Kreiselpumpen

Übersicht

Eine Kreiselpumpe wandelt rotierende mechanische Energie in kinetische Energie um, indem sie Fluid durch ein rotierendes Laufrad beschleunigt. Das Fluid tritt durch das Laufradauge ein, wird radial nach außen mit hoher Geschwindigkeit geschleudert und verlangsamt sich dann im Spiralgehäuse, wo kinetische Energie in Druckenergie umgewandelt wird. Der resultierende Förderdruck widerspiegelt den Strömungswiderstand im Rohrsystem – die Pumpe selbst erzeugt Durchfluss, nicht Druck.

Die Förderhöhe, gemessen in Metern Flüssigkeitssäule, ist die bevorzugte Leistungskennzahl, da sie für einen gegebenen Laufraddurchmesser und Drehzahl unabhängig von der Flüssigkeitsdichte konstant bleibt. Der Druck hingegen skaliert mit der spezifischen Dichte der Flüssigkeit.

Die Verschlussförderhöhe ist die maximale Höhe, die eine Pumpe Fluid anheben kann, wenn der Förderstrom blockiert ist, und wird hauptsächlich durch den Außendurchmesser des Laufrads und die Wellendrehzahl bestimmt.

Wichtige Formeln

Hydraulische Leistung

$P = \frac{Q \cdot H \cdot \rho \cdot g}{\eta}$

Verfügbare Netto-Ansaughöhe

$NPSH_a = \frac{P_s}{\rho g} + \frac{v_s^2}{2g} - \frac{P_v}{\rho g}$

Gesamte Förderhöhe

$h = \frac{p_2 - p_1}{\rho g} + \frac{v_2^2}{2g}$

Ähnlichkeitsgesetze (Drehzahlskalierung)

$Q \propto n, \quad H \propto n^2, \quad P \propto n^3$

Der Durchfluss variiert linear mit der Drehzahl, die Förderhöhe mit dem Quadrat und die Leistung mit dem Kubik.

Variablen

Pumpenförderhöhenarten

Pumpenwirkungsgrad

Der Pumpenwirkungsgrad ist das Verhältnis der an die Flüssigkeit abgegebenen hydraulischen Leistung zur an der Pumpenwelle zugeführten Wellenleistung. Der Wirkungsgrad variiert mit dem Durchsatz und erreicht normalerweise sein Maximum nahe dem optimalen Betriebspunkt (BEP – Best Efficiency Point); ein Betrieb weit entfernt vom BEP erhöht den Leistungsverbrauch, die Schwingungen, die Lagerbelastung und das Risiko von Rückströmungen.

Pumpenleistungsrechner

Einheitenrechner

Wiederhergestellte Originalquellentabellen

Die ursprüngliche Quellenextraktion enthält gemeinsame Seitenlayouts-/Suchtabellen-Markup ohne technische Datenzeilen für Kreiselpumpen. Diese nicht inhaltstragenden UI-Zeilen werden bewusst ausgeschlossen; der inhaltliche Quellenbestand wird als Formeln, Rechner, Anmerkungen und das Originalbild unten erhalten.

Interaktives Pumpenleistungsdiagramm

Das Quellenbild pump_power.png vergleicht die Pumpenleistung in SI- und Imperial-Einheiten. Das interaktive Diagramm unten stellt dieselbe hydraulische Beziehung für Wasser bei 1000 kg/m3 und 75 % Pumpenwirkungsgrad dar.

Originalquellbilder

Die folgenden Originalquellbilder werden erhalten, um visuelles Referenzmaterial nicht zu verlieren. Wenn ein Bild Diagramm- oder Tabellendaten enthält, werden seine extrahierten Werte in den Seitentabellen, Rechnern oder interaktiven Diagrammen dargestellt; verbleibende Bilder werden als visuelle Quellenreferenzen beibehalten.

Technische Hinweise

• Die Förderhöhe ist unabhängig von der Fluiddichte. Eine Pumpenleistungskurve, die mit Wasser erstellt wurde, gilt für jede Newtonsche Flüssigkeit bei drehzahlgleichem Betrieb. Nur der Leistungsbedarf ändert sich mit dem spezifischen Gewicht.
• Pumpen erzeugen Durchfluss, nicht Druck. Der Auslassdruck ist eine Systemreaktion auf den Widerstand stromabwärts. Das Drosseln eines Ventils erhöht den Manometerdruck bei gleichzeitiger Verringerung des Durchflusses.
• NPSH-Marge ist wichtig. Das verfügbare NPSH muss das erforderliche NPSH (aus der Pumpenkurve) um einen ausreichenden Überschuss übertreffen – typischerweise mindestens 0,5–1,0 m – um Kavitation zu vermeiden, die Lärm, Vibrationen und Laufraderosion verursacht.
• Grenzen des Affinitätsgesetzes. Drehzahländerungen innerhalb von ±20 % der Nenndrehzahl sind im Allgemeinen sicher für die Anwendung der Affinitätsgesetze. Größere Änderungen können den Betriebspunkt außerhalb des stabilen Bereichs der Kurve verschieben.
• Der Wirkungsgrad variiert mit dem Betriebspunkt. Jede Kreiselpumpe hat einen Punkt höchster Effizienz (BEP). Der Betrieb weit vom BEP entfernt erhöht Lager- und Dichtungslasten, Vibrationen und Energieverbrauch.
• Viskositätskorrektur. Für Flüssigkeiten, die deutlich viskoser als Wasser sind (z. B. Öle über ~10 cP), müssen Pumpenförderhöhe, Durchfluss und Wirkungsgrad gemäß den Standards des Hydraulic Institute korrigiert werden; die Affinitätsgesetze allein sind nicht ausreichend.

Referenzen

• Originalquelle — Engineering ToolBox: Kreiselpumpen