Wirkungsweise einer Kreiselpumpe

Zuletzt geändert am 11.06.2009 um 17:14

Auch wenn es sich im ersten Moment etwas seltsam anhört, die Wirkungsweise einer Kreiselpumpe kann man sehr gut mit einer Kaffeetasse vergleichen. Rührt man nämlich mit einem Löffel in einer Kaffeetasse, so wird die Flüssigkeit von der Mitte aus zum Rand nach oben steigen. Man kann das Ansteigen der Flüssigkeit beeinflussen, indem man den Löffel schneller oder langsamer dreht, oder aber einen größeren oder kleineren Löffel zur Hand nimmt. Die mit dem Löffel erzeugte Rotation überträgt sich auf die Flüssigkeit. Dadurch werden Zentrifugalkräfte wirksam, die eine Strömung und eine Druckerhöhung der Flüssigkeit hervorrufen. Wir erhalten so unsere "Förderhöhe".

Überträgt man den Vergleich mit der Kaffeetasse auf eine Kreiselpumpe, so versteht man sofort ein wichtiges Prinzip:

Die Förderhöhe hängt von der Umfangsgeschwindigkeit ab.
Durch einen größeren Laufraddurchmesser
oder
durch eine höhere Drehzahl
erreicht man eine höhere Umfangsgeschwindigkeit und damit eine größere Förderhöhe.

 

Da man mit einer Kaffeetasse jedoch keine Flüssigkeiten fördern kann, widmen wir uns nun dem eigentlichen Thema. Die Funktion bzw. Wirkungsweise einer Kreiselpumpe.
Es gibt zwei entscheidende Kriterien, die bei der Funktion bzw. Wirkungsweise einer Kreiselpumpe zum tragen kommen. Das wäre zum einen das Pumpengehäuse und zum anderen das Laufrad.

 

Das Pumpengehäuse (Spiralgehäuse)

Die Aufgabe des Pumpengehäuses besteht darin, die vom Saugstutzen kommende Flüssigkeit, in Achsrichtung, dem Laufradmund zuzuführen. Nach Austritt der Flüssigkeit aus dem Laufrad, wird diese im rechten Winkel (radial) zur Laufradachse gegen die Gehäusewand geschleudert und über einen spiralförmigen Kanal dem Druckstutzen zugeführt. Dabei wird die Spirale so ausgelegt, das sie der Strömung im Auslegungspunkt der Pumpe entspricht. Des weiteren muß das Gehäuse die Kräfte der angeschlossenen Rohrleitungen und den im inneren erzeugten Druck aufnehmen.

Für einstufige Kreiselpumpen ist das Spiralgehäuse die gebräuchlichste Bauform. Eine andere Bauform findet man zum Beispiel in einer mehrstufigen Pumpe.
Bei einer mehrstufigen Pumpe muß die Flüssigkeit dem Saugmund der nächsten Stufe über einen sogenannten Leitapparat zugeführt werden. Dieser Leitapparat ist dabei kreisrund und besitzt eine ähnliche Schaufelanordung wie ein Radial- Laufrad. Die Flüssigkeit wird nach dem Austritt aus dem Laufrad mittels der Leitschaufeln in die nächste Stufe, also zum nächsten Laufradmund geleitet.
Es gibt noch einige weitere Bauformen, die hier aber nicht näher beschrieben werden.

 

Das Laufrad (Radialrad)

Die vom Saugstutzen kommende Flüssigkeit wird, wie oben bereits erwähnt, in Achsrichtung dem Laufradmund zugeführt. Über die Laufradschaufeln wird die Flüssigkeit nach außen umgelenkt. Durch die Drallerhöhung wird dabei den Flüssigkeitsteilchen Energie zugeführt. Die Laufradschaufeln sind dabei so geformt (gekrümmt), das sie die Stömung im Auslegungspunkt der Pumpe möglichst stoßfrei weiterleiten. Jedoch wirken auf das Laufrad unter Umständen sehr hohe Radialkräfte, wenn der Betriebspunkt weit vom Konstruktionsoptimum abweicht. Das kann dazu führen, das ab einen gewissen Punkt, die Welle anfängt, sich zu verbiegen. Aber auch schon bevor eine Wellenverbiegung eintritt, erhöht sich der Verschleiß an den Lagern und der Gleitringdichtung. Diese Laufrad Bauart wird auch als Radialrad bezeichnet. Es gibt sie sowohl in geschlossener , als auch in offener Bauweise. Bei der geschlossenen Bauweise wird eine Deckscheibe auf die Laufradschaufeln gelegt und man erhält so mehrere Schaufelkanäle. Bei der offenen Bauweise fällt diese Deckscheibe weg und die Schaufelkanäle liegen frei.

Es gibt jedoch Situationen, wo man zum Beispiel größere Fördermengen aber geringe Förderhöhen benötigt. Dann verwendet man zum Beispiel ein Halbaxialrad.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die vordere Deckscheibe eines Radialrades zu entfernen. Mann erhält dann ein halboffenes oder offenes Laufrad. So ein offenes Laufrad verwendet man zum Beispiel beim fördern von verschmutzten Flüssigkeiten um zu verhindern, das die Schaufelkanäle verstopfen. Geringere Förderhöhen und eine Verschlechterung des Wirkungsgrades sind die Folge.
Eine Erweiterung zum offenen Laufrad ist das Freistromlaufrad. Hierbei können auch stark verschmutzte Flüssigkeiten gefördert werden, die größere Feststoffanteile mitführen. Man spricht bei dieser Bauform auch vom Kugeldurchgang. Das bedeutet das Feststoffe bis zu einem bestimmten Durchmesser mitgeführt werden können. Dabei kann es sich um einen Durchmesser von mehreren Zentimetern handeln.