Im engeren Sinne spricht man in Abgrenzung zu Gebläsen und Verdichtern für Gase und kompressiblen Medien, bei Pumpen für inkompressible Medien von Flüssigkeitspumpen. Das heißt also, dass bei zunehmendem Druck das Volumen des Fluides annähernd konstant bleibt. Praktisch zählt man hierzu auch Flüssigkeitsgemische mit geringem Feststoff- oder Gasanteil.Entsprechend der Richtung des Energieflusses zählen Pumpen zu den Arbeitsmaschinen.
nsync = Synchrondrehzahl
f = Netzfrequenz des Drehstromnetzes
p = Polpaarzahl des DrehstrommotorsZu beachten ist, dass man in oben genannter Beziehung die Drehzahl in s-1 erhält, wenn die Frequenz in Hz eingesetzt wird.
Polpaarzahl
1
2
3
4
5
6
Synchrondrehzahl (bei 50 Hz) n [U/min]
3000
1500
1000
750
600
500
Synchrondrehzahl (bei 60 Hz) n [U/min]
3600
1800
1200
900
720
600
Die Nenn-Volllastdrehzahl von Drehstrom-Asynchronmotoren liegt durch Schlupf um einige Prozent unter der Synchrongeschwindigkeit.
Dies ist dadurch gekennzeichnet, dass ein linearer Zusammenhang zwischen Deformations- und Spannungstensor nicht gegeben ist und/oder dass die Viskosität zeitabhängig ist.Nicht-NEWTONsches Fließverhalten kann z. B. bei folgenden Medien beobachtet werden:
Gasruß in Ölfirnis
Getreidekornsuspension in Wasser
Abwasserschlamm
Fäkalien
Zahnpasta
Mörtel
Seifenlösungen
Beispiele:
Bei zahlreichen Farben und Lacken lässt sich ein thixotropes Verhalten beobachten, d. h. die Viskosität ist zeitabhängig. Beim Rühren mit konstanter Winkelgeschwindigkeit lässt sich zunächst ein sehr großer Widerstand beobachten, während nach einiger Zeit die Viskosität deutlich abnimmt und gegen einen unteren Grenzwert strebt.Viele industrielle Schlämme z. B. Suspensionen von Kalk (Mörtel) und Kreide (Zahnpasta) zeigen viskoplastisches Verhalten. Unterhalb der Fließspannung (Fließgrenze) verhalten sie sich wie Festkörper und darüber hinaus wie Fluide.
Lösungen und Schmelzen vieler hochpolymerer Stoffe sowie Suspensionen mit länglichen Partikeln wie Kautschuke und Seifenlösungen verhalten sich strukturviskos. Die Viskosität dieser Fluide nimmt mit steigender Schergeschwindigkeit ab.Das umgekehrte Verhalten (dilatantes Verhalten) findet man z.B. bei einigen hochkonzentrierten Suspensionen. Hier steigt die Viskosität mit zunehmender Schergeschwindigkeit.Sowohl die Pumpenkennlinien als auch die klassischen Verfahren für die Rohrleitungsberechnung gehen von einer konstanten Viskosität aus und besitzen für Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten keine Gültigkeit. In Abhängigkeit vom Fließverhalten des Fördermediums können sie bestenfalls als Näherung verwendet werden. Für viele Nicht-Newtonsche Medien gibt es deshalb spezielle Berechnungs- oder Näherungsverfahren für die Auslegung.
v = Q / Av – Mittlere Strömungsgeschwindigkeit
Q – Volumenstrom
A – durchströmte FlächeFür einen Kreisquerschnitt ergibt sich mitA = p / 4 · D2v = 4 · Q / (p · D2)D – Durchmesser der durchströmten Kreisfläche (Rohrinnendurchmesser)Als Formelzeichen für die mittlere Strömungsgeschwindigkeit werden meist c oder v verwendet. Oftmals wird v für die örtliche Geschwindigkeit benutzt, während c als Symbol für die mittlere Geschwindigkeit eingesetzt wird. Die DIN 24260 sieht das Symbol v vor für die mittlere Geschwindigkeit vor.Die mittlere Strömungsgeschwindigkeit ist ein wichtiger Parameter bei der Auswahl des optimalen Rohrleitungsdurchmessers für eine neue Rohrleitung.
Der Leistungsbedarf oder die Leistungsaufnahme der Pumpe wird darum ebenfalls wie die hydraulische Förderleistung der Pumpe in einem Diagramm dargestellt.
Es zeigt sich die Abhängigkeit der Antriebsleistung der Pumpe vom Förderstrom.
Bei vielen Pumpentypen ist bei max. Förderstrom auch der max. Leistungsbedarf der Pumpe erreicht.
