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Kabelschirm

Der Kabelschirm bezeichnet die leitfähige Hülle eines Kabels oder einer Leitung. Er schützt den im Inneren verlegten Leiter gegen elektromagnetische Einflüsse von außen und verhindert auch das Austreten von elektromagnetischer Strahlung in die Umgebung, die vom Innenleiter aufgrund der dort transportierten Signale entsteht. 

Der Kabelschirm besteht aus dünnen, meist geflochtenen oder verseilten Kupferdrähten und lässt sich durch eine Folie ergänzen. Er ist nach außen hin durch einen isolierenden, korrosionsfesten und wasserdichten Mantel geschützt und kommt beim abgeschirmten Kabel zum Einsatz.

Kanalrad

Ein Kanalrad ist ein offenes oder geschlossenes Laufrad mit reduzierter Schaufelzahl. Bewährt haben sich 1, 2 und 3 Schaufeln in radialen und halbaxialen Laufrädern. Ihre Einsatzgebiete sind verschlammte oder mit Feststoffen beladene Flüssigkeiten.


Abwasserpumpen der nächsten Generation

Kanalwirbel

Kanalwirbel sind Zirkulationen, die aus der Überlagerung von Durchfluss- und Zirkulationsströmung entstehen. Sie kommen sowohl bei Axial- als auch bei Radialrädern vor. 

Bei den Radialrädern verstärken sich die Kanalwirbel durch Flieh- und CORIOLIS-Kräfte. Dies hat Druckunterschiede an den Schaufelseiten zur Folge (siehe auch Strömungslehre).

Kapazitiver Sensor

Ein kapazitiver Sensor steht für ein Messprinzip, das auf der Änderung der Kapazität eines Kondensators wie bei der Druck- bzw. Füllstandsmessung beruht (siehe Sensor).

Kaplankrümmer

Der Kaplankrümmer ist nach seinem Erfinder benannt und ist bei Pumpen eine räumlich gekrümmte Einlaufdüse.

Karbonathärte

Die Karbonathärte ist hauptsächlich für die Wasserhärte verantwortlich. Sie steht für die im Wasser gelösten Hydrogenkarbonate, die bspw. durch die Auflösung von Kalk freigesetzt werden.

Kavernenpumpe

Die Kavernenpumpe ist eine Sonderbauart der Tanklagerpumpen. Als Kavernen dienen Salzlagerstätten, alte Bergwerke, geleerte Öl- und Gaslagerstätten, Porenspeicher und herausgesprengte Felskavernen. Je nach Kavernentyp kommen entweder oberirdische mehrstufige Hochdruckpumpen oder auch Unterwassermotorpumpen in Sonderbauart zum Einsatz.

Zur Gewährleistung der Dichtheit einer Felskaverne wird ein Wassermantel um diese Kaverne gelegt. Der Druck im Wasser muss dabei etwas größer sein als der Dampfdruck des gespeicherten Mediums. Dies ermöglicht den Einsatz von Ölkavernen in Tiefen um die 60 m; für die Lagerung von Propan und Butan ca. 140 m. Für den Betrieb von Kavernenanlagen werden meist Unterwassermotorpumpen verwendet, die auch als Tanklager-U-Pumpen bezeichnet werden. Das "U" steht für den Unterflüssigkeitsmotor. siehe Abb. 1 Kavernenpumpe

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Die verwendeten Unterflüssigkeitspumpen für LPG-Kavernen (Propan und Butan) werden nicht mit Druckausgleichsmembranen ausgeführt, da sonst das LPG in den Motorraum diffundieren würde. Die Motoren werden daher druckfest bis 25 bar ausgeführt und von einem oberirdischen Wassertank mit statischem Druck beaufschlagt.Selbst in den Verbindungskabeln ist eine Diffusion des LPGs möglich. Da Kabelschutzrohre bei diesen Tiefen unpraktisch sind, werden die Leitungen mit einer Außenarmierung ausgeführt, um das Platzen beim Wiederausbau zu verhindern. Der Einsatzbereich eines Unterflüssigkeitsmotors der Kavernenpumpe ist durch die Umgebungstemperatur und die mögliche Kühlung festgelegt. siehe Abb. 2 Kavernenpumpe

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Kühlungen eines Unterflüssigkeitsmotors 

  • mithilfe eines Kühlmantels (Vorbeileitung des Fördermediums am Motor, um Motorverlustwärme abzuführen) siehe Abb. 2a Kavernenpumpe
  • mit umgebendem Leckwasser (zur strengen Trennung von Öl und Wasser ist ein Zulauftopf notwendig) siehe Abb. 2b Kavernenpumpe
  • Durchlaufkühlung (Verbindung des Motors z. B. über das Kabelschutzrohr mit einem Kühlkreislauf) 

In den Kavernen werden sowohl Produkt- als auch Leckwasserpumpen eingesetzt. 

Produktpumpe 

Die Produktpumpe dient der Produktentnahme aus der Kaverne. Bei der Auslegung von Pumpe und Motor sind Dichte und Viskosität des Produktes zu berücksichtigen. Für eine wirtschaftliche Förderung von schweren, hochviskosen Heizölen ist die Viskosität niedrig zu halten, was durch eine Erwärmung bspw. des Heizöls auf 60 bis 95 °C erreicht wird. Die Motoren der Produktpumpen haben einen Anschlussflansch für ein Sicherheitsventil. 

Leckwasserpumpe 

Vom umliegenden Felsstein dringt stets eine gewisse Leckwassermenge in die Kaverne ein. Das Wasser sammelt sich wegen der größeren Dichte gegenüber dem Produkt unten an und darf einen zulässigen Höchststand nicht übersteigen. Die Leckwasserpumpen halten den Wasserstand annähernd konstant und müssen oft aus seewasserbeständigem Material wie Bronze- oder Chromnickelstählen ausgeführt werden, weil die Kavernen oft in der Nähe des Meeres liegen und das eintretende Leckwasser häufig Seewasser ist (siehe auch Seewasserpumpe).

Kavitation

Als Kavitation wird das Entstehen und schlagartige Zusammenbrechen von Hohlraumbildungen wie bspw. Dampfblasen in einer Flüssigkeitsströmung bezeichnet. Für das Auftreten, das Ausmaß und die Auswirkungen von Kavitation in Kreiselpumpen gibt es verschiedene Kavitationskriterien und eine Unterscheidung erfolgt in Dampf- und Gaskavitation. 

Kavitationskriterien

  • Beginnendes Auftreten von Kavitationsblasen (Incipient Cavitation, NPSHi) an der Eintrittskante der Schaufel bis zu einer definierten max. Blasenlänge (LBl von z. B. 5 mm). Im Blasensichtversuch wird dazu der Vordruck soweit abgesenkt, bis erste sichtbare Kavitationsblasen auftreten. 
  • Kavitationsbedingter Abfall der Förderhöhe (ΔH) um einen definierten max. Betrag von ΔH = 0,03 · H oder, wie bei spezifisch schnellläufigen Kreiselpumpen oft praktiziert, von ΔH = 0,00 · H (beginnender kavitationsbedingter Abfall der Förderhöhe). Der zugehörige NPSH-Wert wird mit NPSH3 bzw. NPSH0 bezeichnet. 
  • Kavitationsbedingter Abfall des Wirkungsgrades (Δη) um einen definierten max. Betrag, jedoch auf den Pumpenwirkungsgrad bezogen (z. B. Δη= 0,03 · η). 
  • Kavitationsbedingter Abfall der Förderhöhe (ΔH) bis zum totalen Zusammenbruch der Förderhöhe (head drop). 
  • Kavitationsbedingter Materialabtrag in der Kreiselpumpe bis zu einer definierten max. Masse je Zeit. 
  • Kavitationsbedingter Anstieg des Geräuschpegels bis zu einem definierten maximalen Schalldruckpegel (siehe Geräusch bei Pumpen und Anlagen). 

