Pumpen [2]

Pumpen (Bd. 7, s. 275).

Schöpfwerke. Eingehende Beschreibung der Schöpf- und Bewässerungseinrichtungen im Altertume s.a. [1]. Unreines mit Sand u. dergl. vermischtes Erdöl, welches nicht durch Kolbenpumpen aus dem Bohrloch gefördert werden kann, wird mittels der Schöpfbüchse gehoben. Dieselbe, ein Rohr mit Aufhängebügel und Fußventil, wird mittels eines Drahtseiles in das Bohrloch eingelassen und gehoben. Näheres s. Katalog der Internat. Bohrgesellschaft, Erkelenz, und [2].

Spiraldrahtpumpe nach Bessonet-Favre (Maschinenfabrik Joh. Schumacher, Köln), Anordnung wie Fig. 1 in Bd. 7, S. 276, aber ohne Rohr. Die Kette, in der zu fördernden Flüssigkeit (rein oder schlammig) durch das Gewicht einer losen Rolle straff gezogen, ist in ihrer ganzen Länge mit einer Drahtspirale umgeben. Bei genügender Geschwindigkeit bleibt die Flüssigkeit in ihr haften und wird beim Panieren der oberen (Antriebs-) Rolle (bei ca. 200 Umdrehungen) durch die Zentrifugalkraft abgeschleudert. Geeignet für Teufen von mehr als 6 m. Benötigen keine Rohrleitungen, Gestänge und Fundamentierungen.

Kolbenpumpen. Beispiele über Einfluß von Aufstellungsort (Meereshöhe) und Temperatur, Schaulinien zum Abgreifen [3].

1. Pumpen mit geradlinig hin und her gehendem Kolben. (Ueber Gehäuse s. Pumpenzylinder, Bd. 7, S. 294.) Eingehende Untersuchungen der Wirkungen von Saug- und Druckwindkesseln [4]. Bei Kanalisationspumpen hat sich, entgegen der landläufigen Annahme, die Erfahrung ergeben, daß Ledermanschettenkolben sich bedeutend weniger abnützen als Plunger, welche dieserhalb vielfach an bestehenden Anlagen durch Manschettenkolben ersetzt werden.

Für große Pumpmaschinen von Wasserwerken wurde neuerdings die Anordnung viel bevorzugt, bei welcher stehende Dampfmaschinen üblicher Bauart mittels Umführungsstangen oder Wiederholung des Kurbeltriebes die Pumpen direkt antreiben. Letztere zeigen sehr häufig Gruppenventile verschiedener Ausführungen (s. Pumpenventile, Bd. 7, S. 290) [5], [28]. Bei Verwendung von Verbrennungsmotoren erfolgt der Antrieb neuerdings vielfach durch direkte Kuppelung. Neuere Ausführungen von Tiefbrunnen und Bohrlochpumpen s. [6]. Gegen dieselben treten die Zentrifugalbohrlochpumpen mit ihren bedeutenden Vorzügen in starken Wettbewerb [7]. Konstruktion der Erdölbohrlochpumpen und deren gruppenweisen Antrieb vermitteln sogenanntem Kehrrad und Pumpenbock s. Katalog der Internat. Bohrgesellschaft, Erkelenz.

Nach Schröder wird bei den an Zahl stetig zunehmenden Großbetrieben in der Wasserversorgung der Kolbenpumpe in der Turbopumpe ein starker Wettbewerb erwachsen. Vergleiche und Kurventafel für die Berechnung von Betriebskosten unter Berücksichtigung der täglichen Betriebsdauer s. [5], S. 283.

[621] Nach neueren Angaben der Gasmotorenfabrik Deutz stellen sich die Brennstoffkosten bei verschiedenen Verbrennungsmotoren für 1 cbm auf 1 m Höhe gefördertes Wasser bei Verwendung von

Die Angaben über die Kosten der Wasserhebung bei Spiritus- und Petroleumbetrieb sind hier weggelassen, weil diese Brennstoffe bei den heutigen Verhältnissen in Deutschland kaum mehr in Betracht kommen. – Betrachtungen über die Anwendung der Kolbendampfmaschine, der Dampfturbine, des Diesel-Motors und des Sauggasmotors als Antriebsmaschinen s. [5].

