch ohne Förderstrom laufen

Vereinfachter Schnitt: Der Druck, den die schwächere Pumpe aufbauen kann, erreicht den Druck der Sammelleitung nicht, die Armatur bleibt geschlossen. Den tatsächlichen Öffnungsdifferenzdruck entnehmen Sie dem Datenblatt der Armatur. Scrollen Sie seitlich, um die ganze Abbildung zu sehen.

Die Pfeile zeigen die Druckrichtung, nicht eine tatsächliche Strömung von rechts nach links. Rückschlagarmatur und Mindestmengenschutz haben unterschiedliche Aufgaben.

Bei Förderstrom null wird ein Teil der Energie, die die Pumpe in die Flüssigkeit einbringt, zu Wärme. Das kann Gleitringdichtungen und innere Bauteile schädigen. Ein Motor, der läuft, während die Pumpe nichts fördert, ist kein Normalbetrieb und sollte nicht so belassen werden.

Nicht nur Förderstrom null ist ein Risiko. Achten Sie auch auf Betrieb unterhalb des vom Hersteller angegebenen Mindest-Dauerförderstroms und in instabilen Bereichen der Kennlinie. Auch Pumpen desselben Typs können sich unterscheiden, wenn Drehzahl, Laufraddurchmesser, Verschleiß oder Regelungseinstellung abweichen. Gleiche Typenschilder genügen daher als Nachweis nicht.

Prüfen Sie beim Zubau auch, ob Sie Förderstrom und Druck der vorhandenen und der neuen Pumpe getrennt messen können. Wer nur den Gesamtförderstrom betrachtet, übersieht womöglich eine Pumpe, die fast keine Last trägt. Kontrollieren Sie zusätzlich Motorstrom, Schwingungen und Temperatur jeder Pumpe. Wie sich die Flüssigkeit in der Pumpe erwärmt, lesen Sie im Beitrag über die Erwärmung der Förderflüssigkeit nach.

3. NPSHA nach dem Abschalten einer Pumpe: abhängig von der Verrohrung

Es gibt keine allgemeine Regel, dass der NPSHA beim Wechsel auf eine Pumpe sinkt. Der NPSH-Wert der Anlage (NPSHA, „A“ für available) ist eine Eigenschaft der Anlage. Er hängt vom Druck im Saugbehälter, vom Flüssigkeitsstand, vom Dampfdruck bei der Flüssigkeitstemperatur und von den Verlusten in der Saugleitung ab. Eine kleinere Pumpe senkt ihn nicht von selbst.

Wichtig ist, dass der Förderstrom der verbleibenden Pumpe steigen kann, wenn von zwei Pumpen eine abgeschaltet wird. Im obigen Beispiel fördert jede Pumpe bei zwei laufenden Pumpen 34,64 m³/h. Die verbleibende Pumpe fördert allein 54,77 m³/h. Weil sich der Betriebspunkt verschiebt, prüfen Sie bei diesem neuen Förderstrom erneut die Saugbedingungen, den NPSH-Wert der Pumpe (NPSHR, „R“ für required) und die Leistung.

Abbildung 5: Nach dem Abschalten einer Pumpe sinkt der Förderstrom in der gemeinsamen Saugleitung, im laufenden Zweig steigt er

Förderströme aus dem Beispiel oben. Berechnen Sie den Verlust in der gemeinsamen Leitung und im laufenden Zweig jeweils aus dem eigenen Förderstrom und addieren Sie beide, um den Saugverlust neu zu bewerten. Scrollen Sie seitlich, um die ganze Abbildung zu sehen.

Die Abbildung ordnet nur die Förderstromänderungen. Sie ist keine Simulation, die Saugverluste einrechnet. Ob der NPSHA am Ende steigt oder sinkt, hängt von den Verlusten in den einzelnen Abschnitten, vom Flüssigkeitsstand, von der Flüssigkeitstemperatur und weiteren Bedingungen ab.

Im Saugzweig zur verbleibenden Pumpe kann der Verlust steigen, weil der Förderstrom dieser Pumpe zunimmt. Die gemeinsame Saugleitung führte dagegen den Summenförderstrom beider Pumpen. Ihr Verlust sinkt, wenn der Gesamtförderstrom nach dem Umschalten abnimmt. Berechnen Sie Zweig und gemeinsame Leitung getrennt.

Ob der NPSHA nach dem Umschalten steigt oder sinkt, hängt daher vom Aufbau der Saugleitung und vom Betriebspunkt ab. Prüfen Sie auch Fälle, in denen niedriger Flüssigkeitsstand, hohe Temperatur und ein verstopftes Saugsieb zusammentreffen. Bestätigen Sie, dass der NPSHA mit einer Pumpe und mit mehreren Pumpen jeweils den NPSHR des Herstellers plus die festgelegte Sicherheitsreserve erfüllt.