Dampfkavitation 

Die Dampfkavitation entsteht, wenn der statische Druck in einer Flüssigkeit so weit sinkt, dass ohne äußere Wärmezufuhr der zur jeweiligen Flüssigkeitstemperatur gehörende Dampfdruck erreicht wird. Zwischen dem Dampfdruck und der Temperatur gibt es einen Zusammenhang. Außer dem Absinken des Druckes auf oder unter den Dampfdruck ist das Vorhandensein sogenannter Kavitationskeime (meist in der Form mikroskopisch kleiner Gasbläschen) eine weitere Voraussetzung für das Entstehen von Kavitation. siehe Abb. 1 und 2 Dampfdruck

Der statische Druck verringert sich, wenn z. B. die örtliche Geschwindigkeit erhöht wird (siehe Strömungslehre) oder sich die Zulaufbedingungen wie bspw. der Flüssigkeitsdruck stromauf von der kavitationsgefährdeten Stelle entsprechend ändern. Steigt der statische Druck in Strömungsrichtung wieder über den Dampfdruck an, so kommt es zum schlagartigen Zerfall der Dampfblasen (siehe Stoßkondensation), der mit sehr hoher Geschwindigkeit in einer Art Implosion vor sich geht. Findet diese Implosion an der Wand eines strömungsführenden Bauteiles und nicht in der freien Strömung statt, so kann die Kavitation zum Materialabtrag führen. 

Bevor es aber zur Materialzerstörung kommt, die nicht in allen Fällen des Kavitationsbetriebs auftritt, wirkt sich die Kavitation bereits durch ein Ansteigen des Geräuschpegels, unruhigen Lauf (siehe Laufruhe), Abfall des Pumpenwirkungsgrades und der Förderhöhe aus. 

Bei Propellerpumpen kann oft mit beginnender Kavitation zunächst ein leichter Anstieg der Förderhöhe beobachtet werden, bevor diese kavitationsbedingt absinkt (langsamer als bei Radialpumpen). Zur besseren Beobachtung der Vorgänge beim Blasenzerfall werden Blasen bspw. in der Nähe von Wänden künstlich (mit fokussiertem Laserstrahl oder Ultraschall) erzeugt.
Neuere Forschungen auf diesem Gebiet zeigen, dass sich bei beginnender Implosion die Dampfblase zunächst einbeult. Im weiteren Verlauf bildet sich ein Mikrowasserstrahl ("Microjet") aus, der in das Innere der Blase gerichtet ist und die Blase an der gegenüberliegenden Blasenwand durchschlägt.
In Zeitlupenaufnahmen (bei ca. 9 x 105 Bildern pro Sekunde) hat sich gezeigt, dass sich bei Blasen in unmittelbarer Nähe von Wänden dieser Mikrowasserstrahl mit hoher Geschwindigkeit immer auf die Wand richtet. Diese Erscheinung wird in Verbindung mit der zerklüfteten Mikrostruktur, den feinsten Poren, Rissen und Kerben in der Wandoberfläche als die mechanische Ursache für die Zerstörung des Materials betrachtet. Unterstützt wird diese Art von Materialzerstörung zusätzlich durch eine Reihe chemischer Wirkungen, die während der starken mechanischen Belastung mit erhöhter Geschwindigkeit ablaufen.Häufig werden durch Kavitation die das Material schützenden Deckschichten (siehe Schutzschicht) zerstört. Somit tritt im Zusammenhang mit dem im Wasser mitgeführten Sauerstoff vermehrte Korrosion auf. Da solche Deckschichten oft für den Einsatz bestimmter Werkstoffe bei aggressiven Medien (siehe Beständigkeitstabelle) von entscheidender Bedeutung sind, muss im Zusammenhang mit Kavitation darauf geachtet werden. 

Gaskavitation 

Während bei der Dampfkavitation das Anwachsen der Keime zu sichtbaren Blasen(-gebieten) im Wesentlichen durch Verdampfung von umgebender Flüssigkeit erfolgt, entstehen bei dem als Gaskavitation bezeichneten Vorgang Blasen durch Ausgasen von gelösten Gasen aus der Flüssigkeit in Verbindung mit Diffusion. Das Ausgasen erfolgt, wenn der Flüssigkeitsdruck den von der Konzentration der gelösten Gase (meist von Luft) abhängigen Sättigungsdruck unterschreitet. Da dieser Sättigungsdruck häufig größer ist als der Dampfdruck der Flüssigkeit, kann Gaskavitation auch beim Absinken des Flüssigkeitsdrucks auf Werte oberhalb des Dampfdrucks auftreten. Die Auswirkungen der im Zusammenhang mit Gaskavitation entstehenden Gasblasen auf die Strömung, die Energieumsetzung und somit auf Förderhöhe und Wirkungsgrad von Kreiselpumpen sind denen von Dampfkavitation vergleichbar. Im Unterschied zur Dampfkavitation ist die Gaskavitation jedoch nicht in vergleichbarem Maße gefährlich im Hinblick auf eine Werkstoffschädigung, da bei wieder ansteigendem Druck auch der Zerfall der Blasen im Wesentlichen über Diffusion von Gas in die Flüssigkeit und damit sehr viel langsamer als der Zerfall von Dampfblasen erfolgt.
Gas- und Dampfkavitation können sich auch überlagern. So enthalten Dampfblasen, die nach Erreichen oder Unterschreiten des Dampfdrucks im Gebiet minimalen Drucks (bei Kreiselpumpen meist an den Laufradschaufeln) entstehen, auch Gas, das durch Diffusion bei Annäherung der Flüssigkeit bspw. in der Saugleitung einer Kreiselpumpe aus der Flüssigkeit ausgeschieden wird. Damit trägt die Gasausscheidung auch zur Bildung und Vergrößerung von Kavitationskeimen bei und verstärkt somit das Ausmaß der Kavitation und ihre Auswirkungen auf die Strömung und damit zusammenhängende Effekte wie Förderhöhen- und Wirkungsgradabfall. Andererseits wirkt sich jedoch das in den Kavitationsblasen zusätzlich zum Dampf enthaltene, nicht kondensierende Gas beim Blasenzerfall vorteilhaft aus, indem es die Heftigkeit des Blasenzerfalls infolge der Dampfkondensation abdämpft und somit die mechanische Einwirkung auf Werkstoffoberflächen und das mit der Kavitation verbundene Geräusch mindert. Untersuchungen haben gezeigt, dass die "Aggressivität" von Dampfkavitation im Hinblick auf Kavitations-Erosion mit steigendem Gasgehalt in gelöster und/oder ungelöster Form deutlich abnimmt (siehe auch Gasgehalt im Fördermedium).

