Theorie über den Betrieb einer Pumpe

Kreiselpumpe

Kreiselpumpe aus PPDie wesentliche Eigenschaft der Kreiselpumpen ist die Umwandlung von Energie in eine Bewegungsquelle (Motor), und zwar zuerst in Geschwindigkeit (oder kinetische Energie) und anschließend in Druckenergie. Die Pumpe hat die Aufgabe, je nach den Baueigenschaften der Pumpe selbst und den spezischen Anlagenanforderungen, der Förderflüssigkeit Energie zu verleihen (Energie, die danach in Förderleistung und Förderhöhe umgewandelt wird). Der Betrieb ist einfach: diese Pumpen benutzen zur Bewegung der Flüssigkeit und zur Erhöhung ihres Druckes den Zentrifugaleffekt. In einer luftdichten Kammer mit Eingang und Ausgang (Schnecke) dreht sich ein Schaufelrad (Laufrad), welches das wahre Herz der Pumpe ist. Das Laufrad ist das sich drehende Element der Pumpe und wandelt die Energie des Motors in kinetische Energie um, während der festsitzende Teil der Pumpe, d.h. das Spiralgehäuse, die kinetische Energie in Druckenergie umwandelt. Das Laufrad ist an der Pumpenwelle, welche direkt mit der Motorantriebswelle verbunden oder durch Starrkupplung am Motor angeschlossen ist, befestigt.
Bei Eintritt der Flüssigkeit in das Pumpengehäuse, drückt das Laufrad (vom Motor gespeist) mithilfe der durch seine Geschwindigkeit erzeugte Zentrifugalkraft, die Flüssigkeit an den Rand des Pumpengehäuses: die Flüssigkeit speichert auf diese Weise Energie (potentiale), die in Förderleistung und Förderhöhe (oder kinetische Energie) umgewandelt wird. Dieser Zentrifugaleffekt verursacht gleichzeitig einen Unterdruck, aufgrund dessen die zu fördernde Flüssigkeit angesaugt werden kann. Bei Anschluss der Pumpe an die Druckleitung, wird die Flüssigkeit problemlos außerhalb der Pumpe geleitet. Das Laufrad einer Kreiselpumpe kann folgende Bauvarianten haben: offene, geschlossene , halboffene, einkanalige, axiale, halbaxiale, sowie Freistrom-, Vortex- und Spirallaufräder usw.
Es sind einstufige Kreiselpumpen mit einem einzigen Fördermengen - und Druckgenerator (ein Laufrad) lieferbar. Bei einer Pumpe mit mehreren Laufrädern (das erste Laufrad überträgt die Flüssigkeit auf das zweite und so weiter) spricht man von mehrstufigen Kreiselpumpen, welche sich durch die Summe der von jedem Laufrad ausgehenden Drucke auszeichnen. Der Betrieb der Kreiselpumpe hängt außer vom anfänglichen Ansaugmoment, auch von der Art der Flüssigkeitsansaugung ab: wenn die Pumpe unterhalb der Ader, aus der die Flüssigkeit entnommen wird, installiert ist, so tritt die letztere spontan in die Pumpe ein (man spricht in diesem Fall von einer Installation mit Zulaufbetrieb). Wenn die Pumpe dagegen oberhalb der zu fördernden Quelle angebracht ist, so muss die Flüssigkeit angesaugt werden: die Pumpe und die Saugleitung müssen daher vorher mit Flüssigkeit gefüllt werden (in diesem Fall spricht man von einer selbstansaugenden Pumpe).
Gegenüber anderen Fördersystemen hat das Zentrifugalsystem zahlreiche Vorteile: geringerer Raumbedarf, relativ leiser Betrieb und einfacher Antrieb mit allen im Handel befindlichen Elektromotoren. Ferner kann es ohne Schwierigkeiten allen Problemen, die bei der Behandlung von Flüssigkeiten auftreten können, unter Berücksichtigung der jeweiligen Einsatzbedingungen, angepasst werden, um somit den spezifischen Bedürfnissen der Bestimmungsanlage zu entsprechen.

