Der Wechselstrom ändert entsprechend seiner Erzeugung im Generator regelmäßig seine Bewegungsrichtung und seine Stärke. Durch die alternierende Spannung unterscheidet sich der Wechselstrom vom Gleichstrom. Der Abstand zwischen dem 0-Durchgang und der Amplitude (höchster Punkt) entspricht der Höhe der Spannung in Volt (V). Sie ist einmal positiv und einmal negativ gerichtet. Eine Schwingung (0 >< Plus-Amplitude >< 0 >< Minus-Amplitude>< 0) ist eine Periode. Die Anzahl der Perioden in einer Sekunde bezeichnet man als Frequenz. Frequenz wird in Hertz (Hz) angegeben. In Deutschland und Europa arbeitet das Stromnetz mit 50 Hz = 50 Perioden in einer Sekunde. In anderen Ländern u.a. in den USA und in einigen Staaten Südamerikas hat das Stromnetz 60 Hz.
Diagramm1: Sinuskurve bei Wechselstrom [1]
Die Stromnetze im Gebäudebereich führen 230 V Wechselstrom. Bei Maschinen oder Anlagen höherer Leistung, wird „Kraftstrom“ bzw. Drehstrom mit 400 V benötigt.
DrehstromDrehstrom
Beim Drehstrom werden drei Wechselströme überlagert. Dies erfolgt in drei gleichen Zeitabständen. Die Spannungskurven der drei Phasen sind in der Abbildung unten dargestellt (Diagramm 2). Der Drehstrom ist sozusagen ein dreiphasiger Wechsel-strom, der nacheinander in drei gleichen Zeitabständen aufgeteilt ist. Durch diese Besonderheit kann der Strom mit nur drei Stromleitern (Phasen L1, L2 und L3) transportiert werden. Im Niederspannungsnetz (örtliches Stromnetz) besteht noch ein vierter Stromleiter, der Null- oder Neutralleiter. Bei der Klemmung im Nieder-spannungsnetz von nur einer der drei Phasen (L1, L2, L3) mit dem Neutralleiter (N) kann man Wechselstrom entnehmen (230 Volt). Bei Klemmung von zwei Außenleitern (z.B. L1 zu L3) erhält man Drehstrom mit 400 Volt Spannung.
Diagramm 2: überlagerte Sinuskurven bei Drehstrom [1]
In Deutschland und Europa hat Drehstrom ebenfalls eine Frequenz von 50 Hz, in anderen Ländern sind wie auch beim Wechselstrom 60 Hz verbreitet.
1.1.3. Hinweise zu Auswahl und Dimensionierung
Jede Pumpenanlage funktioniert so gut und störungsfrei, je präziser die Planungsaufgaben erledigt wurden und die Bauausführung erfolgte. Ein großer Teil von Störungen sind auf Planungs- und Dimensionierungsfehler zurückzuführen (s.a. VDMA-Studien).
Vor allem Kosten lassen sich durch eine präzise Planung und exakte Bauausführung sparen. Folgekosten, die erst nach einiger Zeit entstehen, lassen sich durch geeignete Maßnahmen vermeiden. Dazu gehören insbesondere:
Genauen Betriebspunkt festlegen (Anlagenkennlinie, Pumpenkennlinie)
Strömungsverluste berücksichtigen
Sauganforderungen prüfen (Saugleitung, ob selbstansaugend)
Betriebspunkt-Anpassung (Drehzahl-Regelung, FU)
Viskosität berücksichtigen (Wasser, Öl, andere Flüssigkeiten)
Außerdem müssen folgende Faktoren berücksichtigt werden:
Die Aufstellung der Pumpe (Bodenfundament, Sockel, etc.)
Saug- und Druckleitung (Durchmesser, Länge)
Die Art der Pumpe muss ausgesucht werden in Bezug auf: Viskosität, Dichte, Temperatur, Systemdruck, Materialanforderungen, etc.
