Monat: Dezember 2020

Auslegungspunkt der Anlage (Soll-Betriebspunkt)

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Der Punkt setzt sich aus dem Volumenstrom Q und der Fördermenge H zusammen. Zur Berechnung des Auslegungspunktes wird zunächst der erforderliche Volumenstrom (Fördermenge der Pumpe) bestimmt. Dieser kann je nach Anwendung von verschiedenen Größen abhängen (z.B. Wärmebedarf bei Heizungssystemen, anfallende Abwassermenge usw.). Mit Hilfe des berechneten Volumenstroms werden dann die Reibungsverluste der Rohrleitung bestimmt, die dann zusammen mit der statischen Förderhöhe die Gesamtförderhöhe der Pumpe ergibt. Falls für die Anwendung eine Mindestfließgeschwindigkeit vorgeschrieben ist und diese für den berechneten Förderstrom nicht erreicht wird, wird der Bemessungsförderstrom angepasst, so dass die Mindestfließgeschwindigkeit erreicht wird. Die Pumpe läuft dann im Ausschaltbetrieb (diskontinuierlich). Der Auslegungspunkt der Anlage ist für die Pumpenauswahl der gewünschte Betriebspunkt (Soll-Betriebspunkt). Die Standardpumpen besteht zwischen dem gewünschten und dem wirklichen Betriebspunkt in der Regel eine Abweichung. Die zulässige Abweichung hängt vom Einsatzgebiet ab und wird teilweise durch geltende Normen geregelt. Bei drehzahlgeregelten Pumpen wird die Drehzahl der Pumpe so modifiziert, dass der Soll-Betriebspunkt exakt angefahren wird. Insbesondere bei Systemen, die in verschiedenen Lastzuständen betrieben werden (z.B. Heizungsanlage), ist dadurch ein effizienter Betrieb möglich. In Abhängigkeit von der Konstruktion der Pumpe stehen weitere Möglichkeiten zur Verfügung, um die Pumpenkennlinie an den Sollbetriebspunkt anzupassen. Neben der Drehzahländerung sind folgende Methoden weit verbreitet:
  • Laufradabdrehen
  • Schaufelwinkelverstellung bei Axialpumpen
  • Drosselung
  • Bypass

Wellenabdichtung

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Die beiden gebräuchlichsten Systeme sind: Die Stopfbuchse – als traditionelle Wellenabdichtung – ist bedingt durch den Wartungsaufwand in der Haustechnik nur noch selten und eigentlich nur noch bei den Grundplattenpumpen üblich. Bei Inline-Pumpen ist sie in Spezialausführungen anzutreffen. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen sind unterschiedliche Stopfbuchspackungen und -einstellungen erforderlich. Allgemein kann man bei durchschnittlichen Betriebsdrücken / Temperaturen und normalen Wasserqualitäten davon ausgehen, daß eine Tropfwassermenge von im Mittel 10 Tropfen je Minute ausreichende Schmierung für die Stopfbuchse schafft. Im Einzelfall sind die speziellen Herstellerangaben zu beachten. Die Standzeit von Stopfbuchspackungen sollte zwischen 1 und 2 Jahren betragen. Bei besonders gering belasteten Stopfbuchspackungen sind auch mehrjährige Standzeiten keine Seltenheiten. Andererseits können extreme Wasserverhältnisse (Verschmutzung, Beimischungen, Überhitzungen etc.) die Standzeit drastisch verringern. Um Schäden der Welle durch aggressive Fördermedien bzw. unsachgemäße Behandlung der Stopfbuchse zu vermeiden, sollten Ausführungen mit Wellenschutzhülsen bevorzugt werden. Die wartungsfreie Gleitringdichtung hat sich in der Haustechnik und vielen anderen Anwendungen als Standard für Pumpen mit Wellendichtung durchgesetzt. Es treten bei Funktion keinerlei Wasserverluste auf und es sind keine Wartungsarbeiten während der Standzeit der Gleitringdichtung erforderlich. Die Standzeit bei durchschnittlichen Betriebs- und Wasserverhältnissen beträgt zwischen 1 und 2 Jahre, max. 3 Jahre. Extreme Wasserverhältnisse (Verschmutzung, Beimischungen, Überhitzung etc.) können die Standzeit drastisch verringern. In solchen Einsatzfällen ist die Eignung bzw. Sonderausführung für die Betriebsverhältnisse mit dem Hersteller abzustimmen. Bewährt hat sich in der Gebäudetechnik allgemein die Ausführung, welche:
  • drehrichtungsunabhängig funktioniert
  • mittels Faltenbalg elastisch auf der Welle sitzt (bei Gleitringdichtungsverschleiß automatische Nachjustierung durch die eingebaute Feder)
  • über die Werkstoffpaarung hart/weich (Keramik bzw. Hartmetall zu Kohle) optimale Schmiereigenschaft bietet
  • montiert ist auf einer Wellenschutzhülse aus Bronze oder Edelstahl.
Achtung: Stopfbuchspackungen und Gleitringdichtungen sind Verschleißteile. Trockenlauf ist nicht zulässig und führt bei beiden Ausführungen zur Zerstörung der Dichtungen.

