Kreiselpumpe: Aufbau, Funktion

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Was ist/sind Kreiselpumpen? Definition:
➡ Durch die Fliehkraft befördert die Kreiselpumpe neutrale und aggressive Medien wie Öle, Wasser, Emulsion oder chemische Produkte. Bei dieser Art von Pumpe gelangen die Flüssigkeiten durch das Saugrohr zum rotierenden Pumpenrad. Dank der zunehmenden Azimutalgeschwindigkeit (Radialgeschwindigkeit der Flüssigkeit) steigt der Druck nach außen innerhalb der Kreiselpumpe - das heißt die Kraft schleudert das Medium. So gelangt es in das Druckrohr. Fördemengen von bis zu 60m³ in der Stunde sind so möglich - hauptsächlich für den Einsatz in der Wasserversorgung, -beförderung und -entsorgung.

Synonym(e): Kreiselpumpe, Zentrifugalpumpe, Zentrifugalpumpen, Radialkreiselpumpen, centrifugal pump


Aufbau und Funktionsweise der Kreiselpumpe

Wie funktioniert die selbstansaugende Kreiselpumpe von Schmalenberger?
schmalenberger_kreiselpumpe
Querschnitt einer Kreiselpumpe von Schmalenberger auf der #AMB18.

Die Kreiselpumpe befördert Flüssigkeiten mithilfe der Zentrifugalkraft (darum wird sie auch als Zentrifugalpumpe bezeichnet). Wie sie das macht, lässt sich mit einem einfachen Beispiel erklären: Wenn man mit einem Löffel schnell in einem Glas Wasser rührt, dann senkt sich der Wasserspiegel in der Mitte des Glases, während der Pegel am Rand steigt. Hier wirkt die Zentrifugalkraft. Das Wasser am Rand ist nun also höher als es vorher im unbewegten Zustand war. Macht man nun ein Loch ins Glas - an einer Stelle, die das Wasser im bewegten Zustand erreicht - dann kann das Wasser über das Loch abfließen - es wird befördert.

In diesem Beispiel ist das Glas die Kreiselpumpe und das Wasser steht für die zu befördernde Flüssigkeit. Der Löffel ist das Laufrad, das sich in der Pumpe befindet und die Strömung entstehen lässt.

Die Zentrifugalpumpen verfügen über einen einfachen und robusten Aufbau. Sie besteht aus einem Gehäuse, meist aus Edelstahl, einer Antriebswelle, dem Laufrad und mehrerer Einlaufstutzen und Abläufe. Das Laufrad ist entweder axial, halbaxial oder radial angeordnet und bewegt sich mit einem hohen Geschwindigkeitsverlauf. Radial bedeutet hierbei, dass das Fördermedium senkrecht zur Pumpenwelle aus dem Laufrad austritt. Bei einem geschlossenem Laufrad sind die Laufradschaufeln auf beiden Seiten mit einer Scheibe verbunden, was den hydraulischen Wirkungsgrad erhöht.

Zunächst wird die Wasserpumpe entlüftet, weswegen in der Kreiselpumpe ein Unterdruck entsteht. Nur so kann das Saugrohr die Förderflüssigkeit fördern. Da durch die Zentrifugalkraft die Geschwindigkeit des Mediums nach außen abnimmt, steigt auch der Druck nach außen. So wird die Flüssigkeit durch das Pumpenrad aus der Wasserpumpe in die Ausgänge, beispielsweise in eine Betonzisterne, Abwasser-Sammelbecken oder Regentonnen, gepresst. Durch diese Eigenschaft lassen sich sogar flüssig-feste Stoffe mit unterschiedlicher Korngröße fördern. Hersteller von speziellen Behältern und Tanks sind Speidel und Rewatec.

Typen

Es gibt verschiedene Arten der Kreiselpumpe:

  1. Axialpumpen (auch Propellerpumpen)
  2. Halbaxialpumpen (auch Diagonalpumpen)
  3. Seitenkanalpumpen
  4. Peripheralradpumpen
  5. Radialpumpen
  6. Sonderformen wie beispielsweise Jetpumpen und Zellenspülpumpen

Kreiselpumpen, Jetpumpen & Co. arbeiten in verschiedenen Spannungsbereichen. Dabei können sie von 12V (auch Dauerbetrieb) über 230V Spannung alles abdecken. Auffallend sind insbesondere die 230V Jetpumpen, da viele hauseigenen Wasserwerken mit Pumpen dieser Voltzahl ausgestattet sind. Der Grund: Diese sind für jede Stromzufuhr geeignet und sparen darüber hinaus auch an Strom.

Laut VDMA (Verband deutscher Maschinen- und Anlagenbau) gibt es über 400 unterschiedliche Pumpentypen.

