Was sind Kreiselpumpen

Was sind Kreiselpumpen

Kreiselpumpen sind ein gängiger Pumpentyp, der die Übertragung von Rotationsenergie von einem Laufrad nutzt, um den Druck und die Durchflussrate einer Flüssigkeit zu erhöhen. Diese Pumpen werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Wasserversorgung, chemische Verarbeitung und Industriemärkte. Die Schlüsselkomponente einer Kreiselpumpe ist das Laufrad, eine rotierende Scheibe mit gekrümmten Schaufeln, die am Pumpeneinlass eine Niederdruckzone und am Auslass eine Hochdruckzone erzeugen.

Kreiselpumpen sind für ihre einfache Konstruktion bekannt. Sie bestehen aus einem Spiralgehäuse, das das Laufrad beherbergt und den Flüssigkeitsstrom vom Sauganschluss zum Druckanschluss leitet. Das Laufrad ist auf einer Welle montiert, die von einem Elektromotor oder einer anderen Kraftquelle angetrieben wird. Wenn sich das Laufrad dreht, überträgt es kinetische Energie auf die Flüssigkeit, die dann in Druckenergie umgewandelt wird, wenn die Flüssigkeit durch das Spiralgehäuse und aus dem Druckanschluss fließt.

Wie funktionieren Kreiselpumpen?

Kreiselpumpen funktionieren, indem sie die mechanische Energie eines rotierenden Laufrads in kinetische Energie umwandeln, die dann zum Pumpen von Flüssigkeiten verwendet wird. Das Laufrad, eine Schlüsselkomponente der Pumpe, besteht aus gekrümmten Schaufeln, die sich schnell im Pumpengehäuse drehen. Wenn sich das Laufrad dreht, entsteht in der Mitte eine Niederdruckzone, die Flüssigkeit durch den Sauganschluss in die Pumpe saugt.

Die Flüssigkeit tritt in das Auge des Laufrads ein und wird von den rotierenden Schaufeln erfasst. Während sich die Flüssigkeit entlang der Schaufeln nach außen bewegt, nimmt sie an Geschwindigkeit und Druck zu. Die vom rotierenden Laufrad erzeugte Zentrifugalkraft drückt die Flüssigkeit durch das Pumpengehäuse und in den Auslassanschluss, wo sie die Pumpe mit einem höheren Druck verlässt als beim Eintritt.

Auslegung von Kreiselpumpen

Das Design von Kreiselpumpen variiert je nach Anwendung und Art der zu pumpenden Flüssigkeit. Die meisten Kreiselpumpen bestehen jedoch aus zwei Hauptkomponenten:

Spirale

Die Spirale ist ein spiralförmiges Gehäuse, das das Laufrad umgibt. Ihre Hauptfunktion besteht darin, die vom Laufrad abgegebene Flüssigkeit zu sammeln und zum Auslass zu leiten. Die Spirale ist so konstruiert, dass ihr Querschnitt allmählich zunimmt, was dazu beiträgt, die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in Druck umzuwandeln.

Diffusor

Bei einigen Kreiselpumpen wird anstelle einer Spirale ein Diffusor verwendet. Der Diffusor besteht aus einer Reihe stationärer Schaufeln, die das Laufrad umgeben. Während sich die Flüssigkeit durch den Diffusor bewegt, leiten die Schaufeln den Fluss und helfen, die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in Druck umzuwandeln. Diffusoren werden häufig in mehrstufigen Kreiselpumpen verwendet.

Teile von Kreiselpumpen

Kreiselpumpen bestehen aus mehreren Schlüsselkomponenten, die zusammenarbeiten, um einen effizienten und zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten:

Laufrad

Das Laufrad ist das rotierende Bauteil der Pumpe, das die zum Bewegen der Flüssigkeit erforderliche Zentrifugalkraft erzeugt. Es besteht aus einer Reihe gekrümmter Schaufeln, die die Flüssigkeit ansaugen und nach außen beschleunigen sollen. Laufräder können je nach Anwendung und Art der zu pumpenden Flüssigkeit aus verschiedenen Materialien wie Gusseisen, Edelstahl oder Verbundwerkstoffen hergestellt werden.

