Kreiselpumpen zum Fördern von Schlamm und Abwasser
Von Dr.-lng. R. Dziallas VDI, Braunschweig
 

Die Kreiselpumpe findet in zunehmendem Maße Verwendung zum Fördern von Schlamm aller Art. Die Hauptgesichtspunkte beim Entwurf solcher Pumpen sind: möglichst weitgehendes Vermeiden von Verstopfungen, gute Reinigungsmöglichkeit und Schutz wichtiger Bauteile vor übermäßigem Verschleiß.
Zum Fördern von Schlamm und Abwasser benutzt man heute in den verschiedensten Industriezweigen in großem Umfange Kreiselpumpen, deren Vorteile, wie geringer Platzbedarf, niedriger Preis, niedrige Unterhaltungskosten, Möglichkeit der unmittelbaren Kupplung mit dem raschlaufenden Elektromotor, gegenüber der langsamlaufenden Kolbenpumpe mit Pilz- oder Kugelventilen von jeher zur Anwendung lockten. Allerdings zeigte sich bald, daß die gewöhnlichen Kreiselpumpen zum Fördern von Schlamm ungeeignet waren. Es mußten daher in den letzten Jahren erst besondere Ausführungsarten entwickelt werden 1).
Man verwendet heute Kreiselpumpen zum Fördern von ungeklärten städtischen Abwässern, die Dickstoffe, Papier, Stoff, Lappen, Binden, Därme, Sand, Asche, Holzsplitter, Blechteile u. a. enthalten, ferner von Schlamm und Abwasser in den chemischen Industrien, in Zuckerund Zellstoffabriken, zum Fördern von Zementschlamm, abgelöschten Schlacken usw. Dabei wird natürlich vorausgesetzt, daß das Fördergut noch als Flüssigkeit anzusprechen ist und die in der Flüssigkeit schwimmenden Fremdkörper nicht größer sind, als bei der Bemessung der Pumpenkanäle angenommen wurde.
 

Gestaltungsgrundsätze
Damit Verstopfungen möglichst vermieden werden, verzichtet man bei Schlamm- und Abwasserpumpen auf den Einbau von Leitschaufeln oder Leiträdern und verwendet reichlich bemessene Gehäuse. Damit man große Laufradkanäle schaffen kann, setzt man die Laufschaufelzahl stark herab. Alle festen Einbauten und Verengungen im Saugmund der Pumpe, wie Rippen und Führungslager, die ein Aufwickeln und Hängenbleiben des Fördergutes bewirken können, müssen fortbleiben. Das Laufrad wird stets fliegend -angeordnet und einseitig beaufschlagt. Damit das Fördergut ungehindert bis an die Laufschaufeln treten kann, mußten auch die sonst üblichen Laufradnaben verkürzt werden.
Die Verstopfungsgefahr ist um so größer, je kleiner die Abmessungen der Pumpe sind. Man baut deshalb die Pumpen selten mit einer kleineren lichten Weite des Saug- und Druckstutzens als 80 mm.
Um Fremdkörper, die sich trotz dieser Vorsichtsmaßregeln festgesetzt haben, schnell entfernen zu können, sieht man am Saugstutzen und an dem Pumpengehäuse Reinigungsöffnungen vor, die allerdings ihren Zweck nur dann erfüllen, wenn sie genügend groß und gut zugänglich sind. Pumpen, die einem besonders starken Verschleiß durch schmirgelndes Fördergut ausgesetzt sind und deren Laufrad deshalb oft nachgesehen und ausgewechselt werden muß, werden mit einem Klappdeckel versehen, der eine Untersuchung der Innenteile der Pumpe ohne Abbau der Rohrleitung ermöglicht. Auch werden bei solchem Fördergut besondere Schleißwände angeordnet, die schnell und mit geringen Kosten ersetzt werden können und die die Gehäuseteile oder das gesamte Pumpengehäuse vor der Berührung mit dem Fördergut schützen.