Regler mit potenzierter Regulierfähigkeit erhält Weiß durch Anwendung zweier statischer Regler, die nacheinander in Wirkung treten. Hat jeder der beiden Regler einen Bereich von z.B.

o beträgt der Gesamtbereich 1 : 42 = 1 : 16.

3. Pumpen mit stetig drehendem (rotierendem) Kolben. Neue Pittlersche Kapselpumpe s. [9].

Luftdruckpumpen. Preßluft- oder Mammutpumpen s. [10]–[12] und [28]. Die Zwickauer Maschinenfabrik A.-G., Zwickau, Sachsen, führt die Luft nach Fig. 1 ein, wodurch vor der Expansion zunächst eine injektorähnliche Wirkung und im ganzen ein besserer Effekt erzielt werden soll.

Gasdruckpumpen. Eine Gasdruckpumpe, welche in sich Kraft- und Arbeitsmaschine vereinigt und eine ganz neue Anwendung des Explosionsprinzipes darstellt, ist die eigenartige Erfindung von Humphrey. Ihre Wirkungsweise ist bei den einfachsten Ausführungsformen wie die eines Viertaktgasmotors, bei dem die zu fördernde Wassermasse an die Stelle des Kolbens tritt.

Fig. 2 stellt die einfachste Form der Humphrey-Pumpe dar. Der Prozeß setzt sich aus vier ungleichen Hüben der Wassersäule zusammen. Zunächst erfolgt ein längerer Hub während der Explosion und Expansion, der Druck sinkt etwas unter die Atmosphäre und durch die Wasserventile V tritt Wasser aus dem Saugbehälter ST ein. Während des zweiten langen Rückwärtshubes der Wassersäule werden die Verbrennungsprodukte durch das Ventil A ausgestoßen, und bei dem kurzen Saughub wird eine Ladung frischen Gemisches durch Ventil E angesaugt. Den Schluß bildet ein noch kürzerer Kompressionshub, an dessen Ende die Ladung entzündet wird. Die Humphrey-Pumpe soll hinsichtlich der Kosten für Anlage und Betrieb Vorteile bieten. Berechnung, Ausführung, Berichte und Kritik s. [5] und [13]–[19].

Zentrifugalpumpen. Zu Pumpen mit lotrechter Welle gehören auch die neuerdings in Aufnahme gekommenen Bohrlochpumpen [7]. Verwendung der Zentrifugalpumpen zur Förderung in ein geschlossenes Rohrnetz mit reichlichen Druckwindkesseln bei den sogenannten Delphinpumpwerken, bei welchen die Pumpen nach Bedarf sich selbsttätig ein- und ausschalten. Diese Art des Betriebes hat den Nachteil größeren Stromverbrauches und erfordert Anlagen mit größerer Förderleistung gegenüber dem gleichmäßigen Betrieb bei der Förderung unter der Ausgleich Wirkung eines Hochbehälters [20].

Für die wachsende Verwendung der Zentrifugalpumpen gilt folgendes:

Während zunächst die Wasserhaltungen das vorwiegende Anwendungsgebiet der Zentrifugalpumpen bildeten, haben sie sich bisher in allen übrigen Gebieten in weitem Maße durchgesetzt, insbesondere für Wasserwerke, die Gebrauchswasserförderung in allen industriellen Betrieben, die Druckwasserbeschaffung in Hüttenwerken und andern mit Druckwasser arbeitenden Betrieben, die Landbewässerung, Kraftaufspeicherungsanlagen von Elektrizitätswerken, bei denen zu den Zeiten geringen Strombedarfes die in den Wasserturbinen zur Verfügung stehende Kraft benutzt wird, um das Wasser in ein Hochreservoir zu fördern, das dann später zum Antrieb von Hochdruckturbinen benutzt wird, für Dockpumpen, Kesselspeisepumpen u.a.