Diffusor oder Spiralgehäuse

Das Diffusor- oder Spiralgehäuse ist die stationäre Komponente, die das Laufrad umgibt. Seine Hauptfunktion besteht darin, die vom Laufrad abgegebene Flüssigkeit zu sammeln und zum Auslass zu leiten. Das Gehäuse hilft auch dabei, die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in Druck umzuwandeln.

Welle und Wellenhülsen

Die Welle ist das rotierende Bauteil, das das Laufrad mit dem Motor verbindet. Sie wird von Lagern getragen und abgedichtet, um Leckagen vorzubeugen. Wellenhülsen werden häufig verwendet, um die Welle vor Verschleiß und Korrosion zu schützen, insbesondere beim Pumpen abrasiver oder korrosiver Flüssigkeiten.

Lager

Lager dienen zur Unterstützung der Welle und sorgen für eine reibungslose Drehung. Je nach Anwendung und Belastungsanforderungen können es Kugellager oder Gleitlager sein.

Gleitringdichtungen

Gleitringdichtungen werden verwendet, um Leckagen entlang der Welle zu verhindern. Sie bestehen aus zwei Passflächen, einer stationären und einer rotierenden, die durch Federdruck zusammengehalten werden. Gleitringdichtungen werden aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und ihrer Fähigkeit, mit einer Vielzahl von Flüssigkeiten und Drücken umzugehen, häufig in Kreiselpumpen eingesetzt.

Pumpentypen

Es gibt zwei Haupttypen von Pumpen: Verdrängerpumpen und Kreiselpumpen. Verdrängerpumpen funktionieren, indem sie bei jedem Zyklus eine feste Flüssigkeitsmenge bewegen, während Kreiselpumpen die kinetische Energie eines rotierenden Laufrads nutzen, um Flüssigkeit durch die Pumpe zu drücken.

Verdrängerpumpe

Verdrängerpumpen sind eine Art Pumpe, die Flüssigkeiten bewegt, indem sie wiederholt ein festes Volumen umschließen und es mechanisch durch das System bewegen. Sie werden typischerweise für Anwendungen mit hohem Druck und niedrigem Durchfluss verwendet und können viskose Flüssigkeiten verarbeiten. Beispiele für Verdrängerpumpen sind Exzenterschneckenpumpen, Membranpumpen und Luftmotorpumpen.

Zentrifugalpumpe

• Einstufige Kreiselpumpen: Diese Pumpen haben ein einzelnes Laufrad und eignen sich am besten für Anwendungen mit niedrigem bis mittlerem Druck. Sie werden häufig in der Wasserversorgung, Bewässerung und in der Industrie eingesetzt.
• Mehrstufige Kreiselpumpen: Diese Pumpen verfügen über mehrere in Reihe geschaltete Laufräder, wobei jede Stufe den Druck der Flüssigkeit erhöht. Mehrstufige Pumpen werden eingesetzt, wenn höhere Drücke erforderlich sind, wie etwa bei der Kesselwasserversorgung und bei Hochdruckreinigungsanwendungen.
• Axialkreiselpumpen: Diese Pumpen werden auch als Propellerpumpen bezeichnet und haben eine axiale Konstruktion, bei der das Laufrad die Flüssigkeit entlang der Wellenachse drückt. Sie werden häufig in Anwendungen mit hohen Durchflussraten und geringen Druckanforderungen eingesetzt, wie z. B. Hochwasserschutz und Bewässerung.
• Radialkreiselpumpen: Bei diesen Pumpen tritt die Flüssigkeit axial in das Laufrad ein und wird radial, senkrecht zur Welle, ausgestoßen. Radialpumpen sind für Hochdruckanwendungen geeignet und können eine breite Palette von Flüssigkeiten verarbeiten, darunter saubere Flüssigkeiten, Chemikalien und heißes Wasser.

