Zusammenfassung der Wissenspunkte für Kreiselpumpen

Jul 13, 2024

1. Funktionsprinzip der Kreiselpumpe
Wenn eine Kreiselpumpe arbeitet, verlässt sie sich auf das schnell rotierende Laufrad, um die Druckenergie der Flüssigkeit unter Einwirkung der Trägheitszentrifugalkraft zu erhöhen. Bevor die Kreiselpumpe zu arbeiten beginnt, müssen der Pumpenkörper und die Einlassleitung mit flüssigem Medium gefüllt werden, um Kavitation zu verhindern.
Wenn sich das Laufrad schnell dreht, regen die Schaufeln das Medium zu einer schnellen Rotation an. Das rotierende Medium fliegt unter Einwirkung der Zentrifugalkraft aus dem Laufrad heraus, und das Wasser in der Pumpe wird herausgeschleudert, wodurch in der Mitte des Laufrads ein Vakuumbereich entsteht. Kontinuierlich Flüssigkeit einsaugen, während der eingeatmeten Flüssigkeit kontinuierlich eine bestimmte Energiemenge zugeführt wird, um sie auszustoßen. Die Kreiselpumpe arbeitet auf diese Weise kontinuierlich.
2. Aufbau der Kreiselpumpe
Es gibt viele Arten von Kreiselpumpen. Auch wenn sich der Aufbau der einzelnen Pumpentypen unterscheidet, sind die Hauptkomponenten grundsätzlich gleich.
Zu den Hauptbestandteilen einer Kreiselpumpe gehören: Laufrad, Pumpenwelle, Pumpengehäuse, Pumpensitz, Stopfbuchse (Wellenabdichtung), Leckagereduzierring, Lagersitz usw.

Das Laufrad ist das Arbeitselement einer Kreiselpumpe. Es ist auf seine Hochgeschwindigkeitsrotation angewiesen, um an der Flüssigkeit zu arbeiten und den Flüssigkeitstransport zu gewährleisten. Es ist ein wichtiger Bestandteil einer Kreiselpumpe.
Das Laufrad besteht im Allgemeinen aus drei Teilen: Nabe, Schaufeln und Deckplatte. Die Deckplatte des Laufrads kann in eine vordere und eine hintere Deckplatte unterteilt werden. Die Deckplatte auf der Laufradanschlussseite wird als vordere Deckplatte bezeichnet, und die Deckplatte auf der anderen Seite wird als hintere Deckplatte bezeichnet.
Nach dem Start der Kreiselpumpe treibt die Pumpenwelle das Laufrad an und lässt es mit hoher Geschwindigkeit rotieren, wodurch die zwischen den Schaufeln vorgefüllte Flüssigkeit rotiert. Unter der Einwirkung der Trägheitszentrifugalkraft bewegt sich die Flüssigkeit radial von der Mitte des Laufrads zum äußeren Umfang.
Die Flüssigkeit gewinnt während ihrer Bewegung durch das Laufrad an Energie, was zu einer Erhöhung der statischen Druckenergie und einer Erhöhung der Fließgeschwindigkeit führt. Wenn die Flüssigkeit das Laufrad verlässt und in das Pumpengehäuse eintritt, verlangsamt sie sich aufgrund der allmählichen Ausdehnung des Strömungskanals im Gehäuse. Ein Teil der kinetischen Energie wird in statische Druckenergie umgewandelt und fließt schließlich in tangentialer Richtung in die Druckleitung.
Laufräder können je nach Bauform in folgende drei Typen unterteilt werden.
(1) Das geschlossene Laufrad hat auf beiden Seiten Abdeckplatten mit 4-6 Schaufeln zwischen den Abdeckplatten. Das geschlossene Laufrad hat einen hohen Wirkungsgrad und wird häufig verwendet. Es eignet sich zum Fördern sauberer Flüssigkeiten ohne Feststoffpartikel und Fasern.
(2) Das offene Laufrad hat auf beiden Seiten der Schaufel keine Abdeckplatten und eignet sich daher zum Fördern von Flüssigkeiten, die eine große Menge an Schwebstoffen enthalten. Es hat einen geringen Wirkungsgrad und der Druck der geförderten Flüssigkeit ist nicht hoch.
Das halboffene Laufrad besitzt nur eine hintere Abdeckplatte und eignet sich zum Fördern von Flüssigkeiten, die leicht absetzen oder feste Schwebstoffe enthalten. Sein Wirkungsgrad liegt zwischen dem offener und geschlossener Laufräder.

