PUMPEN - oeppi
PUMPEN - oeppi
PUMPEN - oeppi
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MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
Folie 1
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
Folie 2
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
FUNKTIONSPRINZIP<br />
• Pumpen sind Arbeitsmaschinen, in denen zugeführte mechanische Energie in<br />
Druck- oder kinetische Energie umgewandelt wird.<br />
• Sie fördern Flüssigkeiten auf ein höher liegendes Niveau, wobei meist<br />
geodätische Höhenunterschiede und Druckverluste in Rohrleitungen zu<br />
überwinden sind<br />
• Sie werden allgemein in Kolbenpumpen (Verdrängerpumpen) und Kreiselpumpen<br />
(Strömungspumpen) eingeteilt<br />
Kolbenpumpen<br />
Kreiselpumpen<br />
Folie 3
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
FÖRDERMENGE<br />
FÖRDERHÖHE<br />
FÖRDERLEISTUNG<br />
Folie 4
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
FÖRDERMENGE<br />
Als Fördermenge (Förderstrom,<br />
Durchsatz) wird nur das nutzbare<br />
Fördervolumen je Zeiteinheit in<br />
bezeichnet.<br />
Nicht beinhaltet sind Leckverluste,<br />
Entlastungsmenge, Spaltverluste oder<br />
entnommene Kühlmengen<br />
Folie 5
MFDT<br />
FÖRDERHÖHE<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
h ist der in Meter Wasserstandshöhe<br />
umgerechnete Druckunterschied zwischen<br />
Saug- und Druckstutzen<br />
Zunächst muss in der Saugleitung durch<br />
die Pumpe Unterdruck erzeugt werden,<br />
damit die Flüssigkeit aus der Lage z 1 über<br />
die Saugleitung bis zur Pumpe gelangen<br />
kann.<br />
Dann wird Überdruck erzeugt, damit die<br />
Flüssigkeit über die Druckleitung auf die<br />
Lage z 2 transportiert werden kann.<br />
Folie 6
MFDT<br />
FÖRDERHÖHE<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
• NUTZFÖRDERHÖHE H GEO<br />
oder geodätische Höhe<br />
h s ….<br />
Saughöhe, wird vom<br />
Dampfdruck des Mediums<br />
begrenzt<br />
h d …. Druckhöhe, hängt von der<br />
Antriebsleistung und der<br />
Festigkeit der Bauteile ab.<br />
Folie 7
MFDT<br />
FÖRDERHÖHE<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
• NUTZFÖRDERHÖHE H GEO (geodätische Höhe)<br />
h s ….<br />
Saughöhe, wird vom Dampfdruck des<br />
Mediums begrenzt<br />
Beim Ansaugen ist ein Unterdruck erforderlich um:<br />
- die geodätische Höhe zu überwinden<br />
- die Flüssigkeit in der Saugleitung zu<br />
beschleunigen<br />
- die Verluste in den Ventilen und in der<br />
Saugleitung zu überwinden<br />
h d ….<br />
Druckhöhe, hängt von der Antriebsleistung<br />
und der Festigkeit der Bauteile ab.<br />
Folie 8
MFDT<br />
FÖRDERHÖHE<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
• DAMPFDRUCK<br />
• ist der Druck, bei dem das Medium zum Verdampfen<br />
beginnt<br />
• Der zum Ansaugen erforderliche Druck darf an<br />
keiner Stelle der Saugleitung bzw. der Pumpe den<br />
Dampfdruck des Mediums unterschreiten, da sonst<br />
Kavitation entsteht und in weiterer Folge die<br />
Strömung abreißt.<br />
• THEORETISCHE SAUGHÖHE<br />
• bei Wasser entsprechen 10m Saughöhe einem<br />
Druck von 1 bar<br />
• durch die oben erwähnten Verluste wird aber nur<br />
eine max. Saughöhe von 7 m erreicht.<br />
Folie 9
MFDT<br />
FÖRDERHÖHE<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
• ERFORDERLICHE FÖRDERHÖHE<br />
h<br />
erf<br />
<br />
h<br />
geo<br />
<br />
p<br />
2<br />
<br />
p<br />
g<br />
1<br />
<br />
c<br />
2<br />
2<br />
c<br />
2g<br />
2<br />
1<br />
h<br />
v<br />
H geo ….. Nutzförderhöhe [m]<br />
p 1 ………. Eingangsdruck [Pa]<br />
p 2 ………. Ausgangsdruck [Pa]<br />
c 1 ……….. Eingangsgeschwindigkeit [m/s]<br />
c 2 ………… Ausgangsgeschwindigkeit [m/s]<br />
Ρ…………… Dichte [kg/m3]<br />
Folie 10
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