Laufradformen
Einige bewährte Laufradformen sind in Bild l a bis i dargestellt. Es haben sich sowohl offene, als auch geschlossene Laufräder bewährt; bei der Förderung sandhaltiger Stoffe ist allerdings der geschlossenen Ausführung der Vorzug zu geben.
Bild l a zeigt ein Laufrad, das z. B. zum Fördern von Zellstoff bis zu einer Stoffdichte von 8 % Feststoff-Anteil Verwendung findet. Bei diesem Fördergut konnte man noch an der alten Ausbildung der Laufradnabe festhalten. Aber schon bei dem Dreischaufelrad nach Bild l b wurde auf die übliche Strömungsführung durch die Nabe verzichtet. Der in Bild l c dargestellte S-förmige Kanal blieb lange Zeit der einzige Ausweg, wenn es galt, ungeklärte Abwässer zu fördern. Die Verstopfungsgefahr war hierbei denkbar gering. Allerdings wurde dieser Vorteil mit einer bedeutenden Verschlechterung des Wirkungsgrades erkauft. Deshalb bauen heute die meisten Kreiselpumpenwerke das strömungstechnisch günstiger ausgebildete Zweischaufelrad, auch Schlauchrad genannt, nach Bild l d bis h. In den Ausführungen nach Bild l f bis h, ist man auch noch von der kreisrunden Form der Laufrad-Begrenzungswände abgegangen und verspricht sich davon bessere Erfolge. Das Laufrad nach Bild l h ist ebenso wie das Laufrad mit dem S-Kanal nach Bild l c nur als ein Notbehelf anzusehen. Sie sollten nur dann Anwendung finden, wenn infolge der zum Aufwickeln neigenden Beimengungen des Fördergutes das Zweischaufelrad noch nicht genügend betriebssicher ist. Dabei ließe sich bei dem Rad nach Bild l h durch einen Umbau der aus Symmetriegründen stehengebliebenen zweiten Schaufel noch ein um etwa 3 bis 5 % besserer Wirkungsgrad als bei der angegebenen Ausführung erreichen. Neben diesen Formen behauptet sich die S-förmig gekrümmte Schaufel nach Bild l i, die von der Maschinenbau-A.-G. vorm. Ehrhardt & Sehmer, Saarbrücken, besonders für Schlammpumpen mit geringer Fördermenge gebaut wird.

Kreiselpumpen 002
Allen diesen Laufrädern ist die gut abgerundete Eintrittskante gemeinsam. Man erschwert dadurch ein Hängenbleiben von Fasern und erreicht eine geringe Abnutzung, was wohl teilweise auf das Vermeiden von Wirbeln und das Herabsetzen der Strömungsgeschwindigkeit beim Umströmen der Eintrittskante zurückzuführen ist.
Da mit kleiner werdender Laufschaufelzahl auch die erreichbare Saughöhe fällt und da ferner das Fördergut (Abwasser) leicht zur Gasbildung neigt, ordnet man die Pumpen meist so tief an, daß das Fördergut von oben zuläuft.


