Mithilfe einer Fadensonde können Strömungen sichtbar gemacht werden. Dazu wird ein einzelner Wollfaden mit dem einen Ende an einer Lanze festgemacht und anschließend in die Strömung gehalten. Der lose Teil richtet sich nach der Strömung aus und zeigt einen ersten Eindruck von der Strömungsrichtung entlang bestimmter Teilbereiche.
Die Fallbeschleunigung ist auf Grund des Schwerefeldes der Erde die örtlich verschiedene Beschleunigung, welche ein Körper ungeachtet der Reibung im freien Fall auf die Erdoberfläche erfährt. Das Kurzzeichen ist g. Die genauen Einzelwerte sind abhängig von der Zentrifugalkraft infolge der Erdrotation, der Erdabplattung sowie des Höhenprofils und weichen um weniger als 7 Promille voneinander ab. Der durchschnittliche Wert beträgt 9,81 m/s2, wie er auch in der Kreiselpumpentechnik verwendet wird. Darüber hinaus wird er nach ISO 9906 sowie nach EN ISO 17769-1 in vielen Definitionsgleichungen verwendet.
Im nahezu bzw. völlig schwerelosen Feld (z. B. in einer Satellitenstation) strebt die Förderhöhe (H) einer Kreiselpumpe als Folge ihrer Definition gegen unendlich, wenn g≈0 geht. In größerer Entfernung von der Erdoberfläche sollte daher für alle Kreiselpumpen statt der Förderhöhe die endlichespezifische Förderarbeit (Y) angegeben werden. Sie ist die von der Pumpe auf die Förderflüssigkeit übertragene nutzbare mechanische Arbeit, bezogen auf deren (von der Fallbeschleunigung unabhängige) Masse. Gleiches gilt auch in beschleunigten oder verzögerten Systemen (z. B. in einer Rakete). Zwischen der spezifischen Förderarbeit (Y) und der Förderhöhe (H) besteht der Zusammenhang:
Der Faltenbalg ist ein gewellter, elastischer Schlauch, meist aus Kunststoff, Gummi oder Metall (Edelstahl). Typische Anwendungen sind der Schutz von beweglichen Bauteilen (z. B. Gelenkmanschetten), der Ausgleich von Längenänderungen (z. B. Rohrleitungskompensatoren) oder als hochwertige, wartungsfreie Spindelabdichtung bei Ventilen.
Der Faserstoff wird auch als Dickstoff bezeichnet und steht als Sammelbezeichnung für Zell- sowie Holzstoff. Er wird in der Zellstoff- und Papierindustrie verarbeitet.
Der Feldbus ist ein Bussystem und wird in Automatisierungssystemen zur Kommunikation eingesetzt, um Steuerungs- mit Feldgeräten (z. B.Sensoren, Aktoren) direkt zu verbinden und echtzeitnahe Übertragung zu ermöglichen. Dazu werden auf dem Feldbus kleinere Datenmengen zwischen Sensorik, Aktorik und Steuereinrichtung in digitaler Form übertragen.
Die Feldebene wird auch als Sensor- bzw. Aktuatorebene bezeichnet und steht für die unterste Ebene der Automatisierungspyramide in industriellen Fertigungssystemen. Die Aufgabe besteht in der einfachen und schnellen Datensammlung mittels binärer Signale. siehe Abb. 1 Feldebene
Abb. 1 Feldebene: Beispiel einer Automatisierungspyramide
Jede Ebene hat spezielle Aufgaben und zwischen den einzelnen Ebenen gibt es fließende Grenzen. Entsprechend der Aufgabe der Ebene haben sich spezifische Techniken der analogen als auch digitalen Datenübertragung und -verarbeitung entwickelt.
Kreiselpumpen und Armaturen sind in der Feldebene angesiedelt und werden dementsprechend als Feldgeräte bezeichnet. Je nach Integrations- und Funktionsumfang der Elektronik in diesen Feldgeräten werden sie auch als intelligent bezeichnet (siehe Kommunikationssystem).
Die Fernmessung wird auch als Telemetrie bezeichnet und steht für die Übertragung von Messwerten eines Messfühlers wie eines Sensors zu einer räumlich getrennten Empfangsstelle.
Der Fernschalter ist ein elektrisches Schaltgerät mit sog. Kraftantrieb (siehe auch Relais, Schütz). Die Kraft oder das Moment wird dabei z. B. durch einen Motor auf die Antriebswelle des Schalters übertragen.
Die Fernwirktechnik beschreibt das Ausführen von Steuerungs-, Regelungs- und Sicherungsaufgaben über ein Telekommunikationsnetz aus der Ferne (siehe auch Kommunikationssystem).
Eine Feststoffpumpe wird auch als Slurry-, Panzer- oder Baggerpumpe bezeichnet und ist eine Kreiselpumpe zum Transport von Fördermedien mit stark abrasiven Feststoffteilen (siehe Abrasion) wie bei Flotationen, Aufschwemmungen von Schlacke, Kohle oder Erz im Bergbau sowie Sinterschlämmen und beim Sand- und Kiesabbau. Sie sind besonders stark dem Erosionsverschleiß (siehe Erosion) ausgesetzt. Daher werden sie so konstruiert, dass ihre flüssigkeitsbenetzten Oberflächen durch Auftragsschweißung gepanzert sind und die Schleißteile wie Ringe, Buchsen, Scheiben, Gehäuseeinsätze, Laufräder sowie alle Arten von Auskleidungen auch leicht ausgetauscht werden können. Sie müssen daher verhältnismäßig preiswert sein und aus Werkstoffen bestehen, die besonders widerstandsfähig gegen Abrasion oder eine Kombination aus Abrasion und Korrosion sind. siehe Abb. 1 Feststoffpumpe
Abb. 1 Feststoffpumpe: mit austauschbarer Schleißscheibe auf der Saugseite
Zu den Betriebsforderungen gehören des Weiteren eine schnelle und einfache Demontierbarkeit der Pumpe sowie ein zuverlässiger Ersatzteilservice für die austauschbaren Teile. Neben diesen speziell für den hydraulischen Feststofftransport konzipierten Pumpen gibt es eine Vielzahl von Kreiselpumpen, die durch konstruktive und werkstofftechnische Maßnahmen für die unterschiedlichsten Verunreinigungsgrade der Förderflüssigkeit und Feststoffarten geeignet sind (siehe Abwasser- und Fäkalienpumpe).
Fein- und grobkörnige Feststoffe können durch Flüssigkeitsströme fortbewegt werden. Das gilt auch für den Transport in Rohrleitungen. Im Unterschied zu klaren Flüssigkeiten muss bei Gemischen wie bspw. Schlämmen, Trüben und Aufschwemmungen die Tendenz beachtet werden, sich unter der Wirkung der Schwer- oder Fliehkraft zu entmischen. Grobe Körnung und große Unterschiede in der Dichte zwischen Feststoff und Trägerflüssigkeit begünstigen diesen Effekt, dessen Ausmaß durch die Sinkgeschwindigkeit eines Feststoffteilchens in ruhender Flüssigkeit bestimmt wird. Dabei wirken dieser Entmischung die Turbulenz (siehe Strömungslehre) in der Rohrströmung sowie Druckunterschiede durch eine unsymmetrische Anströmung der Teilchen in der Nähe der Rohrwandung (siehe Grenzschicht) entgegen. Aus diesem Grund bestimmt die Durchflussgeschwindigkeit neben der Korngröße und dem Feststoffgehalt in der Flüssigkeit (Konzentration) die Erscheinungsformen der Feststoffförderung.
Sprungförderung (inhomogene Mischung, höhere Konzentration am Boden horizontaler Rohre)
Strähnenförderung (erste Ablagerungen bei horizontalen bzw. Konzentration in der Mitte von vertikalen Rohren)
Propfenförderung (instationäre Förderung)
Bei dem Überschreiten zulässiger Konzentrationen oder bei der Unterschreitung von Mindestgeschwindigkeiten besteht die Gefahr, dass die Rohrleitungen verstopfen. Bei der Förderung von Stoffsuspensionen (siehe Stoffförderung) spielen diese Vorgänge aber eine geringere Rolle.
Die Feststoff-Flüssigkeitsgemische können auch gepumpt werden. Verschleiß und Wirtschaftlichkeit bestimmen die hierfür am besten geeignete Pumpe. So kommen bei feinkörnigem Material bis zum Durchmesser von 3 mm Kolbenpumpen zum Einsatz, wenn deren periodische Druckschwankungen nicht aus anderen Gründen gegen ihren Einsatz sprechen (siehe Verdrängerpumpe). Bei größeren Korndurchmessern (siehe Erosion) werden die verwendeten Pumpen bei der Berührung mit Feststoffen mehr oder weniger starkem Verschleiß ausgesetzt. Spezielle Pumpenbauarten wie die Feststoffpumpe oder die Verwendung besonders geeigneter Pumpenwerkstoffe (siehe Werkstoffe, Gleitlager) können den Prozess stark verzögern, sodass er wirtschaftlich tragbar ist.
In Extremfällen werden Aufgebevorrichtungen verwendet, bei denen die Hochdruckpumpe nur die reinen Flüssigkeiten fördert, während die Feststoffe über Schleusen oder Rohrkammeraufgeber in die Pumpendruckleitung (siehe Pumpenanlage) eingeführt werden.
Der Druckverlust durch strömende Feststoff-Flüssigkeitsgemische in Rohrleitungen wird nach den gleichen Formeln berechnet wie der von klaren Flüssigkeiten. Der Rohrreibungsbeiwert (λ) berücksichtigt hier zusätzlich noch die Reibungsverluste, welche durch die Berührung der Feststoffe untereinander und an den Rohrleitungswänden entstehen. Die Druckverluste, welche auf diese Weise für jede Konzentration (cT) ermittelt werden können, lassen sich als Funktion des Förderstromes (Q) darstellen. siehe Abb. 1 Feststofftransport
Abb. 1 Feststofftransport: Druckdifferenz der Pumpe Δpp und Druckverluste ΔpA der Anlage bei verschiedenem Feststoffgehalt (Konzentration cT) des Förderstromes
Die Druckdifferenz der Pumpe Δpp = f(cT) kann mit zunehmender Konzentration bei Feststoffen sehr hoher Dichte auch ansteigen.
Das Minimum der Widerstandslinien bestimmt zugleich die Durchflussgeschwindigkeit, welche zur Vermeidung von Verstopfungen nicht unterschritten werden sollte (siehe Betriebspunkt).
Eine Feuerlöschpumpe ist eine Kreiselpumpe zur Förderung von Löschwasser. Sie kann sowohl mobil (z. B. Löschfahrzeug, Tragkraftspritze) als auch stationär (z. B. Hydranten- und Sprinkleranlage) gebaut werden.
Mobile Feuerlöschpumpe
Als mobile Version kommen ein- und mehrstufige einströmige Kreiselpumpen zum Einsatz. Die mobilen Feuerlöschpumpen sind selbstansaugend (siehe selbstansaugende Pumpe) und werden in gedrängter Leichtbauweise hergestellt. siehe Abb. 1 Feuerlöschpumpe
Abb. 1 Feuerlöschpumpe: mobile Feuerlöschpumpe (Tragkraftspritze mit Wasserringpumpe zur Entlüftung)
Die Baugröße und die Förderdaten der Feuerlöschpumpe sind nach EN 1147, EN 14466, EN 1028-1, die zugehörigen Saug- sowie Druckschläuche nach DIN 14810 und die Kupplungen nach DIN 14811 genormt. Die Druckverluste in den Schläuchen entsprechen etwa den Rohrreibungsverlusten in Kunststoff-Rohrleitungen. Der Antrieb erfolgt meist durch einen Verbrennungsmotor, um auf einfache Weise über die Brennstoffzufuhr die Drehzahl zu regeln. Dementsprechend können in der Praxis die Förderströme und -höhen weit variieren (siehe Wurfweite).
Die nichtstationären Feuerlöschpumpen sind in Löschfahrzeugen als Einbau- oder Vorbaupumpe sowie in Tragkraftspritzen eingebaut. Bei den Tragkraftspritzen ist der Pumpenteil an den Motor angeflanscht und die gesamte Einheit in einem Tragrahmen integriert. Bei einigen neueren Tragkraftspritzen (größere Geräte außerhalb der Norm) dient eine Gasturbine als Antrieb, die bei universeller Treibstoffauswahl eine Leistungserhöhung bei geringerem Gewicht ermöglicht. Dabei ist der Tragrahmen aus Gewichtsgründen oftmals geteilt, sodass mit wenigen Handgriffen der Pumpen- vom Antriebsteil getrennt werden kann. Der Antrieb für die Fahrzeugpumpe erfolgt durch den Fahrzeugmotor über eine Nebenwelle.
Ölringpumpe, die neben der Feuerlöschpumpe angeordnet und von deren Welle während des Entlüftungsvorganges über ein Reibrad angetrieben wird
Strahlapparat (Tiefsaugevorrichtung), wobei ein Teil des Abgasstromes vom Verbrennungsmotor oder Druckluft von der Verdichterstufe der Gasturbine entnommen wird
Handluftpumpe
Zum Einsatz kommen meist Pumpenbauarten wie die einstufige Spiralgehäuse-, zweiströmige Radial- (siehe mehrströmige Pumpe), Glieder-,Unterwassermotor- und Bohrlochwellenpumpe. Sie entnehmen das Löschwasser einem Behälter, Löschteich, Fluss oder See. Feuerlöschpumpen befinden sich im Regelfall im Ruhezustand und sind nur bei Prüfungen der Wasser-, Sprühwasser- (nach PREN 14972)- oder Schaumlöschanlage (nach EN 13565) sowie im Brandfall in Betrieb. Aus diesem Grund liegt besonderer Wert auf einem sicheren Anfahren (siehe Anlaufvorgang) und auch (nach längerem Stillstand) schnellem Erreichen der vollen Leistung. Gesellschaften und Verbände der Brandversicherer (Herausgeber der entsprechenden Richtlinien) sind: VdS Schadensverhütung, Factory Mutual, National Fire Protection Association, APSAD/CNPP und LPCB.
Stationäre Feuerlöschpumpe
Die wichtigsten und am weitesten verbreiteten stationären Feuerlöschanlagen sind die Sprinkleranlagen. Deren Prinzip ist die Installation von Sprinklerköpfen, die über ein Rohrleitungssystem verbunden sind und sich bei Hitzeeinwirkung in bestimmten Abständen in den zu schützenden Räumen selbsttätig öffnen. Damit ist die Sprinkleranlage eine automatische Feuerlöschanlage. Eine weitere Feuerlöschanlage ist eine Hydrantenlöschanlage zur manuellen Selbsthilfe oder für die Feuerwehr, die durch manuelle Betätigung des Hydranten aktiviert wird. Die gebräuchlichste Sprinkleranlagen-Bauart ist die Nassanlage. Das Rohrleitungssystem steht dabei ständig unter Druck und ist mit Wasser gefüllt, sodass beim Auslösen eines oder mehrerer Sprinkler das Löschwasser sofort austritt. Bei Trockenanlagen sind dagegen die in frostgefährdeten Bereichen verlegten Rohrleitungen mit Luft gefüllt.
Die Wasserversorgung einer Sprinkleranlage wird je nach Brandgefahrenklasse ggf. von zwei voneinander unabhängigen Wasserquellen übernommen, wobei eine oder zwei Feuerlöschpumpen verwendet werden. Je nach anzuwendender Richtlinie kann bei Einsatz von zwei Pumpen auch die Bereitstellung zweier voneinander unabhängiger Energiequellen vorgeschrieben sein. Der Antrieb einer Feuerlöschpumpe kann dabei sowohl elektrisch als auch mit Verbrennungsmotor erfolgen. siehe Abb. 2 Feuerlöschpumpe
Abb. 2 Feuerlöschpumpe: stationäre Anlage mit Verbrennungsmotor
Um die stationären Feuerlöschpumpen zur Überprüfung der Löschanlage oder im Brandfall sicher anlaufen zu lassen, werden stationäre Feuerlöschpumpen nach speziellen Richtlinien wie der VDS CEA 4100 gebaut und einer Typabnahme durch eine unabhängige Zertifizierungsbehörde unterzogen.
Ein FI-Schutzschalter ist eine Fehlerstromschutzeinrichtung, welche beim Auftreten eines unzulässig hohen Fehlerstroms im Schutzleiter (PE) die Stromversorgung abschaltet. Der Grund für einen Fehlerstrom kann eine gefährliche Berührungsspannung infolge eines Isolationsfehlers sein. Die allpolige Abschaltung der Betriebsmittel erfolgt innerhalb von 0,2 Sekunden.
Die FI-Schutzschalter werden für unterschiedliche Nennfehlerströme ausgeführt. So dienen die Ausführungen mit Auslöseströmen von 30 mA auch dem Personenschutz. Bei größeren Auslöseströmen dominiert der Schutz gegen Brände, welche durch Erdfehlerströme gezündet werden. Geräte mit Gleichrichterschaltungen wie den Frequenzumrichtern, bei denen im Fehlerfall Gleichfehlerströme auftreten können, dürfen nicht hinter normalen FI-Schutzschaltern betrieben werden. In diesen Fällen müssen allstrom sensitive FI-Schutzschalter mit höherem Auslösestrom eingesetzt werden, um ein Fehlauslösen beim Einschalten des Antriebssystems zu vermeiden.
Ein Filter kann in den verschiedensten Bereichen vorkommen. So ist er in der Elektronik eine elektrische Schaltung zur Abschwächung von bestimmten Frequenzen aus einem Signal und in der Fluidtechnik eine Vorrichtung zur Trennung von Medien, (siehe auch Armatur / Schmutzfänger).
Die Firmware ist ein Mikroprogramm, welches als hardwarenahe Software in Speicherbausteinen (Mikrocontroller) von elektronischen Geräten vom Hersteller selbst implementiert wird. Sie steuert die Gesamtfunktion dieses Gerätes.
Die Flachdichtung ist eine Dichtung, bei welcher sich die Dichtelemente zwar berühren, aber keine Relativbewegung ausführen (statisch). Sie werden meist im Apparate- und Rohrleitungsbau eingesetzt. Beim eigentlichen Abdichten sind verhältnismäßig große Kräfte bei der axial dichtenden Flachdichtung aufzubringen.
Der Flachriementrieb ist ein Riementrieb, dessen Riemen aufgrund der Bauform ein Flachriemen ist. Dieser besteht aus einem flachen Band (Leder, Kunststoff, Gummi) und benötigt beim Lauf über ballige Riemenscheiben keine Querführung.
Flansche dienen im Rohrleitungsbau zur Verbindung zweier Rohrleitungsteile oder zum Anschluss derselben an das Gehäuse eines Apparates, einer Armatur oder Maschine (z. B. Pumpe). Im Maschinenbau finden Flansche auch Verwendung als Übertragungselement wie bei einer Flanschkupplung bei Antriebswellen.
Geometrische, funktionelle und materielle Ausführungen der Flansche wie am Gehäuse einer Pumpe erfolgen stets nach einer Flanschnorm. Das Fehlen einer solchen Norm ist ein Ausnahmefall wie bei Drücken über 400 bar.
Die Form der Flansche variiert sehr stark nach Art der Anwendung. So sind sie für nicht formschlüssige Dichtungen glatt oder mit einer Dichtleiste, Vor- und Rücksprung oder Nut und Feder als Dichtfläche vorgesehen. Eine weitere Variante sind O-Ring-Vorsprung und -Nut.
Für formschlüssige Dichtungen können Flansche für Membran-Schweißdichtungen nach DIN 2695 mit einer Abschrägung oder kleinerem Dichtleistendurchmesser und für Linsendichtungen nach DIN 2696 mit Eindrehung geliefert werden.
Die verwendeten verschiedenen Dichtungsarten, Maße, Konstruktionsmerkmale und Werkstoffe fallen nicht in den Geltungsbereich der Europäischen Norm EN 1092 (siehe Flanschnorm).
Die Maße von Dichtungen sind in den Normen der Reihe EN 1514 festgelegt. siehe Abb. 1 Flanschform
Abb. 1 Flanschform: Dichtleisten-Ausführungen
Flanschformen nach deren Anwendung
glatter Flansch zum Löten oder Schweißen
loser Flansch
Blindflansch
Vorschweißflansch
Überschieb-Schweißflansch mit Ansatz
Gewindeflansch
Integralflansch (ein an ein Gehäuse oder Formstück angegossener Flansch)
Die Flanschmotorpumpe ist eine Alternative zur Blockpumpe, welche statt auf Motor- auf Pumpenfüßen steht. Sie kann größere Rohrleitungskräfte sowie -momente aufnehmen und auch größere Leistungen übertragen.
Eine Flanschnorm ist eine Norm, in welcher die Abmessungen, Oberflächenbeschaffenheit, Form der Dichtfläche, Kennzeichnung und der Werkstoff sowie die technischen Lieferbedingungen für Flansche festgelegt sind.
Nationale Flanschnormen sind in Europa weitestgehend durch die europäische Normenreihe EN 1092 ersetzt. Sie enthält Flansche mit DIN-Ursprung mit PN- und DN-Bezeichnung, wobei die DN-Stufen von PN abhängig sind. Die nationalen Normungsinstitute haben diese in die jeweiligen nationalen Normenwerke wie DIN EN 1092; BS EN 1092 und NF EN 1092 übernommen.
Europäische Norm EN 1092: Flansche und ihre Verbindungen (Runde Flansche für Rohre, Armaturen, Formstücke und Zubehörteile nach PN bezeichnet)
Teil 1: Stahlflansche, PN 2,5 bis PN 400
Teil 2: Gusseisenflansche, PN 2,5 bis PN 63
Teil 3: Flansche aus Kupferlegierungen, PN 6 bis PN 40
Teil 4: Flansche aus Aluminiumlegierungen, PN 10 bis PN 63
Britische Normen für Flansche
BS EN 1092-1 (Stahlgussflansche) für Nenndrücke, siehe DIN EN 1092-1
BS EN 1092-2 (Gusseisenflansche) für Nenndrücke, siehe DIN EN 1092-2
Eine weitere europäische Flanschnorm ist die EN 1759. Sie enthält ausschließlich Flansche mit ANSI/ASME-Ursprung (ASME B 16.5 Ausgabe 2020) mit Class und NPS-Bezeichnung.
Amerikanische Normen für Flansche
ASME B 16.1: Rohrflansche und Flanschverbindungen aus Gusseisen (Gusseisenflansche Class 25, 125 und 250)
ASME B 16.5: Rohrflansche und Flanschfittings; NPS ½ bis 24 " (Stahlguss- und Vorschweißflansche Class 150, 300, 400, 600, 900, 1500 und 2500)
In der EN 1092 ist der Zahlenwert PN gleich dem des maximal anwendbaren Drucks in bar bei einer Bezugstemperatur von 20 °C.
Zahlenwert Class in amerikanischen Flanschnormen
bei Gusseisenflanschen gleich dem Zahlenwert des maximal anwendbaren Druckes in psi bei Temperaturen zwischen 66 und 232 °C in Abhängigkeit von der Klasse
bei Stahl- und Stahlgussflanschen gleich dem Zahlenwert des maximal anwendbaren Druckes bei Temperaturen z. B. zwischen 350 und 650 °C in Abhängigkeit vom Werkstoff
Bei einer Temperatur von 20 °C liegt der Zahlenwert des maximal anwendbaren Druckes daher insbesondere für Flansche aus Stahl und Stahlguss beträchtlich über dem Zahlenwert, mit welchem die Klasse bezeichnet ist. Der Begriff PN ist in den amerikanischen Flanschnormen nicht üblich, aber in der ASME B 16.5-2020 den Druckklassen zugeordnet. International genormt sind die Flansche nach der ISO 7005. Diese Normreihe enthält sowohl Flansche mit DIN-Ursprung (PN-Stufen 2,5; 6; 10; 16; 25 und 40) als auch mit ASME-Ursprung. In dieser Norm sind allerdings auch Flansche mit ASME-Ursprung mit DN und PN bezeichnet (PN-Stufen 20; 50; 110; 150; 250 und 420).
Der Flow Controller wird auch als Strömungswächter bezeichnet und im Pumpenbau zur Überwachung der Kühl- bzw. Schmierströme, für fördermediumgeschmierte Gleitlager und Gleitringdichtungen sowie häufig auch bei stopfbuchslosen Chemiepumpen eingesetzt. Dabei lösen sie je nach Einstellung bei Unter- oder Überschreitung eines vorgegebenen Volumenstromes einen Schaltvorgang (Einschalten der Warneinrichtung oder Ausschalten der Pumpe) aus. Die bekanntesten Strömungswächter basieren auf: Schwebekörper- sowie Stau- und Differenzdruck-Prinzip.
Schwebekörper-Prinzip
In einem senkrechten nach oben sich erweiternden Rohr, welches von unten durchströmt wird, befindet sich ein Schwebekörper. Dieser wird entsprechend der Durchströmung angehoben und löst, wenn er eine vorgegebene Höhe erreicht hat, den Schaltvorgang über einen Magneten oder einen induktiven Geber aus. siehe Abb. 1 Flow Controller
Abb. 1 Flow-Controller: Schwebekörper-Prinzip
Staudruck-Prinzip
Die durch eine Strömung auf eine in einem Rohr angeordnete Prallplatte ausgeübte Kraft wird durch eine Feder kompensiert. Wird das System infolge einer Durchflussänderung aus dem Gleichgewicht gebracht, so wird der Schaltvorgang ausgelöst. siehe Abb. 2 Flow Controller
Abb. 2 Flow-Controller: Staudruck-Prinzip
Differenzdruck-Prinzip
Der Druckunterschied, welcher eine in ein durchströmtes Rohr eingebaute Düse oder Blende hervorruft, wird in einer Differenzdruckmesseinrichtung (Bartonzelle) in eine Kraft umgewandelt. Die Kraft wird durch Federn kompensiert. Eine Änderung der Rohrströmung bringt damit das System aus dem Gleichgewicht und löst den Schaltvorgang aus. siehe Abb. 3 Flow Controller
Die Bezeichnung Fluid ist der Oberbegriff für Gase und Dämpfe (kompressibel) sowie Flüssigkeiten (inkompressibel), welche dem Fließgesetz oberhalb der Fließgrenze unterliegen (DIN 1342). Sie wird angewendet, wenn physikalische Gesetze sowohl für Gase als auch für Flüssigkeiten grundsätzlich gelten. Dabei sind die Gesetze der Strömungslehre anwendbar.
Die Flusslinie bezeichnet die zirkulare Projektion einer Stromlinie in die Meridianschnittebene eines Laufrades. Bei Rotation dieser Flusslinie um die Drehachse entsteht die sog. Flussfläche, welche bei der Berechnung von Laufrädern für Kreiselpumpen wichtig ist (siehe Strömungsprofil)
Die Flussturbine ist ein innovatives Konzept, mit welchem die in Flüssen zur Verfügung stehende kinetische Energie direkt in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann. In konventionellen Wasserkraftwerken wird meist der geodätische Höhenunterschied (z. T. künstlich durch Wehranlagen oder Staudämme erzeugt) genutzt. Die Höhendifferenz zwischen Ober- und Unterwasser wird anschließend im Maschinenhaus (im Turbinenlaufrad) in nutzbare mechanische Arbeit umgewandelt. Im Gegensatz dazu ist bei der Flussturbine keine Querverbauung im Gewässer nötig. Die kinetische Energie wird wie in Windkraftanlagen direkt zum Antrieb des axial durchströmten Turbinenlaufrades genutzt. Das Konzept der Flussturbine bietet damit gegenüber konventionellen Anlagen wesentliche Vorteile.
Vorteile der Flussturbine
geringer baulicher Aufwand
keine Beeinträchtigung der kommerziellen Schifffahrt
geringe Auswirkung auf die Gewässerökologie (Fischwanderungen)
geringe Auswirkung auf die Gewässermorphologie (Geschiebetransport, Sedimentation)
Die schematische Ansicht einer Flussturbine zeigt, dass der in Anströmrichtung angebrachte Grobrechen die Beschädigung des Turbinenlaufrades (nicht sichtbar) durch Treibgut verhindert. Er ist zudem mit der Eintrittsdüse verbunden. Haltestreben fixieren den Generator im Turbinengehäuse. Die in der Abströmung befestigte Ausströmdüse erhöht den Volumenstrom im Inneren der Flussturbine und damit die Geschwindigkeit in der Rotorebene. siehe Abb. 1 Flussturbine
Abb. 1 Flussturbine: schematische Darstellung der Flussturbine
1 Grobrechen
2 Eintrittsdüsen
3 Generator
4 Turbinengehäuse
5 Ausströmdüse
Die Geschwindigkeit geht in der dritten Potenz in die hydraulische Leistung (Ph) der Turbine ein, so kann der Gesamtwirkungsgrad der Anlage deutlich verbessert werden. Ph ist definiert als:
Die Flüssiggaspumpe ist eine Kreiselpumpe zur Förderung verflüssigter Kohlenwasserstoffe, wie sie als Propan, Butan, Propylen und Ethylen in Raffinerien bei der Destillation von Erdöl anfallen. Diese werden allgemein als LPG (Liquefied Petroleum Gas) bezeichnet und im Temperaturbereich um minus 104 °C gefördert.
Darüber hinaus dient die Flüssiggaspumpe der Förderung von verflüssigtem, überwiegend aus Methan bestehendem Erdgas. Dieses wird allgemein als LNG (Liquefied Natural Gas) bezeichnet und im Temperaturbereich um minus 161 °C gefördert.
Je nach Verwendungszweck werden in Anlagen zur Verflüssigung, Verdampfung, Abfüllung und Lagerung von LPG und LNG verschiedenePumpenbauarten eingesetzt wie bspw. horizontale ein- oder mehrstufige Raffineriepumpen in Prozessbauweiseoder Varianten dieser Baureihen als Vertikalpumpen. siehe Abb. 1 Flüssiggaspumpe
Abb. 1 Flüssiggaspumpe: Raffineriepumpe in Prozessbauweise mit doppelwirkender Gleitringdichtung "back to back"
Für größere Förderhöhen werden mehrstufige, überwiegend vertikal angeordnete Topfpumpen verwendet. Deren Wellendurchführungen sind mit mechanischen Wellendichtungen versehen. Je nach Betriebsverhältnissen werden entweder einfachwirkende Metallfaltenbalg-Gleitringdichtungen oder doppeltwirkende entlastete Gleitringdichtungen in "back-to-back"-Anordnung mit Sperrflüssigkeit gewählt.
Da Flüssiggase meist erst in der Nähe ihres Siedepunktes (siehe Dampfdruck) gefördert werden können, kommt dem erforderlichen NPSH-Wert große Bedeutung zu (siehe Saugverhalten). So reicht bei konventionellen Kreiselpumpen der NPSH-Wert meist nicht aus, um Behälter bis auf einen Flüssigkeitsstand von wenigen Zentimetern entleeren zu können. Aus diesem Grund wird bei der Tankentleerung häufig mit Vorsatzläufern gearbeitet. siehe Abb. 1 Vorsatzläufer undZulaufbedingungen
Alle förderflüssigkeitsberührten Metallteile sind bei der Flüssiggaspumpe aus geeigneten kaltzähen Werkstoffen hergestellt. Neben den Chrom-Nickel-Stählen werden auch Aluminiumlegierungen verwendet.
Die Flüssigkeitsringpumpe steht für eine Gruppe von Pumpen, die als rotierende Verdrängerpumpen zur Förderung von Gasen eingesetzt werden. Das Verdrängungselement ist dabei ein exzentrisch umlaufender Flüssigkeitsring. Da dieser meist aus Wasser besteht, ist ein (Haupt-)Beispiel auch die Wasserringpumpe.
Die Formstücke sind alle Teile einer Rohrleitung in einer Kreiselpumpenanlage, die eine Richtungsänderung oder Verzweigung in der Rohrleitungsführung bzw. den Übergang von einer auf eine andere Rohrquerschnittsfläche herstellen. Formstücke sind zwecks Minimierung der Druckverluste (siehe Förderhöhe der Anlage) möglichst strömungsgünstig, unter Beachtung der evtl. höheren Fertigungskosten und damit einhergehenden Wirtschaftlichkeit auszuwählen.
Häufig verwendete Formstücke: Rohrbogen
Besonders vor Pumpensaugstutzen sollen sie mit einem Bogenradius von R > 2 · D + 100 mm (D = Rohrdurchmesser) ausgeführt werden. Bei 90º-Bogenwinkel soll der aus zylindrischen Segmenten zusammengeschweißte Bogen aus mindestens sechs Segmenten bestehen. siehe Abb. 1 Formstück
Abb. 1 Formstück: 90°-Rohrbogen
Bogen-Abzweigstück
Dieses Formstück ist aus strömungstechnischen Gründen dem T-Stück vorzuziehen. siehe Abb. 2 Formstück
Abb. 2 Formstück: Bogen-Abzweigstück
Übergangsstück als Diffusor
Die Baulänge (L) soll bei Erweiterung in Strömungsrichtung etwa L = 5 ∙ (D2 - D1) betragen (D = Rohrdurchmesser). Die Endweite bei Auslaufstücken wie bei Schöpfwerken und Schöpfwerkspumpen ist so zu bemessen, dass die Auslaufgeschwindigkeit (v) (siehe Durchflussgeschwindigkeit) gleich 1,0 bis 1,5 m/s ist. siehe Abb. 3 Formstück
Abb. 3 Formstück: Übergangsstück als Diffusor
Übergangsstück als Düse
Im Gegensatz zum Diffusor kann die Baulänge der Formstücke bei Rohrverengung wesentlich kürzer ausgeführt sein. Eine strömungsgünstige Form hierfür ist die Düse. siehe Abb. 4 Formstück
Abb. 4 Formstück: Übergangsstück als Düse
Übergangsstück zur Vermeidung von Luftsäcken
In horizontalen Saugleitungen sind exzentrische Übergangsstücke zu verwenden, um Luftansammlungen (siehe Luftsackbildung) zu vermeiden. siehe Abb. 5 Formstück
Abb. 5 Formstück: Übergangsstück zur Vermeidung von Luftsäcken
Abzweigstück zur Vermeidung von Luftsäcken
In horizontalen Saugleitungen sind exzentrische Abzweigstücke zu verwenden, um Luftansammlungen zu vermeiden.
Ein freier Durchgang wird durch den größten zulässigen Durchmesser der im Fördermedium enthaltenen Feststoffe bestimmt. Zur Anwendung kommt der Kugeldurchgang (siehe auch Laufrad).
Die Freistrompumpe wird auch als Wirbelpumpe bezeichnet, deren Förderleistung von einer rotierenden verrippten Scheibe (Freistromrad) auf das Strömungsmedium übertragen wird. siehe Abb. 1 Freistrompumpe
Abb. 1 Freistrompumpe: Tauchmotorpumpe mit Freistromrad
Dieses Freistromrad eignet sich besonders für Dickstoff- und Schmutzwasserpumpen. Da das Laufrad nur indirekt auf die Förderflüssigkeit einwirkt, werden die Verstopfungsgefahr und die Empfindlichkeit gegen Gasgehalt herabgesetzt.
Das Freistromrad ist ein Radialrad, das einen großen Durchgang für die im Fördermedium enthaltenen Feststoffe hat und am wenigsten störanfällig ist. Es wird in Fäkalienpumpen eingebaut.
Die Frequenz ist die kennzeichnende Größe von sich wiederholenden Ereignissen während eines periodischen Vorgangs wie bei einer Schwingung. Sie ist definiert als Kehrwert der Periodendauer. Die Einheit der Frequenz ist s-1 = 1 Hz (Hertz). In der Elektrotechnik ist die Netzfrequenz die Anzahl der Schwingungen des Wechselstroms und der Wechselspannung in einer Sekunde. In Europa sind Netze mit einer Frequenz von 50 Hz üblich, selten gibt es Ausnahmen mit 42 Hz wie in Italien. Darüber hinaus kommt noch die Netzfrequenz von 60 Hz wie in Nordamerika und anderen Gebieten der Welt vor, in denen die Energieversorgung von amerikanischen Firmen beeinflusst wurde. Diese ist vielfach auch im Schiffsbau anzutreffen. In der Starkstromtechnik findet sich neben der üblichen Frequenz von 50 Hz auch eine von 16 2/3 Hz wie bei der Deutschen Bundesbahn.