Leistungskurve der Pumpe

Die Pumpenleistungen können graphisch in einer charakteristischen Kurve dargestellt werden. Letztere enthält gewöhnlich Daten über die geodätische Gesamthöhe, die effektive Motorleistung (BHP), die Leistungsfähigkeit, den NPSHr und die positive Förderhöhe, welche dem Leistungsvermögen der Pumpe entsprechen.
Jede Pumpe kennzeichnet sich daher durch ihre besonder Leistungskurve, welche das Verhältnis zwischen ihrer Förderleistung und Förderhöhe ist, aus. Diese graphische Darstellung, d.h. die Verlagerung dieses Verhältnisses innerhalb eines kartesianischen Kurvenbilds, ist die beste Art und Weise, um zu erfahren, welche Förderleistung bei einer bestimmten Förderhöhe (oder umgekehrt) erreicht werden kann.
Die Leistungskurve besteht aus einer Linie, welche von einem Punkt (Förderleistung /max. Förderhöhe gleich Null) ausgeht und das Ende der Kurve mit einer Abnahme der Förderhöhe bei zunehmender Förderleistung, erreicht.
Es ist klar, dass bei der Veränderung dieser Kurve, auch andere Elemente wie Geschwindigkeit, Motorleistung und Laufraddurchmesser mitwirken. Es ist außerdem zu berücksichtigen, dass man die Leistungen einer Pumpe nur dann kennen kann, wenn man alle Einzelheiten des Systems, in dem sie arbeiten wird, kennt.
Die Leistungskurve einer Pumpe ändert sich außerdem bei Änderung der Geschwindigkeit und wird wie folgt ausgedrückt: :
  1. Die geförderte Flüssigkeitsmenge ändert sich im Verhältnis zur Geschwindigkeit.
  2. Die Förderhöhe ändert sich im Verhältnis zur Geschwindigkeit im Quadrat.
  3. Die verbrauchte Leistung ändert sich im Verhältnis zur Geschwindigkeit hoch drei.
Die geförderte Flüssigkeitsmenge und die Leistungsaufnahme sind annähernd verhältnisgleich. Die Förderleistung einer Kreiselpumpe kann bei gleichbleibender Geschwindigkeit von Null (alles geschlossen oder Ventil geschlossen) bis zu einer Höchstmenge, welche von der Planung und der Arbeitsbedingungen abhängt, betragen. Zum Beispiel: bei Verdoppelung der Förderflüssigkeitsmenge bleiben die Geschwindigkeit und alle weiteren Bedingungen gleich, während sich die Förderhöhe gegenüber den Ausgangsbedingungen um das Vierfache und die verbrauchte Leistung um das Achtfache erhöhen.
Die Leistungsaufnahme der Pumpe kann an jenem Punkt, wo sich die Leistungskurve und die Pumpenkurve am Arbeitspunkt kreuzen, festgestellt werden. Damit kann jedoch noch nicht die erforderliche Größe des Motors bestimmt werden.
Die Motorleistung für die Pumpenspeisung kann auf verschiedene Arten bestimmt werden:Die Leistungen einer Pumpe, und insbesondere der rotorisch-dynamischen Pumpen, werden gewöhnlich mit einer ähnlichen Kurve, welche das Verhältnis zwischen geförderter Flüssigkeit pro Zeiteinheit und Druckerhöhung hervorhebt, dargestellt
Die Leistungskurven der verschiedenen Pumpenkategorien unterscheiden sich sehr voneinander. Die Verdrängerpumpen haben z.B. ein vom Druckunterschied virtuell unabhängiges Fördervolumen (die entsprechende Kurve ist fast immer eine senkrechte Linie), während die Kreiselpumpen eine Leistungskurve haben, aus der bei zunehmender Förderhöhe eine abnehmende Fördermenge (und umgekehrt) hervorgeht.Die Kurve der Seitenkanalpumpen hat dagegen einen Verlauf, der zwischen dem der beiden vorgenannten Kategorien liegt.
Eine allgemeine Regel, um die von einer Kreiselpumpe entwickelten Kräfte zu verstehen, ist immer die folgende: eine Pumpe erzeugt keinen Druck, sondern liefert nur Fördermenge. Der Druck ist nur das Maß des Fördermengenwiderstands.

Gegenüberstellung der Leistungskurven

Gegenüberstellung der Leistungskurven

  
Allgemeine Leistungskurve

Allgemeine Leistungskurve






Hydraulikprinzipien

Prinzipien der Hydraulikpumpen



Kreiselpumpe
Eine Pumpe, welche die Drehbewegung eines im Pumpengehäuse angebrachten mit Schaufeln ausgerüsteten Rades (Laufrad) nutzt. Durch seine Drehung bei hoher Geschwindigkeit, leitet dieses Laufrad, aufgrund der entwickelten Zentrifugalkraft, das vorher angesaugte Wasser in das festsitzende Gehäuse und danach in die Druckleitung.