Die Entwicklung der schnellaufenden Antriebsmaschinen (Elektromotoren, Dampfturbinen, Verbrennungsmotoren) macht die Zentrifugalpumpe wegen der Möglichkeit direkter Kupplung in erhöhtem Maße zur Wasserbeschaffung geeignet. So hat sie sich in neuester Zeit z.B. als Pumpe für Feuerlöschautomobile eingeführt, weil sie mit den schnellaufenden Benzinmotoren gemeinsam ein leichtes, wenig Platz beanspruchendes und einfaches Pumpenaggregat bildet. Ein gleiches gilt für die mit Dampfturbinen direkt gekuppelten Kesselspeisepumpen, die elektromotorisch angetriebenen und automatisch ein- und ausschaltbaren Trinkwasserpumpen hoch gelegener Häuser sowie für manche andre Anwendungsgebiete.

[622] Dort, wo bei hohem Druck relativ kleine Mengen zu fördern sind, wo also mehrstufige Pumpen mit verhältnismäßig geringen Laufraddurchmessern zur Anwendung kommen, überwiegt der Elektromotor als Antriebsenergie, weil zwecks Erreichung genügend großer Wassergeschwindigkeiten hohe Tourenzahlen angestrebt werden müssen. Für sehr große Pumpen und insbesondere für geringe Förderhöhen ist jedoch auch mit niedrigen Tourenzahlen ein rationeller Betrieb möglich. Daher kommt hierfür vielfach der Diesel-Motor in direkter Kupplung mit der Pumpe zusammen zur Anwendung [23]. Im übrigen wird für ihn auch Riemenübertragung, ja auch Kegelräderantrieb (der letztere bei vertikalen Pumpen) verwendet.

Die neuere Entwicklung des Zentrifugalpumpenbaues hat dahin geführt, daß eine scharfe Unterscheidung von Niederdruck- und Hochdruck-Zentrifugalpumpen (man spricht auch von Mitteldruckpumpen) heute nicht gut möglich ist. Die Uebergänge erfolgen allmählich. Auch eine Unterscheidung danach, ob ein- oder mehrstufig, ob Leiträder angewendet werden oder nicht, ist nicht allgemein zulässig. (Siehe nachstehend erwähnte einstufige Spiralgehäusepumpe ohne Leitrad für 150 m Förderhöhe mit 80% Wirkungsgrad.)

Stufenzahl, Laufraddurchmesser, Gehäuseform, Leiträderverwendung richten sich danach, welche Mengen, welche Förderhöhen, welche Schwankungen in bezug auf Förderhöhen und Fördermengen zu berücksichtigen sind, sowie nach der Tourenzahl der zur Verfügung stehenden Antriebsmaschine. Während für die großen Nilbewässerungsanlagen mit geringen und schwankenden Förderhöhen Niederdruck-Zentrifugalpumpen ohne Leiträder in den verschiedensten Ausführungen zur Anwendung kommen [29], werden für die Bergwerkswasserhaltungen ausschließlich Hochdruck-Zentrifugalpumpen nach Art der Fig. 3 verwendet. Für die Gebrauchswasserbeschaffung in industriellen Betrieben finden die aus Tiefbrunnen arbeitenden Bohrlochkreiselpumpen, die im unteren Teil des Schachtes montiert und befähigt sind, unter Wasser zu arbeiten, zunehmende Verwendung. Der Antrieb der Pumpen geschieht mittels langer Transmissionswelle von Ueberflur aus. Die Wellenlänge ist wegen der auftretenden Verdrehung beschränkt. Die praktisch vorkommenden Betriebsverhältnisse liegen jedoch in der Regel innerhalb der zulässigen Wellenlänge (ca. 30 m) [7].