Der NPSHR ist der NPSH-Wert, den die Pumpe selbst benötigt. Ist der Katalogwert ein NPSH3, entspricht er dem Prüfkriterium eines durch Kavitation verursachten Abfalls der Förderhöhe um 3 %. Ein NPSHA oberhalb dieses Werts garantiert nicht, dass sich überhaupt keine Dampfblasen bilden. Erforderliche Reserve und Betriebsbereich richten sich nach dem jeweiligen Pumpentyp. In der Norm DIN EN ISO 17769-1 wird für NPSH deutsch auch der Begriff „Haltedruckhöhe“ als Synonym geführt. In Datenblättern steht meist die Abkürzung NPSH.

Allein die Saughöhe zu verringern, löst die Frage nicht. Prüfen Sie die Verluste von der Flüssigkeitsoberfläche bis zum Pumpeneintritt zusammen mit den Temperaturbedingungen.

4. Eine Rückschlagarmatur an jedem Pumpen-Druckstutzen

Im Parallelbetrieb gehört auf die Druckseite jeder Pumpe eine Rückschlagarmatur, und zwar vor dem Zusammenlauf. So verhindert sie, dass die laufende Pumpe Flüssigkeit in eine stehende drückt. Eine einzelne Rückschlagarmatur hinter dem Zusammenlauf kann eine Zirkulation von einem Zweig in den anderen nicht verhindern. Prüfen Sie im Rohrleitungsschema die Strömungsrichtung und ob jede Armatur an einer Stelle sitzt, an der sie einen stehenden Zweig absperren kann.

Rückfluss kann Zustände wie das Rückwärtsdrehen einer stehenden Pumpe verursachen. Unterscheiden sich die Pumpen in der Leistung oder gibt es eine Drehzahlregelung, prüfen Sie den Druck in der Sammelleitung und den Differenzdruck an jeder Pumpe. Eine Rückschlagarmatur verhindert nur Rückfluss. Sie behebt weder einen fehlenden Förderstrom einer schwachen Pumpe noch den Betrieb bei Förderstrom null.

(Das Rückwärtsdrehen durch Rückfluss ist etwas anderes als ein Motor mit falscher Phasenfolge. )

Die plötzliche Geschwindigkeitsänderung beim Schließen einer Rückschlagarmatur spielt auch für den Druckstoß eine Rolle. Ein lauter Schlag beim Abschalten ist kein Beleg dafür, dass die Armatur richtig arbeitet. Prüfen Sie das Schließverhalten der Armatur und die Bedingungen der Druckleitung. Bei langen Leitungen oder großen Höhenunterschieden erwägen Sie bei Bedarf eine instationäre Berechnung (Druckstoßberechnung).

Kombinieren Sie Drehzahlregelung mit Pumpenstaffelung (daisu seigyo), prüfen Sie zusätzlich die Druckbedingungen beim Anfahren und Abschalten, den Mindestförderstrom bei geringem Bedarf und die Schalthäufigkeit.

Abbildung 6: Neben zwei Pumpen bei Spitzenbedarf auch Einzelbetrieb, geringen Bedarf und An-/Abfahren prüfen

Prüfpunkte, die Sie aus den Pumpenkennlinien des Herstellers und den Anlagenbedingungen ableiten. Scrollen Sie seitlich, um die ganze Tabelle zu sehen.

Betriebsfall	Was zu prüfen ist	Häufiger Denkfehler
Zwei Pumpen, Spitzenbedarf	Schnittpunkt von Gesamt- und Anlagenkennlinie, Verlust der Sammelleitung, Lastaufteilung	Gesamtförderstrom gleich dem Doppelten des Einzelförderstroms setzen
Eine Pumpe läuft	Förderstrom der verbleibenden Pumpe, Wellenleistung, NPSHR, Zweigverlust	Annehmen, dass weniger Pumpen weniger Last je Pumpe bedeuten
Geringer Bedarf	Mindestförderstrom, Betrieb nahe Förderstrom null, instabiler Bereich, Anlaufhäufigkeit	Übersehen, dass die schwächere Pumpe dreht, aber nichts fördert
Anfahren und Abschalten	Rückflussverhinderung, Schließen der Rückschlagarmatur, Druckstoß, Umschaltung der Regelung	Annehmen, dass Rückschlagarmaturen allein instationäre Probleme lösen

Für Schaltfolgen gelten die Betriebsanleitung der Anlage und die gültigen Betriebsanweisungen Ihres Standorts.