Eigenschaften

Bei Zentrifugalpumpen kommt eine Übertragung von Strömungs- und Bewegungsenergie zwischen der Flüssigkeit und der Maschine zustande. Deswegen zählen sie zu den Strömungs- und Fluid-Energiemaschinen. Natürlich sind auch bei der Kreiselpumpe die Fördermenge/Förderleistung, die Förderhöhe, der Wirkungsgrad und die Drehzahl wichtige und beeinflussende Faktoren. Eine Pumpenkennlinie gibt Auskunft über den Zusammenhang zwischen Druckerhöhung und Fördermenge.

Normalsaugende und selbstansaugende Kreiselpumpen

Das Saugverhalten ist eine weitere Eigenschaft. Die meisten Kreiselpumpen sind normalansaugend. Das bedeutet, dass sie in der Lage sind, Luft aus dem Druckraum zu pumpen. Das ist wichtig, denn wenn sich zu viel Luft in der Pumpe befindet, funktioniert die Pumpe nicht mehr. Schon ein rund acht prozentiger Luftanteil im Medium unterbricht den Förderstrom vollständig. Deswegen ist es besonders wichtig, dass die Zentrifugalpumpe entlüftet wird. Nur spezielle selbstansaugende Kreiselpumpen, Zellenspülpumpen und die Jetpumpe sind in der Lage, die Saugleitung selber zu entlüften. Jetpumpen sind eine Unterart der Kreiselpumpe und können sogar ohne Mediumbefüllen saugen. Das ist der Grund warum Jetpumpen auch selbstansaugend genannt werden. Auch die Seitenkanalpumpe ist selbstansaugend. Das bedeutet, dass sie reines Gas fördern kann, solange sich ein Rest der Flüssigkeiten in der Wasserpumpe befinden. Außerdem muss der Teil, wo die Antriebswelle in das Pumpengehäuse aus Edelstahl gelangt, sorgfältig abgedichtet werden.

Kavitation in Kreiselpumpen

Kavitationen soll in Kreiselpumpen möglichst vermieden werden, denn sie stören den Bewegungsfluss. Bei der Kavitation entstehen Blasen in der Füssigkeit, die implodieren - also das Gegenteil von explodieren: Sie fallen in sich zusammen. Das ist natürlich nicht gut für die Strömung in der Pumpe und auf Dauer setzten Kavitationen auch dem Gehäuse und den Dichtungen der Pumpe zu.

Bauarten

Es gibt zahlreiche verschiedene Kreiselpumpen, wie die Hochdruck-Kreiselpumpe oder die Block-Kreiselpumpe.

Die verschiedenen Arten lassen sich unterscheiden nach:

  • Bauart
  • Fördermedium
  • Gehäuse
  • Laufrad
  • Wellendichtung
  • Antrieb
  • Wechselstrom oder Drehstrom
  • Material

Unterscheidung nach Gehäuse

Das Gehäuse verschiedener Kreiselpumpen unterscheidet sich besonders beim Strömungszulauf und Strömungsablauf. Beim Ablauf der Pumpe gibt es zwei Formen:

  1. Leitrad mit Diffusor (= umgekehrte Düse)
  2. Spiralförmiger Ablauf

Unterscheidung nach Laufrad

Das Laufrad ist der essentielle Bestandteil der Kreiselpumpe. Durch die Form des Laufrads ensteht die Strömung in der Pumpe - und die ist je nach Laufradform unterschiedlich. Es gibt drei verschiedene Formen:

  • radial (Fördermedium senkrecht zur Pumpenwelle)
  • halbaxial
  • axial (Propellerpumpe)

Genügt der Druck nicht, den ein einzelnes Laufrad erzeugt, werden zusätzliche Laufräder in die Pumpe integriert (das ist bei radialen und halbaxialen Pumpen möglich). Bei diesem Aufbau spricht man von mehrstufigen Pumpen.

Unterscheidung nach Wellendichtung

Die in der Pumpe befindlichen Flüssigkeit darf nicht an unvorhergesehenen Stellen austreten. Deshalb sind Abdichtungen wichtig - so auch zwischen Gehäuse und Welle. Für die Wellenabdichtung gibt es verschiedene Möglichkeiten:

  • Stopfbuchse
  • Labyrinthdichtung
  • Radialwellendichtring
  • Gleitringdichtung
  • Magnetkupplung

Unterscheidung nach Antrieb

Oft hängt es von der Größe der Pumpe ab, welcher Antrieb verwendet wird. Bei kleineren Modellen reicht ein Elektromotor. In Kraftwerken, wo große Pumpen von Nöten sind, werden Turbinen verwendet. Außerdem gibt es als Antrieb den Drehstromasynchronmotor.

