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Schematischer Schnitt durch eine mehrstufige Kreiselpumpe

Kennlinie einer Kreiselpumpe und eines Rohres in einer offenen Anlage

Eine Kreiselpumpe ist eine Strömungsmaschine zur Energieerhöhung mittels eines rotierenden Laufrads. Sie dient der Förderung von Flüssigkeiten (im Folgenden: Wasser), meist durch eine Rohrleitung. Wasser, das (in der Skizze von rechts) in die Pumpe gerät, wird vom rotierenden Pumpenrad mitgerissen und zunächst auf eine Kreisbahn gezwungen. Auf dieser Bahn strömt das durch Impulsübertragung beschleunigte Wasser radial nach außen, wo es durch den Ablauf abfließt. Durch Erweiterung des Rohrquerschnitts kann die erhöhte Geschwindigkeit (v) proportional in Druck (p) umgewandelt werden (p1*v1=p2*v2). Diese Arbeitsweise nennt man hydrodynamisches Förderprinzip.

Diese Arbeitsweise lässt sich kurz verdeutlichen: Rührt man mit einem Löffel in einem mit Wasser gefülltem Glas, so sinkt der Druck im Zentrum und steigt die Flüssigkeit am Rand des Glases durch den dort herrschenden höheren Druck nach oben. Je schneller man rührt, desto höher steigt die Flüssigkeit. Ähnlich diesem Prinzip erreicht man bei einer Kreiselpumpe durch eine höhere Drehzahl oder einem größerem Laufraddurchmesser eine größere Förderhöhe.

Die zu fördernde Flüssigkeit kann bei den Kreiselpumpen entweder hauptsächlich quer zur Achse des Antriebs bewegt werden (radiale Strömung) oder in Richtung der Achse (axiale Strömung, beispielsweise bei den Propellerpumpen). Bei entsprechender Gestaltung von Laufrad und Gehäuse können auch mit Feststoffen vermischte Flüssigkeiten (z. B. Abwasser) gefördert werden. Eine Maßzahl der zulässigen Feststoffgröße ist der so genannte Kugeldurchgang, angegeben als maximaler Durchmesser der Kugel, die die Pumpe passieren könnte.

Die Kennlinie einer Kreiselpumpe beschreibt den Zusammenhang zwischen Druckerhöhung und Fördermenge (siehe Grafik rechts, blaue Kurve). Der größte Druck wird normalerweise bei Menge null erzeugt. Praktisch bedeutet das einen verschlossenen Ablauf. Kombiniert mit der Kennlinie des angeschlossenen Rohrnetzes ergibt sich der Arbeitspunkt als Schnittpunkt von Pumpen- und Rohrnetzkennlnie. Durch Hintereinanderschaltung mehrerer Kreiselpumpen erhöht sich der Förderduck, durch Parallelschaltung die erzielbare Fördermenge. Drehzahländerungen der Pumpen verändern sowohl die Fördermenge als auch den Druck.

Standard-Kreiselpumpen sind normalsaugend, d.h. Pumpe und Saugleitung müssen stets mit Medium gefüllt sein. Gerät während des Betriebs Luft in die Saugleitung, bricht die Förderung in der Regel zusammen. Es gibt besondere Konstruktionen wie Zellenspülpumpen oder Jetpumpen, die, wenn sie angefüllt sind, die Saugleitung selbstständig entlüften können. Eine besondere Kreiselpumpe ist die Seitenkanalpumpe, eine selbstansaugende Kreiselpumpe, die allerdings zu den Verdrängerpumpen gehört. Die Fachgemeinschaft Pumpen und Verdichter im VDMA verzeichnet über 400 verschiedene Pumpenkonstruktionen. Die meisten Pumpen sind Kreiselpumpen.

Die Einteilung der Kreiselpumpen erfolgt nach der Form der Laufräder, Stufenzahl, Gehäuseaufbau, Antrieb oder auch Fördermedium. So werden bei der Laufradform z.B. das Radialrad, Radialrad mit axial vorgezogenen Schaufeln, Halbaxialrad, Halbaxialrad mit einstellbaren Schaufeln, Axialrad oder Sonderformen unterschieden. Die Radialräder werden zusätzlich nach "offenen" und "geschlossenen" Laufrädern unterteilt. Bei einem geschlossenen Laufrad wird die Laufradschaufel auf beiden Seiten mit je einer Scheibe verbunden. Dies erhöht den hydraulischen Wirkungsgrad und stabilisiert das Rad. Auf Grund dieser Vorteile ist es das meist eingesetzte Laufrad. Allerdings können Luftblasen nur schlecht mitgefördert werden. Diese sammeln sich durch die Fliehkräfte im Zentrum und verstopfen das Laufrad.

Als Antrieb der Kreiselpumpen wird meist ein Elektromotor verwendet. Je nach Einsatzort und Leistungsbereich werden Synchromotoren (bis ca. 10 MW), Drehstrommotoren (bis ca. 12 MW) oder Einphasen-Wechselstrommotoren (bis ca. 1 kW) eingesetzt.

Einsatzgebiete

Wegen ihrer einfachen und robusten Bauart sind Kreiselpumpen weit verbreitet. Meistens finden sich Ausführungen als ein- oder mehrstufige Pumpen zur Trockenaufstellung oder als Tauchmotorpumpe, entweder für den mobilen oder stationären Einsatz. Verwendung finden Kreiselpumpen im Anlagen- und Maschinenbau, zur Wasserversorgung in Wasserwerken und Bewässerungssystemen, zur Entwässerung von Bergwerken und Gruben oder als Umwälzpumpen in Heiz- und Kühlsystemen. Typische Anwendungen sind Entleerung von Kellern und Garagen bei Überflutung, Bewässerung von Feldern in der Landwirtschaft, füllen und leeren von Tanks oder Vorratsbehältern und abpumpen von Schmutzwasser.

Geschichte

Eine Wasserfördermaschine, die laut dem brasilianischen Wissenschaftshistoriker Ladislao Reti "als Prototyp der Kreiselpumpe bezeichnet werden muss" ist im Trattato di Architectura des italienischen Künstler-Ingenieurs Francesco di Giorgio Martini (ca. 1475) enthalten.^[1]

Fußnoten

Siehe auch

• Feuerlöschpumpe
• Zahnradpumpe
• Kolbenpumpe
• Wasserwerk

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