Checkliste: bevor Sie eine Pumpe parallel zuschalten

• Haben Sie die Gesamtkennlinie in die Anlagenkennlinie eingetragen und den neuen Gesamtförderstrom abgelesen, statt den Förderstrom einer Pumpe zu verdoppeln?
• Kennen Sie die Förderhöhe im Betriebspunkt bei allen laufenden Pumpen, und liegt jede Pumpe dort noch im zulässigen Betriebsbereich?
• Haben Sie den Verlust der Sammelleitung beim neuen Gesamtförderstrom berechnet, mit tatsächlichen Innendurchmessern statt Nennweiten?
• Wenn die Pumpen sich unterscheiden (Typ, Drehzahl, Laufraddurchmesser, Verschleiß): Kann jede über den gesamten Bedarfsbereich bei dem Druck der Sammelleitung einen positiven Förderstrom liefern?
• Hat jede Pumpe auf der Druckseite eine eigene Rückschlagarmatur vor dem Zusammenlauf?
• Wie groß ist bei abgeschalteter Pumpe der Förderstrom der verbleibenden Pumpe, und sind Wellenleistung, Motornennleistung und NPSHR bei diesem Förderstrom zulässig?
• Haben Sie die Saugverluste für die gemeinsame Saugleitung und jeden Zweig getrennt berechnet, einschließlich niedrigem Flüssigkeitsstand, hoher Temperatur und verstopftem Saugsieb?
• Liegt der Betrieb bei geringem Bedarf oberhalb des vom Hersteller angegebenen Mindest-Dauerförderstroms?
• Wurden Druckstoß und Schließen der Rückschlagarmatur für Anfahren, Abschalten und Pumpenausfall betrachtet?
• Können Sie Förderstrom, Druck, Motorstrom, Schwingungen und Temperatur jeder Pumpe getrennt messen?

Fragen an den Pumpenlieferanten oder das japanische Engineering-Team

Stammen Pumpen oder Anlagenauslegung aus Japan, helfen diese Fragen, die benötigten Daten zu bekommen. Sie können sie unverändert in eine E-Mail übernehmen.

1. Bitte senden Sie die H-Q-, Leistungs-, Wirkungsgrad- und NPSHR-Kennlinien jeder Pumpe, mit Angabe von Laufraddurchmesser und Drehzahl.
2. Ist der NPSHR auf der Kennlinie ein NPSH3 (3 % Förderhöhenabfall)? Welche NPSH-Reserve empfehlen Sie für diese Anwendung?
3. Wie groß sind der Mindest-Dauerförderstrom und der zulässige Betriebsbereich jeder Pumpe?
4. Bitte nennen Sie die der Auslegung zugrunde liegende Anlagenkennlinie und die erwarteten Betriebspunkte für eine laufende und für zwei laufende Pumpen.
5. Sind die Pumpen für den Parallelbetrieb vorgesehen, und sind ihre Kennlinien stabil mit ähnlicher Nullförderhöhe?
6. Welche Bauart der Rückschlagarmatur ist am Druckstutzen jeder Pumpe vorgesehen, und wie sind Öffnungsdifferenzdruck und Schließverhalten?
7. Wurde eine Druckstoßberechnung für Anfahren, Abschalten und Pumpenausfall durchgeführt? Falls ja, senden Sie uns bitte die Ergebnisse.
8. Nach welcher Norm und in welcher Genauigkeitsklasse wurden die Kennlinien gemessen (z. B. DIN EN ISO 9906)?
9. Welche Anfahr- und Abschaltfolge und welche Staffelungslogik empfehlen Sie, einschließlich der Umschaltung bei geringem Bedarf?

Musteranfrage (auf Englisch, für den Austausch mit japanischen Lieferanten): „We plan to run the two pumps in parallel on the existing header. Please send the pump curves (H-Q, power, NPSH3) for both units and the design system curve, and confirm the operating points, shaft power, and NPSHR with one pump and with two pumps running.“

Grenzen dieses Beitrags

• Das Rechenbeispiel ist ein fiktives, vereinfachtes Modell. Es vernachlässigt Unterschiede der Zweigverluste und steht für keine reale Pumpe und keine reale Anlage.
• Wie groß der Zugewinn an Förderstrom ausfällt, hängt vom Verlauf der Anlagenkennlinie ab. Eine steilere Anlagenkennlinie begrenzt tendenziell den Förderstrom, den eine zusätzliche Pumpe bringt.
• NPSH-Reserven, Mindestförderstrom und zulässige Betriebsbereiche hängen vom Pumpentyp ab. Verwenden Sie die Daten des Herstellers, keine Allgemeinwerte.
• Anfahr- und Abschaltfolgen, Regelungseinstellungen und Druckstoßschutz sind standortspezifisch. Es gelten die Betriebsanleitung der Anlage und die Betriebsanweisungen Ihres Standorts. Dieser Beitrag ist keine Arbeitsanweisung.
• Anforderungen an Druckgeräte, Rohrleitungen und wiederkehrende Prüfungen (zum Beispiel nach Betriebssicherheitsverordnung) sind nicht Gegenstand dieses Beitrags.
• Energieeinsparungen durch Parallelbetrieb oder Pumpenstaffelung hängen von Betriebsstunden, Pumpenwirkungsgrad, Rohrleitungsverlusten, Regelung und Hilfsaggregaten ab. Vergleichen Sie diese Punkte im Einzelfall.