Die richtige Pumpengröße muss abgestimmt sein auf: Förderstrom, Druck, Drehzahl, Ansaugbedingungen und Art des Fördermediums
Grundlegende, zu beachtende Eigenschaften der Fördermedien sind:
Viskosität (Reibungsverluste)
Korrosivität (Korrosion)
Abrasivität (Abrieb)
Temperatur (Kavitation)
Dichte
chemisches Reaktionsverhalten (Dichtungsmaterial)
Aufstellung/Verrohrung
Die Pumpe sollte mit möglichst kurzen Rohrleitungen im System an den Behälter oder an das Objekt, aus der die Flüssigkeit gepumpt werden soll, montiert werden. Es sollten möglichst wenig Ventile und Bögen verwendet werden, um den Druck-verlust in der Rohrleitung zu minimieren. Die Pumpen müssen auf einem festen Fundament fixiert sein und vor der Inbetriebnahme exakt ausgerichtet werden. Die Verrohrung und die Rohranschlüsse, müssen ausreichend groß dimensioniert werden und dem Förderstrom angepasst werden. Kleine Rohrabmessungen sind zwar preisgünstiger, bringen jedoch Strömungsverluste und die Gefahr der Kavitation beim Betrieb der Pumpe. Die Saugleitung soll eine Stufe größer als die Druckleitung sein. Beispielsweise: Druckleitung 2“, folglich Saugleitung 2 ½ “.
Angeschlossene Rohrleitungen müssen spannungsfrei montiert werden, so dass keine Kräfte auf die Stutzen der Pumpe wirken. Temperaturbedingte Ausdehnungen des Rohrleitungssystems sollten durch Kompensatoren ausgeglichen werden. Steht die Pumpe fest auf einer Bodenplatte, muss gewährleistet sein, dass das Rohrsystem Spannungen und Ausdehnungen auffangen kann (z. B. über Bogen oder Kompensator).
Saugleitung
Bei normalsaugenden Kreiselpumpen darf keine Luft in die Pumpe gelangen. Dies würde die Leistung beeinträchtigen, im Extremfall würde die Pumpe nicht mehr fördern. Um Störungen wie beispielsweise Turbulenzen zu vermeiden, sollte die Saugleitung eine gerade Einlaufstrecke beinhalten, die mindestens fünf Mal so lang ist wie der Durchmesser des Einlaufstutzens.
Druckleitung
Die Förderhöhe ergibt sich aus den Reibungswiderständen der in der Druckleitung eingebauten Komponenten wie Ventile, Wärmetauscher, Filter, etc., der Rohrleitung und der geodätischen Höhendifferenz. Auch der Förderstrom wird beeinflusst.
1.1.4. Bauformen von Kreiselpumpen
Aufstellungsart
Eine grundsätzliche Untergliederung ergibt sich nach der Aufstellungsart. Man unterscheidet trocken aufgestellte Pumpen, nass aufgestellte Behälterpumpen und Unterwasserpumpen. Trocken aufgestellte Pumpen werden in einer Anlage verbaut oder neben einer Anlage montiert. Bei Behälterpumpen befindet sich der hydraulische Teil im Behälter bzw. in der Flüssigkeit. Unterwasserpumpen sind komplett in der zu fördernden Flüssigkeit. Der Motor muss deshalb wasserdicht verkapselt sein.
Laufradformen
Je nach Anforderung bezüglich Förderdruck und Fördermenge werden verschiedene Laufräder eingesetzt. Dies sind: Radialrad, Halbaxialrad, Diagonalrad oder Axialrad.
Die spezifische DrehzahlDrehzahl nq ergibt das Unterscheidungsmerkmal.
Die spezifische Drehzahl nq = n ▪ Q1/2 ▪ H3/4
Wobei:
| n | = | Drehzahl in 1/Min |
| Q | = | Fördermenge in m³/h |
| H | = | Förderhöhe in m |
Es ergeben sich folgende Anwendungen bezüglich der spezifischen Drehzahl:
|
Radialrad:
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