Was ist eine Axialpumpe?
Eine Axialpumpe ist eine Pumpe, bei der der aus dem Laufrad austretende Förderstrom auf einer zylindrischen Ebene liegt, die konzentrisch zur Hauptwelle verläuft.
Eine rotierende Welle ist mit einer Reihe von Laufrädern ausgestattet, die durch die Hubwirkung der Schaufeln Druck- und Geschwindigkeitsenergie auf die Flüssigkeit ausüben. Die Geschwindigkeitsenergie der parallel zur Welle austretenden Flüssigkeit wird dann durch einen festen Leitapparat in Druckenergie umgewandelt.
Axialpumpen werden dort eingesetzt, wo hohe Fördermengen und niedriger Druck erforderlich sind, z. B. bei der Entwässerung und Bewässerung.
Anwendungen von Axialpumpen
Aufgrund ihrer geringen aerodynamischen Verluste, ihrer geringen Größe und ihrer relativ einfachen Handhabung werden Axialpumpen in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen eingesetzt.
Beispiele sind Kühlwasser in Kraftwerken, Kondensatoren in Dampfturbinen, Wasser- und Abwassersysteme, Wasser und andere Kreislauf- und Abwässer in der chemischen Industrie. Weitere Anwendungen sind die Flussentwässerung, die Bewässerung, die Lebensmittel- und Getränkeindustrie, die Öl- und Gasindustrie sowie der Bergbau.
Funktionsweise von Axialpumpen
Axialpumpen werden zu den Turbopumpen gezählt. Sie bestehen aus einer zylindrischen, rotierenden Welle mit radial angeordneten Schaufeln, die eine Zentrifugalkraft erzeugen, wenn sich das Laufrad mit hoher Geschwindigkeit dreht.
Das Laufrad hat eine ähnliche Form wie die Tragflächen eines Flugzeugs. Bei Axialpumpen sind die Schaufeln fest mit dem Laufrad verbunden und drehen sich. Die auf das Laufrad wirkende Auftriebskraft erzeugt eine axiale Strömungskraft und fördert die Flüssigkeit.
Aufbau von Axialpumpen
Axialpumpen bestehen im Allgemeinen aus einem Gehäuse, einem Laufrad, feststehenden Schaufeln, einer Spindel, Lagern und einer Wellendichtung.
1. Gehäuse
Das Gehäuse beherbergt den Rotor, der aus dem Laufrad und der Welle besteht, und hat eine druckfeste Struktur, um die Flüssigkeit effizient zu fördern.
2. Laufrad
Ein Laufrad hat mehrere Schaufeln, die sich drehen, um die Flüssigkeit auszutreiben. Die feststehenden Schaufeln lenken die verwirbelte Strömung in eine axiale Richtung und wandeln die Geschwindigkeitsenergie in Druck um.
3. Spindel
Die Spindel ist der Teil des Laufrads, an dem das Laufrad befestigt ist und sich dreht, und überträgt die notwendige Kraft auf das Laufrad.
4. Lager
Das Lager stützt die Spindel und das Laufrad und ist eine wichtige Komponente für einen stabilen Pumpenbetrieb und nimmt die Schubkraft aus dem Pumpenbetrieb auf.
5. Wellendichtung
Die Wellendichtung dichtet Wasserleckagen durch die Welle und die Gehäusedurchdringung ab.
Merkmale von Axialpumpen
Pumpen lassen sich grob in Turbopumpen, Verdrängerpumpen und andere Typen einteilen. Turbopumpen werden weiter unterteilt in Zentrifugal-, Halbaxial- und Axialpumpen. Axialpumpen, die zu den Turbopumpen gehören, weisen im Vergleich zu anderen Typen folgende Merkmale auf:
- Sie können mit hohen Drehzahlen arbeiten und sind daher kompakt und leicht.
- Die Förderhöhenschwankungen sind im Verhältnis zu den Fördermengenschwankungen groß und der Betriebsbereich ist eng.
- Sie hat den Nachteil, dass die Anzugswellenleistung mehr als das Doppelte der Nennleistung beträgt. Die Vibrationen nehmen beim Anziehen zu und werden normalerweise nicht verwendet.
- Der Wirkungsgrad der Pumpe ist etwas geringer als bei der Diagonalpumpe.
- Axialpumpen eignen sich hauptsächlich für Anwendungen mit hohen Fördermengen und kleinen Förderhöhen.
Auswahl einer Axialpumpe
Die wichtigsten Faktoren für die Auswahl der Pumpe sind Fördermenge und Druck. Der Druck kann in die gleiche Einheit der potenziellen Energie, m, umgerechnet werden und wird als Förderhöhe bezeichnet. Die Kriterien für die Auswahl einer Turbopumpe auf der Grundlage von Fördermenge und Druck lauten im Allgemeinen wie folgt:
- Wenn der Förderstrom gering ist, aber eine große Förderhöhe erforderlich ist, sollten Kreiselpumpen gewählt werden.
- Ist der Förderstrom hoch und die Förderhöhe gering, sollte eine Axialpumpe gewählt werden.
- Ist der Förderstrom relativ hoch und wird eine gewisse Förderhöhe benötigt, sollte eine Halbaxialpumpe gewählt werden.
Weitere Informationen über Axialpumpen
Kavitation in Pumpen
Bei Pumpen kann ein Problem auftreten, das als Kavitation bezeichnet wird. Am Einlass des Pumpenlaufrads erhöht die höhere Geschwindigkeit der Flüssigkeit die Geschwindigkeitsenergie, was wiederum den Einlassdruck, d. h. den statischen Druck, verringert.
Sinkt der Druck am Laufradeintritt unter den Sättigungsdampfdruck von Wasser bei dieser Temperatur, verdampft das Wasser zu Dampf und es entstehen Blasen. Dieses Phänomen wird als Kavitation bezeichnet.
Wenn die Pumpe auf diese Weise weiterarbeitet, entstehen Schockwellen, wenn die Blasen wiederholt entstehen und verschwinden. Die Schockwellen treffen auf die Oberflächen der Laufradschaufeln und führen zu einer allmählichen Erosion der Oberflächen. Dies ist Kavitationserosion.
Wenn die Kavitation anhält, lösen sich die Blasen nicht auf und der Ansaugbereich wird mit Blasen bedeckt, so dass die Pumpe nicht mehr funktionieren kann. Selbst wenn bei der Nennfördermenge der Pumpe genügend Spielraum für das Auftreten von Kavitation vorhanden ist, kommt es im Bereich niedriger Fördermengen dennoch zu Kavitation. Kavitation kann durch eine Erhöhung des Mindestförderstroms oder durch eine variable Pumpendrehzahl verhindert werden.