Kavitationsgeräusch

Das typische Kavitationsgeräusch bei Kreiselpumpen wird oft mit dem von Kieselsteinen verursachten Geräusch in einer Betonmischmaschine verglichen.

Kavitationsverschleiß

Der Kavitationsverschleiß wird auch als Kavitationserosion bezeichnet. Beim Aufprallen der bei der Kavitation auftretenden Mikrowasserstrahlen auf feste Wände entstehen heftige Druckstöße. Die Konzentration der Kräfte auf eine eng begrenzte Angriffsfläche kann die Zerstörung des Werkstoffes herbeiführen. Anfressungen entstehen nach einer gewissen Inkubationszeit zunächst an Stellen mit verminderter Widerstandsfähigkeit. Hier bilden sich feinste Vertiefungen, die besonders diesem Angriff ausgesetzt sind. Die Anfressungen des Materials weisen eine löchrige, schwammartige Struktur auf. 

Ermittlung des Materialabtrags an den Pumpen-Innenteilen 

  • durch Vermessen 
  • aus dem Gewichtsverlust 
  • aus dem Verbrauch an Auftragsschweißgut bei der Ausbesserung 
  • aus dem Zeitaufwand für die Ausbesserung 

Kann die Kavitation durch konstruktive oder betriebstechnische Maßnahmen wie durch sanftere Übergänge oder Änderungen der Zulaufbedingungen nicht eingeschränkt werden und gelingt keine Verlagerung des Zusammenfalls der Dampfblasen von der Wand in die freie Strömung, so kann der Kavitationsverschleiß nur durch geeignete Werkstoffauswahl gemindert werden. 

Kavitationsbeständige Werkstoffe haben eine hohe Dauerfestigkeit in Verbindung mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit. Wird z. B. dem Gusseisen (JL 1040) ein kavitationsbedingter Gewichtsverlustindex von 1,0 eingeräumt, so ergibt sich eine Abstufung für andere Werkstoffe. siehe Abb. 1 Kavitationsverschleiß

Stahlguss

GP240GH+QT

0,8

Zinnbronze

CC480K-GS

0,1

Chromstahlguss

GX20Cr14 

0,2

Aluminium Mehrstoffbronze

CC333G-GC

0,1

Chromnickelstahlguss

GX5CrNi19-10 

0,05

Duplexstahlguss

Noridur® GX3CrNiMoCuN24-6-2-3

0,02

Abb. 1 Kavitationsverschleiß: Werkstoffe in Richtung höherer Widerstandsfähigkeit gegen Kavitation; Gewichtsverlustindex für typische metallische Gußwerkstoff

Die angegebenen Werte stellen Mittelwerte dar, die unter Inkaufnahme vieler Unsicherheitsfaktoren durch Auswertung von internationaler Literatur und aus experimentellen Untersuchungen in Apparaturen mit gezielter Kavitationserzeugung entstanden sind. Eine absolute Anwendung ist nicht möglich, da die einzelnen Indexzahlen noch stark von der Art der Kavitationsbelastung abhängen. Einen wesentlichen Einfluss auf den Kavitationsverschleiß haben auch das chemische und elektrochemische Verhalten der beteiligten Stoffe: Fluid und Grundwerkstoff.

Keilriementrieb

Der Keilriementrieb ist ein Riementrieb, der ruhig und auch annähernd schlupflos läuft. Der Endlos-Riemen ist keilförmig und wird meist mehrfach parallel angeordnet.

Kennfeld

Ein Kennfeld wird auch als Kennlinienfeld bezeichnet und ist die grafische Darstellung mehrerer Kennlinien von veränderlichen Parametern beeinflusster Maschinen in einem Diagramm. Diese veränderlichen Parameter sind bspw. der Laufraddurchmesser (siehe Abdrehen von Laufrädern), die Vordrallregelung, siehe Abb. 1 und 10 Kühlwasserpumpe, sowie die Drehzahl (siehe Regelung), Einstellwinkel von Propellerschaufeln (siehe Laufschaufelverstellung) und Baugröße. Folgende Abbildung zeigt das Kennfeld einer mehrströmigen Spiralgehäusepumpe, deren Kennlinien von Förderhöhe (H) und Leistungsbedarf (P) für mehrere Laufraddurchmesser dargestellt sind. NPSH ändert sich durch das Abdrehen des Laufrades meistens nicht. siehe Abb. 1 Kennfeld

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Die Pumpenwirkungsgrade werden häufig in einem Kennfeld als Muschelkurven in das Kennfeld der Förderhöhe eingetragen. Auch in den Kennfeldern der Förderhöhe (H) bei Kreiselpumpen mit einem radialen und axialen Laufrad bei verschiedenen Drehzahlen werden die "Muschelkurven" des Pumpenwirkungsgrades eingetragen. Oft werden Zahlenwerte auf die Bestwerte im Wirkungsgradoptimum bezogen und damit dimensionslos gemacht. siehe Abb. 2 bis 5 Kennfeld

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In ähnlicher Weise sind die Einstellwinkel der Schaufeln als Parameter im Kennfeld der Förderhöhe folgender Pumpen angegeben: 

Die Kennfelder von mehreren Pumpenbaugrößen oder -baureihen werden in einem QH-Diagramm als Raster dargestellt. siehe Abb. 6 Kennfeld

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Dabei kann die Kennlinie jeder Baugröße innerhalb ihres Rasterbereiches durch Abdrehen des Laufrads für einen geforderten Betriebspunkt angepasst werden.

Kennlinie

Die Kennlinien von Kreiselpumpen stellen den Verlauf folgender Größen über dem Förderstrom (Q) dar: Förderhöhe (H) (siehe Drosselkurve), Leistungsbedarf (P), Pumpenwirkungsgrad (η) und erforderlicher NPSH-Wert. Die charakteristische Form der Kennlinie hängt primär von der Pumpenbauart wie Laufrad, Pumpengehäuse oder spezifische Drehzahl ab. Sekundäre Einflüsse wie Kavitation, Bautoleranz, Baugröße sowie physikalische Eigenschaften des Fördermediums wie Viskosität, Feststofftransport oder Stoffförderung sind dabei nicht berücksichtigt. Für den normalen Fahrbereich von Kreiselpumpen (n, Q und H sind positiv) genügt die Darstellung der Kennlinie im ersten Quadranten des QH-Koordinatenkreuzes.  siehe Abb. 1 bis 4 Kennlinie

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Mit zunehmender spezifischer Drehzahl wird die (negative) Steigung der QH-Kennlinie größer. Bei Kreiselpumpen mit geringer spezifischer Drehzahl (Langsamläufer) ist die Wirkungsgradkurve in ihrem Scheitel verhältnismäßig völlig; bei höherer spezifischer Drehzahl (siehe Schnellläufigkeit) schmäler. 

Die Kurve des Leistungsbedarfes hat bei Langsamläufern ihren geringsten Wert bei Förderstrom Null. Bei Schnellläufern hingegen ist der Leistungsbedarf beim Förderstrom Null am größten. 