<strong>PUMPEN</strong>LEISTUNG<br />
• THEORETISCHE <strong>PUMPEN</strong>LEISTUNG<br />
P<br />
<br />
W<br />
t<br />
<br />
F s<br />
t<br />
<br />
m<br />
g s<br />
t<br />
<br />
V<br />
t<br />
g s<br />
V<br />
<br />
<br />
g <br />
h erf<br />
<br />
V<br />
<br />
…… Volumenstrom [m 3 /s]<br />
…… Dichte [kg/m 3 ]<br />
h erf<br />
…… erforderliche Förderhöhe [m]<br />
Folie 11
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
<strong>PUMPEN</strong>LEISTUNG<br />
• EFFEKTIVE <strong>PUMPEN</strong>LEISTUNG<br />
Kreiselpumpe<br />
Kolbenpumpe<br />
P<br />
e<br />
Pth<br />
<br />
<br />
<br />
v<br />
h<br />
m<br />
v<br />
h<br />
0,90 – 0,98 0,95 – 0,98<br />
0,80 – 0,90 0,88 – 0,95<br />
m<br />
0,96 – 0,99 0,85 – 0,98<br />
h<br />
v<br />
m<br />
hydraulischer (innerer) Wirkungsgrad<br />
berücksichtigt die inneren Strömungsverluste der Pumpe (Querschnitts- und<br />
Richtungsänderungen, Reibung der Strömung im Lauf- und Leitrad)<br />
volumetrischer Wirkungsgrad<br />
ist der Unterschied zwischen realem und theoretischem Fördervolumen<br />
(Spaltverluste, Undichtheit, Fördermengenverluste)<br />
mechanischer Wirkungsgrad<br />
(mechanische Reibungsverluste, Lagerreibung usw.)<br />
Folie 12
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
KOLBEN<strong>PUMPEN</strong><br />
Folie 13
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
fördern Flüssigkeiten nach dem Verdränger- Prinzip. Je nach Bewegung des Kolbens<br />
unterscheiden wir:<br />
• Hubkolbenpumpe z.B.: Reihenpumpe,<br />
• Umlaufkolbenpumpe z.B.: Axialpumpe, Radialpumpe<br />
Folie 14
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
HUBKOLBEN<strong>PUMPEN</strong><br />
Folie 15
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
HYDRAULISCHE GRUNDLAGEN<br />
FÖRDERVOLUMEN<br />
LIEFERGRAD<br />
WINDKESSEL<br />
Folie 16
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
HYDRAULISCHE GRUNDLAGEN<br />
Fördervolumen<br />
V<br />
th<br />
Liefergrad<br />
Ac<br />
<br />
d<br />
2<br />
K<br />
<br />
H<br />
n<br />
z<br />
4<br />
d k ……… Kolbendurchmesser<br />
H……… Kolbenhub<br />
n……… Drehzahl<br />
z……… Anzahl der Kolben<br />
dieser Fördervolumen wird aus folgenden Gründen nicht erreicht<br />
• totale Dichtheit der Ventile und Kolbenabdichtungen nicht möglich<br />
• verzögertes öffnen der Ventile<br />
• totale Inkompressibilität des Fördermediums nicht möglich<br />
• Gase lösen sich in der Flüssigkeit<br />
.<br />
V<br />
<br />
.<br />
V th<br />
*<br />
<br />
V<br />
Folie 17
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
HYDRAULISCHE GRUNDLAGEN<br />
Pumpenauslegung<br />
.<br />
V<br />
Geg.: =500l/min, n=1500 1 / min, z=8, = 0,85, p=10bar,<br />
d k<br />
H<br />
1<br />
v<br />
Ges:<br />
• Pumpenleistung P,<br />
• Kolbenhub H<br />
• Kolbendurchmesser d k<br />
dk<br />
Folie 18
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
HYDRAULISCHE GRUNDLAGEN<br />
Windkessel<br />
• Der Förder- und Saugvorgang bei einer<br />
Hubkolbenpumpe führt zu einer nicht<br />
kontinuierlichen Strömung in der Druck- bzw.<br />
Saugleitung<br />
• Damit sind Beschleunigungsverluste<br />
verbunden, die zu einer höheren<br />
Leistungsaufnahme bzw. niedrigeren<br />
Saughöhe führen<br />
• Um eine gleichmäßige Strömung in der<br />
Leitung zu erreichen, werden unmittelbar an<br />
die Pumpe Druck- bzw. Saugwindkessel<br />
angeschlossen.<br />
Folie 19
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
HYDRAULISCHE GRUNDLAGEN<br />
Windkessel<br />
• Diese sind zum Teil mit Luft gefüllt, welche<br />
die sinusartige Strömung der<br />
Wassermassen nahezu ausgleicht und damit<br />
eine nahezu konstante Geschwindigkeit in<br />
der Leitung bewirkt<br />
• Die Luft im Druckkessel wird langsam<br />
verbraucht (Lösung in der Flüssigkeit) und<br />
