Pumpen sind die Arbeitspferde unzähliger Industriebetriebe, doch die Auswahl des richtigen Typs kann eine Herausforderung sein. Die Wahl zwischen Kreisel- und Verdrängerpumpen hat erhebliche Auswirkungen auf die Leistung. Diese beiden Pumpentypen unterscheiden sich erheblich in ihrer Funktionsweise, Leistungsfähigkeit und Anwendung.
In diesem Artikel werden die Feinheiten der einzelnen Pumpen untersucht, ihre Mechanismen, Leistungsmerkmale und typischen Verwendungszwecke analysiert und Hinweise zur optimalen Pumpenauswahl gegeben. Dabei werden wichtige Aspekte wie Funktionsprinzipien, Durchflussraten, Viskositätshandhabung und Wartungsaspekte behandelt, um Fachleuten auf diesem Gebiet zu helfen, fundierte Entscheidungen zu treffen.
Was ist eine Kreiselpumpe
Eine Kreiselpumpe ist eine Art Kreiselpumpe, die ein rotierendes Laufrad verwendet, um der Flüssigkeit kinetische Energie zu verleihen und so ihre Geschwindigkeit und ihren Druck zu erhöhen. Diese kinetische Energie wird dann in Druckenergie umgewandelt, wenn die Flüssigkeit die Pumpe verlässt.
Kreiselpumpen zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, große Flüssigkeitsmengen bei relativ niedrigem Druck zu bewegen, wodurch sie für eine breite Palette von Anwendungen mit Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität geeignet sind. Aufgrund ihres einfachen Designs, ihrer einfachen Bedienung und ihrer Kosteneffizienz werden sie häufig in verschiedenen Industrien, im Haushalt und in der Landwirtschaft eingesetzt.
Funktionsprinzip von Kreiselpumpen
Kreiselpumpen arbeiten nach dem Prinzip, mechanische Energie eines Motors in kinetische Energie der Flüssigkeit umzuwandeln. Der Prozess beginnt, wenn der Elektromotor die Pumpenwelle dreht, die mit dem Laufrad verbunden ist. Das Laufrad, das mit einer Reihe von Schaufeln oder Flügeln ausgestattet ist, dreht sich mit hoher Geschwindigkeit, normalerweise im Bereich von 500 bis 5000 U/min. Diese Rotation erzeugt eine Zentrifugalkraft, die Flüssigkeit in die Mitte der Pumpe, in die Nähe des Laufradauges, zieht. Während sich die Flüssigkeit durch das Laufrad bewegt, nimmt sie an Geschwindigkeit zu und wird nach außen in Richtung der Außenkanten des Gehäuses gedrückt.
Das Pumpengehäuse ist so konstruiert, dass es die vom Laufrad abgegebene Flüssigkeit aufnimmt und zum Pumpenauslass leitet. Die Form des Gehäuses wandelt die kinetische Energie der Flüssigkeit in Druckenergie um, sodass die Flüssigkeit durch das Auslassrohr gedrückt werden kann. Der Schlüssel hierbei ist, dass die Pumpe durch Druckerzeugung einen Durchfluss erzeugt.
Was ist eine Verdrängerpumpe?
Eine Verdrängerpumpe ist eine Art Pumpe, die Flüssigkeit bewegt, indem sie eine feste Flüssigkeitsmenge in einem Hohlraum einschließt und dieses Volumen dann in das Auslassrohr drückt oder verdrängt. Im Gegensatz zu Kreiselpumpen, die der Flüssigkeit kinetische Energie verleihen, erzeugen Verdrängerpumpen einen gleichmäßigen Durchfluss, indem sie wiederholt feste Flüssigkeitsmengen einschließen und übertragen.
Durch diesen Mechanismus können Verdrängerpumpen viskose Flüssigkeiten fördern und hohe Drücke erzeugen. Damit eignen sie sich ideal für Anwendungen, die eine genaue Dosierung, hohe Drücke und die Förderung anspruchsvoller Flüssigkeiten erfordern.
Funktionsprinzip von Verdrängerpumpen
Verdrängerpumpen funktionieren, indem sie mechanisch ein festes Flüssigkeitsvolumen einfangen und es von der Saugseite zur Druckseite der Pumpe bewegen. Diese Pumpen verwenden einen sich ausdehnenden Hohlraum auf der Saugseite und einen sich verkleinernden Hohlraum auf der Druckseite. Wenn sich der Hohlraum auf der Saugseite ausdehnt, wird Flüssigkeit in die Pumpe gesaugt. Wenn der Hohlraum kollabiert, wird die Flüssigkeit durch die Druckleitung herausgedrückt. Dieser Prozess erzeugt einen konstanten Durchfluss, proportional zur Betriebsgeschwindigkeit, unabhängig vom Druck. Verdrängerpumpen werden in zwei Haupttypen unterteilt: Kolben- und Rotationspumpen.
- Kolbenpumpen wie Kolben-, Plunger- und Membranpumpen erzeugen die Pumpwirkung durch eine Hin- und Herbewegung.