Ueber Einzelheiten z.B. der am meisten verbreiteten Konstruktion von Sulzer, ist folgendes zu bemerken: Die Laufräder werden nebeneinander auf die Welle geschoben und an dem einen Ende durch Wellenbund, am andern durch eine Schraubenmutter fixiert. Am äußeren Ende sitzt die Entlastungsscheibe, die den Axialschub aufnimmt. Die Einführung der automatischen Entlastungsscheibe hat eine außerordentliche Vereinfachung der Konstruktion zur Folge gehabt. Ihre Wirkung beruht darauf, daß der Raum hinter der Entlastungsscheibe mit dem letzten Druckraum der Pumpe verbunden ist und die Entlastungsscheibe sich dadurch den Druckschwankungen bezw. der Entlastung entsprechend einstellt [21]. Die Sulzersche Anordnung ergibt auch den Vorteil, daß die Stopfbüchse für den letzten Pumpendruckraum wegfällt, da die Abdichtung durch das der Entlastungsscheibe zugeführte Entlastungswasser erfolgt. Ein Vorzug der Gehäusekonstruktion mit Entlastungsscheibe besteht weiter darin, daß die Wasserführung innerhalb des Pumpengehäuses vereinfacht wird. Die Herstellung der einzelnen Pumpenorgane wird einheitlicher und die Konstruktion außerdem gedrungener. Sämtliche Laufräder werden zudem gleich. Es braucht also nicht mehr zwischen rechten und linken Laufrädern unterschieden zu werden. Man vergleiche Fig. 3 und Fig. 31 (Bd. 7, S. 287). Ein gleiches gilt für die Leiträder. Durch die Vermittlung der Ueberströmstücke wird das aus dem einen Laufrad austretende Wasser wieder nach der Wellenmitte und dann zum nächsten Laufrad geführt (Fig. 3). Dort, wo es sich um Ueberwindung sehr großer Förderhöhen handelt, kommen Doppelaggregate, bei denen das durch die eine Pumpe geförderte Wasser zwecks Erhöhung des Pumpendruckes eine weitere Pumpe passiert, zur Anwendung. Mit derartigen Aggregaten lassen sich alle praktisch vorkommenden Förderhöhen erreichen (größte vorkommende Förderhöhe ca. 1000 m) [21]–[25] und [28]. Bei Senkpumpen ist die Anwendungsmöglichkeit der Zentrifugalpumpe durch die Teufe begrenzt, da die Gewichte bei großen Teufen sehr schwer werden. Früher wurde als größte zulässige Teufe 250 m angenommen. Heute aber wird wesentlich höher, bis ca. 400 m, gegangen [25].

Wenn der Wirkungsgrad auch nicht die ausschlaggebende und wichtigste Rolle bei einer Pumpe spielt, so wird man trotzdem bestrebt sein, denselben bei einer bestimmten Förderanlage in bezug auf Wirtschaftlichkeit möglichst günstig zu gestalten. Bei Zentrifugalpumpen wird er bei einer gegebenen Förderhöhe um so höher sein, je größer die Fördermenge ist. Die Wirtschaftlichkeit steigt mit der Tourenzahl.

[623] In Fig. 4 und 5 sind die Betriebsverhältnisse einer normalen horizontalen fünffachen Sulzer-Pumpe mittlerer Größe dargestellt. Die mittlere Linie kennzeichnet einen Wirkungsgrad von 77%, der bei den verschiedensten Tourenzahlen erreichbar ist unter der Voraussetzung, daß Förderhöhe und Fördermenge der Tourenzahl entsprechend gewählt, d.h. so angenommen werden, daß die genannte Fördermenge und Förderhöhe ohne die Betätigung des Regulierschiebers erreicht werden. Es wechselt, wie aus dem Diagramm zu ersehen ist, mit steigender Tourenzahl nicht nur die Förderhöhe, was selbstverständlich erscheint, sondern auch, sofern nicht durch den Regulierschieber eingegriffen wird, die Fördermenge. Der Eingriff durch den Regulierschieber kann an sich beliebig weit, eventuell bis zur völligen Abdrosselung der Fördermenge getrieben werden. Trotzdem diese Regulierung bis zu einem gewissen Grade auf Kosten des Wirkungsgrades geschieht, bedeutet das einen wesentlichen Vorzug der Zentrifugalpumpen, da auf diese Weise die verschiedensten Betriebsverhältnisse erreichbar sind, ohne daß die Tourenzahlen in irgendeiner Weise geändert werden müssen. Die Diagramme Fig. 4 und 5 zeigen das Verhalten der Pumpe bei konstanter Tourenzahl, aber verschiedenen Fördermengen. Für die Erreichung dieser verschiedenen Fördermengen muß der Regulierschieber zu Hilfe genommen werden, durch dessen Betätigung sich auch die Förderhöhen entsprechend ändern. Der günstigste Wirkungsgrad von 77% wird bei einer Fördermenge von 90 l/Sek. und 348 m Förderhöhe erreicht. Aber innerhalb weiter Grenzen (zwischen 60 bis 115 l) bleibt der Wirkungsgrad oberhalb 70%. – Fig. 6 zeigt eine Sulzer-Zentrifugalpumpe, die mit einem Laufrad allein die maximalmanometrische Förderhöhe von 152 m und maximal 1800 l/Sek. mit n = 1002 p. Min. bewältigt. Sie ist ohne Leitrad mit einem Spezialgehäuse ausgeführt. Guter Nutzeffekt, auch bei veränderlicher Förderhöhe.