muss daher von Zeit zu Zeit aufgefüllt<br />
werden (mit Vakuummeter ausgestattet)<br />
• Im Saugwindkessel wird der Luftpolster<br />
immer größer, sodass hier Entlüftet werden<br />
muss. (mit Manometer ausgestattet)<br />
Folie 20
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
HYDRAULISCHE GRUNDLAGEN<br />
Windkessel<br />
Die erforderliche Größe des Saugwindkessels ist<br />
von der Differenz zwischen maximalem und<br />
minimalem Fördervolumen im Saugwindkessel<br />
abhängig und beträgt bei<br />
- einfach wirkenden Pumpen V ~ 0,5 V H<br />
- doppelt wirkenden Pumpen V ~ 0,2 V H<br />
- Pumpen mit 3 Zylindern V ~ 0,01 V H<br />
(>> kein Saugwindkessel erforderlich)<br />
auf der Druckseite wird meist auf einen<br />
Zwischenbehälter gefördert, um den Förderstrom an<br />
den kontinuierlichen Verbrauch anzupassen, bzw.<br />
bei stark schwankendem Verbrauch die Regelung<br />
der Pumpe zu vereinfachen.<br />
Folie 21
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
HYDRAULISCHE GRUNDLAGEN<br />
Windkessel<br />
• durch den Windkessel wird die Saughöhe erhöht<br />
• da der Windkessel mit dem kompressiblen<br />
Luftvolumen und der inkompressiblen<br />
Flüssigkeitssäule ein Feder- Masse- System<br />
darstellt, ist auf die Gefahr von Schwingungen<br />
(Resonanz) zu achten<br />
• Windkessel wirken als elastisches Glied zwischen<br />
Pumpe und Rohrleitung<br />
• Die Schwingungen in der Pumpe sollen sich nicht<br />
in die Saug- und Druckleitung fortpflanzen<br />
Folie 22
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
HYDRAULISCHE GRUNDLAGEN<br />
Windkessel<br />
• Der Kolben mit der Fläche A k saugt beim Saughub die Flüssigkeitsmenge s*A k an.<br />
Durch das Saugrohr strömt die Menge V mit gleichbleibender Geschwindigkeit c s in<br />
den Saugwindkessel<br />
• Von B bis C saugt der Kolben mehr Flüssigkeit an, als dem Kessel zufließen kann<br />
Entnahme aus dem Kessel<br />
• Von C bis D fließt mehr Flüssigkeit in den Kessel, als durch den Kolben angesaugt<br />
werden kann.<br />
Folie 23
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
HYDRAULISCHE GRUNDLAGEN<br />
Windkessel<br />
• Von C bis D fließt mehr Flüssigkeit in den Kessel, als durch den Kolben angesaugt<br />
werden kann.<br />
• Von D bis E strömt Flüssigkeit in den Kessel, ohne dass eine Entnahme durch die<br />
Pumpe erfolgt Aufspeicherung des Kessels<br />
• Bei B hat der Saugwindkessel den höchsten, bei C den niedrigsten Wasserstand.<br />
• Die jeweils aufzuspeichernde bzw. zu entnehmende Flüssigkeitsmenge V ist durch<br />
die schraffierten Flächen dargestellt.<br />
Folie 24
MFDT<br />
BAUARTEN<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
EINFACH WIRKENDE KOLBENPUMPE<br />
DOPPEL WIRKENDE KOLBENPUMPE<br />
STUFENKOLBENPUMPE<br />
MEMBRANPUMPE<br />
DRUCKÜBERSETZER<br />
Folie 25
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
EINFACH WIRKENDE KOLBENPUMPE<br />
• Bewegt sich der Kolben nach rechts (Saughub) entsteht im Pumpenraum<br />
Unterdruck.<br />
• Durch den höheren Druck in der Saugleitung drückt die Flüssigkeit gegen das<br />
Saugventil und strömt in den Pumpenraum.<br />
• Das Druckventil bleibt durch den Überdruck in der Druckleitung geschlossen.<br />
• Bewegt sich der Kolben nach links (Druckhub), dann schließt das Saugventil durch<br />
den jetzt im Pumpenraum herrschenden Überdruck und der Kolben drängt die<br />
Flüssigkeit über das sich öffnende Druckventil, in die Druckleitung<br />
Folie 26
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
EINFACH WIRKENDE KOLBENPUMPE<br />
Fördervolumen<br />
<br />
V AK s n<br />
z<br />
A K<br />
… Kolbenquerschnittsfläche<br />
s …. Kolbenhub<br />
n ….. Drehzahl der Kurbel<br />
z ….. Anzahl der Tauchkolben<br />
Förderstrom<br />
beim Saughub = 0,<br />
beim Druckhub<br />
