Kreiselpumpen

Generell

Kreisel- bzw. Zentrifugalpumpen sind Strömungsmaschinen, bei denen eine zu fördernde Flüssigkeit durch ein rotierendes Laufrad erfasst wird. Durch die Fliehkraft wird diese Flüssigkeit auf Grund von Schaufeln, die auf dem Laufrad angebracht sind, spiralförmig zu den äußeren Rändern des Laufrades geschleudert. Wegen der zunehmenden Umlaufgeschwindigkeit des Laufrads vom Zentrum bis zum äußeren Rand, wird hierbei das Medium immer stärker beschleunigt, je weiter es in Richtung der Peripherie des Laufrads befördert wird. Der Förderdruck der Flüssigkeit steigt somit vom Zentrum des Laufrads bis zum äußeren Rand kontinuierlich an. Die Flüssigkeit wird dadurch vom Saugrohr, das im Zentrum der des Laufrads mündet, radial zur Peripherie des Laufrads befördert, wo es gesammelt und durch das Druckrohr weiter geleitet wird. Damit der oben beschriebene Fördervorgang in Gang kommen kann, müssen Kreiselpumpen – im Gegensatz zu Verdrängerpumpen – zuvor mit der Flüssigkeit befüllt werden. Vom Medium mitgeführte Gase können dazu führen, dass die vom Laufrad erzeugte Strömung abreisst und dadurch der Fördervorgang zusammen bricht. Die kritische Gasmenge im Medium, bei der der Pumpvorgang unterbrochen wird, ist je nach Ausführung der Kreiselpumpe unterschiedlich. Bei Radialkreiselpumpen liegt sie z.B. bei 8-10 Vol.-%.

Laufrad-Ausführungen

Die Laufräder bewirken den Fördervorgang. Sie sind somit das entscheidende Bauteil der Pumpen. Ihre Bauform definiert den Typ der Kreiselpumpen. Es wird zwischen radialen, halb-axialen und axialen Laufrädern unterschieden. Die Förderkanäle der Laufräder können jeweils offen, halb-offen oder geschlossen sein. Geschlossene Laufräder haben den höchsten hydraulischen Wirkungsgrad. Außerdem stabilisiert die geschlossene Bauform die Laufräder, so dass sie aus dünnen Blechen geformt und geschweisst werden können. Allerdings sind geschlossene Laufräder empfindlich gegen vom Medium mitgeführte Fremdkörper und mitgeführte Luftblasen. Offene oder halb offene Laufräder erreichen bei gleichem Durchmesser nicht die gleichen Förderdrücke wie geschlossene Laufräder, dafür sind sie aber unempfindlicher gegen mitgeführte Fremdkörper und erreichen größere Fördermengen. Durch Stufen-weise Anordnung mehrerer Laufräder hintereinander auf der selben Welle addiert sich bei gleich bleibender Fördermenge der von den einzelnen Laufrädern aufgebaute Förderdruck. Hierbei muss durch Leiträder der jeweils an den einzelnen Laufrädern peripher austretende Förderstrom wieder zum Zentrum des nachfolgenden Laufrads zurück geführt werden.

Dichtungen

Nach dem Laufrad sind die Dichtungen die wichtigsten Komponenten der Kreiselpumpen. Es sind zu unterscheiden die statischen Gehäusedichtungen und die dynamischen Wellendichtungen. Die Gehäusedichtungen unterliegen im Regelfall keinem Verschleiss. Sie bestehen üblicherweise aus Elastomeren, getränktem Papier oder Kunststoffen. Ein Austausch ist deshalb zumeist nur erforderlich, wenn sie beim Öffnen der Pumpe beschädigt wurden. Die Wellendichtungen unterliegen einem ständigen Verschleiss. Sofern es sich um Stopfbuchsen handelt, müssen sie regelmäßig nachgestellt werden. Bei Gleitring- oder sonstigen Wellendichtungen bewirkt der Verschleiss, dass sie von Zeit zu Zeit ganz oder teilweise ausgetauscht werden müssen. Der Verschleiss ist abhängig von den verwendeten Werkstoffen und der Bauweise der Wellendichtungen, der Art und Temperatur des Fördermediums und ob es schleifende oder sonstige Beimengungen enthält. Für reines, kaltes Wasser reicht im Normalfall eine Kohle/Keramik/NBR-Gleitringdichtung. Diese Dichtungen halten durchschnittlich 8.000 bis 12.000 Betriebsstunden, wenn Trockenlauf und Kavitation ausgeschlossen ist, und keine Verunreinigungen im Wasser vorhanden sind. Für heisse, aggressive oder Medien mit Verunreinigungen gibt es auf Nachfrage speziell geeignete Ausführungen der Wellendichtungen.

Fördermedien

Alle mit dem Medium in Berührung kommenden Bauteile der Kreiselpumpen müssen geeignet sein für die Art und Temperatur des vorgesehenen Fördermediums. Im Zweifel lassen Sie sich bitte beraten.

Kennlinien der Kreiselpumpen

Die Kennlinien der Kreiselpumpen hängen ab von der Bauform der Pumpen. Sie sind in den Datenblättern für die jeweiligen Pumpen angegeben. Die Kennlinien stellen das Verhältnis dar, das zwischen dem Förderdruck p und der Fördermenge Q besteht. Der Maximale Druck (Staudruck) wird erreicht bei Q = 0 (geschlossenem Schieber). Dieser Staudruck darf nur kurzfristig gehalten werden, da sonst die in der Pumpe enthaltene Flüssigkeit sich rasch erhitzt und dann verdampfen kann, wodurch die Dichtungen und andere Bauteile beschädigt werden können. Umgekehrt wird Qmax. erreicht bei p = 0 (also bei freiem Auslauf). Auch dieser Wert sollte nicht dauerhaft gehalten werden, da bei den Kreiselpumpen hier der größte Energieverbrauch gegeben ist, für den der Antriebsmotor im Regelfall nicht ausgelegt ist. Die in den Datenblättern angegebenen Kennlinien gelten, sofern nichts anderes angegeben, für sauberes Wasser des spez. Gewichts 1. Bei anders viskosen Medien verschieben sich die Kennlinien.

Kavitation

Unter Kavitation versteht man die Entstehung von Dampfblasen in einer strömenden Flüssigkeit durch Unterdruck innerhalb der Flüssigkeit, sowie deren schlagartiges Zusammenstürzen durch Implosion. Kavitation entsteht immer dann, wenn die Flüssigkeit nicht so schnell nachströmen kann, wie sie von der Pumpe abgesaugt wird. Dies kann sehr unterschiedliche Gründe haben. Die am häufigsten Ursachen der Kavitation sind u.a.:
  • die Ansaughöhe ist zu groß, so dass durch die Erd-Anziehungskraft die Wassersäule abreisst, weil sie größer ist als der molekulare Zusammenhalt der Flüssigkeit. Dies ist auch abhängig von der Höhe des Standorts gegenüber der Meereshöhe.
  • Der Querschnitt des Saugrohrs ist zu klein, so dass keine ausreichende Wassermenge nachfließen kann. Es sollte deshalb stets eine Saugleitung verwendet werden, deren Nennweite mindestens so groß ist, wie die des Pumpen-Saugstutzens. Bei größeren Saughöhen sollte die lichte Weite des Saugrohres ein Maß größer sein als der des Saugstutzens der Kreiselpumpe.
  • Die Saugleitung ist abgeknickt und hat dadurch eine Querschnittsverengung erzeugt.
  • Die Saugleitung ist zu weich und zieht sich durch die Saugwirkung der Kreiselpumpe zusammen.
  • Vor der Pumpe in der Saugleitung installierte Aggregate haben einen zu großen Strömungswiderstand und wirken daher wie eine Querschnittsverengung.
  • Die Saugleitung ist zu lang und erzeugt deshalb einen zu großen Strömungswiderstand.
  • In einer gesättigten Lösung kann der von der Pumpe erzeugte Sog Teile der Lösung ausfällen, die dann verdampfen.
Die bei der Implosion der Dampfblasen entstehenden Kräfte sind gewaltig und können zu nachhaltigen Schäden an allen Pumpenteilen führen. Kavitation ist deshalb unbedingt zu vermeiden.

Pumpen-Gehäuse

Da die Kreiselpumpen grundsätzlich vor der Inbetriebnahme mit Flüssigkeit befüllt werden müssen, haben alle Pumpen an der höchste Stelle des Gehäuses eine Entlüftungsöffnung, die mit einer Schraube verschlossen ist. Zu Reinigungszwecken und zur Winterentleerung haben alle Pumpen zusätzlich an der tiefsten Stelle eine Entleerungsöffnung, die ebenfalls mit einer Schraube verschlossen ist.

