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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

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