Die Darstellung in einer Kennlinie kann: 

  • qualitativ den Verlauf der Kennlinie zeigen, siehe Abb. 1 Kennlinie
  • quantitativ den Verlauf der Kennlinie wirklich ausgeführter Kreiselpumpen mit unterschiedlichen spezifischen Drehzahlen wiedergeben. siehe Abb. 2 bis 4 Kennlinie

Die Form der Kennlinie kann bei gegebener spezifischer Drehzahl allerdings noch beeinflusst werden. Dies geschieht durch die geeignete Wahl der Druckzahl. Je höher diese bei gegebenen Förderdaten ist, desto kleiner der Laufraddurchmesser und flacher die Kennlinie H(Q) und steiler die Kennlinie P(Q). So ist es möglich, die Kennlinie der Pumpe auf spezielle Erfordernisse in der Anlage einzustellen.
siehe Abb. 5 Kennlinie

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Für den normalen Fahrbereich von Kreiselpumpen genügt die Darstellung der Kurve im ersten Quadranten des QH-Koordinatenkreuzes. Die üblicherweise nicht befahrenen Betriebspunkte liegen in den restlichen drei Quadranten. Dazu zählen z. B. das Arbeiten im Turbinenbetrieb, das Verhalten bei Ausfall des Antriebes oder das Anfahren (Anlaufdrehmoment mit umgekehrter Drehrichtung). Die vollständige Charakteristik (4-Quadranten-Kennfeld) der Kreiselpumpen wird im Wesentlichen experimentell ermittelt und ist wieder von der Pumpenbauart abhängig. Ein Beispiel ist eine zweiströmige Kreiselpumpe mit ns = 35 min-1 nach STEPANOFF. siehe Abb. 6 Kennlinie

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Die übersichtlichste Darstellung ergibt sich in einem Diagramm, in dem die Drehzahl als relative Drehzahl (n/nN) über dem Förderstrom als relativer Förderstrom (Q/Qopt) mit der Förderhöhe (H) und dem Drehmoment (T) der Kreiselpumpe als Parameter aufgetragen ist. Alle Größen sind wie auch die negativen Werte in Prozent ihrer Auslegewerte angegeben, um die Ergebnisse leichter auf ähnliche Pumpen übertragen zu können.

Kennzahl

Im Strömungsmaschinenbau werden mehrere Kennzahlen zur Charakterisierung des Betriebsverhaltens und der Bauart verwendet. Sie werden von den entsprechenden physikalischen Größen aus den Modellgesetzen abgeleitet. Die Kennzahlen dienen der quantitativen oder qualitativen Bewertung eines Zustandes und sind dimensionslos. 

Kennzahlen zur Betriebspunkt-Charakterisierung 

Kennzahl zur Pumpenbauart-Charakterisierung 

Keramiklager

Ein Keramiklager ist ein in der Regel fördermediumgeschmiertes Gleitlager, dessen Lagerwerkstoff wegen Verschmutzungen, Sandbeladung oder fester Beimengungen im Fördermedium aufgrund der sehr hohen Verschleißfestigkeit zur Erhöhung der Standzeit aus keramischen Werkstoffen (z. B. Siliziumkarbid) ausgeführt ist.

Kesselspeisepumpe

Die Kesselspeisepumpe ist eine andere Bezeichung für die Speisepumpe (siehe Reaktorpumpe) und eine mehrstufige Radialpumpe. (siehe auch Mehrstufige Pumpe

Ihre Aufgabe besteht darin, einem Dampferzeuger wie einem Kessel oder Kernreaktor die der abgegebenen Dampfmenge entsprechende Speisewassermenge wieder zuzuführen. Heute kommen hierfür nur noch Kreiselpumpen zum Einsatz. Die Ausführung von Kesselspeisepumpen in Bezug auf Leistungsbedarf, Werkstoff, Pumpenbauart und Antrieb ist wesentlich durch die Entwicklung der Kraftwerkstechnik bestimmt worden. So geht der Trend bei konventionellen Kraftwerken zu immer größeren Blockeinheiten (> 1000 MW, Stand 2011). Dies führt bei den Kesselspeisepumpen zu Antriebsleistungen von 30-50 MW. 

Der durchschnittliche Druck im Austrittsquerschnitt (Speisepumpenenddruck) lag bis zum Jahr 1950 bei 200 bar. Bereits im Jahr 1955 waren diese Enddrücke bis auf 400 bar gestiegen. Die Masseströme lagen bis 1950 im Bereich von 350 t/h und sind heute bis 3.200 t/h (in Ausnahmen bis 4.000 t/h) angestiegen. Die Kesselspeisepumpen arbeiten bei Temperaturen von 160 bis 210 ºC und in Ausnahmen bei noch höheren Temperaturen des Fördermediums.
Für Kernkraftwerke mit 1.600 MW Leistung werden die Speisepumpen für Masseströme bis zu 4.000 t/h und Speisepumpenenddrücke von 70 bis 100 bar ausgeführt. 

Kesselspeisepumpen wurden bis etwa 1950 aus unlegierten Stählen und danach aus Stählen mit 13-14 % Chromgehalt hergestellt. Die Werkstoffumstellung war aufgrund einer veränderten Speisewasserchemie notwendig geworden. Durch die Entwicklung hochfester, korrosions- und erosionsfester martensitischer Chromstähle mit guten Notlaufeigenschaften und der stetigen Weiterentwicklung aller Pumpenkomponenten (Lagerung, Wellendichtung, Pumpenhydraulik etc.) entstand die heutige Kesselspeisepumpe mit möglichen Drehzahlen zwischen 4.500 und 6.000 min-1. Die Masseströme der Kesselspeisepumpe stiegen mit den schnell wachsenden Blockleistungen an, sodass Volllastspeisepumpen für konventionelle 800 bis 1.100-MW-Blöcke heute vier- bis sechsstufig mit Stufendrücken bis ca. 80bar ausgeführt werden, während die für 1.600-MW-Kernkraftwerke einstufig ausgeführt werden. 

Antrieb 
Bei konventionellen Anlagen über 500 MW wird der Antrieb der Volllastspeisepumpe zunehmend mit einer Dampfturbine realisiert. Meist werden Kondensationsturbinen im Nenndrehzahlbereich von 5.000 bis 6.000 min-1 verwendet. Elektromotoren dienen meist zum Antrieb von Teillastspeisepumpen sowohl bei fossilbefeuerten als auch bei nuklearen Kraftwerken. Die Drehzahlverstellung erfolgt bei elektromotorgetriebenen Speisepumpen entweder mittels Strömungskupplung (z. B. Turbo-Regelgetriebe) oder durch Regelung auf elektrischer Seite mittels Thyristoren (bis ca. 18 MW Antriebsleistung, Stand 2011). Der Aufbau des Kesselspeisepumpenaggregates ist in vier Varianten heute gängig.
siehe Abb. 1 Kesselspeisepumpe

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Die langsamlaufende Vorpumpe wird meist von einem freien Wellenende der Turbine über ein Untersetzungsgetriebe oder direkt vom freien Ende des Elektromotors angetrieben.
siehe Abb. 2 Kesselspeisepumpe

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Die ein- oder zweiströmige Vorpumpe hat hier die Aufgabe, den NPSHR-Wert der Anlage für die nachgeschaltete hochtourige Kesselspeisepumpe zu erzeugen. siehe Abb. 3 Kesselspeisepumpe

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Bauart 

Ausgeführt werden Kesselspeisepumpen für konventionelle Kraftwerke als: 

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Beide Bauarten unterscheiden sich nur durch die Ausführung der drucktragenden Hülle, wodurch Differenzen in den Herstellkosten und der Montagefreundlichkeit entstehen. Keine Unterschiede zeigen sich jedoch hinsichtlich der Betriebssicherheit und der Robustheit in abnormen Betriebsbedingungen. Die Abmessungen der rotierenden Teile und der strömungsführenden Kanäle können gleich ausgeführt werden. 

