Was ist eine Zentrifugalpumpe?
Zentrifugalpumpen sind eine Art von Kreiselpumpen mit einem laufradähnlichen Flügelrad im Pumpengehäuse. Das Gehäuse hat eine Spiralform und wird auch als Spiralpumpe bezeichnet.
Die Flüssigkeit tritt durch die zentrale Ansaugöffnung in das Laufrad ein und wird durch die Zentrifugalwirkung der Rotation mit hoher Geschwindigkeit nach außen geschleudert. Beim Durchströmen des Spiralgehäuses wird sie allmählich abgebremst und in Druck umgewandelt.
Es gibt zwei Arten von Zentrifugalpumpen: einstufige mit einem Laufrad und mehrstufige mit zwei oder mehr Laufrädern. Das mehrstufige System erhöht den Druck mit jeder Stufe und wird eingesetzt, wenn hohe Drücke erforderlich sind.
Einsatzgebiete von Zentrifugalpumpen
Zentrifugalpumpen werden häufig eingesetzt, wenn hohe Fördermengen und niedriger Druck erforderlich sind. Sie sind weit verbreitet in industriellen Anwendungen wie Entwässerung, Kesselwasserversorgung, Wasserversorgung und Abwasserentsorgung sowie im Bergbau und in der chemischen Industrie. Sie werden auch in der Landwirtschaft, z. B. zur Bewässerung, und zur Versorgung und Entleerung von Klimaanlagen eingesetzt.
Zentrifugalpumpen werden häufig für Lösungen mit einer Feststoffvolumenkonzentration von weniger als 20 % in der Flüssigkeit und relativ niedriger Viskosität eingesetzt. Darüber hinaus werden verbesserte Flügelformen und verschleiß- und korrosionsbeständige Werkstoffe für die Förderung von Schlammwasser, Abwasser, Schlämmen und Zellstoffgemischen, Sand und Kies, Kohle usw. verwendet. Eine weitere Anwendung ist die Förderung von Fisch und Orangen mit Wasser, wobei die Anzahl der Schaufeln verringert wird, um den Strömungsweg zu vergrößern.
Funktionsweise der Zentrifugalpumpen
In einer Zentrifugalpumpe wird durch die Zentrifugalkraft Druck- und Geschwindigkeitsenergie auf das Fördermedium übertragen, indem ein Laufrad in einem Gehäuse rotiert. Anschließend wird die Flüssigkeit in dem volutenförmigen Gehäuse abgebremst und die Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie umgewandelt. Dieses Phänomen ist als Bernoulli-Theorem bekannt.
Laufräder gibt es in radialer Form, d. h. als zweidimensionale gekrümmte Flächen, bei denen die Flüssigkeit in radialer Richtung strömt, und in gemischter Form, d. h. als dreidimensionale gekrümmte Flächen, bei denen sich die Strömungsrichtung inkrementell von axialer zu radialer Richtung ändert. Dies ist ein wichtiges Element für die effiziente Umwandlung von Geschwindigkeitsenergie in Druck.
Das Gehäuse wird so eingebaut, dass es außerhalb des Laufrads eine spiralförmige Kammer bildet. Durch eine allmähliche Vergrößerung der Querschnittsfläche in Drehrichtung wird das durch die Zentrifugalkraft aus dem Laufrad ausgestoßene Hochgeschwindigkeitsfluid allmählich abgebremst und der Druck (statischer Druck) erhöht.
Der von einem einzelnen Laufrad erzeugte Druck ist begrenzt, daher wird eine mehrstufige Pumpe verwendet, wenn höhere Drücke erforderlich sind. In einer mehrstufigen Pumpe wird die Flüssigkeit, die das erste Laufrad verlässt, in das zweite Laufrad gesaugt, um den Druck weiter zu erhöhen. Dieser Vorgang kann mehrmals wiederholt werden, um einen höheren Druck zu erzielen.
Konstruktion der Zentrifugalpumpe
Die Konstruktion der Pumpe steht in engem Zusammenhang mit der Fördermenge und der Förderhöhe und ist ein wichtiges Auswahlkriterium bei der Auswahl einer Pumpe. Zentrifugalpumpen bestehen aus einem Laufrad und einem Spiralgehäuse sowie einer Welle, Lagern, Antriebs-, Saug- und Druckkupplungen, einer Wellendichtung und gegebenenfalls einem Manometer, Drucksensor oder Druckschalter.
Es gibt Pumpen mit nicht rotierenden, feststehenden Leitschaufeln, die um den Umfang des Laufrads herum angeordnet sind. Diese werden als Diffusorpumpen oder Turbinenpumpen bezeichnet und gehören zur Familie der Zentrifugalpumpen. Der Mechanismus ähnelt dem einer Zentrifugalpumpe, jedoch wird die Flüssigkeit, die das Laufrad verlässt, beim Durchgang durch die Leitschaufeln effizient verlangsamt, was den statischen Druck und damit den Gesamtwirkungsgrad erhöht.
Weitere Informationen zu Zentrifugalpumpen
Zentrifugalpumpen und Kavitation
Da die Pumpenkonstruktion darauf ausgelegt ist, Flüssigkeit in Druck umzuwandeln, können Probleme auftreten, wenn Gase in die Pumpe eingeleitet werden oder wenn Gase entstehen. Eines dieser Probleme ist die Kavitation.
Kavitation in Pumpen ist ein Phänomen, bei dem der Druck der Flüssigkeit in der Pumpe schnell abfällt und die Flüssigkeit schnell verdampft, wenn sie den Sättigungsdampfdruck erreicht. Kavitation in Zentrifugalpumpen tritt auf, wenn der statische Druck der Flüssigkeit aufgrund der erhöhten Geschwindigkeit der in das Laufrad eintretenden Flüssigkeit abnimmt und der statische Druck in der Nähe des Einlasses unter den Sättigungsdampfdruck der Flüssigkeit fällt.
Wiederholte Kavitation führt zu einer Beschädigung des Laufrads und damit zu Kavitationserosion. Außerdem werden Vibrationen und Geräusche erzeugt, und die Leistung wird verringert. Dies führt zu einer vorzeitigen Verschlechterung und Zerstörung der Ausrüstung, nicht nur in der Zentrifugalpumpe, sondern auch in den Rohren und Ventilen.
Kavitation kann verhindert werden, indem man die Betriebsbedingungen ändert, den Widerstand auf der Saugseite verringert und Form und Fläche des Laufrads so verbessert, dass der Flüssigkeitsdruck nicht unter den Sättigungsdampfdruck fällt.