Für diesen Punkt wird der Antriebsmotor der Pumpe ausgelegt, wenn die Pumpe über den gesamten Kennlinienverlauf betrieben wird.Kleinere Pumpen (z.B. Heizungsumwälzpumpen) werden in der Regel mit Motoren bestückt, die den Betrieb über den gesamten Kennlinienverlauf zulassen. Dadurch wird die Typenzahl verringert, und infolge hiervon ist eine einfachere Lagerhaltung für Ersatzteile gewährleistet.Bei größeren Pumpen werden meist mehrere Motoroptionen angeboten, so dass entsprechend der Betriebsbedingungen der passende Antrieb gewählt werden kann. Liegt der errechnete Betriebspunkt für eine Pumpe z. B. im vorderen Bereich der Kennlinie, so kann der Antriebsmotor entsprechend dem zugehörigen Leistungsbedarf kleiner ausgewählt werden. In diesem Fall besteht jedoch die Gefahr einer Motorüberlastung, wenn der tatsächliche Betriebspunkt bei größerem Förderstrom liegt als errechnet (Rohrnetzkennlinie ist flacher).Da in der Praxis immer mit einer Verlagerung des Betriebspunktes zu rechnen ist, sollte der Antriebsmotor einer Trockenläuferpumpe ca. 5 — 20% größer ausgelegt werden als der Leistungsbedarf es erfordert.Für die Betriebskostenberechnung einer Pumpe muss grundsätzlich unterschieden werden zwischen dem mechanischem Leistungsbedarf der Pumpe P2 [kW] (Wellenleistung oder Kupplungsleistung) und der elektrischen Leistungsaufnahme des Antriebsmotors P1 [kW].Letztere Angabe ist Grundlage der Betriebskostenberechnung. Falls nur der Leistungsbedarf P2 angegeben ist, kann dieser durch Division durch den Motorwirkungsgrad in die Leistungsaufnahme P1 überführt werden.Die elektrische Leistungsaufnahme P1 [kW] wird angegeben, wenn Pumpe und Antriebsmotor eine in sich gekapselte Einheit bilden wie bei den sog. Nassläuferpumpen. Hier ist es sogar üblich, auf dem Typenschild der Pumpen beide Werte P1 und P2 anzugeben.Für Aggregate, wo Pumpe und Motor über Kupplung oder starre Wellenverbindung gekoppelt sind, also bei den Trockenläuferpumpen, wird die erforderliche Wellenleistung P2 [kW] angegeben. Das ist bei diesen Pumpenbauformen schon deshalb erforderlich, da die unterschiedlichsten Motorausführungen – angefangen beim IEC-Normmotor bis zum Spezialmotor – mit ihren verschiedenen Leistungsaufnahmen und Wirkungsgraden an die Pumpe angebaut werden.
Diese entstehen, wenn der statische Druck in der Flüssigkeit unter dem zur jeweiligen Temperatur gehörigen Dampfdruck sinkt. Steigt dann wieder der statische Druck über den Dampfdruck in Strömungsrichtung gesehen, kommt es zu einer schlagartigen Kondensation der Dampfblasen.Kavitation kann zu vorzeitigem Materialverschleiß sowie zu Geräuschemission führen. Daher soll Kavitation weitestgehend vermieden werden.
Allgemein erkennbar ist die starke Abhängigkeit von der Pumpendrehzahl. Bei unveränderter Bauform entspricht:Hohe Drehzahl -> Hohe Haltedruckhöhe
Niedrige Drehzahl -> Niedrige HaltedruckhöheUm etwaige Unsicherheiten bei der Auslegung des Betriebspunktes zu berücksichtigen, sind diese Werte bei der Auswahl der Pumpe mit einem Sicherheitszuschlag von 0,5 m zu erhöhen.Für die Haltedruckhöhe HH ist per Definition messtechnisch festgelegt, dass bei der Haltedruckhöhe HH eine Mindestkavitation zulässig ist, die:
Die Förderhöhe der Pumpe im Nennpunkt um 3 % reduziert
Keine die Funktion und Lebensdauer beeinträchtigende Werkstoffzerstörungen auftreten lässt.
Durch die zulässige Kavitation können immer noch Kavitationsgeräusche auftreten, die zum Teil als störend empfunden werden.Zur Beseitigung der Restkavitation ist es erforderlich, die errechnete Mindestzulaufhöhe mit einem Zuschlag von rd. + 1 bis + 5 m zu versehen. Dieser Zuschlag ist abhängig von der Drehzahl und vom Betriebspunkt der Pumpe.
nsync = Synchrondrehzahl
f = Netzfrequenz des Drehstromnetzes
p = Polpaarzahl des DrehstrommotorsZu beachten ist, dass man in oben genannter Beziehung die Drehzahl in s-1 erhält, wenn die Frequenz in Hz eingesetzt wird.
Von NEWTONschen Fluiden spricht man z.B. bei den Fließvorgängen von: