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Pumpen und

Pumpenausrüstungen

Einteilung von Pumpen und Pumpenausrüstungen

Die Pumpe ist eine hydraulische Maschine für das Abpumpen, den Transport, die Zufuhr und Zirkulation verschiedener Flüssigkeiten im geschlossenen Raum – darunter auch von Flüssigkeiten mit Anteil von Dämpfen, Gasen und Festpartikeln – sowie für die Übertragung über die Pumpe mechanischer Energie als Antrieb zu irgendwelchen Mechanismen.

Die wichtigsten Anforderungen an eine Pumpe: hoher Wirkungsgrad, Ausfallsicherheit, kleines Gewicht und Abmessungen, Wartungsfreundlichkeit, einfacher Ein- und Abbau der einzelnen Bauteile, Wirtschaftlichkeit und erschwinglicher Preis.

Nach dem Arbeitskammer-Typ unterscheidet man Volumenspumpen und dynamische Pumpen.

Bei den Volumenspumpen werden Fluide als Ergebnis zyklischer Veränderungen des Arbeitskammervolumens transportiert.

Zu den Volumenspumpen zählen:

  • oszillierende Pumpen (Kolben-, Plunger- und Membranpumpen);
  • Flügelpumpen;
  • Rotorpumpen (Drehpumpen, hin und hergehende Pumpen, umkehrbare Pumpen etc.).

Die Volumenspumpen werden eingeteilt:

  • nach der Bewegungsart der Arbeitsorgane;
  • nach der Bewegungsart des treibenden Teils der Pumpe;
  • nach der Verlagerungsrichtung der Flüssigkeit;
  • nach der Art der Arbeitsorgane;
  • nach der Art der Bewegungsübertragung an die Arbeitsorgane etc.

Bei den dynamischen Pumpen werden die Flüssigkeiten durch die Kräfteeinwirkung in der Arbeitskammer verlagert.

Zu den dynamischen Pumpen zählen:

  • Schaufelpumpen (Kreisel- und Axialpumpen);
  • elektromagnetische Pumpen;
  • Reibungspumpen (Wirbel-, Strahl-, Schmecken-, Schwingungspumpen etc.)

Dynamische Pumpen werden eingeteilt:

  • nach der Art von Kräften, welche auf die Flüssigkeit einwirken;
  • nach der Bewegungsrichtung des fluiden Mediums;
  • nach der Austrittsart;
  • nach der Bauart des Laufrades etc.

Die Volumens- und dynamische Pumpen werden eingeteilt nach Abmessungen, der Leistungsaufnahme, dem Aufstellungsort, der Stufen- und Stromanzahl, nach der Anordnung der Pumpe, nach den Betriebsanforderungen, nach der Bewegungsrichtung der Drehachse und der Bewegungsrichtung der Arbeitsorgane, nach der Stützenbauart, nach der Anordnung von Arbeitsorganen, nach der Konstruktion und der Abschlussart des Gehäuses, nach der Anordnung des Eintritts für die Flüssigkeit, nach den Ansaugbedingungen, nach den Auswirkungen auf die Umwelt, nach der Einhaltung der vorgegebenen Temperaturverhältnisse.

Die Praxis zeigt, dass bei der Pumpenauswahl häufiger die Einteilung nach dem Bestimmungszweck, den Anwendungsbranchen und den geförderten Fluidtypen genutzt wird.

Bei der Auswahl einer Pumpe für die Förderung von flüssigen Medien verschiedener Typen und Aggressivität sollte man Pumpen aus entsprechenden Werkstoffen wählen, die die in Form von Kurzeichen in den Markierungen angegeben werden.

Werkstoffe:

A Kohlenstoffhaltiger Stahl I Gusseisen mit hohem Siliziumgehalt
B Bronze J Chrom-Nickel-Silizium-Stahl
C Gusseisen (darunter graues Roheisen) K Legierung auf Nickelgrundlage
D Graphit L Plastwerkstoff
E Chromlegiertes Gusseisen oder chromlegierter Stahl M Gummibeschichtung
F Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl N Titan und seine Legierungen
G Chrom-Nickel-Molybdän-Kupfer-Stahl O Keramik und Porzellan
H Chrom-Nickel-Stahl P Aluminiumlegierungen

Bestimmungszweck der Pumpen und deren wichtigste Parameter

Kaum eine Branche kann heute ohne Einsatz von Pumpen und Pumpensystemen verschiedener Bauarten auskommen, obwohl sie bis vor kurzem fast ausschließlich für die Entnahme, Förderung und Zufuhr von Wasser verwendet worden sind. Gerade für diesen Zweck wurden noch vor unserer Zeitrechnung die ersten Pumpen erfunden, die hauptsächlich bei der Bekämpfung von Bränden genutzt werden.

Im 20. Jahrhundert, das durch eine stürmische Entwicklung von Hightech-Branchen gekennzeichnet ist, wurden die Projektanten von Pumpenausrüstungen mit neuen Anforderungen konfrontiert. Es entstand nämlich akuter Bedarf, nicht nur Wasser, sondern auch andere flüssige Stoffe zu transportieren, die nach ihren physikalisch-chemischen Eigenschaften ganz unterschiedlich sind – insbesondere von Erdöl und Erdölprodukten. Denn es wird allerorts die Verlegung von Erdölleitungen fortgesetzt, deren Ausdehnung nicht mehr Dutzende, sondern viele tausend Kilometer beträgt.