Vorteil:<br />
Nachteil:<br />
Einfach, billig<br />
Ungleichförmige Lieferung, große träge Masse<br />
Folie 27
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
DOPPEL WIRKENDE KOLBENPUMPE<br />
Bewegt sich der Kolben nach rechts, wird rechts gefördert und links angesaugt.<br />
Bei Linksbewegung wird links gefördert und rechts angesaugt.<br />
A K …. Kolbenquerschnittsfläche<br />
a ....... Querschnittsfläche Kolbenstange<br />
bei Rechtsbewegung<br />
bei Linksbewegung<br />
<br />
<br />
V AK as<br />
.<br />
<br />
V<br />
<br />
A<br />
K <br />
s<br />
Summe: V s 2<br />
AK an<br />
<br />
Folie 28
MFDT<br />
STUFENKOLBENPUMPE<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
• wirkt saugseitig wie eine einfachwirkende Pumpe und hat wie diese nur ein Paar<br />
Ventile.<br />
• Druckseitig fördert sie jedoch beim Hin- und Rückgang wie eine doppeltwirkende<br />
Pumpe<br />
Rechtsbewegung des Kolbens<br />
• Volumen, das in den Pumpenraum<br />
angesaugt<br />
V<br />
p<br />
<br />
<br />
A<br />
a<br />
s<br />
• Volumen, das in die Druckleitung gedrückt<br />
K<br />
V<br />
s<br />
<br />
A<br />
K<br />
s<br />
Folie 29
MFDT<br />
STUFENKOLBENPUMPE<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
Linksbewegung des Kolbens<br />
• Volumen, das aus dem Pumpenraum gedrückt<br />
wird. (V S<br />
= 0)<br />
V<br />
<br />
A<br />
K<br />
<br />
• Volumen, welches in die Druckleitung<br />
gedrückt wird<br />
V<br />
p<br />
<br />
A<br />
K<br />
s<br />
s<br />
<br />
<br />
A<br />
K<br />
as<br />
Ausführung<br />
• a / 2 die Pumpe fördert beim Hin- und Rückgang die gleiche Menge >><br />
A K<br />
• Förderstrom<br />
.<br />
V AK * s*<br />
n<br />
Folie 30
MFDT<br />
MEMBRANPUMPE<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
• Arbeitet ähnlich wie die Kolbenpumpe,<br />
jedoch anstelle des Kolbens ist eine<br />
biegsame Platte (Membran)<br />
• Die geförderte Flüssigkeit ist durch die<br />
Membran hermetisch abgeschlossen<br />
Vorteil :<br />
•Die bewegten gleitenden Teile kommen nicht mit dem Fördermedium in Berührung<br />
•Für Medien die auf keinen Fall nach außen dringen dürfen<br />
Folie 31
MFDT<br />
DRUCKÜBERSETZER<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
Anwendung des Verdränger- Prinzips bei hydraulischen Hebevorrichtungen<br />
Folie 32
MFDT<br />
-<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
Druckübersetzer<br />
Ein Triebkolben wird mit der Kraft F 1 = 2000 N belastet und bewegt sich um den<br />
Kolbenweg s 1 = 500 mm nach unten, d 1 = 100mm, d 2 = 280mm<br />
Welche Last kann wie hoch angehoben werden?<br />
Folie 33
MFDT<br />
-<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
UMLAUFKOLBEN<strong>PUMPEN</strong><br />
Folie 34
MFDT<br />
-<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
ZAHNRADPUMPE<br />
ZAHNRINGPUMPE<br />
FLÜSSIGKEITSRINGPUMPE<br />
SCHRAUBENSPINDELPUMPE<br />
FLÜGELZELLENPUMPE<br />
TAUMELSCHEIBENPUMPE<br />
SCHWENKTROMMELPUMPE<br />
SCHWENKSCHEIBENPUMPE<br />
Folie 35
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
ZAHNRADPUMPE<br />
Außenverzahnte Zahnradpumpe<br />
• sie bestehen im wesentlichen aus einem<br />
Zahnradpaar mit gleicher Zähnezahl.<br />
• Im Saugraum der Pumpe werden die Zahnlücken<br />
mit der Förderflüssigkeit gefüllt.<br />
• Entlang der Gehäusewand wird die Flüssigkeit auf<br />
die Druckseite gefördert, wo durch das Ineinandergreifen<br />
der Zähne die eigentliche Drucksteigerung<br />
erfolgt.<br />
• Betriebsdrücke bis zu 180 bar<br />
Folie 36
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
ZAHNRADPUMPE<br />
Innenverzahnte Zahnradpumpe<br />
• gewinnt wegen ihrer Laufruhe als umweltfreundliche<br />
Pumpe immer mehr an<br />
Bedeutung<br />
• ein Ritzel treibt ein an den Zahnlücken<br />
durchbohrtes Hohlrad an<br />
