Bronkhorst

Handhabung niedriger Durchflüsse - Eine Blogreihe in 5 Teilen: Teil 4

20. April 2020 Bart de Jong

Flüssigkeitszufuhr mit einer Pumpe

Ein ausreichend und hoher stabiler Eingangsdruck ist bei Durchflussreglern eine wichtige Voraussetzung, um bei (extrem) niedrigen Durchflüssen eine stabile Durchflussrate zu gewährleisten. Wie Sie in Teil 3 unserer Blogreihe erfahren konnten, gilt bei der Verwendung von Druckbehältern zur Erzeugung eines stabilen niedrigen Durchflusses vor allem zu verhindern, dass in der Flüssigkeit gelöste Gase vorhanden sind. Wenn die Lösung von Gasen in der Flüssigkeit vermieden werden soll, ist die Verwendung einer Pumpe zur Erzeugung des Eingangsdrucks eine gute Wahl. In diesem vierten Beitrag der Blogreihe über niedrige Durchflüsse berichten wir Ihnen mehr zu diesem Thema.

Durchflussmesser in Kombination mit einer Pumpe
Coriolis Durchflussmesser mit Pumpe
Coriolis Durchflussmesser mit Pumpe

Eine Pumpe ist ein Gerät, das einen kontinuierlichen, zuverlässigen und stabilen Druck oder Durchfluss gewährleisten kann. Die mechanische Wirkung der Pumpe selbst setzt die Flüssigkeit unter Druck und verhindert damit, dass gelöstes Gas in die Flüssigkeit gelangt. Wenn die Pumpe Flüssigkeit aus einem separaten drucklosen Behälter saugt, kann dieser jederzeit wiederbefüllt werden ohne den Vorgang zu unterbrechen. Es empfiehlt sich, den Behälter in gleicher Höhe wie die Pumpe zu positionieren, damit kein Vakuum entsteht und sich Gasblasen ansammeln können. Zusätzlich sollte ein Absperrventil benutzt werden, um ein spontanes Entleeren des Behälters in die Pumpe zu verhindern. Stellen Sie sicher, dass bei der Montage des Ventils kein zusätzliches Totvolumen entsteht, in dem sich Luft ansammeln kann.

​Welcher Pumpentyp ist geeignet?

Eine Verdrängerpumpe – entweder eine Zahnradpumpe oder eine Kolbenpumpe – kann den benötigten Eingangsdruck für den Durchflussregler liefern. In einer Zahnradpumpe wird eine feste Flüssigkeitsmenge zwischen verzahnten rotierenden Getrieben wiederholt verdrängt, was einen Fluss erzeugt; bei einer Kolbenpumpe hingegen wird ein Durchfluss erzielt indem ein Kolben eine feste Menge ansaugt und ausstößt. Im Allgemeinen sind kleine Pumpen gut geeignet, da eine Pumpe mit einem kleinen Innenvolumen weniger Zeit zum Befüllen und Wiederbefüllen benötigt. Bei allen Pumpentypen sollte sichergestellt werden, dass die medienberührten Pumpenmaterialien mit der Prozessflüssigkeit kompatibel sind. Da das verdrängte feste Flüssigkeitsvolumen bei Zahnradpumpen im Allgemeinen geringer ist als bei Kolbenpumpen, sind Zahnradpumpen die bevorzugte Option für Kunden, die eine weitgehend stabile Durchflusskontrolle für niedrige Durchflüsse wünschen. Zahnradpumpen haben jedoch einen maximalen Betriebsdruck von 10 bis 15 bar. Kolbenpumpen können einem höheren Druck standhalten, von mehreren Dutzend bis mehr als 100 bar – Prozessbedingungen, wie sie bei Anwendungen mit niedrigem Durchfluss häufig vorkommen.

Die Doppelkolben-Pumpen, die wir bei Bronkhorst verwenden, sind um 180° phasenversetzt, was einen äußerst stabilen Druck/Fluss erzeugt, der im niedrigen Durchflussbereich sehr wichtig ist. Ob die Genauigkeit ausreicht, hängt jedoch vom Anwendungsverfahren des Kunden ab. Die benötigte Flüssigkeitsmenge wird genau dosiert; aufgrund des Pumpenprinzips wird aber in kleinen Mengen (entsprechend dem Hub des einzelnen Kolbens) dosiert. Bei einem ausreichend großen Prozessvolumen ist die Durchmischung groß genug, um diese Pulsation auszugleichen. Wenn die zu dosierende Menge innerhalb weniger Sekunden gleichmäßig verteilt werden soll, sind Kolbenpumpen eher weniger geeignet; in diesem Fall wäre eine Zahnradpumpe möglicherweise die bessere Wahl.

​Verwendung von Massendurchflussmessern mit Pumpe zur Realisierung von Regelkreisen

Massendurchflussmesser von Bronkhorst, insbesondere Coriolis-basierte Massendurchflussmesser, eignen sich hervorragend, um in Kombination mit Pumpen einen Regelkreis zu realisieren und damit eine stabile niedrige Durchflussrate zu erzielen. Eine stabile niedrige Durchflussrate lässt sich ebenfalls durch die Verwendung eines Druckregelsystems erzielen. In einem solchen System wird die Pumpendrehzahl mithilfe eines (EL-PRESS)-Druckreglers reguliert, um einen konstanten und stabilen Eingangsdruck zu gewährleisten. Gleichzeitig wird der Durchfluss gesteuert von einem Regelventil, das von einem Durchflussmesser wie dem Bronkhorst mini CORI-FLOW ML120 betrieben wird.

Durchflussmesser Flüssigkeitszufuhr Druckregelsystem
Druckregelsystem
Durchflussmesser Flüssigkeitszufuhr direktes Regelsystem
Direktes Regelsystem

Für viele Anwendungen mit niedrigem Durchfluss braucht es keinen so komplexen Regelkreis wie beim oben genannten kombinierten Durchfluss- und Druckregelsystem. Am einfachsten lässt sich mithilfe einer Pumpe einen Durchfluss erzielen, indem diese die Flüssigkeit aus einem Behälter ansaugt und die Pumpendrehzahl über das Regelsignal des Durchflussmessers gesteuert wird. In der Praxis wird ein solches „direktes Regelungssystem“ verwendet, um geringe Durchflüsse von Kohlenwasserstoffverbindungen bei der Forschung und Entwicklung von Hochdruckkatalysatoren stabil und pulsationsfrei zu dosieren.

Um ein reibungsloses Regelverhalten und einen stabilen Durchfluss im gesamten Durchflussbereich zu gewährleisten, kann eine Bypass-Leitung mit einer justierbaren Einschränkung – üblicherweise ein Nadelventil – in das direkte Regelungssystem integriert werden. Die Bypass-Methode bewirkt eine höhere Pumpendrehzahl, was zu einer stabileren Durchfluss /Druckregelung führt. Die Pumpe läuft mit einem effizienteren und stabileren Sollwert und erzielt einen reibungsloseren Durchflussausgang.

Direktes Regelsystem mit Bypass-Leitung
Direktes Regelsystem mit Bypass-Leitung

Bleiben Sie dran, Teil 5 folgt!

Im nächsten und letzten Teil dieser Blogreihe über niedrige Durchflüsse werden wir uns damit befassen, wie sich der Einfluss von äußeren Bedingungen verhindern oder eliminieren lässt. Der fünfte Teil wird im Mai veröffentlicht.

Die vorherigen Beiträge finden Sie hier:

Würden Sie gerne mehr über niedrige Durchflüsse erfahren?

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