Zwei Gesichtspunkte für den Einsatz einer Glieder- oder Topfgehäusepumpe 

  • Die Material- und Herstellungskosten sind bei Topfgehäusepumpen im Vergleich zur Gliederpumpe umso größer, je kleiner der Massestrom und je höher der Druck ist. 
  • Die Topfgehäusepumpe bietet gegenüber der Gliederpumpe einige Vorteile bei der Reparatur in der Anlage. So kann im Falle eines Läuferaustausches das Topfgehäuse (siehe Pumpengehäuse) in dem Rohrleitungssystem installiert bleiben. Dies ist für die Verfügbarkeit eines Kraftwerkblockes relevant, wenn keine volle Pumpenreserve vorhanden oder eine Pumpe nur mit erhöhtem Aufwand austauschbar ist. 

Für Kernkraftwerke sind Speisepumpen in einstufiger Bauart mit zweiströmigem Laufrad (siehe mehrströmige Pumpe) und Doppelspiralgehäuse üblich. siehe Abb. 6 Kesselspeisepumpe

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Die gegossenen druckbelasteten Teile des Gehäuses werden immer häufiger durch Schmiedeteile ersetzt. Eine derartige Speisepumpe ist bspw. für einen Förderstrom von etwa 4.200 m3/h und eine Förderhöhe von etwa 700 m bei einer Drehzahl von rund 5.300 min-1 ausgelegt. siehe Abb. 5 Kesselspeisepumpe

Die Förderhöhen der Reaktor-Speisepumpen liegen für Siedewasserreaktoren im Bereich von 800 m, für Druckwasserreaktoren um 600 m. Die Förderströme entsprechen jedoch ca. dem doppelten Wert einer vergleichbaren Kesselspeisepumpe eines fossilbeheizten Kraftwerkes. 

Gehäuse 
Die Gehäuse der Kesselspeisepumpen sind unter zwei Gesichtspunkten zu betrachten: Einerseits muss eine den Druckbeanspruchungen gerechte und andererseits den unterschiedlichen zeitlichen Temperaturverhältnissen angepasste Wanddicke angestrebt werden. Diesen beiden Kriterien wird ein hochfester ferritischer Gehäusewerkstoff gerecht, der die Wanddicken so minimiert, dass aufgrund von Temperaturänderungen keine Überbeanspruchung und eine ausreichende Sicherheit gegenüber dem Innendruck gewährleistet wird. 

Topfgehäuse 

  • Die Topf- oder Mantelgehäuse werden meist aus un- oder niedrig legiertem zähen Schmiedestahl hergestellt und sämtliche von strömendem Speisewasser benetzten Funktionsflächen mit korrosions- und erosionsfestem Werkstoff durch Auftragsschweißung beschichtet. 
  • Beim Einschweißen der Pumpe in die Rohrleitung muss ein Zwischenstück vorgesehen werden, wenn die zu verbindenden Stutzenmaterialien nicht aus derselben Werkstoffgruppe stammen. 
  • Der druckseitige und den Enddruck abdichtende Deckel des Mantelgehäuses wird mit großen Stiftschrauben drehmomentfrei verspannt. Die Dichtaufgabe übernimmt ein Profildichtring, der ohne äußere Kräfte nur durch den anliegenden Druck (bis zu mehreren 100 bar) beaufschlagt ist. siehe Abb. 7 Kesselspeisepumpe

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Gliederpumpen 

  • Die Gehäuse von Gliederpumpen werden bevorzugt aus geschmiedetem Chrom- oder Kohlenstoffstahl mit austenitischer (Mischkristalle des Eisens) Plattierung hergestellt. 
  • Die Dichtung zwischen den einzelnen Stufengehäusen (siehe Stufe) erfolgt rein metallisch mittels Zugankern zum Verspannen der Stufengehäuse, sowie um Saug- und Druckgehäuse (siehe Pumpengehäuse). 
  • Temperaturschocks wirken sich aufgrund der unterschiedlichen, temperaturbedingten Dehnungen hauptsächlich in Form von zusätzlichen Belastungen an den Zugankern und Dichtflächen der Stufengehäuse aus. 

Die beiden Pumpenbauformen Topfgehäuse- und Gliederpumpe verbindet die Eigenschaft, dass bei Temperaturschockbelastung die thermisch induzierte Spannung mit zunehmender Wandstärke zunimmt und sich vermindernd auf die Lebensdauer auswirkt. Der häufige Wunsch nach Einspritzwasser, das im Druckniveau zwischen Zulauf- und Enddruck liegt, ist durch Anzapfen einer Stufe sowohl bei der Glieder- als auch der Topfgehäusepumpe zu realisieren. 

Stufenanzapfung 

  • bei Kesselspeisepumpen Bei der Gliederpumpe kann ein Teilstrom mit Zwischendruck in einfacher Weise durch ein Stufengehäuse mit Anzapfstutzen abgeleitet werden. siehe Abb. 5 Gliederpumpe
  • Um bei der Topfgehäusepumpe mit einer Anzapfung einen Teilstrom mit gewünschtem Zwischendruck direkt nach außen abzuleiten, wird der Innenraum in drei Druckbereiche aufgeteilt. siehe Abb. 4 Topfgehäusepumpe
    Die Dichtfunktion wird von einem Profildichtring zwischen End- und Anzapfdruck sowie metallisch dichtend zwischen Anzapf- und Zulaufdruck erfüllt. siehe Abb. 7 Kesselspeisepumpe
    Dabei ermöglicht besonders der Profildichtring ein hohes Maß an Relativbewegung der Dichtfläche wie es bei Temperaturschocks erforderlich ist. 

Läuferausführung 

Die Pumpenwelle hat bei den Kesselspeisepumpen bei einem möglichst kleinen Lagerabstand und relativ großem Wellendurchmesser mit meist aufgeschrumpften Laufrädern (im Hochleistungsbereich) eine geringe statische Durchbiegung. Sie ist zumeist unempfindlich gegen Schwingungen und gewährleistet so im Normalbetrieb einen radial berührungsfreien, ruhigen Lauf (siehe Laufruhe).Die auf der Laufradrückseite verdickte Nabe und die Gestaltung der Laufradeintrittsgeometrie auf einem möglichst kleinen Durchmesser verkleinert die in der Entlastungseinrichtung aufzunehmenden Restaxialschubkräfte (siehe Axialschub). Im Vergleich zum Kesselspeisepumpenläufer sind einstufige Reaktorspeisepumpenläufer noch steifer und deren statische Durchbiegung liegt unterhalb von mehrstufigen Kesselspeisepumpenläufern. 