Ein Frequenzumrichter ist ein elektronisches Gerät, welches aus einem Dreh- oder Wechselstrom eine in Amplitude und Frequenz veränderte Spannung generiert. Diese dient der Verbesserung des Anlauf- und Drehzahlverhaltens von Drehstrommotoren (siehe auch Anlassverfahren). Frequenzumrichter regeln auch die Drehzahlen von Einphasen-Asynchronmotoren, wobei die Bereitstellung der bislang vom Kondensator erzeugten zweiten Phase der Frequenzumrichter übernimmt.
Im Grundaufbau besteht der Frequenzumrichter aus einem Gleichrichter zur Speisung eines Gleichstrom- oder Gleichspannungs-Zwischenkreises und einem aus diesem Zwischenkreis gespeisten Wechselrichter. Der Wechselrichter erzeugt eine Spannung, welche in ihrem mittleren Verlauf der Sinusspannung der gewünschten Frequenz und Amplitude entspricht. siehe Abb. 1 Frequenzumrichter
Abb. 1 Frequenzumrichter: Vereinfachtes Prinzipschaltbild eines Frequenzumrichters
Beim Betrieb von Drehstrommotoren am Frequenzumrichter können deren Drehzahlen von null bis zur Nenndrehzahl stufenlos erreicht werden, ohne dass das Drehmoment sinkt. Da die Frequenzumrichter starke elektrische Störsignale auf der Motorzuleitung erzeugen, muss diese oft geschirmt werden (siehe Abschirmung). Darüber hinaus kann ein sog. Sinusfilter zwischen Umrichter und Motor für Abhilfe sorgen.
Die FROUDE-Zahl ist eine dimensionslose physikalische Kennzahl, welche bei Strömungsuntersuchungen als Verhältnis der Trägheits- zur Schwerkraft gedeutet werden kann (siehe auch Ähnlichkeitsbedingungen, Modellgesetze). Sie ist vor allem in der Schifffahrt von großer Bedeutung.
Das Fundament wird auch als Pumpenfundament bezeichnet und ist die Basis für die Aufnahme der Grundplatte, auf welcher die Pumpe mit Antrieb befestigt ist.
Die Funktionserdung ist eine Art der Erdung, bei welcher die störungsfreie Funktion einer elektrischen Anlage im Vordergrund steht. Sie ist ein funktioneller Teil dieser Anlage und für dessen regulären Betrieb wesentlich. Die Erdung ermöglicht bspw. das Ableiten von Störströmen und Erden von Prüfadaptern sowie das Festlegen von gemeinsamen Bezugspotenzialen zwischen elektrischen Geräten und Einrichtungen.
Das Fußventil ist ein Rückschlagventil, meist in Verbindung mit Saugkörben in der Saugleitung, welches nach dem Abschalten ein Leerlaufen der Saugleitung verhindert (siehe auch Armatur). Das Fußventil sollte einen ausreichenden Abstand vom Boden des Pumpensumpfes und vom niedrigsten Saugwasserspiegel haben. Als Tellerventil wird es häufig in möglichst strömungsgünstiger Form (siehe Druckhöhenverluste) ausgeführt. siehe Abb. 1 Fußventil
Fäkalienhebeanlagen werden als Einzel- oder Doppelanlagen zur Entsorgung von häuslichen Abwässern und Fäkalien in Gebäuden, Hotels, Krankenhäusern eingesetzt, bei denen das Abwasser unterhalb der Rückstauebene anfällt und somit nicht im freien Gefälle abfließt. In diesem Fall kommen meist Freistromräder zum Einsatz. siehe Abb. 1 Fäkalienhebeanlage
Abb. 1 Fäkalienhebeanlage: Fäkalienpumpe als Blockpumpe in einer Fäkalienhebeanlage
Bei der Altbausanierung fallen Abwässer auch oberhalb der Rückstauebene an. Damit sie in Rohrleitungen mit kleineren Durchmessern dem Abwasserkanal zugeführt werden können, zerkleinern Schneidräder oder Zerkleinerungsvorrichtungen im Pumpeneinlauf die Fäkalien. Fäkalienhebeanlagen sind automatisch arbeitende komplette Entwässerungssysteme. Im Sammelbehälter ist eine Sensorik integriert, die abhängig vom Wasserstand im Behälter die Pumpen über eine Steuerung ein- und ausschaltet sowie überwacht. Die Hydraulik ist bei kleineren Anlagen im Behälter eingebaut, bei größeren Aggregaten außerhalb des Behälters aufgestellt. Als Antrieb dienen oberflächengekühlte Drehstrom- oder Wechselstrommotoren.
Eine Fäkalienpumpe ist eine Pumpe zur Förderung von Fäkalien und ungereinigtem Schmutzwasser (z. B. Rohabwasser), meist in kommunalen Kläranlagen, aber auch in Gebäuden und Haushalten (siehe auch Fäkalienhebeanlage), bei denen die Kanalisation aufgrund des natürlichen Gefälles nicht mit dem kommunalen Kanalsystem verbunden werden kann.
Abb. 1 Fäkalienpume: in Trockenaufstellung mit Einschaufelrad
Abb. 2 Fäkalienpumpe: als Tauchmotorpumpe mit Kanalrad
Abb. 3 Fäkalienpumpe: mit Freistromrad
Abb. 4 Fäkalienpume: mit Diagonalrad
Die Anforderungen an Fäkalienhebeanlagen entsprechen jenen für Abwasserpumpen. So darf die Fäkalienhebeanlage auch bei hohen Feststoffgehalten nicht verstopfen. Aus diesem Grund werden besondere Laufräder wie Einschaufel- oder Diagonalräder verwendet. Der Ausgleich des Axialschubes erfolgt über die Rückenschaufeln. Als Wellendichtungen werden einfach oder doppelt wirkende Gleitringdichtungen eingesetzt. Fäkalienhebeanlagen sind meist nicht selbstansaugend. Aus Gründen des Verschleißes werden Fäkalienhebeanlagen je nach Feststoffgehalt (siehe Feststofftransport) mit auswechselbaren verschleißbeständigen Teilen (z. B. Spaltring, Schleißwand, Laufring) ausgerüstet.
Bei diesem in der Kreiselpumpentechnik wichtigen energetischen Begriff (DIN EN ISO 17769-1) ist zwischen den Förderhöhen der Pumpe und der Anlage zu unterscheiden. Die Förderhöhe der Pumpe ist die von der Pumpe auf das Fördermedium übertragene Förderleistung (PQ) bezogen auf ρ · g · Q.