Ansaughöhe bei nicht selbstansaugenden Kreiselpumpen

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Das bedeutet, dass der lokale Luftdruck pb höher ist als die Summe aus positiver Netto-Saughöhe HH und Dampfdruck pv; der Eingangsdruck wird somit nicht mehr benötigt. Diese Wechselbeziehung basiert auf der drastischen Reduzierung des Dampfdrucks von Kaltwasser. In der Praxis bedeutet das: Pumpen, die mit einem negativen Mindesteingangsdruck Herf arbeiten, sind in der Lage, einen Saughub zu erzeugen (nicht selbstansaugend). Die Saugleistung ist ungefähr gleich dem Niveau des negativen minimalen Eingangsdrucks abzüglich 1m Sicherheitsfaktor. Da Pumpen, die in der Regel in Verbindung mit der Haustechnik eingesetzt werden, keine selbstansaugenden Eigenschaften aufweisen, müssen die folgenden Bedingungen für den Betrieb des Saughubs erfüllt sein:
  • Be- und Entlüftung der saugseitigen Verrohrung einschließlich der Pumpe vor der Inbetriebnahme.
  • Vermeidung von Lufteinschlüssen während des Pumpenbetriebs (Belüftung führt zum Ausfall der Saugfähigkeit).
  • Vermeidung der Entwässerung von saugseitigen Rohrleitungen am Pumpenstand durch Bereitstellung und Installation eines Fußventils. (Leckgefahr durch Schmutzpartikel)
Die Abhängigkeit von Rückschlagventilen in der Druckleitung ist nicht ausreichend, da die Luft über die Wellendichtung (Gleitringdichtung oder Stopfbuchsendichtung) am Pumpenstand mitgerissen werden kann. Die Saugfähigkeit von nicht selbstansaugenden Pumpen ist aufgrund ihrer Konstruktionsmerkmale im Allgemeinen auf den Bereich von max. 2 bis 4 m. Höhere Saughöhen (max. 8 bis 9 m) und selbstansaugender Betrieb erfordern den Einsatz von Spezialpumpen.

Verdrängerpumpe

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Man unterscheidet nach der Bewegungsart des Verdrängungskörpers oszillierende und rotierende Verdrängerpumpen. Zu den oszillierenden Verdrängerpumpen gehören
  • Kolbenpumpe
  • Membranpumpe
Zu den rotierenden Verdrängerpumpen werden folgende Konstruktionen gezählt:
  • Schraubenspindelpumpe
  • Exzenterschneckenpumpe
  • Drehkolbenpumpe
  • Zahnradpumpe
  • Schraubenpumpe
  • Schlauchpumpe
Im Gegensatz zur Kreiselpumpe findet die Verdrängerpumpe häufig bei sehr hoher Viskosität des Fördermediums oder bei Dosiervorgängen ihren Einsatz.

Trockenläuferpumpe

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Konstruktion Als einheitliches Baumerkmal weisen Trockenläuferpumpen die Trennung zwischen dem Fördermedium der Pumpe und dem Antriebsmotor auf. Die Verbindung zwischen dem Laufrad im Pumpengehäuse und dem Motor erfolgt über eine gemeinsame Welle oder getrennt mit einer Kupplung. Aufgrund dieser Bauform bleibt der rotierende Motorteil trocken (daher der Name Trockenläufer). Die Motorlagerung mittels Wälzlager erfordert eine Fremdschmierung. Als Standard-Antriebe werden IEC-Normmotoren verwendet, aber auch die Verwendung von Spezialausführungen bis hin zu ex-geschützten Motoren ist möglich. Bauarten/Funktion Bei Trockenläuferpumpen unterscheidet man 2 verschiedene Ausführungen:
  • Kreiselpumpe mit angeflanschtem Motor
  • Kreiselpumpe mit Motor und Kupplung auf Grundplatte.
Trockenläuferpumpen sind lauter als Naßläuferpumpen. Die Geräusche entstehen durch die Wälzlagerung (Kugellager bzw. Nadellager) und durch das Lüfterrad des oberflächengekühlten Elektromotors. Das Geräusch der Pumpe selber – Strömungsgeräusch, Lagerungsgeräusch – ist dagegen völlig zu vernachlässigen, falls nicht außergewöhnliche Betriebssituationen eintreten (Kavitation, etc.).