• das Hohlrad wird durch ein Füllstück und<br />
eine Lagerschale (mit hydrostatischem<br />
Druckausgleich) gehalten<br />
• die Druckflüssigkeit strömt über den<br />
Ansaugstutzen und das Hohlrad in den<br />
Pumpenraum<br />
• durch die Zahnlücken zwischen Füllstück<br />
und Ritzel, und Füllstück und Hohlrad,<br />
gelangt die Flüssigkeit in die Druckleitung<br />
Folie 37
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
ZAHNRINGPUMPE<br />
• Das angetriebene Zahnrad (Innenrotor) nimmt den innenverzahnten Ring<br />
(Außenrotor) mit<br />
• Die Zähne sind so ausgebildet, dass die Zahnflanken des Rades die Zahnflanken<br />
des Ringes in jeder Stellung berühren und so abgeschlossene Förderräume bilden<br />
• Die Förderräume ändern während der Drehbewegung ihr Volumen. Dadurch entsteht<br />
die Saug- und Druckwirkung der Pumpe<br />
Anwendung<br />
• Höhere Drehzahlen als bei der Zahnradpumpe<br />
• Drücke bis 160 bar<br />
• Geringes Laufgeräusch<br />
• Zapfsäulen von Tankstellen und Ölfeuerungen<br />
Folie 38
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
FLÜSSIGKEITSRINGPUMPE<br />
• Das angetriebene Kreiselrad liegt exzentrisch im Gehäuse<br />
• In dem teilweise mit Flüssigkeit gefülltem Gehäuse bildet sich durch die<br />
Schleuderwirkung des Kreiselrades ein Flüssigkeitsring, der sich der Gehäusewand<br />
anschmiegt<br />
• In dem flüssigkeitsfreiem, sichelförmigen<br />
Raum liegt auf der einen Seite der Saugschlitz<br />
auf der anderen der Druckschlitz<br />
• Beide münden nach hinten in die Saugbzw.<br />
Druckleitung<br />
Anwendung<br />
• Wasserpumpe<br />
• Verdichter<br />
• Vakuumpumpe<br />
Folie 39
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
SCHRAUBENSPINDELPUMPE<br />
• Das Grundprinzip ist die Förderschnecke mit ihrer axialen Förderrichtung<br />
• Es werden von zwei oder mehr ineinandergreifende Schraubenspindeln, die gegeneinander<br />
und gegen das Gehäuse abdichten, Kammern gebildet, die das Fördergut<br />
aufnehmen und in axialer Richtung bewegen.<br />
• Das Volumen aller Kammern ist in<br />
jeder Spindelstellung konstant,<br />
sodass das eingeschlossene<br />
Flüssigkeitsvolumen nie gequetscht<br />
wird sehr gleichmäßiger<br />
Förderstrom (ohne Pulsation)<br />
• Aufgrund der kleinen Durchmesser<br />
der Schrauben entstehen kaum<br />
Unwuchten und somit ist ein ruhiger<br />
lauf bei Drehzahlen bis 30 000 min -1<br />
möglich.<br />
• Die Schraubenspindelpumpen sind<br />
selbstansaugend.<br />
Folie 40
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
FLUGELZELLENPUMPE<br />
• Das Kernstück ist ein zylindrischer Rotor mit radial angeordneten Schlitzen<br />
• Der Rotor dreht sich in einer ovalen, feststehenden Hubscheibe<br />
• Die in den Rotorschlitzen befindlichen Flügeln werden durch die Fliehkraft gegen die<br />
Hubscheibenwand gedrückt<br />
• Der Arbeitsraum ist abgedichtet durch seitlich angeordnete Scheiben, in denen<br />
Steuerschlitze angeordnet sind, durch die das Öl angesaugt und ausgepresst wird<br />
• Die beiden Druck- und Ansaugräume liegen einander diametral gegenüber, so dass<br />
sich die Radialkräfte aufheben<br />
• Kleine Abmessungen bei relativ großen<br />
Fördermengen (bis zu 60 l/min) und<br />
zulässigen Spitzendrücken von bis zu 150<br />
bar<br />
• gleichmäßiger pulsarmer Förderstrom<br />
• Unempfindlich gegen Schmutz und<br />
Fremdkörper<br />
Folie 41
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
TAUMELSCHEIBENPUMPE<br />
• die Kolben sind im feststehenden Pumpengehäuse gelagert und erhalten durch eine<br />
Taumelscheibe den Arbeitshub und durch die Feder den Rückhub<br />
• Die Druckflüssigkeit wird beim Rückwärtshub der Kolben angesaugt<br />
• Beim Vorwärtshub schließt der Kolben mit seiner Oberkante seinen Füllraum und<br />