Die Pumpen finden breite Anwendung im Bauwesen bei ganz verschiedenen Aufgaben. Dazu gehören: provisorische Wasserversorgung, Brandbekämpfung, das Abpumpen von Grundwasser bei der Erstellung von Fundamenten für Gebäude, Wasserabführungsmaßnahmen. Die Pumpen dienen für den Transport von Beton- und Zementmörtel, für die Zuführung von speziellen chemisch aktiven Substanzen zur Befestigung lockeren Bodens, als Mittel für die Hydromechanisierung solcher Hilfsprozesse wie das Besprengen von Autostraßen, die Bewässerung von frischgegossenem Beton, die Spülung von Sand-Kies-Material.

Moderne Pumpen und hydraulische Anlagen können unter Druckeinwirkung verschiedene Medien auf die nötige Entfernung und Höhe zuführen und transportieren sowie die Zirkulation von Flüssigkeiten in geschlossenen Systemen aufrechterhalten – durch die Umwandlung der Antriebsenergie in die Bewegungsenergie der geförderten Flüssigkeit.

Bei der Auswahl der Pumpenausrüstungen sind deren konstruktive Eigenschaften und  Hauptparameter zu berücksichtigen. Dazu gehören in erster Linie:

  • der Wirkungsgrad, der die Zweckmäßigkeit der Arbeit bei der Veränderung der Antriebsleistung, der Förderhöhe und der Flüssigkeitszufuhr bestimmt sowie unter Berücksichtigung aller hydraulischer, mechanischer und mengenmäßiger Verluste berechnet wird, die beim Betrieb der Pumpenausrüstungen entstehen.
  • die kW-Leistung des Antriebsmotors, die benötigt wird, um den erforderlichen Förderdruck unter Berücksichtigung unvermeidlicher Verluste zu erzeugen. 
  • die Förderhöhe (М) ist die Höhe der Flüssigkeitssäule über dem fixierten Anfangsniveau, die dem Zuwachs der Flüssigkeitsenergie vom Ansaugen bis zur Zufuhr entspricht.
  • die Zufuhrmenge (m³/h oder l/s) ist der Umfang der Flüssigkeit, die pro Zeiteinheit in die Druckrohrleitung zugeführt wird.

Wirkungsgrad der Pumpe

Der Wirkungsgrad jedes Aggregats wird berechnet als Verhältnis zwischen der Nutzleistung und der beim Betrieb verbrauchten Antriebsleistung. Da es noch keinem gelungen ist, einen Antrieb zu erfinden, bei dem die Energieübertragung ohne jegliche Verluste erfolgt, wird der Wirkungsgrad niemals 100% gleich sein.

Einen Wirkungsgrad-Nullwert kann man bekommen, wenn das Aggregat arbeitet, aber die Flüssigkeitszufuhr beim zunehmenden Druck wegen des geschlossenen Einpressventils ausbleibt. Oder in dem Fall, wenn das Ventil geöffnet ist, die Flüssigkeit  verlagert wird, aber im System kein Druck da ist.

Mit anderen Worten kann sich der Wirkungsgrad jeder Pumpe je nach dem Betriebszustand ändern, in dem die Pumpe funktioniert. Der Wirkungsgrad von Pumpen, die sich durch Abmessungen und Bauart voneinander unterscheiden, weist große Unterschiede auf.

So erreicht der Wirkungsgrad einer Pumpe, die mit einem Rotor ausgerüstet ist, bis zu 80%. Die Wirkungsgrad-Werte der heute produzierten Großpumpen betragen bei maximaler Auslastung 90-92%. Bei kleinen Pumpen sind es 60-80%.

Bei der Berechnung des Wirkungsgrades von Pumpen sind alle Verluste zu berücksichtigen, die bei der Übertragung der Antriebsenergie zur geförderten  Flüssigkeit entstehen. Es ist sinnvoll, diese Verluste in mechanische, hydraulische und volumensmäßige einzuteilen.

Hydraulische Verluste summieren sich aus den Wirbelverlusten und den Verlusten bei der Reibung Flüssigkeit an deren Führungsflächen. Wirbelverluste entstehen bei einer plötzlichen Ausweitung des Rohrleitungsquerschnitts, einer abrupten Strömungsumlenkung oder bei sprungartiger Abweichung der Arbeitsweise der Pumpe von den höchstzulässigen Werten.

Die Reibungsverluste sind proportional zum Quadrat der durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und hängen weitgehend von den Abmessungen sowie von den vorhandenen Unebenheiten an den Wänden des durchflossenen Systems. Zu den mechanischen Verlusten gehören die Scheibenverluste, die bei der Reibung rotierender Teile (Laufräder und die Welle) an der Flüssigkeit entstehen, sowie die Reibungsverluste in den Stopfbuchsenlagern.

Die Volumensverluste entstehen, wenn ein Teil der Flüssigkeit, für deren Förderung bereits Energie aufgewandt wurde, wegen der Spalte zwischen dem Laufrad und den unbeweglichen Teilen am Pumpengehäuse nicht zum Austrittsventil gelangt, sondern in die Ansaugleitung zurückkehrt.

Arten der Pumpenmotoren

Zum Versetzen der Pumpen in den Betriebszustand verwendet man verschiedene mechanische Triebwerke, in denen die Wind-, Wasser-, Wärme-, Gas-, Stromenergie und andere Energiearten genutzt werden.

Die Kriterien bei der Auswahl des Pumpenmotors:

  • der Pumpentyp;
  • die Art dessen Kopplung mit der Pumpe;
  • die Art der zugänglichen Energie;
  • benötigte Verbrauchsleistung;
  • wirtschaftliche Faktoren.

Elektroenergie wird immer bevorzugt. Ein Elektromotor hat immer den Vorrang gegenüber den anderen Triebwerken, auch eine Automatisierung der Bedienung von Pumpenanlagen fällt in diesem Fall leichter.

Bei fehlender Stromversorgung oder dem Vorhandensein kostengünstigerer Energieträger oder Brennstoffe – etwa von Gas oder Dampf – werden Dampfmaschinen oder sonstige Antriebsvorrichtungen aufgestellt.

Um einen zuverlässigen und unterbrechungsfreien Betrieb einer Pumpenanlage bei Unterbrechungen der Stromversorgung zu gewährleisten, wird parallel zu einem Elektroantrieb ein Reserveantrieb installiert, bei dem eine andere Energieart genutzt wird; in den meisten Fällen ist es die Dampfenergie.

Bei den autonomen mobilen Pumpenanlagen werden als Pumpenantrieb Verbrennungsmotoren genutzt, bei denen Benzin, Dieselöl oder verflüssigtes Gas als Kraftstoff dienen.

Bei den Pumpenanlagen geringerer Leistung, die für eine kleine Anzahl von  Flüssigkeiten und einen niedrigen Förderdruck bestimmt sind sowie nur ab und zu genutzt werden, gibt es eine Ausführung mit Handantrieb.

Einteilung der Pumpenmotoren

Die Pumpenanlagen werden in Abhängigkeit von der verwendeten Energieart in drei Gruppen eingeteilt:

  1. Mechanische Pumpen (Kolben-, Rotations-, Schrauben-, Kreisel- und Propellerpumpen). Der vereinigende Faktor für all diese Pumpenarten ist deren Umkehrbarkeit – d.h. die Fähigkeit als hydraulischer Antrieb zu funktionieren. Das Funktionsprinzip und der innere Aufbau weisen hingegen große Unterschiede auf.
  2. Pumpen, die durch Energie angetrieben werden, die dadurch entsteht, dass zu den Arbeitsorganen der Anlage Flüssigkeit unter Druck herangeführt wird (Wasserstrahlpumpen und Stoßheber).
  3. Pumpen, die durch Energie des komprimierten Dampfes, Gases oder komprimierter Luft angetrieben werden, die von separaten Anlagen erzeugt wird (Humphrey-Pumpe, Druckluftpumpe, Dampfinjektor, Pulsmesser,  Druckbehälter).

Kavitationsphänomen. Kavitation in den Pumpen

Als Folge des Einsatzes eines Pumpensystems unter niedrigem Umgebungsluftdruck, bei der Förderung von Hochtemperaturflüssigkeiten oder bei der Überschreitung der zulässigen Ansaughöhe kann in der Rohrleitung das Kavitationsphänomen entstehen. Es wird durch typische Schwingungen, Geknister, Zischen und sonstige Geräusche im Inneren der Pumpe begleitet und führt zum schnellen Verschleiß des Laufrades.

In der geförderten Arbeitsflüssigkeit kann der Strömungsdruck an manchen Abschnitten der Rohrleitung bis auf kritische Werte absinken. Dadurch bildet sich im durchgängigen Flüssigkeitsstrom eine Vielzahl von Dampf- und Gasbläschen, die sich unter Einwirkung des Unterdrucks zu großen Blasen ausweiten. Wenn diese Bläschen nachher in die Bereiche mit überkritischem Druck geraten, platzen sie und verschwinden spurlos durch die Kondensation. Das Zerspringen der Blasen passiert sehr schnell und wird durch Druckstöße begleitet, die zur Erosion führen, welche die Oberfläche der Arbeitsteile der Pumpenausrüstung zerstört und deren Weiternutzung erschwert.

Um die Möglichkeit der Entstehung von Kavitation gänzlich auszuschließen, werden für jede Pumpe Kavitationseigenschaften berechnet.

Die Kavitation im durchflossenen Teil des Pumpensystems lässt sich vermeiden, wenn man die Ursachen für den generellen und lokalen Druckabfall berücksichtigt. Eine sicherere Methode für die Abschwächung und vollständige Vermeidung von Kavitation  ist jedoch eine optimale geodätische Berechnung des Pumpenaufstellungsortes sowie das Auswählen einer dazu passenden Ansaughöhe und Temperatur der geförderten  Flüssigkeit. Wenn man die Ansaughöhe verringert oder den Stau gegenüber den berechneten Werten erhöht, kann man eine gewisse Sicherheitsreserve schaffen, die einen zuverlässigen und unterbrechungsfreien Betrieb des Pumpensystems ohne Kavitation gewährleistet.

Pumpenvergleich

Pumpentyp Methode der Flüssigkeits-förderung Vorteile Nachteile
Dynamische Pumpen Förderung der Flüssigkeit durch Kräfteeinwirkung Langlebigkeit, Zuverlässigkeit und hohe Qualität Geeignet für den Transport von homogenen Flüssigkeiten.
Volumens-pumpen Förderung der Flüssigkeit durch die Veränderung  des Arbeitsvolumens der Kammer oder mechanischer Transport einer Flüssigkeitsportion in die Druckwasserleitung Sie stören nicht die Struktur der geförderten Flüssigkeit;
hoher Förderdruck;
die Fähigkeit, viskose Medien mit unterschiedlichem Verschmutzungsgrad zu dosieren.
Sie brauchen eine besondere technische Wartung;
Empfindlichkeit gegenüber physikalisch-chemischen Eigenschaften der transportierten Flüssigkeiten.
Peristaltische Pumpen Das wichtigste Arbeitselement ist ein flexibler mehrschichtiger Schlauch aus elastischem Kunststoff. Die Motorpumpe rotiert eine Welle mit  Rohrschuhrollen, die den Pumpenschlauch durchdrücken, indem das Volumen der Flüssigkeit innerhalb des Schlauchs verlagert wird. Einfache Konstruktion, keine Dichtungen an den Stirnflächen, geringer Wartungsaufwand, keine Risiken beim Trockenlauf, die Arbeitskammer ist mit Schmierflüssigkeit gefüllt, die Pumpe läuft sich nicht heiß während des Betriebs.
Das Selbstansaugen von Flüssigkeiten aus einer Tiefe bis  9 m.
Die Fähigkeit, Produkte verschiedener Aggressivität mit Fasern und abrasiven Verunreinigungen zu fördern. Proportionale Zufuhr, die Pumpe kann als Dosierpumpe funktionieren.
Die Möglichkeit, die Förderrichtung zu verändern.
Druckstöße beim Betrieb, freier Austrittsanschluss ist erwünscht;
starker Schlauchverschleiß;
hoher Preis.
Zahnradpumpen mit Innen- verzahnung Das ist eine Abart der Zahnradpumpe, bei der das Verdrängerrad sich innerhalb des Treibrades mit großem Durchmesser befindet und sich auf einen Stahl-Halbmond stützt. Eine solche Konstruktion hat ein großes Verdrängungsvolumen bei der Rotierung von Zahnrädern. Dadurch hat die gefüllte Pumpe mit Innenverzahnung eine Ansaugwirkung. Geringer Wartungsaufwand;
hoher Förderdruck.
Die Fähigkeit, viskose und Hochtemperatur-flüssigkeiten zu fördern sowie eine
Flüssigkeit bei gefüllter Kammer anzusaugen.
Die Möglichkeit, die Förderrichtung zu verändern.
Erschwinglicher Preis.
Sie stören die Struktur der geförderten  Flüssigkeit und zerstören Suspensionen;
Trockenbetrieb ist verderblich.
Zahnradpumpen mit Außen- verzahnung Der einfachste  Pumpentyp mit Zwangsverschiebung, die durch Volumensveränderung in den Hohlräumen der miteinander gekoppelter Zahnräder mit unabhängigen Antrieben wird. Die  Flüssigkeit muss das Material der Arbeitskammer und der Zahnräder benetzen. Geringer Wartungsaufwand;
hoher Förderdruck.
Die Fähigkeit, viskose und Hochtemperatur-flüssigkeiten zu fördern.
Die Möglichkeit, die Förderrichtung zu verändern.
Erschwinglicher Preis.
Keine Selbstansaugung;
Trockenbetrieb ist verderblich;
sie stören die Struktur der geförderten  Flüssigkeit und zerstören Suspensionen;
geeignet nur für die Förderung viskoser  Flüssigkeit ohne Einschlüsse.
Rotorpumpen Sie verlagern Flüssigkeiten bei der Bewegung von Rotoren, Nocken, Schrauben, Keilen, Schaufeln und ähnlichen Teilen in einem feststehenden Gehäuse. Kein Einlass-, Ansaug- oder Auslassventil ist nötig. Das Vorhandensein von
Verschleißteilen sowie die Notwendigkeit, sie auszuwechseln.
Nockenpumpen Die Flüssigkeit wird durch die Rotierung von zwei unabhängigen Rotoren innerhalb der Pumpen-Arbeitskammer  verlagert. Keine Verschleißteile.
Behutsame und völlig sterile Förderung von viskosen Flüssigkeiten und Suspensionen ohne Störung deren Struktur und ohne Zerstörung von festen Einschlüssen.  Ein optimaler Flüssigkeitsweg in der  Pumpe; die Arbeitskammer hat keine Hohlräume, wo sich das Förderprodukt ansammeln könnte.
Gleichmäßige Strömung am Pumpenaustritt.
Niedrige Drehgeschwindigkeit der Nocken. Kein Lärm und keine Schwingungen während des Betriebs.
Die Möglichkeit, die Förderrichtung zu verändern. Niedrige Betriebskosten.
Hoher Preis der  Pumpe.
Schrauben-pumpen Beim Rotieren eines schraubenförmigen Metallrotors innerhalb der Statorfassung, die aus einem elastischen Kunststoff hergestellt ist, verändert sich das Volumen der Hohlräume der Arbeitskammer, so dass die Flüssigkeit sich entlang der Pumpenachse bewegt und eine Ansaugwirkung in den Hohlräumen erzeugt. Einfache Bauart und geringer Wartungsaufwand.
Selbstansaugen von  Flüssigkeiten aus einer Tiefe bis 9 m.
Die Förderung viskoser abrasiver Stoffe mit Fasern und sonstigen Einschlüssen.
Proportionale Zufuhr, die Pumpe kann als Dosierpumpe funktionieren.
Gleichmäßige Strömung am Pumpenaustritt.
Die Möglichkeit, die Förderrichtung zu verändern.
Unzulässig langer Trockenlaufbetrieb;
verschleißbarer Rotor.
Impeller-pumpen Laufrad mit Schaufeln aus elastischem Kunststoff rotiert innerhalb eines exzentrischen Gehäuses. Dies führt zur Biegung der Schaufeln und somit zur Verdrängung der Flüssigkeit aus der Pumpe. Einfache Bauart und geringer Wartungsaufwand.
Die Fähigkeit, Flüssigkeiten aus einer Tiefe bis 5 m zu heben, darunter auch mit Trockenlauf.
Die Fähigkeit, viskose Flüssigkeiten und Suspensionen mit Einschlüssen zu fördern.
Die Möglichkeit, die Förderrichtung zu verändern.
Erschwinglicher Preis.
Das Vorhandensein von
Verschleißteilen sowie die Notwendigkeit, sie auszuwechseln.
Langer Trockenbetrieb ist verderblich für das Laufrad.
Einschränkung für die Förderung von Fluiden verschiedener Aggressivität je nach dem Typ des elastischen Kunststoffes.
Einschränkung für die Temperatur der geförderten Fluide je nach dem Typ des elastischen Kunststoffes.

Kreiselpumpen

Die Kreiselpumpe stellt eine Konstruktion dar, die ein Gehäuse, ein Laufrad, ein Ansaug- und ein Druckrohr, die Stopfbuchsendichtung und die Lager umfasst. Sobald das Gehäuse mit Wasser gefüllt ist, wird das Wasser unter Einwirkung der Fliehkraft, die durch die Laufradbewegung übertragen wurde, von der Mitte zu den Rändern abgestoßen und in die Rohrleitung eingepresst. Das in der Mitte entstehende Vakuum bewirkt das Ansaugen. Die Flüssigkeit wird als ständiger Strom in die Pumpe zugeführt.

Um große Druckwerte zu bekommen, werden mehrstufige Pumpen genutzt - mehrere einstufige Pumpen, die hintereinander verbunden und in einem Gehäuse untergebracht sind.

In den Turbinenpumpen gibt eine zusätzliche Lenkungsvorrichtung, durch die das Wasser in die Spiralkammer geleitet wird.

Je nach den Anforderungen, die sich aus den künftigen Nutzungsbedingungen ergeben, werden Kreiselpumpen produziert, die sich nach ihrem Bestimmungszweck, den Abmessungen, der Robustheit, der Korrosionsbeständigkeit, den Einzelteile-Werkstoffen, den Herstellungs- und Zusammenbaumethoden unterscheiden.

Ein wichtiger Teil einer Kreiselpumpe ist das Laufrad, das die Energie von der rotierenden Pumpenwelle an die Flüssigkeit überträgt. Die Laufräder werden meistens aus Gusseisen, Bronze oder Stahl angefertigt. Blei, Ebonit, Keramik, Kautschuk und manche Plaste dienen zur Herstellung von Rädern für Pumpen, die für die Förderung von ätzenden und aggressiven Fluiden bestimmt sind. Zur Verlängerung deren Nutzungsdauer werden solche Pumpen manchmal durch auswechelbare Schutzscheiben ergänzt, die aus abriebfesten Werkstoffen hergestellt sind.

Die Laufräder müssen ganz sauber gegossen werden, weil deren Innenkanäle für die manuelle Behandlung schwer zugänglich sind. Von der ordentlich entgrateten Arbeitsoberfläche der Räder hängen doch weitgehend die Kavitationsbeständigkeit und der Wirkungsgrad der Pumpe ab. Die Laufräder aus Bronze sind in dieser Hinsicht vorzuziehen. Sie können eine Umlaufgeschwindigkeit bis 80 m/s erreichen, während bei den Rädern aus Gusseisen die Umlaufgeschwindigkeit gemäß den Festigkeitsvorgaben  50 m/s nicht überschreitet. Die Abmessungen des durchflossenen Radteils werden mit Hilfe von hydrodynamischen Berechnungen ermittelt.

Hinsichtlich der Ausführung unterscheidet man Laufdräder mit offenen Schaufeln, halboffene, geschlossene, axiale, mit einseitigem und zweiseitigem Wassereintritt. Die Schaufeln können dimensional oder zylinderförmig sein. In den Pumpen, die für die Förderung von stark verunreinigten Flüssigkeiten bestimmt sind, werden Laufräder mit 2 bis 4 Schaufeln eingesetzt. Die Kreiselpumpen-Räder haben am häufigsten 6 bis 8 Schaufeln. Das Laufrad einer Axialpumpe ist eine Hülse mit flügelartigen Schaufeln, die darauf befestigt sind.

Eigenschaften von Kreiselpumpen

Es gibt theoretische und experimentelle Eigenschaften der Pumpen. Theoretische Eigenschaften werden nach Hauptformeln berechnet – unter Berücksichtigung der Korrekturen für die bevorstehenden Einsatzbedingungen der Pumpe. Bei diesem Ansatz ist es recht problematisch, alle Faktoren zu berücksichtigen. Deshalb werden präzisere Relationen der wichtigsten Parameter von Kreiselpumpen während der Prüfstanderprobung fertiger Pumpen oder deren Versuchsmodelle ermittelt. Unter den Eigenschaften versteht man die als Ergebnis von Prüfstanderprobung der Pumpenausrüstung im Werk aufgestellten Kurven der Abhängigkeit der Förderleistung Q, die auf der horizontalen Koordinatenachse eingetragen wird, von den auf der vertikalen Achse eingetragenen Parametern (vollständige Förderhöhe H, der Wirkungsgrad η und die Leistungsaufnahme N).

Zur Pumpenerprobung zwecks Erhaltung deren Eigenschaften sind in den Herstellerwerken extra Prüfstationen eingerichtet, wo die Pumpen auf den Prüfständen aufgestellt werden, die mit den notwendigen Messgeräten ausgerüstet sind. Für Großpumpen sowie für Pumpen, deren Eigenschaften je nach Einsatzbedingungen stark schwanken können, wird die Erprobung eventuell am künftigen Einsatzort durchgeführt.

Bevor solche Parameter wie Förderhöhe und Förderleistung der Pumpe festgeschrieben werden, ist durch Regulierung des Schiebers eine bestimmte Förderhöhe einzustellen. Die Wirkungsgradwerte werden rechnerisch ermittelt. Alle erhaltenen Parameter werden im vorgegebenen Maßstab auf das Koordinatennetz eingetragen. Wenn man sämtliche Punkte, die während der Erprobung gewonnen wurden, durch eine glatte Kurve miteinander verbindet, bekommt man die Eigenschaftenlinien.

Einteilung

Nach der Anzahl von Laufrädern:

  1. einstufige Pumpen (Einradpumpen);
  2. mehrstufige Pumpen (Mehrradpumpen).

Nach der Wasserzuleitungsart:

  1. mit einseitiger Zuleitung;
  2. mit zweiseitiger Zuleitung.

Nach der Wellenanordnung:

  1. mit horizontaler Welle;
  2. mit vertikaler Welle.

Nach der Art der geförderten Flüssigkeiten:

  1. Wasserleitungspumpen (Wasserpumpen);
  2. Fäkalpumpen;
  3. Baggerpumpen (Bodensauger);
  4. Sandpumpen;
  5. Schlammpumpen (Schmutzwasserpumpen);
  6. Säurepumpen
  7. etc.

Nach dem Bestimmungszweck:

  1. Mehrzweckpumpen;
  2. Grubenpumpen;
  3. Bohrlochpumpen

Industrieller Einsatz von Kreiselpumpen

Die Kreiselpumpen sowie die Zentrifugalsysteme, zu deren Konstruktion sie gehören, werden für die Förderung einer ganzen Palette von Flüssigkeiten mit beliebigem Viskositätsgrad genutzt. Das können sowohl hochsensible als auch chemisch aggressive Stoffe sein, darunter korrosionsfördernde und abrasive, flüchtige, feuer- und explosionsgefährliche sowie Flüssigkeiten mit Festpartikeln.

Wegen Betriebsfreundlichkeit, hoher Wirtschaftlichkeit und niedriger Betriebskosten sind heute chemische Pumpen und Nahrungsanlagen dieses Typs überaus beliebt und finden Anwendung in ganz verschiedenen Branchen.

In der Nahrungsmittelindustrie werden Nahrungskreiselpumpen wegen ihrer Hygienität und Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien für die Förderung verschiedener Pasten, Milch, Sahne und sonstiger Nahrungsmittel genutzt. Mit deren Hilfe erfolgt Halbhydratzirkulation im Entmineralisierungsverfahren.

In der chemischen Industrie sowie in der Lack- und Farbenindustrie werden mittels Kreiselpumpenanlagen beliebige Alkohole, Laugen, Säuren, Latex, flüssige Reagenzien,  Sinkstoffe, Flockungsmittel und Abwässer der chemischen Produktion gefördert. Sie sind konkurrenzlos bei der Förderung von Klebstoffen und Lacken, die in den Druckereien benutzt werden.

Im Maschinenbau werden mit Hilfe von Kreiselpumpen alle Arten von technischen  Flüssigkeiten gefördert: Laugen, Säurekonzentrate, Galvaniklösungen für die Entfettung und Ätzung von Metallen, Öle und Lösungsmittel.

Die chemischen Kreiselpumpen sind unersetzbar in den Wasserreinigungstechnologien als Dosierer von Laugen und Säuren bei der Durchführung von pH-Kontrollen des Wassers. Nicht weniger erfolgreich werden sie für die Förderung von Suspensionen und untersuchten Mustern eingesetzt.

In der Zellstoff- und Papierindustrie bei der Herstellung von Papier- und Pappeerzeugnissen erfolgt mit Hilfe chemischer Kreiselpumpen der Transport von farbigen Oxidanten und Klebstoff sowie die Abwasserentsorgung.

Dosierpumpen

Dosierpumpen sind heute in ganz verschiedenen modernen Produktionen besonders gefragt. Der Grund dafür ist die maximale Genauigkeit bei der Zufuhr des vorgegebenen Volumens an Arbeitsflüssigkeiten beliebiger Aktivität und Aggressivität -mit minimalen Flüssigkeitsverlusten und in vorgegebener Zeit.

Nach der Einpressart werden Dosierpumpen in folgende Typen eingeteilt:

  • Plunger-Dosierpumpen;
  • Peristaltische Dosierpumpen;
  • Dosierpumpen mit mechanischer Einwirkung auf die Membran;
  • Dosierpumpen mit hydraulischer Einwirkung auf die Membran.

Nach der Antriebsart unterscheidet man folgende dosierende Pumpen:

  • Dosierpumpen mit Motorantrieb;
  • pneumatische Dosierpumpen;
  • Dosierpumpen mit Elektromagnetantrieb.
  • Dosierpumpen finden Anwendung in der chemischen Industrie, Nahrungsmittelindustrie, pharmazeutischen Industrie, in der Landwirtschaft und anderen Branchen – bedingt durch deren Fähigkeit, die notwendige Menge der zugeführten Flüssigkeit in beliebigen Systemen mit hoher Genauigkeit zu regulieren und aufrechtzuerhalten. Dank der Verwendung solcher Werkstoffe wie rostfreier Stahl, Polyvinylchlorid und Polypropylen, aus denen der durchflossene Teil hergestellt wird, sind diese Pumpen überaus beständig gegenüber den meisten aggressiven chemischen Medien und können nicht nur als eine Pumpvorrichtung, sondern auch als Messaggregate und Dosierer verwendet werden. Je nach den Einsatzbedingungen und den Kundenwünschen können Dosierpumpen entweder mit einem preiswerten, jedoch weniger präzisen manuellen Regler oder mit einem elektronischen Regler ausgerüstet werden, der in den besonders anspruchsvollen technologischen Produktionsprozessen zur Anwendung kommt.
  • In den Hochdruck-Dosierpumpen werden mehrschichtige Membranen verwendet, während für besonders angespannte Betriebsverhältnisse solche Pumpen mit einem speziellen Puffer ausgerüstet werden können, der mit Flüssigkeit gefüllt ist. Die Flüssigkeit trägt dazu bei, dass die Membranbelastung gleichmäßig verteilt wird. Damit wird deren Nutzungsdauer bei Maximaldruck verlängert. Um einen Druck bis 180 bar im System zu erzeugen, wird es empfohlen, Plungerdosierpumpen mit mehreren Arbeitsköpfen einzusetzen, die gleichzeitig mit mehreren Flüssigkeiten arbeiten können, sowie Dosierpumpen mit Doppelköpfen, deren Förderleistung bis zu 4000 l/h erreicht.

Kolbenpumpen

Kolbenpumpe (Plungerpumpe) ist eine Pumpenausrüstung mit Volumenswirkung, deren Arbeitsorgan aus einer unbeweglichen Arbeitskammer (ein Zylinder mit zwei Ventilen) besteht, in der ein beweglicher Teil (ein Plunger oder ein Kolben) eine Vor- und Rückwärtsbewegung ausführt.

Bei der Auswahl einer Kolbenpumpe muss man von folgenden Kriterien ausgehen:

  • Spezifische Fördermenge oder Arbeitsvolumen [in cm3/U] gleicht der Flüssigkeitsmenge, die während einer vollen Wellendrehung aus der Pumpe verdrängt wird.
  • Maximaler Druck der Arbeitsstoffes [in bar oder MPa]
  • Maximale Drehgeschwindigkeit [U/min]

Zu den unbestrittenen Vorteilen von Kolbenpumpen gehören:

  • die Regulierbarkeit des Druckes in der Druckrohrleitung durch die Steuerung der Kolbenbewegungsfrequenz;
  • leichte wechselseitige Austauschbarkeit der Teile;
  • die Möglichkeit, bei kleinen Abmessungen hohe Förderhöhenwerte zu bekommen.

Schraubenpumpen

Die Schraubenpumpen als eine Abart von Rotormaschinen mit Volumenswirkung wurden in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts erfunden und fanden sofort breite Anwendung in der chemischen Industrie, Nahrungsmittel-, Tabak-, Textil- und Metallverarbeitungsindustrie sowie als Dosiervorrichtungen für Spezialreagenzien  bei der Wasseraufbereitung. Anfang 1980er Jahre begann die Anwendung von Schraubenpumpen in der Erdölförderungs- und Erdölverarbeitungsbranche. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts wurden die Schraubenpumpen bereits weltweit aktiv eingesetzt – bedingt durch deren besonderen Vorzöge bei der mechanisierten Rohstoffgewinnung. Zu diesen Besonderheiten gehören vor allen deren kleine Abmessungen sowie die Förderung von Fluiden mit hoher Viskosität, die Festpartikeln und freies Gas enthalten: bei den Schraubenpumpen gibt es nämlich keine Teile, die eine Vor- und Rückwärtsbewegung ausführen, und keine Ventile. Durch diese konstruktive Besonderheit wird der Verschleiß von Baugruppen sowie beliebige Verstopfungen und Gasblasen vermieden. Der Wartungsaufwand beschränkt sich somit auf einige wenige unkomplizierte Manipulationen während der Montage und des Betriebs. Bei relativ niedrigen Investitions- und Stromkosten beträgt der Wirkungsgrad von Schraubenpumpen 50-70%.

Die Schraubenpumpen haben zwei Hauptkomponenten: eine Schraube aus verchromtem bzw. rostfreiem Stahl oder aus Gusseisen eine elastische Gummihülse. Die Schraube ist durch ein Kardangetriebe oder mittels einer anderen flexiblen Verbindung mit der Welle verbunden, bei der eine bestimmte Achsenabweichung zwischen der Motorwelle und der Schraube zulässig ist. Der Raum zwischen der Schraube und der Hülse bleibt konstant bei beliebigem Querschnitt über die gesamte Pumpenlänge, wodurch eine pulsationsfreie und ununterbrochene Strömung gewährleistet wird. Die Achsenlinie der Schraube ist um eine konstante Größe von der Hülsenachse verschoben. Diese Größe wird Exzentrizität genannt. Beim Rotieren der Antriebswelle kommt es zur Drehung der Welle gegenüber der eigenen Achse sowie zur Drehung der Schraube mit einem Radius, der ihrer Exzentrizität gleich ist. Als Ergebnis entstehen zwischen der Hülse und der Schraube geschlossene Hohlräume, die sich öffnen und schließen, während sie sich vom Eintritt der Ansaugkammer zum Zufuhrhohlraum der Einpresskammer bewegen.

Die Förderleistung einer Schraubenpumpe hängt direkt von der Drehgeschwindigkeit der Schraube und dem Volumen der Kammern ab. Zu den anderen wichtigsten Parametern von Schraubenpumpen gehören: der Gang, das Durchmesser und die Exzentrizität der Schraubenachse. Diese Parameter sowie die Verspannung zwischen der Hülse und der Schraube bestimmen das Volumen der Arbeitskammern der Pumpe und den Profiltyp deren Arbeitsorgane.

Die modernen Schraubenpumpen in vertikaler und horizontaler Ausführung sowie mit unterschiedlicher Schraubenanzahl sind bei der richtigen Anwendung die optimale und ökonomisch besonders effiziente Variante der mechanisierten Nutzung.

Die Schrauben- oder Schneckenpumpen gehören zu den Volumenspumpen des Rotortyps. Im Vergleich zu den anderen bekannten Pumpentypen gewährleisten die Schraubenpumpen besonders gleichmäßige Zufuhr der geförderten Fluide, verbrauchen wenig Energie und haben ziemlich niedrige Betriebskosten.

Die Pumpen dieses Typs bestehen aus einem konischen oder zylinderförmigen Gehäuse, einem unbeweglichen Stator mit Schraubennuten sowie aus einem oder mehreren beweglichen Schraubenrotoren, die durch einen Elektromotor angetrieben werden.

Die geförderten flüssigen Medien werden über den Stator und die Schraubennuten entlang der Schraubenachse zur Drucköffnung geleitet. Die Schraubennocken schaffen einen geschlossenen Raum, der die geförderten flüssigen Medien daran hindert, bei der Rotordrehung innerhalb des Stators zurückzufließen. Die von der Pumpe überwundene Förderhöhe hängt von der Anzahl der Stufen - der Gänge des Rotor-Stator-Schraubenpaars.

Nach der Anzahl von Rotoren unterscheidet man Einschrauben-, Zweischrauben- und Dreischraubenpumpen. Die Einschraubenpumpen sind am wenigsten verbreitet.

Die Schrauben- bzw. Schneckenpumpen haben einige Vorteile gegenüber anderen  heute produzierten Pumpentypen. Sie sind kompakt, geräuscharm, haben kleine Abmessungen und einfache Bauart, was deren Montage, Reparatur und Wartung erleichtert. Kennzeichnend für die Schraubenpumpen ist die ununterbrochene und gleichmäßige Zufuhr, das Selbstansaugen aus einer bis 8 m Tiefe von flüssigen Medien mit hoher Viskosität, die feste und abrasive Partikeln enthalten. Dabei wird ein relativ geringer Anteil von Teileverschleiß und –schäden gewährleistet sowie mit einem geringem Energieaufwand bereits bei einem Arbeitszyklus ein hoher Austrittsdruck erreicht. Die Schraubenpumpen, die zur Dosierung von viskosen Gemischen und Suspensionen verwendet werden, gewährleisten eine genaue und sorgsame Zufuhr ohne Aufschäumung und sonstige Strukturstörungen.

Dank all diesen Vorteilen finden die Schrauben- bzw. Schneckenpumpen breite Anwendung bei Erdöl- und Erdgasgewinnung, in der petrolchemischen Produktion, in der Wohnungsbau- und Kommunalwirtschaft, im Erzbergbau, in der Kosmetik- und Nahrungsmittelindustrie, im Schiffsbau, beim Abpumpen von Schlammablagerungen.

Beim Auswählen eines Modells dieses Typs muss man vor allem im Voraus die Viskosität und Dichte der zu fördernden flüssigen Medien, das gewünschte Druckniveau am Austritt sowie das Durchmesser der Rohrleitung kennen. Ausgehend von diesen Parametern wählt man die Drehgeschwindigkeit des Rotors, die Innenmaße und die Stufenanzahl. Damit gelingt es, die Nutzungsdauer der Baugruppen und –teile zu verlängern sowie den Stromverbrauch zu senken.

Plattenförmige Pumpe

Plattenförmige Pumpe ist eine hydraulische Maschine mit Volumenswirkung, bei der während des Betriebs gleich mehrere Arbeitskammern gebildet werden – mittels  Abtrennung des Raumes durch das Pumpengehäuse, den Rotor und die zwei benachbarten Platten (Schieber). Der Rotor befindet sich innerhalb des Gehäuses und hat Aussparungen, in denen frei oder unter Krafteinwirkung einer Feder Platten eingesetzt werden, die während des Pumpenbetriebs sich mit einer Stirnfläche gegen das Gehäuse stemmen und gleiten. Die Rotor- und die Gehäuseachse sind gegeneinander verschoben; deshalb verändert sich das Volumen einer einzelnen  Arbeitskammer bei der Rotordrehung nicht. Gerade dadurch wird die Flüssigkeit gefördert.

Zahnradpumpe

Zahnradpumpe ist eine Pumpenausrüstung, in deren Konstruktion verzahnte  Zahnräder genutzt werden. Die Zahnräder befinden sich innerhalb des Gehäuses, während zwischen den Gehäusewänden und den benachbarten Zahnradzähnen Arbeitskammern gebildet werden. Wenn sich die Zähne verschiedener Zahnräder ineinander greifen, wird das Volumen der entsprechenden Arbeitskammern verkleinert. Dies führt seinerseits zum Hinausdrücken einer Portion des geförderten Mediums in den Einpress-Stutzen.

Peristaltische Pumpe (Schlauchpumpe)

Peristaltische Pumpe (Schlauchpumpe) ist eine Pumpenausrüstung mit Volumenswirkung, die eine einfache Bauart, jedoch ein ungewöhnliches Wirkungsprinzip hat. Das Arbeitsorgan der Peristaltikpumpe ist ein flexibles Röhrchen oder ein Schlauch, der um den Rotor mit den daran installierten Rollen herumläuft. Der Schlauch kann durch die Anspannkraft an die Rollen gepresst oder über eine Spezialfläche abgerollt werden. Beim Zusammenwirken einer Rolle und des Schlauchs wird der letztere völlig durchgedrückt und dadurch ein Teil dessen Volumens abgetrennt. Im Zuge der Rotordrehung bewegen sich die abgetrennten Volumina durch den Schlauch, bis sie in dessen Druckteil geraten.