Axialschubausgleich 

Bei Kesselspeisepumpen für konventionelle Kraftwerke mit einer bestimmten Anordnung der Laufräder entsteht ein Axialschub an den Laufrädern. siehe Abb. 10 bis 12 Axialschub

Die Größe dieses Axialschubes ist von der Lage des Betriebspunktes, der Drehzahl und vom verschleißabhängigen Zustand der Innenspiele (siehe Spaltdichtung) abhängig. Zusätzliche Störkräfte entstehen bei anormalen Betriebszuständen wie bspw. bei Kavitation

Der axiale Kräfteausgleich am Pumpenläufer erfolgt bei einer größeren Kesselspeisepumpe durch eine vom Fördermedium durchströmte hydraulische Entlastungseinrichtung häufig in Verbindung mit einem ölgeschmierten Axiallager (siehe Gleitlager). Diese Entlastungseinrichtung gleicht bereits über 90 % des Axialschubes aus, weshalb das Axiallager kleiner dimensioniert werden kann. Sie besteht aus einer Entlastungsscheibe mit Gegenscheibe, oder einem Kolben bzw. Doppelkolben mit den zugehörigen Drosselbuchsen. 

Die Axialkräfte von Reaktorspeisepumpen mit zweiströmigem Laufrad (siehe mehrströmige Pumpe) sind hydraulisch ausgeglichen und Restschübe werden durch ein ölgeschmiertes Axiallager aufgenommen. siehe Abb. 6 Kesselspeisepumpe

Radialkräfteausgleich am Pumpenläufer 

Die radialen Kräfte entstehen entweder durch das Gewicht des Läufers, durch mechanische Unwucht oder den hydraulischen Radialschub. Ein Kräfteausgleich erfolgt durch zwei ölgeschmierte Radiallager sowie axial durchflossene Drosselspalten. Letztere befinden sich auf der Laufradeintrittsseite am Laufradhals und bei mehrstufigen Kesselspeisepumpen von konventionellen Kraftwerken auf der Druckseite des Laufrades (Stufenbuchse), sowie am Entlastungskolben. In diesen Spalten entsteht bei exzentrischer Läuferlage eine zentrierende Rückstellkraft, die von der Druckdifferenz und der Spaltgeometrie hauptsächlich abhängig ist (LOMAKIN-Effekt). Der LOMAKIN-Effekt ist stark gemindert, wenn in anormalen Betriebszuständen das Speisewasser in der Spaltströmung nicht aus der reinen flüssigen Phase (siehe Kavitation) besteht. 

Die tragende Wirkung der Drosselspalte kann erheblich mehr zur Wellensteifigkeit beitragen als die reine mechanische Steifigkeit. Das System wird so abgestimmt, dass die kritische Drehzahl des Läufers stets in genügend großem Abstand von der Betriebsdrehzahl bleibt und hydraulische Erregerkräfte (besonders im Teillastbetrieb) zusätzlich aufgenommen werden können. 

Ein zusätzliches Leitrad oder eine Doppelspirale kann den Radialschub vermindern. 
siehe Abb. 6 Spiralgehäusepumpe

Wellendichtung 

Als Wellendichtungen werden bei den Kesselspeisepumpen die Gleitringdichtung, Schwimmringdichtung, Labyrinthdichtung und mittlerweile eher selten die Stopfbuchspackung verwendet (siehe auch Wellendichtung). 

Anwärmung und Warmhaltung 

In den Kesselspeisepumpen treten Belastungen bei transienten Betriebsweisen oder geringer Durchströmung der Pumpe auf, die sich mit den bereits vorhandenen überlagern. Dies verursacht zusätzliche Bauteilspannungen und Verformungen mit unterschiedlicher Konsequenz auf die Funktionalität der Maschinenkomponenten. 

Heute müssen nahezu alle Kesselspeisepumpen in der Lage sein, sowohl Kalt- (Heißschockbelastungen) als auch Halbwarmstarts schadensfrei zu überstehen. Hierbei strömt schlagartig heißes Speisewasser in die kalte Pumpe. Die inneren Bauteile erwärmen sich dabei wesentlich schneller als die Druckhülle. Je nach Häufigkeit und Gradientenverlauf von Druck und Temperatur (Lastzyklen) kann dies die Lebensdauer reduzieren. 

Bei besonders dickwandigen Maschinen benötigt die Wärmeausbreitung im Bauteil mehr Zeit, weshalb die inneren Spannungen höher sind. 

Grundsätzlich besteht die Gefahr des Anstreifens zwischen Teilen des Rotors und Stators, da enge Spalten als innere Spaltdichtung vorhanden sind. Hiervon betroffen ist das Laufrad auf der Eintrittsseite am Laufradhals, der druckseitige Spalt zwischen Laufrad und Leitrad und Stufenbuchse sowie der Entlastungspartie mit (je nach Ausführung) mehreren Drosselspalten.

Kritische Betriebszustände wie bspw. die Dampfblasenbildung lassen sich in der Zulaufleitung nicht völlig vermeiden. Dabei treten durch den kurzzeitigen Kontakt zwischen Stator und Rotor hohe Unwuchtkräfte in diesen engen Spalten auf. Aus diesem Grund muss die Werkstoffpaarung neben der ohnehin notwendigen Korrosions- und Erosionsbeständigkeit ein besonders gutmütiges Verschleißverhalten (Notlaufeigenschaft) aufweisen. Gute Erfahrungen wurden mit profilierten Chromstählen und besonderer Spaltgeometrie gemacht.

In Betriebssituationen sehr geringer oder keiner Durchströmung wie im Drehwerkbetrieb einer turbinenbetriebenen Kesselspeisepumpe kommt es zur Bildung von Temperaturschichten im Fördermedium, sodass sich sowohl die Rotoren als auch mit leichter Verzögerung die sich nicht drehenden Bauteile verformen können. Wird dabei das Spiel in den Drosselspalten aufgebraucht, erfährt der Rotor ein wesentlich höheres Reibmoment, wodurch es zu einer Überlastung des Drehwerkantriebs und damit zum Pumpenstillstand kommen kann. Da in diesem Fall dann auch kein Temperaturausgleich am Rotor mehr stattfindet, wird die Rotorverkrümmung noch kritischer. Dies kann zu einem mehrstündigen Aggregatsausfall führen. Meist hilft dann nur das Abkühlen der Maschine, um die Reduzierung oder Beseitigung der kritischen Wärmeschichtung und damit der Verkrümmung zu erreichen. 

Um ein möglichst optimales thermisches Verhalten der Pumpe herbeizuführen, sind verschiedenste Maßnahmen anzuwenden.

