Eine Kreiselpumpe ist eine Stromungsmaschine ( Pumpe ) mit einer rotierenden Welle , die dynamische Krafte zur Forderung eines Fluids nutzt. Die Radialkreiselpumpe nutzt neben der tangentialen Beschleunigung des Mediums die in der radialen Stromung auftretende Fliehkraft . Aus diesem Grund wird sie auch Zentrifugalpumpe genannt. Axialkreiselpumpen fordern hingegen parallel zur Antriebswelle.

Siehe auch Axialverdichter und Zentrifugalkompressor (Radialverdichter) fur gasformige Medien.

Folgende Pumpentypen gelten als Kreiselpumpen:

• Radialpumpen ,
• Diagonalpumpen (auch Semiaxialpumpen genannt),
• Seitenkanalpumpen ,
• Peripheralradpumpen ,
• Axialpumpen (auch Propellerpumpen genannt).

Die Fachgemeinschaft Pumpen und Verdichter im Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) verzeichnet uber 400 verschiedene Pumpenkonstruktionen.

Ein Experiment erlautert die Funktion der Radialkreiselpumpe: Ruhrt man mit einem Loffel in einem mit Wasser gefullten Glas, so sinkt der Druck im Zentrum, zugleich steigt die Flussigkeit am Rand des Glases durch den dort herrschenden hoheren Druck (siehe Zentrifugalkraft ) nach oben. Hatte das Glas eine seitliche Bohrung oder einen Uberlauf oberhalb des ursprunglichen Pegels , wurde dort Wasser ausfließen. Der Loffel ist in diesem Beispiel mit dem Laufrad zu vergleichen.

Die zu fordernde Flussigkeit wird bei den Kreiselpumpen hauptsachlich quer zur Welle des Antriebs bewegt (radiale Stromung), in Richtung der Achse meist nur beim Pumpeneinlass.

Mit einseitig offenem Laufrad und weitem Gehause konnen zu Lasten der Effizienz auch mit Feststoffen vermischte Flussigkeiten (z. B. Abwasser) gefordert werden. Ein Maß fur die zulassige Feststoffgroße ist der sogenannte Kugeldurchgang , angegeben als maximaler Durchmesser einer Kugel, die die Pumpe passieren kann.

Folgende Parameter charakterisieren eine Pumpe:

• Fordermenge Q
• Forderhohe H
• Kupplungsleistung P
• Wirkungsgrad
• Haltedruckhohe NPSH am Eintritt
• Drehzahl n

Die Kennlinie einer Kreiselpumpe beschreibt den Zusammenhang zwischen Druckerhohung und Fordermenge (siehe Grafik rechts, blaue Kurve). Der hochste Druck wird bei einer Kreiselpumpe bei Fordermenge Null erzeugt. Das ist dann der Fall, wenn die Pumpe gegen einen geschlossenen Schieber fordert. Kombiniert mit der Kennlinie des angeschlossenen Rohrnetzes ergibt sich der Arbeitspunkt als Schnittpunkt von Pumpen- und Rohrnetzkennlinie. Durch Hintereinanderschaltung mehrerer Kreiselpumpen addiert sich der Forderdruck, durch Parallelschaltung die erzielbare Fordermenge. Drehzahlanderungen der Pumpen verandern sowohl die Fordermenge als auch den Druck und damit die Leistungsaufnahme. Affinitatsgesetze: Q ~ n ; H ~ n ²; P ~ n ³.

Standard-Kreiselpumpen mussen vor dem Anlaufen mit Medium gefullt sein. Gerat wahrend des Betriebs mehr Luft als die kritische Menge (Radialkreiselpumpe 8?10 Vol.-% ) in die Saugleitung, bricht die Forderung in der Regel zusammen. Es gibt besondere Konstruktionen wie Zellenspulpumpen oder Jetpumpen , die, wenn sie gefullt sind, die Saugleitung selbstandig entluften konnen.

Eine Seitenkanalpumpe ist selbstansaugend. Sie kann bis zu 100 Vol.-% Gasanteil fordern, solange ein Rest Fluid in der Maschine verbleibt, der einen Flussigkeitsring bildet.

Die Einteilung der Kreiselpumpen erfolgt nach der Form der Laufrader, Stufenzahl, Gehauseaufbau, Antrieb oder auch Fordermedium. Da es fur jede Pumpenkomponente verschiedene Bauformen gibt, ergibt sich eine Vielzahl von moglichen Kombinationen und daher eine große Vielfalt an Kreiselpumpen.