Spaltrohrmotorpumpe

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Somit entfällt die bei anderen Pumpenformen erforderliche Wellenabdichtung mittels Stopfbuchse oder Gleitringdichtung. Das Fördermedium dient sowohl zur Schmierung der Motorlagerung (Gleitlager), als auch zur Kühlung des Rotorinnenraumes. Zur Atmosphäre bzw. zur Motorwicklung hin wird dieser sogenannte Naßraum durch ein Spaltrohr abgedichtet. Dieses Spaltrohr hat durchschnittlich eine Wandstärke von nur 0,1 bis 0,3 mm und ist aus nicht magnetischem hochlegiertem Stahl hergestellt. Die statische Abdichtung des Spaltrohres erfolgt in der Regel mittels O-Ringdichtungen. Funktion / Merkmal Der Vorteil dieser Konstruktion ist eindeutig die absolute Wartungsfreiheit. Kein Aus- bzw. Nachrichten, kein Auswechseln von Dichtelementen, sondern einwandfreie Funktion während der gesamten Betriebszeit. Bemerkenswert ist die Laufruhe dieser Bauform. Abgesehen von den Dämpfungseigenschaften des Wassers, indem sich die rotierenden Teile bewegen, ist die Ursache dieser Laufruhe die Gleitlagerung des Rotors. Dadurch entfallen alle Abwälz- oder Rollgeräusche, die bei Wälzlagerungen z. B. mittels Kugellager auftreten können. Nicht nur die Laufruhe, auch die Lebensdauer und das Maß der Störanfälligkeit wird durch dieses Bauteil entscheidend mitgeprägt. Die Ausführung der Lagerung ist eines der wichtigsten Konstruktionsmerkmale der Naßläuferpumpen. Neben der konstruktiven Gestaltung der Lager ist die Werkstoffpaarung der Lagerung für die Betriebssicherheit der Pumpe von entscheidender Bedeutung. Es haben sich folgende Kombinationen in der Praxis durchgesetzt:
  • Keramikwelle/Keramiklager
  • Gehärtete Chromstahlwelle/Kohlelager.
Die Keramiklagerung, Welle und Lager aus dem gleichen Material, eine der traditionellen Lagertheorie widersprechende Paarung hat auf der Basis des extrem harten und spröden Werkstoffes Aluminium-OxidKeramik bei optimaler Lagerschmierung einen sehr geringen Lagerverschleiß. Fehlt jedoch die Voraussetzung einer einwandfreien Schmierung, z. B. Trockenlauf durch Luftansammlung oder Dampfbildung bei Überhitzung, so besteht schon nach kurzer Zeit die Gefahr einer Blockierung. Hinzu kommt die relativ große Bruchempfindlichkeit der Keramikwelle bei mechanischer Belastung, z.B. durch Transporterschütterungen oder bei Deblockierungsversuchen durch Verkantungen mittels Schraubenzieher. Die Zweistoff Lagerung – gehärtete Chromstahlwelle/Kohlelager – zeigt im Gegensatz hierzu die sehr gute Trockenlauf- bzw. Notlaufeigenschaft von metallimprägnierten Kohlelagern. Hinzu kommt die sprichwörtliche Bruchsicherheit der gehärteten Stahlwelle gegenüber Stößen und Erschütterungen. Betriebsverhalten Auf der Basis jahrzehntelanger Praxis mit Millionen von Pumpen hat sich im statistischen Mittel bei normalen Betriebsbedingungen und abhängig von der Pumpenbauform eine Lebensdauer von ca. 40.000 bis 70.000 Betriebsstunden herauskristallisiert. Das entspricht durchschnittlich einer Laufzeit von 8-12 Jahren bei normalem Heizbetrieb. Die optimale Funktionsfähigkeit dieser Konstruktion wird außerdem dadurch unterstrichen, dass nicht wenige Naßläuferpumpen mehr als 15 bis 20 Jahre (über 100.000 Betriebsstunden) störungs- und wartungsfrei laufen. Nassläuferpumpen in der Gebäudetechnik weisen durchweg als Besonderheit die Drehzahlregelung der Antriebsmotoren auf. Mittlerweile sind dabei manuell umschaltbare in vielen Ländern für Neuinstallationen nicht mehr zugelassen und wurden weitestgehend von automatischen Steuerungen ersetzt.

Selbstansaugende Kreiselpumpen

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Ohne zusätzlich externe Ansaugvorrichtungen wird die Pumpensaugleitung entlüftet. Kreiselpumpen ohne externe oder interne Ansaugvorrichtung können selbstsaugend seien, wenn die Pumpe vor dem eigentlichen Fördervorgang mit Wasser gefüllt ist. Bei diesen Pumpentypen verbleibt durch die Rückschlagklappe die Flüssigkeit nach dem Abschalten der Pumpe im Gehäuse. Die für die Selbstansaugung notwendige Konstruktion beeinträchtigt den Pumpenwirkungsgrad.

Seitenkanalpumpe

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Sie befördern das Fluid durch ein sternförmiges Rad in einen neben dem Laufrad angeordneten Kanal. Dabei werden Förderhöhen erreicht, die das 5- bis 15fache von Radialrädern betragen. Die Pumpen sind selbstansaugend. Sie finden besonders bei der Förderung von Flüssigkeits-Gas-Gemischen ihre Anwendung (Teilgasförderung) und bei besonderen Anforderungen an die Ansaugfähigkeit. Der Wirkungsgrad ist vergleichsweise niedrig. Daher geht der Leistungsbereich nur bis etwa 4 kW. Auf Grund der engen Spalten sind sie im Allgemeinen nicht für die Förderung von Fluiden mit abrasiven Bestandteilen geeignet.