Vermeidung von großen Temperaturunterschieden in und an der Pumpe 

  • gute thermische Trennung der kalten Bereiche (Wellendichtungsbereich) vom heiß durchströmten Bereich (Hydraulikbereich und Entlastungseinrichtung) mit Isolierkammersystem; Thermosperre zur Verhinderung von Konvektionsströmen und speziellen Thermohülsen 
  • Pumpe außen isolieren 
  • Anwärmung oder Warmhaltung durch Zwangsdurchströmung der Maschine meist über die eingedrosselte Druckschiene
  • temporäre oder dauerhafte Kühlwasser- unterbrechung im Gleitringdichtungsbereich (sekundärseitig) 
  • Begrenzung der Betriebsführungsparameter für kritische Betriebszustände (ΔT) (am Mantelgehäuse oben-unten) und/oder ΔT-Gehäuse zu Speisewassertemperatur 

Abschwächung der Folgen von großen Temperaturunterschieden 

  • bei Standby-Betrieb Pumpe im Drehwerk drehen 
  • Drehwerk synchronisiert ausführen (Minimierung oder Vermeidung echter Stillstandzeiten) 
  • Wasser aus kritischen thermischen Bereichen abführen 

Verwendung thermisch gutmütiger Wellendichtungen 

  • berührungsfreie Dichtung (Schwimmringdichtung) 

Da Mantelgehäusepumpen (Topfgehäusepumpen) aufgrund ihrer Außenabmessungen, Wandstärken, Antriebsart (Turbine mit Drehwerk) und Betriebsweisen im Vergleich zu Gliederpumpen als kritischer gelten, finden die beschriebenen Maßnahmen hier vermehrt Anwendung. Zur Absicherung der Verfügbarkeit des Pumpenaggregats werden diese Maßnahmen falls möglich automatisiert ausgeführt. 

Mindestförderstromventil 

Ein Mindestförderstromventil (Freilaufrückschlagventil) sichert einen Mindestförderstrom und verhindert Schäden, die im Schwachlastbetrieb (siehe Teillastbetrieb) infolge von unzulässiger Temperaturerhöhung mit Verdampfung des Pumpeninhaltes sowie durch Teillastkavitation auftreten können.


Das Pumpenprogramm – für effiziente, zuverlässige Kesselspeisepumpen

Kinematische Viskosität

Als kinematische Viskosität (ν) bezeichnet man den Quotienten aus der dynamischen Viskosität des Mediums und seiner Dichte. Die SI-Einheit ist m2/s (siehe auch Viskosität). 

So hat Wasser bei 20 ºC bspw. ν = 1,002 · 10-6 m2/s.

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Gemessen wird heute jedoch noch vielfach in Centistokes wie im UBBELOHDE-Viskosimeter. Die hier verwendete Einheit ist m2/s und heißt (zu Ehren des irischen Physikers STOKES) Stokes (St). Der hundertste Teil ist ein Centistokes (cSt). Die Einheit Stokes ist seit 1978 offiziell nicht mehr gültig. 

Die konventionellen Einheiten der Viskosität sind zwar als Grundlage für die Berechnung ungeeignet, werden aber im Handel immer noch benutzt. Diese sind: Engler-Grade (ºE) in Deutschland, Saybold-Sekunden (S") in USA und Redwood-Sekunden (R") in England. 

Zur richtigen Verwendung müssen die Einheiten Stokes sowie die heute noch gebräuchlichen Einheiten in die SI-Einheit m2/s umgerechnet werden. siehe Abb. 1 Kinematische Viskosität

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Die früher gebräuchlichen Einheiten sind nicht mehr zugelassen und können mittels Abb. 1 Kinematische Viskosität auf m²/s umgerechnet werden. (siehe auch Viskosität). 

  • Centistokes mm²/s 
  • Engler-Grad ºE 
  • Saybold-Sekunden S"
  • Redwood-Sekunden R"
  • Barbey cm³/h 

Alternativ können auch mittels Tabelle entsprechende Werte einander zugeordnet werden. Werden höhere Werte als 1000 cSt benötigt, so können die Angaben ab 60 cSt entsprechend mit 10, 100, 1000 usw. multipliziert werden. Die Umrechnung von konventionellen Maßen in cSt ist ungenau, besonders von 1 bis 9,5 cSt (vgl. DIN 1342 Viskosität NEWTONscher Flüssigkeiten). 

Klappe

Die Klappe ist eine Armatur, die den Durchfluss eines Fluids durch Drehung einer Scheibe steuert (i. d. R. 90° Drehwinkel zwischen Auf- und Zustellung) (siehe auch Armatur).

Klemme

Mit Hilfe einer Klemme lassen sich in der Elektrotechnik Drähte, Adern und Leitungen wieder lösbar anschließen oder verbinden. Um den Stromfluss nicht zu unterbrechen, werden sie mechanisch durch eine Schraube oder Feder an einem leitfähigen Körper fixiert. 

Zum manuellen Trennen von Stromkreisen kommt eine spezielle Ausführung der Klemme zum Einsatz: die Trennklemme.

Klemmenbezeichnung

Die Klemmenbezeichnung ist eine Kennzeichnung, um den Anschluss von Leitungen oder die Fehlerdiagnose mittels Schaltplan zu vereinfachen. Die Kennzeichnung erfolgt dabei durch Buchstaben oder Hilfszahlen direkt an der Klemme oder an der anzuschließenden Leitung.

Koaxialkabel

Das Koaxialkabel (kurz: Koaxkabel) ist ein abgeschirmtes Kabel. Es ist zweipolig und hat einen konzentrischen Aufbau. Im Inneren befinden sich ein Innenleiter (Seele) und ein dazu in konstantem Abstand angebrachter, hohlzylindrischer Außenleiter (siehe Kabelschirm). Zwischen beiden befindet sich ein Isolator oder Dielektrikum. Das Dielektrikum kann teilweise oder ganz aus Luft bestehen. 

Koaxialkabel werden zur Übertragung von Signalen (z. B. Labor- und Messgeräte) und zur Breitband-Kommunikation (z. B. Sender, Antennen) verwendet. siehe Abb. 1 Abgeschirmtes Kabel

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Kolbenpumpe

Die bekannteste Verdrängerpumpe ist die Kolbenpumpe mit geradliniger Hubbewegung. Ihre Verdrängungskörper sind entweder scheibenförmige Kolben, die an ihrem Umfang dichtend in einem Hohlzylinder hin- und hergleiten oder Tauchkolben (Plunger), die in einer Stopfbuchse hin- und hergleitend den Arbeitsraum vergrößern oder verkleinern. siehe Abb. 1 Verdrängerpumpe

Geregelt werden die Kolbenpumpen entweder durch eine recht einfache Umlaufregelung (Bypass), bei der je nach Bedarf mehr oder weniger große Anteile des Förderstromes von der Druckseite zur Saugseite zurückgeleitet werden (die Verluste sind bei kleinen Einheiten tragbar) oder wirtschaftlicher durch stufenlose Drehzahlverstellung (Regelung) der polumschaltbaren Motoren in Verbindung mit einer Umlaufregelung. 

Hauptsächlich werden die Kolbenpumpen für die Förderung kleinster Förderströme bei höchsten Förderhöhen eingesetzt (Druck), Kolbenpumpen sind also für sehr kleine spezifische Drehzahlen geeignet. Außerhalb dieses Gebietes wurden sie von den Kreiselpumpen mit ihren weitgefächerten speziellen Bauarten (mehrstufiige Pumpe, Peripheralpumpe) nahezu komplett verdrängt. Die Vorteile der Kolbenpumpe sind ihre Selbstansaugefähigkeit (selbstansaugende Pumpe) und ihre guten Wirkungsgrade; ihre Nachteile liegen in der pulsierenden Förderung und, besonders bei großen Einheiten, ihrem großen Bedarf an Raum, Masse und Investitionsaufwand, bezogen auf die Einheit der Förderleistung.

Kolbentransmitter

Der Kolbentransmitter ist eine stopfbuchslose Druckübertragungseinrichtung. Er liefert zum Schutz der Gleitringdichtung einen Sperrflüssigkeitsdruck, der vom Druck der Pumpe oder Förderflüssigkeit abhängt. 