- Rotationspumpen wie Zahnrad-, Lappen-, Schrauben- und Flügelzellenpumpen verwenden rotierende Elemente, um Flüssigkeiten zu bewegen.
Der von diesen Pumpen erzeugte Druck wird durch den Widerstand des Systems bestimmt und sie können hohe Drücke erreichen, ohne dass die Durchflussrate wesentlich abnimmt. Es ist wichtig zu beachten, dass eine Verdrängerpumpe auch gegen einen geschlossenen Auslass weiter Durchfluss erzeugt, was zu einem schnellen Druckanstieg führt, der Druckbegrenzungs- oder Sicherheitsventile erforderlich macht.
Vergleich zwischen Kreiselpumpen und Verdrängerpumpen
Funktionsmechanismus
Kreiselpumpen arbeiten mit einem Laufrad, das der Flüssigkeit kinetische Energie verleiht, wodurch die Geschwindigkeit und damit der Druck erhöht werden und die Flüssigkeit durch die Pumpe bewegt wird. Sie fangen keine festen Flüssigkeitsmengen ein, sondern erzeugen Druck, um die Flüssigkeit zu bewegen.
Verdrängerpumpen hingegen arbeiten, indem sie ein festes Flüssigkeitsvolumen in einer Kammer einschließen und es mithilfe einer mechanischen Aktion in die Druckleitung drücken. Dieser direkte Verdrängungsmechanismus ermöglicht es ihnen, unabhängig von Druckänderungen eine konstante Durchflussrate aufrechtzuerhalten.
Durchflussrateneigenschaften
Kreiselpumpen weisen eine variable Durchflussrate auf, die sich mit dem Systemdruck ändert. Wenn der Druck steigt, sinkt die Durchflussrate und umgekehrt.
Verdrängerpumpen liefern eine nahezu konstante Durchflussrate, unabhängig von Druckänderungen. Die Durchflussrate ist proportional zur Betriebsgeschwindigkeit der Pumpe, wodurch sie ideal für Anwendungen sind, die eine vorhersehbare und konstante Leistung erfordern.
Viskositätshandhabung
Kreiselpumpen eignen sich am besten für Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität wie Wasser, Lösungsmittel und leichte Öle. Bei Flüssigkeiten mit höherer Viskosität nimmt ihre Leistung aufgrund erhöhter Reibungsverluste innerhalb der Pumpe deutlich ab. Die Durchflussrate nimmt mit zunehmender Viskosität schnell ab.
Verdrängerpumpen eignen sich hervorragend für die Handhabung hochviskoser Flüssigkeiten wie zähflüssiger Öle, Sirupe und Schlämme. Die Durchflussrate kann mit zunehmender Viskosität sogar zunehmen. Sie sind mit internen Abständen für zähflüssige Flüssigkeiten ausgestattet und gewährleisten so einen gleichmäßigen Durchfluss unabhängig von der Viskosität.
Saugkraft
Herkömmliche Kreiselpumpen sind nicht selbstansaugend und können keine Saughöhe erzeugen, d. h. sie können keine Flüssigkeit nach oben in die Pumpe saugen.
Aufgrund ihrer Konstruktion können Verdrängerpumpen auf der Einlassseite ein Vakuum erzeugen, wodurch sie Flüssigkeiten von unterhalb des Pumpenniveaus ansaugen können und so eine Saughöhe erreichen.
Überlegungen zum Scheren
Kreiselpumpen mit ihren Hochgeschwindigkeitslaufrädern können zu Scherungen in Flüssigkeiten führen, was bei scherempfindlichen Materialien ein Problem darstellen kann. Der Hochgeschwindigkeitsmotor kann die Qualität der Flüssigkeit beim Durchlaufen der Pumpe beeinträchtigen.
Verdrängerpumpen erzeugen weniger Scherkräfte und sind daher die bessere Wahl für Flüssigkeiten, die empfindlich auf mechanische Belastungen reagieren oder zerbrechliche Feststoffe enthalten. Sie werden häufig verwendet, um scherempfindliche Flüssigkeiten und solche, die zerbrechliche Feststoffe enthalten, schonend zu handhaben.
Wartungsanforderungen
Kreiselpumpen haben aufgrund ihrer einfachen Konstruktion und weniger beweglicher Teile im Allgemeinen einen geringeren Wartungsbedarf. Dadurch sind sie für den Dauerbetrieb geeignet. Probleme wie Kavitation, Laufradverschleiß und Dichtungslecks können jedoch Aufmerksamkeit erfordern.
Verdrängerpumpen verfügen typischerweise über komplexere Mechanismen mit mehreren beweglichen Teilen, was zu einem höheren Wartungsaufwand führt.
Typische Kostenunterschiede
Aufgrund ihrer einfacheren Konstruktion und der weiten Verbreitung sind Kreiselpumpen in der Regel kostengünstiger in der Anschaffung. Zudem sind die Wartungskosten häufig geringer.