Die Hauptfunktion der Pumpenwelle einer Kreiselpumpe besteht darin, Kraft zu übertragen und das Laufrad zu stützen, um den normalen Betrieb in der Arbeitsposition aufrechtzuerhalten. Sie ist an einem Ende über eine Kupplung mit der Motorwelle verbunden und stützt am anderen Ende das Laufrad für die Drehbewegung. Die Welle ist mit Lagern, Axialdichtungen und anderen Komponenten ausgestattet.
Die üblicherweise für Pumpenwellen verwendeten Materialien sind Kohlenstoffstahl und Edelstahl.
Laufrad und Welle sind durch Passfedern miteinander verbunden. Da diese Verbindungsmethode nur Drehmoment übertragen kann und die axiale Position des Laufrads nicht fixieren kann, werden in der Wasserpumpe zusätzlich eine Wellenhülse und eine Sicherungsmutter verwendet, um die axiale Position des Laufrads zu fixieren.
Nachdem das Laufrad mit einer Kontermutter und einer Wellenhülse axial positioniert wurde, muss, um ein Zurückziehen der Kontermutter zu verhindern, ein Rückwärtsdrehen der Wasserpumpe verhindert werden, insbesondere bei der Erstinstallation der Wasserpumpe oder der Wasserpumpe nach Demontage und Wartung. Die Lenkungsprüfung sollte gemäß den Vorschriften durchgeführt werden, um die Übereinstimmung mit der angegebenen Lenkung sicherzustellen.
Die Funktion der Wellenhülse besteht darin, die Pumpenwelle zu schützen, indem die Reibung zwischen der Dichtung und der Pumpenwelle in Reibung zwischen der Dichtung und der Wellenhülse umgewandelt wird. Daher ist die Wellenhülse ein leicht verschleißendes Teil der Kreiselpumpe.
Die Oberfläche der Wellenhülse kann im Allgemeinen mit Methoden wie Aufkohlen, Nitrieren, Verchromen, Sprühen usw. behandelt werden. Die Oberflächenrauheitsanforderung beträgt im Allgemeinen Ra3,2 μ m bis Ra0,8 μ m. Dies kann den Reibungskoeffizienten verringern und die Lebensdauer verbessern.
Lager tragen das Gewicht und die Tragfähigkeit des Rotors. Bei Kreiselpumpen werden häufig Wälzlager verwendet, wobei der Außenring und die Lagersitzlöcher ein Basiswellensystem und der Innenring und die Welle ein Basislochsystem verwenden. Lager werden im Allgemeinen mit Fett und Öl geschmiert.
Wenn die Pumpenwelle durch das Pumpengehäuse verläuft, entsteht ein Spalt zwischen der Welle und dem Gehäuse. Wenn bei einer Kreiselpumpe mit einfacher Saugwirkung an dieser Stelle keine Wellendichtung verwendet wird, tritt im Pumpengehäuse unter hohem Druck stehendes Wasser in großen Mengen aus. Die Stopfbuchse ist eine häufig verwendete Wellendichtung. Die Stopfbuchse besteht aus fünf Komponenten: Wellendichtung, Packung, Wasserdichtungsrohr, Wasserdichtungsring und Stopfbuchse.

Eine Spirale ist ein spiralförmiger Strömungskanal mit einem allmählich zunehmenden Querschnitt vom Laufradauslass zum Einlass des Laufrads der nächsten Stufe oder zum Auslassrohr der Pumpe. Der Strömungskanal weitet sich allmählich auf und der Auslass hat die Form eines Diffusionsrohrs. Nachdem die Flüssigkeit aus dem Laufrad geströmt ist, kann ihre Strömungsrate langsam abnehmen, wodurch ein großer Teil der kinetischen Energie in statische Druckenergie umgewandelt wird.
Die Vorteile eines Spiralgehäuses liegen in der einfachen Herstellung, dem großen Wirkungsgradbereich und den minimalen Wirkungsgradänderungen der Pumpe nach dem Drehen des Laufrads.
Der Nachteil besteht darin, dass die Form der Spirale asymmetrisch ist und bei Verwendung einer einzelnen Spirale der auf die radiale Richtung des Rotors wirkende Druck ungleichmäßig ist, was leicht zu einer Verbiegung der Welle führen kann. Daher werden bei mehrstufigen Pumpen nur im ersten und letzten Abschnitt Spiralen verwendet, während im mittleren Abschnitt Leitradvorrichtungen verwendet werden.