Selbstansaugende Pumpen

Wie oben bereits erläutert, sind Kreiselpumpen grundsätzlich nicht selbstansaugend. Um eine Selbstansaugung zu erreichen, werden deshalb häufig Pumpen angeboten, bei denen zusätzlich eine Wasserstrahl-Pumpe (Injektor-Pumpe) nach dem Venturi-Prinzip integriert. Diese Jet-Pumpen genannten Kreiselpumpen haben intern einen Flüssigkeitsbehälter, der zuerst befüllt werden muss, und einen 2. Flüssigkeitskreislauf, bei dem die Injektor-Pumpe die Entlüftung der Saugleitung durchführt. Wegen des relativ großen Platzbedarfs der eingebauten Injektor-Pumpe und des Flüssigkeits-Resevoirs werden solche Pumpen nur bis zu einer begrenzten Leistung angeboten, weil sie sonst zu schwer und unhandlich werden. Bei bestimmten größeren Pumpen besteht deshalb die Möglichkeit, die Injektorpumpe extern anzuflanschen. Diese Pumpen erlauben auch sehr große Saughöhen zu erreichen, in dem die Injektor-Pumpe tief in einem Brunnen installiert wird. Dann müssen allerdings 2 Leitungen zu der Kreiselpumpe geführt werden. Hierdurch können Saughöhen bis zum 6-fachen Wert erreicht werden, der auf Grund der Erdanziehung für einfache Kreiselpumpen möglich ist. Zusätzlich können die Kreiselpumpen selbstansaugend gemacht werden, in dem eine Verdrängerpumpe am Entleerungsstutzen der Kreiselpumpe installiert wird. Diese Verdrängerpumpe kann entweder mit einer Zeit- oder Drucksteuerung nur für die Ansaugdauer eingeschaltet werden, oder sie läuft ständig mit der Kreiselpumpe mit.

Peripheralrad-Pumpen - Seitenkanalpumpen

Peripheralrad-Pumpen sind ein Mittelding zwischen den Kreiselpumpen und Verdrängerpumpen. Peripheralrad-Pumpen verkraften wesentlich größere Gasbeimengungen in der Flüssigkeit ohne dass der Förderstrom abreisst als Kreiselpumpen, sie sind aber nicht trocken selbstansaugend, d.h. auch diese Pumpen müssen zuerst mit der Flüssigkeit befüllt werden. Im Gegensatz zu den Kreiselpumpen haben die Peripheralrad-Pumpen im Bereich des größten Drucks die höchste und bei maximaler Fördermenge die kleinste Energieaufnahme. Peripheralrad-Pumpen dürfen deshalb im Bereich des größten Drucks und der kleinsten Fördermenge nur im Kurzzeit-Betrieb eingesetzt werden, da sonst die Antriebsmotoren durchbrennen können. Auch Seitenkanalpumpen haben ähnliche Eigenschaften wie Peripheralrad-Pumpen. Auch sie müssen zunächst mit Flüssigkeit befüllt werden, sind dann aber absolut selbstansaugend, so lange noch eine Flüssigkeitsmenge in der Pumpe ist. Häufig werden deshalb die Seitenkanalpumpen mit einem kleinen integrierten Flüssigkeitsbehälter angeboten.

Antrieb

Kleinere Pumpen werden zumeist als Monoblock-Pumpen angeboten, bei denen der Antriebsmotor und die Pumpe eine gemeinsame Welle haben. Bei größeren Kreiselpumpen besteht meistens eine Wahlmöglichkeit zwischen Momoblock-Ausführungen und Pumpen mit eigenen Antriebswellen. Hier wird dann eine Kupplung zwischen der Pumpen- und der Motorwelle gebraucht. Um eine exakte Fluchtung der beiden Wellen zu garantieren, sollten die Pumpen und der Motor stets auf einem gemeinsamen Montagerahmen installiert werden.

Eintauchpumpen

Wegen der fehlenden Selbstansaugung der Kreiselpumpen wurden Pumpen konstruiert, die vollständig oder nur mit dem Pumpenteil in die Flüssigkeit eintauchen. Bei diesen Pumpen muss also der Antrieb Wasser-dicht sein. Solche Pumpen werden meistens entweder als Tiefbrunnen-Pumpen oder als Entwässerungs-Pumpen (oft auch mit einem Schwimmerschalter) eingesetzt. Hierbei können die Motoren zur Kühlung gekapselt in einem Ölbad sein oder durch das Medium gekühlt werden.

Pumpenausführungen

Je nach dem Verwendungszweck der Kreiselpumpen gibt es viele verschiedene Ausführungen, u.a.:
  • Einstufige Pumpen (nur 1 Laufrad)
  • Mehrstufige Pumpen (2 oder mehr Laufräder) mit vertikaler oder horizontaler Anordnung der Laufräder
  • Injektorpumpen
  • Umwälzpumpen
  • Förderpumpen
  • Tiefbrunnenpumpen
  • Schmutzwasser-Pumpen
  • Kellerentwässerungspumpen, teilweise auch sehr flach absaugend
  • Filter-Pumpen
  • Druckerhöhungs-Pumpen
Es gibt nahezu für jede Anwendungsmöglichkeit eine „maßgeschneiderte“ Kreiselpumpe. Bitte lassen Sie sich von uns beraten.