Das zentrale Bauteil einer Pumpe ist das Laufrad, das die mechanische Energie als Impuls an das Fluid ubergibt. Die Laufradform bestimmt, wie die Stromung aus der Pumpe austritt. Man unterscheidet radiale, halbaxiale und axiale Laufrader. Pumpen mit einem axialen Laufrad werden Propellerpumpen genannt. Bei der Schaufelform unterscheidet man Laufrader mit einfach und mit raumlich gekrummten Schaufeln.

Sonderformen sind Radialrader mit axial vorgezogenen Schaufeln und Halbaxialrader mit einstellbaren Schaufeln.

Hinsichtlich der Bauform des Laufrades werden geschlossene, halboffene und offene Formen unterschieden bzw. Formen mit und ohne eine Deck- und Tragscheibe. Bei einem geschlossenen Laufrad wird die Laufradschaufel auf beiden Seiten mit je einer Scheibe verbunden. Dies erhoht den hydraulischen Wirkungsgrad und stabilisiert das Rad. Aufgrund dieser Vorteile ist es das am haufigsten eingesetzte Laufrad. Allerdings konnen Luftblasen nur schlecht mitgefordert werden. Diese sammeln sich durch die Fliehkrafte im Zentrum und verstopfen das Laufrad.

Kann ein Laufrad nicht genugend Druck aufbauen, kann man bei radialen und halbaxialen Pumpen mehrere Laufrader hintereinander montieren. Diese Pumpen nennt man mehrstufig. Es ist auch moglich, Laufrader doppelflutig zu bauen. Dabei werden ein oder mehrere Laufrader jeweils gespiegelt, was die axial wirkenden Krafte großtenteils aufhebt.

Die nachfolgende Tabelle zeigt das Einsatzspektrum der einzelnen Bauformen.

${\displaystyle n_{q}}$ (Spezifische Drehzahl)	Laufradtyp	Laufradform	Max. Forderhohe	Max. Wirkungsgrad
7 ? 30	Radialpumpe		800 m (bis 1200 m)	40 ? 88 %
50	Radialpumpe		400 m	70 ? 92 %
100	Radialpumpe		60 m	60 ? 88 %
35	Halbaxialpumpe		100 m	70 ? 90 %
160	Halbaxialpumpe		20 m	75 ? 90 %
160 ? 400	Axialpumpe		2 ? 15 m	70 ? 88 %

Die (dimensionsbehaftete) spezifische Drehzahl bezieht sich auf die Forderhohe von einem Meter, auf das Fordervolumen von einem Kubikmeter pro Sekunde und auf die Drehzahl von einer Umdrehung pro Minute. Laufrader mit hohen Werten werden als schnelllaufig bezeichnet. Aus Ahnlichkeitsbetrachtungen folgt:

${\displaystyle n_{q}=n\cdot {\frac {Q^{1/2}}{H^{3/4}}}}$

Die Bezeichnungen radial, halbaxial oder axial entsprechen der Stromungsrichtung beim Austritt des Laufrades. Bei axialen Laufradern spricht man auch von einem Propeller.

Die radialen oder halbaxialen Laufrader mit Deckscheibe werden als geschlossene Laufrader bezeichnet (in der Tabelle die oberen funf Beispiele). Ohne Deckscheibe wird von halboffenen Laufradern gesprochen.

Die Art und die Große von moglichen Feststoffteilchen sind entscheidend fur die Auswahl des Laufrades (Beispiele: Abwasserpumpen, Dickstoffpumpe, Feststofftransport).

Das primitivstmogliche ?Laufrad“ ist ein einfacher Balken. Das entspricht in etwa dem im Abschnitt Funktionsprinzip erwahnten Loffel. Der Wirkungsgrad ist hierbei gering.

Hauptmerkmale des Gehauses sind die Formen der Stromungszu- und -abfuhrung zum Laufrad. Wichtig fur die Funktion der Pumpe ist die Abfuhrung der Stromung vom Laufrad. Dafur gibt es zwei Hauptformen: ein Leitrad mit Diffusor und ein Spiralgehause. Diese Stromungskanale dienen dazu, die durch das Laufrad in der Stromung induzierte kinetische Energie in einen statischen Druck umzuwandeln.

Der konstruktiv nicht vermeidbare umlaufende Spalt zwischen Laufrad und Gehause bestimmt hauptsachlich den Wirkungsgrad. Weiterhin wird der Wirkungsgrad wesentlich von folgenden Faktoren mit beeinflusst: ^[2]

• Genauigkeit der praktischen Umsetzung der berechneten Geometrie fur die Spirale und die Laufradschaufeln. Das wird mitbestimmt von der konstruktiven Gestaltung (geschlossen oder radial geteilte Spirale), der Wahl des Urformverfahrens und dem damit einhergehenden Modell- und Formenbau.