Das Material von Schneckenhäusern ist im Allgemeinen Gusseisen. Die Spirale der Korrosionsschutzpumpe besteht aus rostfreiem Stahl oder anderen Korrosionsschutzmaterialien wie Kunststoff, Glasfaser usw. Aufgrund des hohen Drucks erfordern mehrstufige Pumpen eine hohe Materialfestigkeit und ihre Spiralen bestehen im Allgemeinen aus Gussstahl.
Das Leitrad ist eine feste Scheibe mit vorderen Leitschaufeln, die um die Außenkante des Laufrads an der Vorderseite gewickelt sind und diffusionsförmige Strömungskanäle bilden. Auf der Rückseite befinden sich umgekehrte Leitschaufeln, die die Flüssigkeit zur nächsten Stufe des Laufrads leiten. Nachdem die Flüssigkeit aus dem Laufrad geschleudert wurde, gelangt sie langsam in die Leitschaufeln und fließt weiter entlang der vorderen Leitschaufeln nach außen. Die Geschwindigkeit nimmt allmählich ab und der größte Teil der kinetischen Energie wird in statische Druckenergie umgewandelt.
Der radiale einseitige Abstand zwischen Laufrad und Leitschaufeln beträgt etwa 1 mm. Ist der Abstand zu groß, verringert sich die Effizienz; ist der Abstand zu klein, führt dies zu Vibrationen und Lärm. Im Vergleich zur Spirale ist das segmentierte mehrstufige Kreiselpumpengehäuse mit Leiträdern einfacher herzustellen und weist eine höhere Effizienz bei der Energieumwandlung auf. Installation und Wartung sind jedoch schwieriger als bei Schneckenhäusern.
Um interne Leckagen zu reduzieren und das Pumpengehäuse zu schützen, sind am Gehäuse entsprechend dem Laufradeinlass austauschbare Dichtungsringe angebracht. Der radiale Abstand zwischen der Innenbohrung des Dichtungsrings und dem Außenkreis des Laufrads beträgt im Allgemeinen zwischen 0.1-0.2 mm. Nach dem Verschleiß des Dichtungsrings vergrößert sich der radiale Abstand, das Fördervolumen der Pumpe verringert sich und der Wirkungsgrad nimmt ab. Wenn der Dichtungsabstand den angegebenen Wert überschreitet, sollte er rechtzeitig ausgetauscht werden.
Es gibt drei Bauformen von Dichtringen:
Erstens hat der Flachringtyp eine einfache Struktur und ist leicht herzustellen, aber die Dichtwirkung ist schlecht. Zweitens bietet der rechtwinklige Dichtring einen 90-Grad-Kanal für Flüssigkeitslecks, was zu einer besseren Dichtleistung als der Flachringtyp führt und weit verbreitet ist. Drittens hat der Labyrinthdichtring eine gute Dichtwirkung, aber seine Struktur ist komplex und schwierig herzustellen, was ihn in Kreiselpumpen selten verwendet.
3. Arbeitsweise der Kreiselpumpe
(1) Vor dem Einschalten der Pumpe muss die Pumpe mit der zu fördernden Flüssigkeit gefüllt werden.
(2) Nach dem Starten der Pumpe treibt die Pumpenwelle das Laufrad an, sodass es sich mit hoher Geschwindigkeit dreht und eine Zentrifugalkraft erzeugt. Bei dieser Aktion wird die Flüssigkeit von der Mitte zum Außenumfang des Laufrads geschleudert, was zu einem Druckanstieg führt und mit hoher Geschwindigkeit (15-25 m/s) in das Pumpengehäuse fließt.
(3) Im Gehäuse der Spiralpumpe verlangsamt sich aufgrund der kontinuierlichen Ausdehnung des Strömungskanals die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit, wodurch der größte Teil der kinetischen Energie in Druckenergie umgewandelt wird. Schließlich fließt die Flüssigkeit mit einem höheren statischen Druck aus der Drucköffnung in die Druckleitung.
(4) Nachdem die Flüssigkeit aus der Pumpe ausgestoßen wurde, bildet sich in der Mitte des Laufrads ein Vakuum. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Flüssigkeitsstand (Atmosphärendruck) und dem Pumpendruck (Unterdruck) gelangt die Flüssigkeit durch die Saugleitung in die Pumpe und füllt die Stelle, an der die Flüssigkeit austritt.