Wasserstrahlpumpen. a) Mit gleichförmiger Wirkung.

Körtings Strahl-Tiefbrunnenpumpe. Am Fuße des Tiefbrunnenrohres ist ein Strahlelevator angeordnet, dem Druckwasser von hoher Pressung zugeführt wird. Geringe Anlagekosten. Das Förderwasser verbleibt im geschlossenen Rohr und kann, ohne mit der Luft in Berührung zu kommen, weiter gefördert werden. Geringere Rohrtiefe gegenüber Mammutpumpen. Nähere Angaben s. Prospekt von Gebr. Körting.

b) Mit stoßweiser Wirkung. – Zu dieser Art gehört der von Abraham-Berlin erfundene Hydropulsor, der sich in seiner grundlegenden Wirkungsweise an den hydraulischen Widder anschließt. Gegenüber diesem ist aber der Fortschritt so bedeutend, daß weder äußerlich noch innerlich in den Konstruktionsteilen irgendeine Aehnlichkeit mit dem Widder zu erkennen ist. Er eignet sich insbesondere zur Ausnutzung sehr kleiner Triebwassergefälle und zur Verarbeitung sehr großer Wassermengen.

[624] Hinsichtlich der Wirkungsweise unterscheidet man Druckhydropulsoren und Saughydropulsoren. Die Druckhydropulsoren arbeiten wie folgt (Fig. 7a): Von einem Oberwasserspiegel A aus fließt das Wasser durch ein Triebrohr mit dem Gefälle H der Maschine zu. Diese besteht in der Hauptsache aus einem Laufrad oder Umschalterad, das ähnlich einem Turbinenlaufrad durch gekrümmte Schaufeln in verschiedene Kammern geteilt ist und durch das durchfließende Wasser selbst in Umdrehung versetzt wird. Die Kammern des Rades sind abwechselnd nach oben und nach unten offen, so daß bei der Umdrehung des Laufrades das Triebrohr abwechselnd mit dem Abfluß C und mit dem Druckrohr B (Fig. 7b) verbunden ist. Ist, wie in Fig. 7a gezeichnet, das Triebrohr mit dem Abfluß C verbunden, so fließt das Wasser frei aus, die ganze zwischen A und C befindliche Wassermasse kommt in Bewegung und erlangt eine gewisse Höchstgeschwindigkeit. In dem Augenblick, wo diese erreicht ist, hat sich das Laufrad um eine Kammerteilung weiter gedreht, so daß jetzt das Triebrohr mit dem Druckrohr in Verbindung steht. Das einmal in dem Triebrohr in Bewegung befindliche Wasser drängt nun infolge seiner Arbeitswucht weiter und kommt bei B zum Ausfluß, wobei es um die Höhe h über den ursprünglichen Wasserspiegel A gehoben wurde. Nach kurzer Zeit wird die Arbeitswucht des Wassers im Triebrohr aufgebraucht sein, es kommt zur Ruhe und würde rückwärts fließen, wenn sich nicht das Laufrad unterdessen um eine weitere Kammerteilung gedreht hätte, so daß das Triebrohr wieder mit dem Ausflußrohr C verbunden ist. Dadurch erhält das Wasser im Triebrohr von neuem seine Höchstgeschwindigkeit für die Fortsetzung der Wasserhebung.