Unterscheidung nach Material

Kreiselpumpen aus Edelstahl und Kunststoffkreiselpumpen entschieden werden. Edelstahlkreiselpumpen sind hygienischer als Kreiselpumpen aus Kunststoff.

Einsatzbereiche

schmalenberger_mehrstufge_kreiselpumpe
Eine mehrstufige selbstansaugende Kreiselpumpe von Schmalenberger - vorgstellt auf der #AMB18.

Die Anwendung einer Kreiselpumpe ist sowohl in Haus und Garten, als auch in der Industrie vielseitig einsetzbar, weswegen sie die weltweit am häufigsten genutzte Pumpenart ist. Sowohl 1- stufige als auch mehrstufige Pumpen werden eingesetzt. Darüber hinaus kann die Förderhöhe, auch Ansaughöhe genannt, zwischen einem und 5000 m betragen. Die Ansaughöhe ist die nutzbare Arbeit, die von der Pumpe auf das Fördermedium übertragen wird, bezogen auf das Gewicht des Mediums. Die Förderleistung hängt maßgeblich von der Förderhöhe ab. Die Kreiselpumpe kann sowohl abrasive als auch reine Medien befördern.

Nachfolgend einige beispielhafte Einsatzbereiche der Kreiselpumpe:

  1. Hauswasserwerk (Regensammler): Die Hauswasserwerk Funktion ist, dass es ein wertvolles Leitungswasser-Ersparnis bewirken kann. Das Hauswasserwerk ersetzt dabei das Leitungswasser durch Grund- und Regenwasser.
  2. Gartenpumpe / Tiefbrunnenpumpen: Bei den Brunnenpumpen erhöht sich der Austrittsdruck des Fördermediums so enorm, dass es auch aus großen Tiefen gepumpt werden kann. Bei der Tiefbrunnenpumpe gilt: Je größer die Gartenpumpe, desto mehr Flüssigkeit kann auch bei geringem Energieverbrauch bewegt werden.
  3. Anlagen- und Maschinenbau, Fertigungstechnik
  4. Wasserversorgung in Wasserwerken
  5. Wasseraufbereitung und Wasserentsorgung in Schwimmbädern (Schwimmbadtechnik), Sammelbecken und Gruben
  6. Entwässerung von Bergwerken
  7. Feuerwehr (Feuerlöschkreiselpumpe)
  8. Erdölförderung
  9. Chemische Industrie
  10. Lebensmittel- und Getränkebranche
  11. Verfahrens- und Umwelttechnik
  12. Molkerei- und Getränketechnik
  13. Abwassertechnik (Reinwasser- und Abwasserförderung)
  14. Belüftung von Kläranlagen

Kreiselpumpen Hersteller im Markt

sind EBARA, AGF, Schmalenberger, KSB, Zehnder, Schmitt, Radotech, Steinle, ORPU, ESPA (Großhandel), megafixx, ALLWEILER, wilo, LEWA, ANDO

Jeder Hersteller von Kreiselpumpen besitzt Pumpen und Systeme unterschiedlicher Baureihen und Förderleisungen. Diese Baureihen sind meist nach bestimmten Anforderungen oder zusätzlichen Ausstattungen geordnet. Neben den Deutschen Herstellern und Dienstleistern können Pumpen ebenfalls von Unternehmen aus der ganzen Welt erworben werden. Beispiele dafür sind der polnische Anbieter Omnigena und der portugiesische Hersteller OLIJU.

Kreiselpumpe anschließen

Folgende Dinge sollten beim Anschließen einer Kreiselpumpe unbedingt beachtet werden:

  1. Die Kreiselpumpe besitzt eine Förder- und eine Saugleitung. Beide sollten die selbe Anschlussgröße haben. Die Anschlussgröße ist in der Regel in der Maßeinheit Zoll angegeben
  2. Auch die Qualität des Saugschlauches ist ungemein wichtig, damit er das Vakuum dauerhaft aushält.
  3. Das Ventil sollte bis zu höchstens sieben Metern über dem minimalen Grundwasserstand liegen.
  4. Das Fußventil hingegen soll so hoch wie möglich angebracht sein. SO wird verhindert, dass Sand und andere mitgepumpte Kleinteile in der Pumpe mit der Flüssigkeit nach oben wandern.

Vorteile von Kreiselpumpen

Kreiselpumpen sind die am meisten in der Industrie eingesetzten Pumpen. Kein Wunder, sie haben einige Vorteile:

  • sie haben eine hohe Drehzahl
  • sie haben eine lange Lebensdauer
  • sie sind optimal für eine hohe Leistungsspanne