Vorteile von Kreiselpumpen

1. Einfaches Design: Kreiselpumpen haben im Vergleich zu Verdrängerpumpen weniger bewegliche Teile, was ihre Herstellung, Bedienung und Wartung einfacher macht.
2. Hohe Effizienz: Kreiselpumpen können hohe Wirkungsgrade erreichen, insbesondere wenn sie an ihrem Bestwirkungsgradpunkt (BEP) betrieben werden.
3. Vielseitige Einsatzmöglichkeiten: Kreiselpumpen können eine Vielzahl von Flüssigkeiten verarbeiten, darunter Wasser, Chemikalien und sogar einige viskose Flüssigkeiten.
4. Niedrige Kosten: Aufgrund ihrer einfachen Konstruktion und hohen Produktionsmengen sind Kreiselpumpen im Allgemeinen kostengünstiger als andere Pumpentypen.
5. Reibungsloser Fluss: Kreiselpumpen sorgen für einen gleichmäßigen, nicht pulsierenden Durchfluss, der für viele Anwendungen unerlässlich ist.

Nachteile von Kreiselpumpen

1. Begrenzte Saughöhe: Kreiselpumpen verfügen über eine begrenzte Saughöhe, was bedeutet, dass sie sich in der Nähe der Flüssigkeitsquelle befinden müssen oder angesaugt werden müssen.
2. Geringe Effizienz bei Off-Design-Bedingungen: Kreiselpumpen sind am effizientesten, wenn sie an ihrem Bestleistungspunkt (BEP) betrieben werden. Bei Durchflussraten oder Drücken abseits des BEP sinkt die Effizienz erheblich.
3. Nicht geeignet für hochviskose Flüssigkeiten: Kreiselpumpen sind nicht gut zum Pumpen von Flüssigkeiten mit hoher Viskosität geeignet, da der erhöhte Flüssigkeitswiderstand die Effizienz und Leistung der Pumpe erheblich verringern kann.
4. Kavitationsrisiko: Kreiselpumpen sind anfällig für Kavitation. Diese tritt auf, wenn der Druck der Flüssigkeit unter ihren Dampfdruck fällt. Dadurch bilden sich Dampfblasen, die die Pumpe beschädigen können.

Kreiselpumpen vs. Verdrängerpumpen

Faktor	Kreiselpumpen	Verdrängerpumpen
Funktionsprinzip	Nutzt kinetische Energie, um Flüssigkeiten zu bewegen, indem sie radial nach außen beschleunigt werden	Bewegt Flüssigkeiten durch physische Verdrängung mit einem Hin- und Herbewegungs- oder Rotationsmechanismus
Durchflussrate	Sorgt für einen kontinuierlichen, stabilen Durchfluss; die Durchflussrate variiert mit dem Auslassdruck	Liefert eine konstante Durchflussrate unabhängig vom Auslassdruck
Effizienz	Hoher Wirkungsgrad bei Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität; mit zunehmender Viskosität nimmt der Wirkungsgrad ab	Behält die hohe Effizienz sowohl bei Flüssigkeiten mit niedriger als auch mit hoher Viskosität bei
Druck	Erzeugt hohen Druck; geeignet für Anwendungen mit hohem Druck	Erzeugt hohen Druck; ideal für Hochdruckanwendungen
Handhabung von Flüssigkeiten	Verarbeitet saubere, niedrigviskose Flüssigkeiten mit wenig Feststoffen; nicht geeignet für scherempfindliche Flüssigkeiten	Geeignet für eine Vielzahl von Flüssigkeiten, einschließlich viskoser, scherempfindlicher und abrasiver Flüssigkeiten
Wartung	Geringer Wartungsaufwand durch einfache Konstruktion und weniger bewegliche Teile	Höherer Wartungsaufwand durch komplexere Konstruktion und bewegliche Teile
Kosten	Geringere Anschaffungskosten und geringerer Energieverbrauch bei Anwendungen mit niedriger Viskosität	Höhere Anschaffungskosten, aber höhere Energieeffizienz bei Anwendungen mit hoher Viskosität
Häufige Anwendungen	Wasserversorgung, Bewässerung, Kühlsysteme, Kesselspeisung und allgemeine industrielle Anwendungen	Chemische Verarbeitung, Öl und Gas, Lebensmittel und Getränke, Pharmazeutika und Messanwendungen