FAQ

Verdoppeln zwei baugleiche Pumpen im Parallelbetrieb den Förderstrom?

Nicht unbedingt. Auf der Gesamtkennlinie ist der Förderstrom bei jeder Förderhöhe doppelt so groß wie bei einer Pumpe. Der tatsächliche Betriebspunkt liegt aber dort, wo diese Kennlinie die Anlagenkennlinie schneidet. Steigt in der Anlage die benötigte Förderhöhe mit dem Förderstrom, kann der Gesamtförderstrom deutlich unter dem Doppelten des Einzelförderstroms bleiben. Berechnen Sie Förderstrom je Pumpe und Gesamtförderstrom getrennt.

Bleibt die Förderhöhe im Parallelbetrieb gleich?

Nicht unbedingt. „Förderströme bei gleicher Förderhöhe addieren“ beschreibt, wie Sie die Gesamtkennlinie konstruieren. Es heißt nicht, dass die Förderhöhe im Betriebspunkt konstant bleibt. Sie hängt von der Anlagenkennlinie ab: Steigt der Förderstrom entlang dieser Kennlinie, ändert sich auch die Förderhöhe im Betriebspunkt. Im fiktiven Beispiel oben steigt sie von 25 m mit einer Pumpe auf 34 m mit zwei Pumpen.

Können Pumpen unterschiedlicher Größe parallel laufen?

Manchmal, wenn die Auslegung es zulässt. Sie müssen über den gesamten Bedarfsbereich für jede Pumpe positiven Förderstrom, Stabilität und zulässigen Betriebsbereich bestätigen. Übersteigt der Druck der Sammelleitung den Druck, den die schwächere Pumpe aufbauen kann, öffnet ihre Rückschlagarmatur nicht, und ihr Förderstrom ist null. Kombinieren Sie Pumpen nicht allein nach der Typbezeichnung.

Sinkt die Last der anderen Pumpe, wenn eine Pumpe ausfällt?

Nicht unbedingt. Der Förderstrom der verbleibenden Pumpe kann höher sein als der Förderstrom jeder Pumpe bei laufenden beiden Pumpen. Je nach Leistungscharakteristik der Pumpe kann sich auch die Motorlast ändern. Prüfen Sie deshalb Wellenleistung und Motornennleistung im Betriebspunkt der Einzelpumpe. Bewerten Sie Saugzweigverluste und NPSHR bei diesem Förderstrom ebenfalls neu.

Spart Parallelbetrieb Energie?

Das kann sein, wenn Sie die Zahl der laufenden Pumpen oder ihre Drehzahl an einen schwankenden Bedarf anpassen können. Die tatsächliche jährliche Einsparung hängt von Betriebsstunden, Pumpenwirkungsgrad, Rohrleitungsverlusten, Regelung und Hilfsaggregaten ab. Eine zusätzliche Pumpe senkt den Stromverbrauch nicht in jedem Fall.

Quellen

• Gesamtkennlinie, einzelne Rückschlagarmaturen, unterschiedliche Nullförderhöhen und Stabilität: KSB, „Parallel operation“ (englisch)
• Anlagenkennlinie und die Annahme, dass die Verlusthöhe mit dem Quadrat des Förderstroms steigt: KSB, „System characteristic curve“ (englisch)
• NPSHA und NPSHR, Bezugspunkt, NPSH3: KSB, „NPSH“; Hydraulic Institute, „The Basics of NPSH & Pump Operating Regions“ (englisch)
• Gemeinsame Druckleitung und Grundlagen der Parallelschaltung: Grundfos, „Pumps in parallel“ (englisch)
• Reserve- und Zuschaltbetrieb, Wechselbetrieb (Produktbeispiel): Grundfos, „SCALA1 twin pump configuration“ (englisch)
• Stabile (stetig fallende) H-Q-Kennlinien und Leistungskurven über dem Förderstrom: Torishima Pump, Katalog CAM/CAS (japanisch)
• Anfahr- und Abschaltvorgänge, Schlagen von Rückschlagarmaturen und Druckstoßberechnung: Ebara, Druckstoßanalyse (japanisch)
• Begriffe (u. a. NPSH/Haltedruckhöhe): DIN EN ISO 17769-1, Flüssigkeitspumpen und Anlagen – Begriffe, Definitionen, Größen und Einheiten, Teil 1: Flüssigkeitspumpen