Die Summe der Leistungen (Leistungszufuhr positiv, Leistungsabfuhr negativ) in Form der Förderleistung (PQ) muss innerhalb der Systemgrenze Null ergeben. siehe Abb. 1 Förderhöhe
Abb. 1 Förderhöhe: Zur Erklärung der Förderleistung PQ = PQ.d – PQ.s = P – Pv.i – Pm
Fasst man den Ausdruck PQ.d - PQ.s als die Förderleistung (PQ) auf, so folgt als nutzbare Leistung:
Nach BERNOULLI (siehe Strömungslehre) ergibt sich für diese Nutzleistung:
Damit ergibt sich für die Förderhöhe der Pumpe:
Bei merklicher Kompressibilität der Förderflüssigkeit ist definitionsgemäß für die Dichte (ρ) der arithmetische Mittelwert aus der Dichte im Pumpendruckstutzen und -saugstutzen anzugeben:
Die Förderhöhe der Anlage ergibt sich analog unter Berücksichtigung der Verlusthöhen (Hv) zu:
Bei der Förderhöhe der Anlage wird bisweilen der Ausdruck geodätische Förderhöhe (Hgeo) verwendet. Diese bezeichnet den Höhenlagenunterschied zwischen dem Austritts- (Aa) und Eintrittsquerschnitt (Ae) der Anlage:
Im Beharrungszustand der Förderung (Drehzahl (n) = konst.) sind die Förderhöhen der Pumpe und der Anlage gleich:
Die Einheit der Förderhöhe ist Meter (m). Im Zusammenhang mit der Förderhöhe treten noch weitere Begriffe auf.
Förderhöhen und ihre Bedeutung
Best-Förderhöhe (Hopt): Förderhöhe der Pumpe im Betriebspunkt besten Wirkungsgrades
Nennförderhöhe (HN): Förderhöhe, für die die Pumpe ausgelegt ist
Obere Grenz-Förderhöhe (Hmax): größte zulässige Förderhöhe, bei welcher die Pumpe dauernd fördern kann, ohne Schaden zu nehmen
Untere Grenz-Förderhöhe (Hmin): kleinste zulässige Förderhöhe, bei welcher die Pumpe fördern kann, ohne Schaden zu nehmen
Null-Förderhöhe (H0): Förderhöhe, bei welcher der Förderstrom Q = 0 m3/s ist
Scheitel-Förderhöhe (HSch): Förderhöhe im Scheitelpunkt (im relativen Maximum) einer instabilen Drosselkurve, siehe Abb. 4 Kennlinie
Statische Förderhöhe (HA,0 oder Hstat): vom Förderstrom (Q) unabhängiger Anteil der Förderhöhe der Anlage (siehe Anlagenkennlinie undKennlinie)
Abb. 2 Förderhöhe: zur Veranschaulichung der Größen bei der Förderhöhe HA der Anlage
Die Förderleistung (PQ) ist die von der Kreiselpumpe auf das Fördermedium übertragene nutzbare Leistung. Die Einheit ist Watt (W). Sie ist definiert als:
Bei merklicher Kompressibilität der Förderflüssigkeit ist vereinbarungsgemäß für die Dichte (ρ) der Zustand im Pumpensaugstutzen oder das arithmetische Mittel (ρs + ρd)/2 maßgebend.
Der Förderstrom (Q) einer Kreiselpumpe ist der von der Pumpe durch ihren Austrittsquerschnitt (siehe Pumpendruckstutzen) geförderte nutzbare Volumenstrom. Die Volumenströme, welche vor dem Austrittsquerschnitt der Pumpe für Fremdzwecke (z. B. Bypass) entnommen werden, müssen bei der Ermittlung des Förderstroms der Pumpe berücksichtigt werden. Bei merklicher Kompressibilität der Förderflüssigkeit ist auf den Zustand im Pumpensaugstutzen umzurechnen, u. U. ist das arithmetische Mittel (Qs+ Qd)/2 maßgebend. Die Einheit des Förderstroms ist m3/s, aber gebräuchlicher in der Kreiselpumpentechnik sind m3/h und l/s. Für die Messung des Förderstroms gibt es diverse Messverfahren (siehe unter Durchflussgeschwindigkeitsmessung). Im Zusammenhang mit der Drosselkurve (siehe Kennlinie) gibt es verschiedene Förderströme.
Nennförderstrom (QN): Förderstrom für den die Pumpe ausgelegt ist
Liefervertragsstrom (QLie): im Liefervertrag (Auftragsbestätigung) vereinbarter Förderstrom
Mindestförderstrom (Qmin): kleinster zulässiger Förderstrom, welchen die Pumpe ohne Schaden zu nehmen dauernd bei Drehzahl und Förderflüssigkeit nach Liefervertrag fördern kann
Größtförderstrom (Qmax): größter zulässiger Förderstrom, welchen die Pumpe ohne Schaden zu nehmen dauernd bei Drehzahl und Förderflüssigkeit nach Liefervertrag fördern kann
Scheitelförderstrom (QSch): Förderstrom im Scheitelpunkt (relatives Maximum der Drosselkurve) einer instabilen Drosselkurve, siehe Kennlinie
Saugseitiger Volumenstrom (Qs): Volumenstrom durch den Pumpensaugstutzen
Eintrittsvolumenstrom (Qe): Volumenstrom durch den Eintrittsquerschnitt der Anlage
Druckseitiger Volumenstrom (Qd): Volumenstrom durch den Pumpendruckstutzen
Austrittsvolumenstrom (Qa): Volumenstrom durch den Austrittsquerschnitt der Anlage.
siehe Abb. 2 Förderhöhe Bisweilen wird ein sog. Pumpenfördergrad (Q/Qopt) und sog. Anlagenfördergrad (Q/QLie) mit QLie als im Liefervertrag vereinbarter Förderstrom definiert. Der Massenstrom (ṁ) der Kreiselpumpe ergibt sich aus:
Ein Fülltrichterventil wird eingesetzt, um vor dem Anfahren bei kleineren Pumpen mit Fußventil die Saugleitung und Pumpe manuell zu entlüften, um diese mit dem Fördermedium aufzufüllen (siehe auch Auffüllen).