• Rauhigkeit der vom Stromungsmedium beaufschlagten Oberflachen in der Pumpe. Diese werden vom gewahlten Urformverfahren beeinflusst, weil sie mechanisch kaum bearbeitbar sind. Bei der radial geteilten Spirale und dem offenen Laufrad hingegen ist eine spanende Bearbeitung moglich, so dass mit der Wahl des dafur gewahlten Fertigungsverfahrens die zulassige Rauhigkeit nicht uberschritten werden kann. Dies gilt sinngemaß auch fur die Leitapparate bei mehrstufigen Pumpen.
• Wahl des Werkstoffes fur Gehause und Laufrad. Mit gewalzten Materialien werden dichtere Materialienstrukturen gegenuber gegossenen Werkstoffen erreicht. Das geht in der Regel mit feiner erzielbaren Oberflachenrauhigkeiten ohne aufwandige Oberflachenveredelung sverfahren einher.

Die Welle muss gegen das Gehause abgedichtet werden. Die zulassige oder tolerierbare Leckage ist vom Medium abhangig. So ist der technische Aufwand bei giftigen oder korrosiven Medien sehr hoch.

Geschichtlich gesehen ist die Stopfbuchse die alteste Form der Wellenabdichtung. Eine Asbestschnur (heute PTFE ) wird um die Welle gewickelt und in eine Kammer eingepresst. Zeigt sich, dass die Leckrate durch Verschleiß anwachst, dann wird der Pressstempel der Stopfbuchse nachgezogen. Ist das nicht mehr moglich, dann wird eine neue Dichtschnur eingelegt.

Seit etwa dem Jahr 1930 kam der Radialwellendichtring hinzu. Eine elastische Lippe beruhrt die drehende Welle. Damit dies mit ausreichender Pressung geschieht, ist im Innern des Dichtringes eine umlaufende Zugfeder angeordnet. Bei Verschleiß wird der Dichtring ausgetauscht. Heutige Dichtringe sind haufig aus PE oder PTFE.

Danach kam es zur Entwicklung der Gleitringdichtung . Zwei Platten (haufig aus Keramik) werden mit Federn aufeinandergepresst. Eine Platte ist fest mit dem Gehause verbunden, die andere dreht sich mit der Welle mit. Keramikplatten sind extrem hart und haben daher kaum Verschleiß. Mit vergleichsweise hohem konstruktiven Aufwand ergibt sich eine wartungsarme Losung.

Eine beruhrungsfreie Dichtung ist die Labyrinthdichtung , die aber nur bei extremen Betriebsbedingungen, wie hohen Drehzahlen und Drucken und/oder Temperaturen, zum Einsatz kommt.

Im Sonderfall (etwa bei giftigen oder korrosiven Medien) setzt man Sperrflussigkeiten oder -gase ein. Statt einer Leckagestromung von innen nach außen findet hier eine Stromung des Sperrmediums von außen nach innen statt. Das Sperrmedium muss dabei laufend erganzt werden.

Als weiteres Dichtsystem fur eine Kreiselpumpe kommt eine Magnetkupplung in Frage. Diese Pumpen werden als Magnetkupplungspumpen bezeichnet. Im Vergleich zu den dynamischen Dichtungen wird das Antriebsmoment beruhrungslos von Dauermagneten durch das Pumpengehause auf das Laufrad ubertragen.

Kleinere Kreiselpumpen werden als kompakte Einheiten von Pumpe und Elektromotor mit gemeinsamer Welle angeboten (Dreh- oder Wechselstrom). Mittlere und auch großere Kreiselpumpen werden vom Pumpenlieferant auf einem genormten Montagerahmen angeboten. Auf diesen Rahmen wird dann vor Ort meist ein (genormter) Drehstromasynchronmotor zugefugt. Motor- und Pumpenwelle mussen gut fluchten und mit einer festen Kupplung verbunden werden.

In Kraftwerken werden auch Dampfturbinen als Pumpenantrieb genutzt. Dies gilt insbesondere fur einen Teil der Kuhlpumpen in einem Kernkraftwerk. Hier wird unterstellt, dass elektrische Energie im Notfall nicht zur Verfugung steht.

In speziellen Fallen gibt es auch andere Antriebe. Turbopumpen haben Gas- oder Wasserturbinenantrieb.

Wegen ihrer einfachen und robusten Bauart sind Kreiselpumpen weitverbreitet. Meistens finden sich Ausfuhrungen als ein- oder mehrstufige Pumpen zur Trockenaufstellung oder als Tauchmotorpumpe, entweder fur den mobilen oder stationaren Einsatz.