drückt die Flüssigkeit über das Druckventil in den gemeinsamen Ringkanal und damit<br />
in die Druckleitung<br />
Folie 42
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
SCHWENKTROMMELPUMPE<br />
• Die Kolben werden samt der Schwenktrommel von der Triebscheibe über die<br />
Kolbenstange mitgenommen und erzeugen auf diese Weise die Pumpbewegung<br />
• Die Fördermenge hängt von der Größe des Kolbenhubes und damit vom<br />
Schwenkwinkel der Trommel ab<br />
Folie 43
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
SCHWENKSCHEIBENPUMPE<br />
• Je nach Schrägstellung der Schrägscheibe kann ein veränderlicher Volumenstrom<br />
gefördert werden<br />
• Der Kolben rotiert mit dem Trommelkörper und die Schrägscheibe steht fest<br />
Folie 44
MFDT<br />
-<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
STRÖMUNGS-<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
Folie 45
MFDT<br />
-<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
ALLGEMEINES<br />
EINTEILUNG<br />
AUFBAU<br />
KAVITATION<br />
SELBSTANSAUGUNG<br />
Folie 46
MFDT<br />
ALLGEMEINES<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
• Sind hydraulische Strömungsmaschinen<br />
• Der Drucksteigerung erfolgt durch das<br />
umlaufende Laufrad und die dadurch auf die<br />
Flüssigkeit ausgeübte Fliehkraftwirkung<br />
• Die mechanische Energie vom Laufrad wird<br />
in kinetische Energie der Flüssigkeit<br />
umgewandelt<br />
• Im nachfolgenden Leitapparat wird diese<br />
Geschwindigkeitsenergie durch<br />
Verlangsamen der Strömungsgeschwindigkeit<br />
in Druckenergie umgesetzt.<br />
http://www.youtube.com/watch?v=wMyty9y-pHQ&feature=related<br />
Folie 47
MFDT<br />
EINTEILUNG<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
nach Förderhöhe<br />
• Niederdruckpumpen<br />
(bis etwa 30m Förderhöhe)<br />
• Mitteldruckpumpen<br />
(30m bis etwa 60m Förderhöhe)<br />
• Hochdruckpumpen<br />
(über 60m Förderhöhe)<br />
Folie 48
MFDT<br />
EINTEILUNG<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
nach Laufradform<br />
• Radialpumpen (hohe Förderhöhe)<br />
• Diagonal- (oder Halbaxial-) pumpen<br />
• Axialpumpen (geringe Verstopfungsgefahr)<br />
Radiallaufräder<br />
Diagonallaufrad<br />
Axiallaufrad<br />
Folie 49
MFDT<br />
AUFBAU<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
• Die Flüssigkeit strömt dem Rotor<br />
(Laufrad) axial zu und wird vom Laufrad<br />
radial umgelenkt.<br />
• Die von den Laufschaufeln auf die<br />
Flüssigkeit übertragene mechanische<br />
Arbeit wird bei der Rotation des Rades<br />
zum Teil in Verschiebungs- (Druck-) und<br />
zum Teil in Geschwindigkeitsenergie<br />
umgewandelt<br />
• Da nur eine Druck- und keine<br />
Geschwindigkeits-steigerung erreicht<br />
werden soll, wird der Kanal erweitet<br />
(Spiralgehäuse) oder mehrere sich<br />
erweiternde Kanäle in einen Ring geleitet.<br />
Folie 50
MFDT<br />
AUFBAU<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
Mehrstufige Kreiselpumpe<br />
Wird die gewünschte Förderhöhe mit<br />
einem Laufrad nicht erreicht, so werden<br />
auf einer Welle mehrere Räder in Serienschaltung<br />
angeordnet<br />
Mehrflutige Kreiselpumpe<br />
Wird die gewünschte Fördermenge mit<br />
einem Laufrad nicht erreicht, so erfolgt eine<br />
Parallelschaltung<br />
Für größere Förderströme werden Radialund<br />
Diagonallaufräder auch zweiflutig<br />
ausgeführt<br />
Folie 51
MFDT<br />
KAVITATION<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
• Wird an irgendeiner Stelle in der Pumpe der<br />
Dampfdruck (z.B.: durch erhöhte<br />
Geschwindigkeit) unterschritten, so bilden sich<br />
Dampfblasen Vergrößern des Volumens<br />
• Diese kleinen Dampfblasen kondensieren<br />
wieder schlagartig (implodieren) an Orten mit<br />
höherem Druck und erzeugen dabei sehr große<br />