ANSI- vs. API-Pumpen

Faktor	ANSI-Pumpen	API-Pumpen
Anwendung	Allgemeine Industrie, chemische Verarbeitung, Wasseraufbereitung	Öl und Gas, Petrochemie, Raffinerien
Design	Standardisierte Abmessungen und austauschbare Teile	Maßgeschneidert für spezifische Anwendungen
Betriebsbedingungen	Mäßige Temperaturen und Drücke	Hohe Temperaturen, Drücke und Durchflussraten
Materialien	Gusseisen, Edelstahl, Sphäroguss	Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Duplex, Legierung 20
Dichtungskammer	Kleiner, begrenzter Platz für Dichtungen und bündige Pläne	Größer, bietet Platz für verschiedene Dichtungen und Spülpläne
Effizienz	Mäßiger Wirkungsgrad durch standardisiertes Design	Höhere Effizienz durch individuelles Design
Wartung	Einfachere Wartung durch austauschbare Teile	Aufwändigere Wartung durch Sonderteile
Kosten	Niedrigere Anschaffungskosten und Ersatzteilkosten	Höhere Anschaffungskosten und Ersatzteilkosten

Kreiselpumpe vs. Zentripetalpumpe

Faktor	Zentrifugalpumpe	Kreiselpumpe
Energieübertragung	Wandelt Rotationsenergie in kinetische Energie der Flüssigkeit um	Wandelt die kinetische Energie der Flüssigkeit in Druckenergie um
Laufraddesign	Gebogene Schaufeln, die die Flüssigkeit von der Mitte nach außen drücken	Gerade Schaufeln, die die Flüssigkeit nach innen zur Mitte leiten
Flüssigkeitsfluss	Radiale Strömung vom Zentrum zum äußeren Rand des Laufrads	Axiale Strömung vom äußeren Rand zur Mitte des Laufrads
Druckerzeugung	Erzeugt Druck durch Erhöhung der Flüssigkeitsgeschwindigkeit und wandelt ihn dann in Druck im Spiralgehäuse oder Diffusor um	Erzeugt Druck durch direkte Umwandlung der Flüssigkeitsgeschwindigkeit in Druck
Anwendungen	Breites Anwendungsspektrum, einschließlich Wasserversorgung, chemischer Verarbeitung und Industriemärkten	Begrenzte Anwendungen, hauptsächlich in Spezialbereichen wie der Luft- und Raumfahrt und bestimmten industriellen Prozessen
Effizienz	Generell höherer Wirkungsgrad durch effektive Umwandlung von Rotationsenergie in kinetische Energie der Flüssigkeit	Geringerer Wirkungsgrad im Vergleich zu Kreiselpumpen durch direkte Umwandlung von kinetischer Energie in Druck
Wartung	Relativ einfaches Design, einfacher zu warten und zu reparieren	Komplexeres Design, das spezielle Wartung und Reparatur erfordert
Kosten	Im Allgemeinen kostengünstiger aufgrund ihrer weiten Verbreitung und einfacheren Konstruktion	Höhere Kosten aufgrund der Spezialisierung und des komplexen Designs

Anwendungen für Kreiselpumpen

1. Wasserversorgung und -aufbereitung: Kreiselpumpen werden häufig zum Pumpen von Wasser in kommunalen Wasserversorgungssystemen, Bewässerungs- und Wasseraufbereitungsanlagen verwendet.
2. HLK-Systeme: Kreiselpumpen werden in Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen verwendet, um Wasser oder andere Wärmeträgerflüssigkeiten umzuwälzen.
3. Chemische Verarbeitung: Kreiselpumpen werden zum Fördern von Chemikalien in verschiedenen verarbeitenden Industrien verwendet, beispielsweise in der Petrochemie, Pharmazie und Lebensmittelverarbeitung.
4. Öl-und Gasindustrie: Kreiselpumpen werden für verschiedene Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie eingesetzt, beispielsweise für den Rohöltransfer, die Pipeline-Druckerhöhung und Injektionssysteme.
5. Energieerzeugung: Kreiselpumpen werden in Kraftwerken für Speisewassersysteme, Kühlwasserzirkulation und Kondensatförderung eingesetzt.