4. Klassifizierung von Kreiselpumpen
Kreiselpumpen werden im Allgemeinen nach ihren strukturellen Merkmalen klassifiziert. Zu den verschiedenen Klassifizierungsmethoden gehören Arbeitsdruck, Anzahl der Laufräder und Einlassmethode der Laufräder.
(1) Je nach Arbeitsdruck:
Niederdruckpumpe: Druck unter 100 Metern Wassersäule;
Mitteldruckpumpe: Druck zwischen 100-650 Metern Wassersäule;
Hochdruckpumpe: Der Druck ist höher als 650 Meter Wassersäule.
(2) Nach der Zahl der arbeitenden Laufräder:
Einstufige Pumpe: bezieht sich darauf, dass sich auf der Pumpenwelle nur ein Laufrad befindet.
Mehrstufige Pumpe: Auf der Pumpenwelle befinden sich zwei oder mehr Laufräder und die Gesamtförderhöhe der Pumpe ist die Summe der von n Laufrädern erzeugten Förderhöhen.
(3) Nach der Laufradeintrittsmethode:
Pumpe mit einseitigem Einlass: wird auch als Pumpe mit einfacher Saugleistung bezeichnet, was bedeutet, dass sich am Laufrad nur ein Einlass befindet.
Pumpe mit beidseitigem Einlass: auch als Doppelsaugpumpe bekannt, was bedeutet, dass sich auf beiden Seiten des Laufrads ein Einlass befindet. Ihre Durchflussrate ist doppelt so hoch wie die einer Pumpe mit einfachem Einlass, was ungefähr so ​​​​aussehen kann, wie wenn zwei Laufräder mit einfachem Einlass Rücken an Rücken angeordnet sind.
(4) Je nach Lage der Pumpenwelle:
Horizontalpumpe: Die Pumpenwelle befindet sich in horizontaler Lage.
Vertikale Pumpe: Die Pumpenwelle befindet sich in vertikaler Position.
(5) Je nach Fugenform des Pumpengehäuses:
Pumpe vom horizontal offenen Typ: bezieht sich auf eine Verbindungsnaht, die auf der horizontalen Ebene geöffnet ist, die durch die Achse verläuft.
Vertikale Gelenkflächenpumpe: Das heißt, die Gelenkfläche steht senkrecht auf der Achse.
(6) Das Wasser wird vom Laufrad zur Druckkammer wie folgt geleitet:
Spiralgehäusepumpe: Nachdem das Wasser aus dem Laufrad austritt, gelangt es spiralförmig direkt in das Pumpengehäuse.
Leitschaufelpumpe: Nachdem das Wasser aus dem Laufrad austritt, gelangt es in die außen angebrachten Leitschaufeln und gelangt dann in die nächste Stufe oder fließt in das Auslassrohr.
(7) Je nach den verschiedenen von Kreiselpumpen geförderten Medien können diese in Reinwasserpumpen, Ölpumpen, korrosionsbeständige Pumpen usw. unterteilt werden.
5. Kavitation und Gasbindung
Gemäß dem Funktionsprinzip einer Kreiselpumpe bildet sich eine Niederdruckzone in der Nähe des Einlasses des Laufrads, wenn die Flüssigkeit zwischen den Schaufeln aus dem schnell rotierenden Laufrad herausgeschleudert wird. Wenn der Druck am Einlass des Laufrads gleich oder niedriger als der Sättigungsdampfdruck pV der transportierten Flüssigkeit bei Betriebstemperatur ist, verdampft die Flüssigkeit an dieser Stelle und erzeugt Blasen. Wenn Blasen mit der Flüssigkeit in die Hochdruckzone fließen, kondensieren sie unter dem Druck schnell.
Wenn die Blasen kondensieren, entsteht ein lokales Vakuum und die umgebende Flüssigkeit strömt mit hoher Geschwindigkeit in den von den Blasen eingenommenen Raum, was Stöße und Vibrationen verursacht und eine erhebliche Aufprallkraft zur Folge hat. Insbesondere wenn sich der Kondensationspunkt der Blasen in der Nähe der Oberfläche der Schaufel befindet, treffen zahlreiche Flüssigkeitspartikel mit hoher Frequenz und hohem Druck auf die Schaufel. Gleichzeitig können Blasen auch eine kleine Menge Sauerstoff enthalten, der zu chemischer Korrosion von Metallmaterialien führen kann. Durch die kombinierte Einwirkung von kontinuierlichem Aufprall und chemischer Korrosion wird die Oberfläche der Schaufeln beschädigt, was zu Flecken und Rissen führt, die zu vorzeitiger Beschädigung der Schaufeln führen. Dieses Phänomen wird bei Kreiselpumpen als Kavitation bezeichnet.