Kreiselpumpen haben folgendes Leistungsspektrum:

• Durchflussraten etwa 0,00001 bis 60 m³/s
• Forderhohen von etwa 1 bis 5000 m
• Drehzahlen von < 1000 bis 30000 1/min

Verwendung finden Kreiselpumpen im Anlagen- und Maschinenbau , zur Wasserversorgung in Wasserwerken und Bewasserungssystemen , zur Wasseraufbereitung in Schwimmbadern, zur Entwasserung von Bergwerken und Gruben oder als Heizungs-Umwalzpumpe und in Kuhlsystemen . Typische Anwendungen sind Entleerung von Kellern und Garagen bei Uberflutung, Bewasserung von Feldern in der Landwirtschaft , Fullen und Leeren von Tanks oder Vorratsbehaltern sowie Abpumpen von Schmutzwasser. Feuerloschkreiselpumpen werden von der Feuerwehr sehr zahlreich und in genormten Ausfuhrungen eingesetzt, insbesondere in den Tragkraftspritzen als tragbare Version mit eigenem Antriebsmotor und in den Loschfahrzeugen als festeingebaute und vom Fahrzeugmotor angetriebene Ausfuhrung (vgl. Loschgruppenfahrzeug , Tankloschfahrzeug ).

Große Kreiselpumpen werden in der Erdolforderung (Wasser-Einspritzung), in Erdolraffinerien , im Erdoltransport ( Pipelines ) und im Wasserbau beim Spulen eingesetzt. In Kraftwerken halten Kreiselpumpen den Wasserkreislauf aufrecht.

Eine Wasserfordermaschine, die laut dem italienischen Wissenschaftshistoriker Ladislao Reti ?als Prototyp der Kreiselpumpe bezeichnet werden muss“, ist im Trattato di Architectura des italienischen Kunstler-Ingenieurs Francesco di Giorgio Martini (um 1475) enthalten. ^[3] Im Jahr 1689 erfand der Physiker Denis Papin die Kreiselpumpe. Heute ist dies die weltweit meistverwendete Pumpenbauart. Die Armaturen- und Maschinenfabrik AG (AMAG) in Nurnberg baute die erste selbstansaugende Kreiselpumpe im Jahr 1916. ^[4]

• Feuerloschpumpe
• Zahnradpumpe
• Kolbenpumpe
• Umwalzpumpe (Heiztechnik)

• Johann Friedrich Gulich: Kreiselpumpen. Handbuch fur Entwicklung, Anlagenplanung und Betrieb. 3. korrigierte und erganzte Auflage. Springer Verlag, Berlin u. a. 2010, ISBN 978-3-642-05478-5 .
• Igor J. Karassik (Hrsg.): Pump Handbook. 3rd edition. McGraw-Hill Professional, New York NY u. a. 2001, ISBN 0-07-034032-3 .
• Hans Schonherr: Pumpen in der Feuerwehr (=  Die Roten Hefte . Heft 44a). 4. Auflage. Teil I: Einfuhrung in die Hydromechanik, Wirkungsweise der Kreiselpumpen . Kohlhammer, Stuttgart 1998, ISBN 3-17-015172-X .  
• Christian Schwarze: Pumpen in der Feuerwehr (=  Die Roten Hefte . Heft 44b). 5. Auflage. Teil II: Feuerlosch-Kreiselpumpen, Zusatzausstattungen, Druckzumisch- und Druckluftschaumanlagen . Kohlhammer, Stuttgart 2005, ISBN 3-17-018605-1 .  
• Walter Wagner: Kreiselpumpen und Kreiselpumpenanlagen. 2. uberarbeitete und erweiterte Auflage. Vogel Verlag, Wurzburg 2004, ISBN 3-8023-1972-9 .

1. ↑ Auszug aus dem Chemietechnik-Buch von Eckhard Ignatowitz unter Mitwirkung von Gerhard Fastert, 8. Auflage, Europa-Fachbuchreihe fur Chemieberufe. Verlag Europa Lehrmittel
2. ↑ Johann Friedrich Gulich: Kreiselpumpen: Handbuch fur Entwicklung, Anlagenplanung und Betrieb . ISBN 978-3-642-40031-5 ; books.google.de
3. ↑ Ladislao Reti: Francesco di Giorgio Martini’s Treatise on Engineering and its Plagiarists. In: Technology and Culture , Band 4, Nr. 3, 1963, ISSN   0040-165X , S. 287?298 (290).
4. ↑ Franz-Josef Sehr : Entwicklung des Brandschutzes . In: Freiwillige Feuerwehr Obertiefenbach e. V. (Hrsg.): 125 Jahre Freiwillige Feuerwehr Obertiefenbach . Beselich 2005, ISBN 3-926262-03-6 , S.   117–118 .