Leistung und Wirkungsgrad
Die Kennlinien einer Schlammpumpe mit einem nach Bild l d ausgebildeten Laufrad sind in Bild 2 dargestellt. Der stabile Verlauf der Drosselkurve ist zu erwarten und eine Folge der geringen Schaufelzahl. Überraschend ist dagegen der für die etwas ungewöhnlich erscheinende Schaufelform erreichte Wirkungsgrad von 65 % und sein flacher Verlauf. Auch die geringe Leistungsaufnahme bei der Fördermenge null ist bemerkenswert. Die Angaben für die Förderhöhe und den Wirkungsgrad beziehen sich auf eine Förderung von reinem Wasser. Der Einfluß der kinematischen Zähigkeit ist, solange es sich um eine turbulente Strömung in den Pumpenkanälen handelt, gering. Von größerer Bedeutung ist der Anteil an Beimengungen in der zu pumpenden Flüssigkeit. Der dadurch bewirkte Abfall der Fördermenge, der Förderhöhe und des Wirkungsgrades läßt sich nur für bestimmte und gleichmäßig durchmengte Aufschwemmungen, z. B. von Holzstoff, Zellstoff oder Rohmehl, angeben. Es empfiehlt sich daher ganz allgemein, bei Schlammpumpen den Leistungsüberschuß der Antriebsmaschine reichlicher anzusetzen als beim Fördern von reinem Wasser üblich.
Ausführungsbeispiele
 Schlammpumpen für ein Fördergut mit groben, aber nur wenig schmirgelnden Verunreinigungen. Größere Fremdkörper sollen durch einen am Saugdeckel angebrachten Kragen von dem Laufring ferngehalten werden. Zum Schutze der bereits gegen geringe Beimengungen von Sand sehr empfindlichen Stopfbüchse ist eine besondere Fettzufuhr vorgesehen. Der kleine Zwischenraum von Laufradboden und Druckseitendeckel dient zur Entlastung der Stopfbüchse.
Bei  Schlammpumpen sind des schmirgelnden Förderguts wegen besondere Schleißwände angeordnet. Zur Beseitigung von Verstopfungen am Saugmund der Pumpe dient ein Reinigungsdeckel mit Bügelverschluß. Der Stopfbüchse wird Frischwasser zugeführt. Um mit geringem Spülwasserdruck auszukommen, ist der Laufradboden mit kleinen Rückenschaufeln ausgerüstet.
Eine bemerkenswerte Bauart, die für die Förderung von abgelöschten und gebrochenen Schlacken2) entwickelt wurde, zeigt Bild 5. Das gesamte Innere des Pumpengehäuses ist bei dieser Ausführung mit leicht auswechselbaren Schleißteilen ausgekleidet. Das Pumpengehäuse ist waagerecht geteilt. Auf beiden Laufradaußenwänden sind Rückenschaufeln angeordnet. Das Spülwasser wird an den in Bild 5 angegebenen Stellen eingeführt. Durch die langen Rückenschaufeln, die das Spülwasser nach außen fördern, erschwert man das Eindringen des Fördergutes in den äußeren Laufradspalt. Auch der Laufring wird bei ausreichender, Zufuhr von Spülwasser auf diese Weise vor der Berührung mit dem Fördergut geschützt. Die oft ungünstigen Wasserverhältnisse am Verwendungsort zwingen zur Verwendung von Spülwasser, dessen Beschaffenheit eine Benutzung als Sperrwasser für die Stopfbüchse nicht ratsam erscheinen läßt. Deshalb ist zwischen Laufrad und Stopfbüchse noch eine besondere Drosselbüchse vorgesehen, so daß bei g ein geeigneteres Wasser in geringen Mengen zugeführt werden kann. Eine für die Förderung von Ton- und Zementschlamm bestimmte Ausführung ist in Bild 6 dargestellt. Da feste und sperrige Bestandteile in dem Fördergut nicht vorhanden sind, konnte auf den freien Saugmund verzichtet und auch eine Gehäusespirale vorgesehen werden. Durch die ungewöhnliche Art der Laufradanordnung war es möglich, die Innenteile der Pumpe durch einen Klappdeckel zugänglich zu machen, ohne daß man die Rohrleitungsteile abbauen muß. Das Wesentliche ist jedoch, daß auf diese Weise die Abdichtung nur gegen den Unterdruck oder einen geringen Zulaufdruck zu wirken braucht. Man hat deshalb von der Anordnung einer regelrechten Stopfbüchse Abstand genommen und benutzt als Dichtungsmittel nur zwei in Nuten eingreifende Schleifkörper.
Die Pumpen, Bild 3 bis 6, sind für waagerechte Aufstellung und für unmittelbare Kupplung mit der Antriebsmaschine eingerichtet. Dieselben Pumpen lassen sich durch Ändern des Lagersockels auch für senkrechten Einbau verwenden. Bei dieser Aufstellungsart, die bei neueren Abwasser-Pumpwerken fast ausschließlich angewandt wird, ist die Pumpe in einem gut zugänglichen Kellerraum so tief angeordnet, daß das Fördergut der Pumpe von oben zuläuft. Der Motor sitzt mit den zugehörigen Schaltgeräten so hoch darüber, daß er auch bei einem Rohrbruch nicht überflutet wird. Die Zwischenwellen müssen stark bemessen und in kürzeren Abständen gelagert werden, damit keine Schwingungen auftreten können.
Kreiselpumpen 003

Schrifttum
[1] C. Pf leiderer, Die Kreiselpumpen, 2. Aufl., Berlin 19,32.
| 2] E. Lugger, Pumperianlageii zum Fördern von Schmutz- und Abwasser, Fördertechn. Bd. 18 (1935) S. 200.
[3] B. Meisel, Zur Untersuchung der Arbeit zäher Flüssigkeiten in Kreiselpumpen, Fördertechn. Bd. 16 (1933) S. 32.
[4] A. Bonwetsch u. T, v. Rothe, Förderwesen im Baubetrieb, insbesondere bei Großbauten, Fördertechn. Bd. 17 (1934) S. 257.
[o] Y. Sherwell u. E. Penmngton, Centrifugal Pump Charac-teristics: Performance, Construction and Cost, Publ. by Inst. Mech. Engrs, London 1932. Die Arbeit enthält u. a. Angaben über den Einfluß der Stoffdichte von Holzstoff auf die Förderhöhe und den Wirkungsgrad bei dem Vergleich mit der Förderung von reinem Wasser.
B 3866

Quelle: VDI Zeitschrift 1937
 

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