Druckstöße (einige hundert MPa).<br />
• Diese Implosionen treten nicht an der Stelle der<br />
Entstehung der Dampfblase (Saugleitung) auf,<br />
sondern weiter innen im Laufrad an Stellen mit<br />
höherem Druck.<br />
• Diese Erscheinung wird als Kavitation (lat.<br />
Hohlraumbildung) bezeichnet.<br />
Folie 52
MFDT<br />
KAVITATION<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
• Verminderung des Fördervolumens, da die<br />
Dampfblasen den Querschnitt verengen.<br />
• Dadurch sinken die Nutzleistung und der<br />
Wirkungsgrad<br />
• Durch die knallartigen Implosionen der<br />
Dampfblasen wird der Werkstoff rasch<br />
zerstört<br />
• Die Oberfläche wird zerstört und eine<br />
schützende Oxidschicht kann nicht mehr<br />
gebildet werden >> Korrosion bei<br />
bestimmten Medien.<br />
• Anfällig sind Gusseisen und Kunststoffe,<br />
widerstandsfähig sind CrNi- Stähle<br />
Besonders gefährdet sind also Maschinen,<br />
die mit hohen Strömungsgeschwindigkeit<br />
arbeiten<br />
Folie 53
MFDT<br />
SELBSTSAUGUNG<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
Die meisten Pumpen können aus einer gewissen Tiefe eine Flüssigkeit ansaugen.<br />
Normalsaugende Pumpen<br />
• beim plötzlichen Luftanfall, oder auch beim Ausscheiden von Gasen aus der<br />
Flüssigkeit (Wasser) selbst, die Förderung ein.<br />
• Die Saugleitung muss mit Flüssigkeit gefüllt sein.<br />
Selbstansaugende Pumpen<br />
• können auch beim Mitsaugen von<br />
Gasen die erforderliche Saughöhe<br />
erreichen.<br />
• Die Fähigkeit, Luft oder Gase<br />
mitzufördern und abzupumpen, nennt<br />
man Selbstsaugfähigkeit<br />
Folie 54
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
EINSTUFIGE RADIALPUMPE<br />
• Als Beispiel wurde eine einstufige (nur ein<br />
Laufrad) Spiralgehäusepumpe mit<br />
Radiallauf gewählt.<br />
• Aus dem Laufrad strömt die Flüssigkeit<br />
radial, also senkrecht zur Welle aus.<br />
• Das Gehäuse der Pumpe bildet im<br />
wesentlichen einen ringförmigen Kanal<br />
um das Laufrad, der sich gegen den<br />
Druckstutzen zu erweitet. Die<br />
Außenkontur dieses ringförmigen Kanals<br />
entspricht also einer Spirale<br />
(Spiralgehäusepumpe).<br />
• Zur Übertragung der Drehbewegung des<br />
Laufrades auf die Flüssigkeit sind<br />
mehrere Laufradschaufeln angeordnet<br />
Folie 55
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
EINSTUFIGE RADIALPUMPE<br />
EINSTUFIGE RADIALPUMPE<br />
MEHRSTUFIGE RADIALPUMPE<br />
HALBAXIALE KREISELPUMPE<br />
KANALRAD KREISELPUMPE<br />
FREISTROMPUMPE<br />
AXIALPUMPE<br />
STRAHLPUMPE<br />
Folie 56
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
EINSTUFIGE RADIALPUMPE<br />
• Die einströmende Flüssigkeit wird von dem sich rasch drehenden Laufrad in Rotation<br />
versetzt und nach außen geschleudert<br />
• Im Gehäuse der Pumpe wird die Geschwindigkeit in Druck umgewandelt<br />
• Durch das hinausschleudern der Flüssigkeit aus dem Laufrad entsteht am<br />
Laufradeintritt ein Unterdruck, der neue Flüssigkeit nachsaugt. Voraussetzung dafür<br />
ist, dass die Saugleitung mit Flüssigkeit gefüllt ist (keine Gase).<br />
• Das Laufrad befindet sich dabei in gleichmäßiger Drehbewegung, die Flüssigkeit<br />
strömt gleichmäßig aus der Saugleitung nach. Es erfolgt eine kontinuierliche<br />
Förderung.<br />
Folie 57
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
MEHRSTUFIGE RADIALPUMPE<br />
• Die Förderhöhe ist von der<br />
Drehzahl und vom<br />
Laufraddurchmesser abhängig<br />
• Es werden nur in Sonderfällen<br />
größere Drehzahlen als 2900<br />
min-1verwendet, da dafür ein<br />
teures Getriebe nötig wird<br />
• Um die erforderliche<br />
Förderhöhe zu erreichen<br />
werden mehrere Pumpen<br />
hintereinander geschaltet<br />