Aufgrund ihrer komplexeren Konstruktion sind Verdrängerpumpen insbesondere bei Spezialtypen mit höheren Anschaffungskosten verbunden. Aufgrund der komplexeren internen Komponenten und der verschleißanfälligeren Teile sind auch die Wartungskosten höher. Bei der Verarbeitung hochviskoser Flüssigkeiten können sie jedoch energieeffizienter sein.
Typische Anwendungen
Kreiselpumpen werden häufig für Anwendungen mit Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität und hohen Durchflussraten eingesetzt. Dazu gehören Wasserversorgung und -zirkulation, Bewässerung, Abwasserbehandlung, chemische Verarbeitung, Öl- und Gasproduktion, HLK-Systeme und Stromerzeugung. Sie werden auch zum Übertragen und Verarbeiten großer Flüssigkeitsmengen während Koch-, Verpackungs- oder Reinigungsprozessen in der Lebensmittelverarbeitung verwendet.
Verdrängerpumpen werden bevorzugt für Anwendungen eingesetzt, die genaue Dosierung, hohen Druck und die Handhabung viskoser oder scherempfindlicher Flüssigkeiten erfordern. Typische Einsatzgebiete sind das Pumpen dickflüssiger Öle, das Dosieren von Chemikalien, das Übertragen von Zutaten, Sirupen und Fertigprodukten bei der Lebensmittelverarbeitung, die Handhabung korrosiver, abrasiver und hochviskoser Flüssigkeiten bei der chemischen Verarbeitung und die präzise Dosierung in der Pharmaindustrie.
So wählen Sie die richtige Pumpe für Ihre Anwendung aus
Definieren Ihrer Systemanforderungen
Der erste Schritt besteht darin, Ihre Systemanforderungen klar zu definieren. Dazu gehört, dass Sie wissen, welche Flüssigkeit gepumpt werden soll, welche Durchflussrate erforderlich ist, welchen Druck Sie benötigen und welche spezifischen Betriebsbedingungen gelten. Bestimmen Sie das Flüssigkeitsvolumen, das innerhalb eines bestimmten Zeitraums bewegt werden muss. Die Durchflussrate wird normalerweise in Gallonen pro Minute (GPM) oder Litern pro Minute (LPM) gemessen.
Bewerten Sie den Gesamtdruck oder die Förderhöhe, die die Pumpe überwinden muss. Dazu gehören die statische Förderhöhe (die vertikale Distanz, über die die Flüssigkeit angehoben werden muss) und Reibungsverluste im Rohrleitungssystem.
Fluideigenschaften
Die Eigenschaften der gepumpten Flüssigkeit sind ein entscheidender Faktor bei der Auswahl der richtigen Pumpe. Die Viskosität, die sich auf die Dicke oder den Fließwiderstand der Flüssigkeit bezieht, beeinflusst die Leistung beider Pumpentypen. Kreiselpumpen eignen sich für Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität, während Verdrängerpumpen besser für Flüssigkeiten mit hoher Viskosität geeignet sind. Andere Flüssigkeitseigenschaften wie Dichte, Korrosivität und das Vorhandensein von Feststoffen sollten ebenfalls berücksichtigt werden.
Durchflussratenanforderungen
Die erforderliche Durchflussrate ist ein kritischer Parameter. Wenn die Anwendung eine hohe und konstante Durchflussrate bei niedrigeren Drücken erfordert, kann eine Kreiselpumpe für Anwendungen mit niedriger Viskosität ausreichend sein. Wenn die Anwendung jedoch eine konstante Durchflussrate auch bei variierenden Drücken erfordert, ist eine Verdrängerpumpe eine bessere Option, insbesondere wenn die Viskosität hoch ist. Bei Bedarfsschwankungen kann sich eine Kreiselpumpe besser anpassen.
Druck (Kopf) Bedürfnisse
Auch der Druck- oder Förderbedarf des Systems ist wichtig. Wenn die Anwendung hohen Druck erfordert, ist eine Verdrängerpumpe im Allgemeinen besser geeignet, da sie eine konstante Durchflussrate ohne nennenswerten Druckabfall liefern kann. Kreiselpumpen sind bei Anwendungen mit niedrigerem Druck effektiver und können bei steigendem Druck einen erheblichen Durchflussabfall aufweisen.
Stromversorgung
Der Leistungsbedarf der Pumpe beeinflusst die Betriebskosten. Kreiselpumpen sind unter optimalen Bedingungen energieeffizient. Verdrängerpumpen sind effizienter bei der Handhabung hochviskoser Flüssigkeiten und können ihre Effizienz über einen Druckbereich hinweg aufrechterhalten.
Berücksichtigen Sie auch die Betriebsgeschwindigkeit der einzelnen Pumpentypen, da Kreiselpumpen tendenziell mit höheren Geschwindigkeiten laufen, während Verdrängerpumpen mit niedrigeren Geschwindigkeiten laufen. Diese Unterschiede in den Betriebsgeschwindigkeiten können sich auf die Lebensdauer der Dichtung auswirken und den Auswahlprozess beeinflussen.