Wenn eine Kreiselpumpe gestartet wird und sich Luft in der Pumpe befindet, ist die nach der Rotation erzeugte Zentrifugalkraft aufgrund der geringen Luftdichte gering und der im mittleren Bereich des Laufrads gebildete niedrige Druck reicht nicht aus, um die Flüssigkeit anzusaugen. Selbst wenn die Kreiselpumpe gestartet wird, kann sie die Förderaufgabe nicht erfüllen. Dieses Phänomen wird als Luftbindung bezeichnet.
Dies bedeutet, dass die Kreiselpumpe keine Selbstansaugfähigkeit besitzt. Daher muss die Pumpe vor dem Start mit der geförderten Flüssigkeit gefüllt werden. Wenn sich der Sauganschluss der Kreiselpumpe unterhalb des Flüssigkeitsspiegels der geförderten Flüssigkeit befindet, fließt die Flüssigkeit natürlich automatisch in die Pumpe, was ein Sonderfall ist. Die Saugleitung der Kreiselpumpe ist mit einem Bodenventil ausgestattet, um zu verhindern, dass die vor dem Start eingespritzte Flüssigkeit aus der Pumpe fließt. Der Filter kann das Ansaugen von Feststoffen in der Flüssigkeit und die Leitung blockieren. Das in der Auslassleitung des Pumpengehäuses installierte Regelventil dient zum Starten, Stoppen und Regeln der Durchflussrate der Pumpe.
Zu den verschiedenen Ursachen für Kavitation und Gaseinlagerungen zählen:
Unter Lufteinschluss versteht man das Vorhandensein von Luft im Pumpenkörper. Dies tritt normalerweise beim Starten der Pumpe auf und äußert sich hauptsächlich darin, dass die Luft im Pumpenkörper nicht vollständig abgelassen wird. Kavitation entsteht dagegen dadurch, dass die Flüssigkeit bei einer bestimmten Temperatur ihren Verdampfungsdruck erreicht, was eng mit dem Fördermedium und den Betriebsbedingungen zusammenhängt.
Um das Auftreten des Gasbindungsphänomens zu verhindern, gibt es folgende Methoden:
(1) Füllen Sie die Schale vor dem Start mit Flüssigkeit. Stellen Sie sicher, dass das Gehäuse ordnungsgemäß abgedichtet ist und dass das Ventil und der Duschkopf zum Einfüllen des Wassers nicht lecken. Stellen Sie eine gute Abdichtung sicher.
(2) Die Saugleitung der Kreiselpumpe ist mit einem Bodenventil ausgestattet, um zu verhindern, dass die vor dem Start eingespritzte Flüssigkeit aus der Pumpe fließt. Der Filter kann verhindern, dass Feststoffe in der Flüssigkeit angesaugt werden. Die Druckleitung ist mit einem Regelventil ausgestattet, das beim Starten, Stoppen und Regeln der Durchflussrate der Pumpe verwendet wird.
(3) Platzieren Sie den Sauganschluss der Kreiselpumpe unterhalb des zu transportierenden Flüssigkeitsspiegels, und die Flüssigkeit fließt automatisch in die Pumpe.
Die Hauptursachen für Kavitation sind:
(1) Die Zulaufleitung weist einen zu großen Widerstand auf oder die Leitung ist zu dünn
(2) Die Temperatur des Fördermediums ist zu hoch;
(3) Übermäßiger Durchfluss, d. h. das Auslassventil ist zu weit geöffnet;
(4) Die Einbauhöhe ist zu hoch, was die Saugleistung der Pumpe beeinträchtigt;
(5) Auswahlprobleme, einschließlich Pumpenauswahl, Pumpenmaterialauswahl usw.
Abrechnungsbedingungen:
(1) Reinigen Sie die Fremdkörper in der Zulaufleitung, um den Zulauf freizugeben, oder vergrößern Sie den Leitungsdurchmesser.
(2) Reduzieren Sie die Temperatur des Fördermediums;
(3) Reduzieren Sie die Einbauhöhe;
(4) Wählen Sie die Pumpe neu aus oder nehmen Sie Verbesserungen an bestimmten Komponenten der Pumpe vor, zum Beispiel durch die Verwendung korrosionsbeständiger Materialien.