Betriebsfaktoren von Kreiselpumpen

Drosselung der Durchflussraten

Drosselung ist eine gängige Methode zur Steuerung der Durchflussrate in Kreiselpumpensystemen. Durch Einstellen des Auslassventils kann die Durchflussrate reduziert werden, während die Pumpendrehzahl konstant bleibt. Dies ermöglicht eine größere Flexibilität bei der Erfüllung unterschiedlicher Bedarfsanforderungen. Allerdings kann die Drosselung auch zu einem erhöhten Energieverbrauch und einer verringerten Pumpeneffizienz führen, insbesondere wenn die Pumpe weit vom Bestleistungspunkt (BEP) der Pumpe entfernt betrieben wird.

Druck-Fließkurven

Die Förderhöhenkurve ist eine grafische Darstellung der Leistung einer Kreiselpumpe und veranschaulicht die Beziehung zwischen der Gesamtförderhöhe (Druck) und der Durchflussrate. Die Form der Förderhöhenkurve variiert je nach Pumpentyp, Laufraddesign und anderen Faktoren. Wird eine Pumpe zu weit von ihrem Bestpunkt entfernt betrieben, kann dies zu einer verringerten Effizienz, erhöhtem Verschleiß und möglichen Schäden an den Pumpenkomponenten führen.

Viskosität

Die Viskosität der gepumpten Flüssigkeit ist ein weiterer kritischer Faktor beim Betrieb einer Kreiselpumpe. Mit zunehmender Viskosität der Flüssigkeit nimmt die Leistung der Pumpe aufgrund erhöhter Reibungsverluste und verringerter Fließgeschwindigkeit ab. Kreiselpumpen eignen sich im Allgemeinen am besten für Flüssigkeiten mit niedriger bis mittlerer Viskosität, wie Wasser, Öle und einige Chemikalien.

PS

Der Leistungsbedarf einer Kreiselpumpe hängt von Faktoren wie Durchflussrate, Förderhöhe, Flüssigkeitsdichte und Pumpeneffizienz ab. Die Auswahl einer Pumpe mit der richtigen Leistung ist entscheidend, um einen effizienten Betrieb sicherzustellen und eine Überlastung des Motors zu vermeiden. Beim Pumpen von Flüssigkeiten mit hoher Viskosität oder bei hohen Durchflussraten und Drücken kann zusätzliche Leistung erforderlich sein. Die richtige Dimensionierung und Auswahl von Pumpe und Motor kann dazu beitragen, den Energieverbrauch zu optimieren und die Wartungskosten über die Lebensdauer des Systems zu senken.

FAQs

Warum können Kreiselpumpen keine Luft fördern?

Kreiselpumpen sind zum Pumpen von Flüssigkeiten und nicht von Gasen konzipiert. Wenn Luft in eine Kreiselpumpe eindringt, kann dies dazu führen, dass die Pumpe ihre Saugkraft verliert und nicht mehr pumpt. Dies liegt daran, dass die Luft den kontinuierlichen Flüssigkeitsfluss durch die Pumpe unterbricht und so ihre Effizienz und Leistung verringert.

Ist eine Kreiselpumpe ein Wechsel- oder Gleichstrommotor?

Kreiselpumpen können entweder von Wechselstrom- (AC) oder Gleichstrom- (DC) Motoren angetrieben werden. Die Wahl zwischen Wechselstrom und Gleichstrom hängt von der jeweiligen Anwendung, der Verfügbarkeit der Stromquelle und den Steuerungsanforderungen ab. Wechselstrommotoren werden aufgrund ihrer Einfachheit, Zuverlässigkeit und geringeren Kosten häufiger verwendet, während Gleichstrommotoren eine bessere Drehzahlregelung bieten und für batteriebetriebene Anwendungen geeignet sind.