• Die erste Pumpe fördert in den Saugstutzen der zweiten usw. Alle Laufräder liegen dabei auf<br />
der selben Welle, es gibt nur einen Saug- und einen Druckstutzen<br />
• Besitzt eine mehrstufige Kreiselpumpe z.B.: 5 Laufräder so ist dies eine 5- stufige<br />
Kreiselpumpe<br />
• Förderhöhe und Leistungsbedarf (der einzelnen Stufen / Pumpen) addieren sich jeweils<br />
• Die Laufräder sind in der Regel Radialläufer<br />
Folie 58
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
MEHRSTUFIGE RADIALPUMPE<br />
Besondere Eigenschaften<br />
• Normalsaugend, d.h. luft - und gasempfindlich<br />
• Relativ kleiner Laufradquerschnitt, d.h. für stark verunreinigte Flüssigkeiten nicht<br />
geeignet.<br />
• Relativ kleiner Förderstrom Mittlere bis große Förderhöhe Anpassung der<br />
Förderhöhe durch ändern der Stufenzahl oder der Drehzahl.<br />
Folie 59
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
HALBAXIALE KREISELPUMPE<br />
• Oder Diagonal- Kreiselpumpe oder Schraubenpumpe genannt, weil die Laufradschaufeln<br />
wie die Länge einer konischen Schraube verlaufen.<br />
• Die Flüssigkeit strömt halbaxial aus dem Laufrad<br />
Besondere Eigenschaften<br />
• Normalsaugend, d.h. luft- und gasempfindlich<br />
• Relativ großer Laufradquerschnitt, d.h. für verunreinigte Flüssigkeiten geeignet.<br />
• Relativ großer Förderstrom<br />
• kleine Laufraddurchmesser und damit kleine Förderhöhe<br />
Folie 60
MFDT<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
KANALRAD KREISELPUMPE<br />
wird je nach Anzahl der Laufrad- Kanäle unterschieden in:<br />
• Einkanal- Pumpe<br />
• Zweikanal- Pumpe<br />
• Dreikanal- Pumpe<br />
• Mehrkanal- Pumpe<br />
Besondere Eigenschaften<br />
• Großer bis sehr großer Laufradquerschnitt, um<br />
stark verunreinigte Flüssigkeiten fördern zu können<br />
• Je kleiner die Anzahl der Kanäle umso größer der<br />
Durchgangsquerschnitt Einkanalrad- Pumpe ist<br />
für verunreinigte Flüssigkeiten am besten geeignet<br />
• Kugeldurchgang ist der Kanalquerschnitt den eine<br />
Kugel des genannten Durchmessers passieren<br />
könnte<br />
• Das Gehäuse ist rotationssymmetrisch ausgeführt<br />
(nicht als Spirale)<br />
Folie 61
MFDT<br />
FREISTROMPUMPE<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
• Oder Wirbelradpumpe / Wirbelpumpe<br />
hat ihren Namen aufgrund der Form<br />
des Laufrades im Pumpengehäuse<br />
• Das Laufrad lässt den größten Teil<br />
des Innenraumes frei<br />
• Praktisch verstopfungsfrei dafür aber<br />
• Schlechter Wirkungsgrad wegen dem<br />
hohen Leistungsbedarf<br />
Besondere Eigenschaften<br />
• kleine Förderströme dafür aber<br />
verstopfungsfrei<br />
Folie 62
MFDT<br />
AXIALPUMPE<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
• Das Medium strömt parallel zur<br />
Pumpenachse<br />
• Große Förderströme bei kleiner<br />
Förderhöhe<br />
Man unterscheidet:<br />
• Propellerpumpe:<br />
Mit feststehender Laufschaufel<br />
die Fördermenge wird über die Drehzahl<br />
geregelt<br />
• Kaplanpumpe:<br />
(mit Laufschaufelverstellung die<br />
Fördermenge wird über die Drehzahl und<br />
die Laufschaufel-verstellung geregelt.<br />
Folie 63
MFDT<br />
STRAHLPUMPE<br />
<strong>PUMPEN</strong><br />
Man unterscheidet je nach verwendetem<br />
Triebmittel für das Ansaugen und Fördern:<br />
• Wasserstrahlpumpe (z.B.: Auspumpen<br />
von überschwemmten Kellern)<br />
• Luftstrahlpumpe (z.B.: Lackieren)<br />
• Dampfstrahlpumpe (Injektor, Bild 130/1,<br />
Speisewasser wird mit eigenem Dampf<br />
in den Kessel gedrückt)<br />
Wirkungsweise<br />
Ein aus der Treibdüse austretender<br />
Strahl des Treibmittels erzeugt vor der<br />
Mündung der Druckdüse einen<br />
Unterdruck.<br />
Aus dem Saugrohr wird das Fördergut<br />
angesaugt und durch die Druckdüse<br />
hindurch mitgerissen und<br />
weitergefördert<br />
Folie 64