Tauchpumpe
Die Tauchpumpe ist eine Pumpe mit vertikaler Achse und wurde entwickelt, um dank der Länge ihres Tauchrohrs große Tiefen erreichen zu können. Sie ist nicht mit einer Immersionspumpe zu vergleichen, die einen in die Flüssigkeit eingetauchten abgedichteten Motor hat.

Fördermenge
Flüssigkeitsmenge (in Volumen oder Gewicht), die in einem bestimmten Zeitintervall von einer Pumpe gefördert, umgefüllt oder angehoben werden soll: gewöhnlich in Litern pro Sekunde (l/s), Litern pro Minute (l/m), Kubikmetern pro Stunde (m³/h) ausgedrückt. Zeichen: Q.

Förderhöhe
Hubhöhe einer Flüssigkeit: unter Förderhöhe ist das Anheben einer Flüssigkeit von einem niedrigen auf ein höheres Niveau zu verstehen. Ausdrückbar in Metern der Flüssigkeitssäule oder in bar (Druck). Im letzten Fall übersteigt die geförderte Flüssigkeit keinen Höhenunterschied, sondern wird nur bei einem bestimmten Druck auf Bodenhöhe gefördert. Zeichen: H

Leistungskurve
Besondere graphische Darstellung zur Feststellung der Pumpenleistungen: das Diagramm zeigt die aus den Fördermengen- und Förderhöhenwerten gebildete Kurve, welche sich auf einen bestimmten Laufraddurchmesser und ein besonderes Pumpenmodell beziehen.

Zulaufbetrieb
Besondere Installation der Pumpe, die unterhalb der Wasserentnahmeader angebracht wird: auf diese Weise tritt das Wasser problemlos spontan in die Pumpe ein.

Ansaugen
Füllen der Pumpe oder der Rohrleitung zum Ablassen der in ihnen enthaltenen Luft. In einigen Fällen kann man auch selbstansaugende Pumpen mit einem automatischen Mechanismus anwenden. Letztere erleichtern die Ansaugung und damit den Pumpenanlauf, der sonst unmöglich wäre oder nur sehr langsam erfolgen würde.

Hohlsogbildung
Phänomen, das durch eine Instabilität in der Strömung auftritt. Die Hohlsogbildung zeigt sich durch Hohlraumbildung in der Förderflüssigkeit an, und wird von geräuschvollen Vibrationen, weniger Fördermenge und, in geringerem Maß, von abnehmender Pumpenleistung begleitet. Ihre Usache sind Dampfbläschen, die schnell die Pumpe durchlaufen.: beim Platzen bilden sich winzige Wasserstrahlen, die schwere Schäden verursachen können.

Druckverluste
Energieverluste aufgrund von Reibung der Flüssigkeit längs der Rohrwände, und zwar proportional zu deren Länge. Sie sind ebenfalls proportional zur Fördergeschwindigkeit im Quadrat und verändern sich je nach der Förderflüssigkeit. Jede Verlangsamung des normalen Förderstroms , stellt eine Druckverlustquelle dar, wie z.B. plötzliche Richtungs- und Querschnittänderung der Rohrleitungen.
Für eine korrekte Bemessung der Pumpe, muss die Summe jener Verluste der ursprünglich vorgesehenen Förderhöhe hinzugefügt werden.

Gleitringdichtung
Gleitringdichtung für Rotationswellen. Dort angewandt, wo die Flüssigkeit absolut nicht nach außen durchsickern darf. Sie besteht aus zwei Ringen mit glatter Oberfläche, einem festsitzenden und einem sich drehenden: die beiden Ringe werden so zusammengedrückt , dass zwischen ihnen nur ein äußerst dünner hydrodynamischer und aus der aufzuhaltenden Flüssigkeit gebildeter Film hindurchtreten kann, und welcher als Schmiermittel für die gleitenden Teile dient. .

Viskosität
Es handelt sich um eine Eigenschaft der Förderflüssigkeit und stellt ihre Widerstandskraft gegenüber dem Strom dar. Die Viskosität ändert sich entsprechend der Temperatur.

Spezifisches Gewicht
Jede Flüssigkeit hat eine kennzeichnende Dichte.
Das Wasser, welches zum Vergleich benutzt wird, hat ein konventionelles spezifisches Gewicht (oder Dichte) von 1 (bei 4°C und auf Meeresspiegelhöhe). Das spezifische Gewicht stellt den Wert dar, der für die Gegenüberstellung eines gewissen Flüssigkeitsvolumens mit dem Gewicht der gleichen Wassermenge benutzt wird.



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