Ein einziges Laufrad kann gleichzeitig mehrere in die Maschine einmündende Triebrohre bedienen.

Die Saughydropulsoren arbeiten in der Weise, daß die lebendige Kraft des Auslaufwassers anstatt zum Drücken nach einem höher gelegenen Behälter zum Saugen aus einem tiefer gelegenen nutzbar gemacht wird, das Druckwasser leistet die Arbeit zum Hochsaugen des Saugwassers.

Betreffs der Bauart unterscheidet man liegende, mit vertikaler Achse des Laufrades, für kleinere und mittlere Leistungen bis 50 l/Sek. Schluckwasser, und stehende Hydropulsoren für große Wassermengen. Die Wirkungsgrade sollen bis zu 0,67 betragen.

Die Hydropulsoren finden Anwendung zur Entwässerung und Bewässerung von Ländereien, Sümpfen, zu Gefällevermehrungen bei Turbinenanlagen und zu Nutz- und Trinkwasserversorgungen [26], [27].

Für Deutschland hat das Ausführungsrecht die Ottensener Eisenwerke A.-G., Altona, erworben.

Literatur: [1] Arthur M. Greene, Pumping Machinery, Newyork 1911. – [2] Th. Tecklenburg, Tiefbohrkunde, 2. Aufl., Berlin 1900, 1. Bd. – [3] F. Schönberger, Saughöhe der Kolbenpumpen, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1910, S. 363. – [4] A. Gramberg, Windkessel von Kolbenpumpen, ebend. 1911, S. 852. – [5] Rud. Schröder, Hamburg, Neuere Pumpmaschinen f. Wasserwerke, Vortrag 1911 in Dresden, Journ. f. Gasbel. u. Wasserversorg. 1912, S. 6 f. – [6] Wettich, Bohrlochpumpen, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1911, S. 617. – [7] Ahrens, Sulzer-Bohrlochkreiselpumpen, ebend. 1913, S. 321. – [8] E. Wiki, Regulatoren, ebend. 1907, S. 104. – [9] Heller, Kapselpumpe, ebend. 1908, S. 894. – [10] L. Darapsky, Mammutpumpen, Dinglers polyt. Journ. 1913, S. 97. – [11] H. Lorenz, Berechnung der Preßluftpumpen, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1909, S. 545. – [12] K. Hoefer, Strömungsvorgänge im Druckluftwasserhebel, ebend. 1913, S. 1174. – [13] H. Lorenz, Humphrey-Gaspumpe, ebend. 1911, S. 1852. – [14] Dierfeld, Gaspumpen und Kompressoren, Elektr. Kraftbetriebe und Bahnen 1911, Heft 33 u. 34. – [15] Humphrey-Pumpe, Journ. s. Gasbel. u. Wasserversorg. 1910, S. 668/669. – [16] Dies., ebend. 1911, S. 89. – [17] Dies., The Engineer 1913, S. 269. – [18] Noack, Die Humphrey-Pumpe, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1913, S. 885. – [19] Otto H. Mueller, Kritik der Humphrey-Pumpe, ebend. 1913, S. 885. – [20] Kurgaß, Delphinpumpwerk, ebend. 1912, S. 435, 1058 u. 1683. – [21] H. Mitter, Turbinenpumpenbau, ebend. 1913, S. 1005. – [22] Hochdruck-Kreiselpumpen für Druckwasserbeschaffung, ebend. 1913, S. 1116. – [23] Syster, Große Dockpumpen, Engineering 1913, S. 349. – [24] Fr. Neumann, Die Zentrifugalpumpen, 2. Aufl., Berlin 1912. – [25] J. Nebelung, Hochdruck-Zentrifugalpumpen in Grubenbetrieben, »Der Bergbau« 1912 (Gelsenkirchen). – [26] Schulz, Der Hydropulsator, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1911, S. 1384. – [27] Preger, dass., Dinglers polyt. Journ. 1912, S. 757 f. – [28] Gesamtinhaltsverzeichnis der Jahrgänge 1904–1910 der Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. – [29] Huber, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1908, S. 42.

Friedr. Becher.

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4 und 5.

Fig. 6.

Fig. 7a., Fig. 7b.