Der Kolbentransmitter besteht aus einem doppelwandigen Behälter, in dem ein Kolben die Trennung von Sperr- und Förderprodukt bewirkt. siehe Abb. 1 Kolbentransmitter

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Zum Erzeugen des geforderten Sperrdruckes wird der untere Teil des Zylinders mit dem Druckstutzen der Pumpe oder einer unter dem erforderlichen Druck stehenden Produktleitung verbunden. Der obere Zylinderraum ist mit Sperrflüssigkeit gefüllt und steht mit dem Raum zwischen den beiden Dichtflächen der doppeltwirkenden Gleitringdichtung in Verbindung. Durch die kleinere Kolbenfläche auf der Sperrflüssigkeitsseite wird der Druck im Dichtungsraum erhöht. siehe Abb. 11 und 12 Wellendichtung

Kolloid

Ein Kolloid ist ein Teilchen oder Tröpfchen in einem anderen Medium, dem Dispersionsmedium.

Kommunikationssystem

Im engeren Sinn ist ein Kommunikationssystem eine Einrichtung oder eine Infrastruktur für die Übermittlung von Informationen und Daten. Kommunikationssysteme stellen dazu Verbindungen zwischen mehreren technischen Kommunikationsteilnehmern her. Offene Kommunikationssysteme erlauben die freizügige Kommunikation zwischen allen angeschlossenen Teilnehmern. Wichtige Voraussetzung für offene Kommunikationssysteme ist die Standardisierung der Schnittstellen und der logischen Funktionen. In Datennetzen wird dies durch die Orientierung an hierarchisch aufgebauten Architekturmodellen mit mehreren standardisierten Ebenen erreicht. Der Informations- und Datenaustausch zwischen technischen Geräten erfolgt nach einem strengen Protokoll, in der Regel über anwendungsspezifische Bussysteme. Ein Beispiel für ein standardisiertes Datenprotokoll ist das VDMA-Einheitsblatt 24223 Geräteprofil für Flüssigkeits- und Vakuumpumpen.

Kommutierung

Die Kommutierung ist eine elektrische / elektronische Weiterschaltung des Stromes von einem Element zu einem anderen Element (oder Wicklungsstränge in einem Gleichstrommotor).

Kompensator

Der Kompensator schneidet die Rohrleitung an dem Einsatzort frei. Durch ihn kann eine Längen- oder Winkelanpassung ohne Krafteinleitung bewerkstelligt werden. Er kann auch Bewegungen einer Rohrleitung ausgleichen, woher auch immer diese rühren. Auch Vibrationen werden durch seinen Einsatz von den anderen Rohrleitungsteilen ferngehalten. Dies alles ist in einem gewissen Maß möglich. 

Durch den Einsatz eines einfachen Kompensators wirken allerdings in beide Richtungen die Druckkräfte, die durch entsprechende Festpunkte in der Rohrleitung aufgenommen werden müssen. Insbesondere ist beim Einsatz eines Kompensators beim Anschluss einer Pumpe an eine Rohrleitung darauf zu achten, dass dieser Kompensator mit einer Längenbegrenzung ausgestattet ist, damit nicht die Differenz-Druckkräfte auf die Pumpe wirken und diese auf dem Fundament in Richtung Saugseite verschieben. Diese Kräfte dürfen nicht auf die Pumpe wirken. Der Kompensator kann keine Druckstöße ausgleichen.

Kondensatpumpe

Die Kondensatpumpe ist eine Kreiselpumpe, die nach der Art des Fördermediums bezeichnet wird. Als solche hat sie die Aufgabe, den in Kondensatoren niedergeschlagenen Dampf als Wasser (Kondensat) unter technischem Vakuum (nahe Dampfdruck) abzuführen. Bei offenem Kreislauf fördert die Kondensatpumpe das Kondensat in einen Behälter (z. B. Speisewasserbehälter); bei geschlossenem Kreislauf über Niederdruckvorwärmer direkt in die Kesselspeisepumpe. siehe Abb. 1 Kondensatpumpe

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Der maximale Abdampfmassestrom der Dampfturbine ist maßgebend für den Förderstrom der Kondensatpumpe. 

Zusammensetzung der Förderhöhe 

  • aus der geodätischen Höhendifferenz zwischen dem Wasserspiegel im Speisewasserbehälter und Kondensator 
  • aus der Differenz der statischen Druckhöhen im Speisewasserbehälter und Kondensator 
  • aus den Druckhöhenverlusten der Strömung in der Rohrleitung inkl. der installierten Armaturen (z. B. Absperrschieber, Rückschlagklappe) und Anlagenteilen (z. B. Saugsieb, Kondensatvorwärmer)

Die Konstruktion der Kondensatpumpe wird bestimmt durch den auf der Saugseite herrschenden Dampfdruck des Wassers (reines Wasser bei 35 °C ca. 56,2 mbar) und aufgrund der Anordnung des Kondensators im Bauwerk durch eine geringe Zulaufhöhe. Diese ergibt sich aus der geodätischen Höhe zwischen Regelwasserstand im Kondensator und Level des Laufrades der ersten Stufe abzüglich der Strömungsverluste der Zulaufleitung. Für ein einwandfreies Betriebsverhalten und zur Vermeidung von Kavitationsschäden muss der vorhandene NPSH-Wert der Anlage über den gesamten Betriebsbereich größer oder gleich dem erforderlichen NPSH-Wert am Laufrad der ersten Stufe sein. 

Anhebung der anlagenseitigen Zulaufhöhe durch: 

  • Minimierung der Strömungsverluste in der Zulaufleitung; z. B. durch größere Rohrleitungsnennweiten 
  • Vertikale Anordnung, z. B. Trockenaufstellung, wobei die Höhe des Laufrades der ersten Stufe über dem Aufstellungsflur verringert und die geodätische Höhendifferenz vergrößert wird
    siehe Abb. 2 Kondensatpumpe
  • Vertikale Anordnung als "Topfpumpe", bei der die geodätische Höhendifferenz durch Absenkung der Saugstufe in einem Zulauftopf unterhalb des Aufstellungsflures vergrößert wird. Die Zulauf- und Druckleitung sind oberhalb des Aufstellungsflures angeordnet. siehe Abb. 4 Kondensatpumpe

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Möglichkeiten zur Verbesserung des Saugverhaltens der Kondensatpumpe 

Eine Ausführungsvariante ist die Kondensatpumpe mit Zwischenentnahme (Re-entry). Nach der ersten oder zweiten Pumpenstufe (Kondensat-Vorpumpe, mit 1- oder 2-strömiger Saugstufe) wird der gesamte Förderstrom entnommen und der Kondensatreinigungsanlage zugeführt. siehe Abb. 4 Kondensatpumpe

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Die weitere Druckerhöhung erfolgt in der Kondensat-Hauptpumpe, die oberhalb der Vorpumpe über Flur angeordnet ist und mit dieser ein gemeinsames Aggregat bildet. 

Bei Förderströmen über 150 l/s (540 m3/h) muss wegen der stärkeren Kavitationsbelastung auf die Kavitationsintensität, Geschwindigkeitsverhältnisse und Längen der entstehenden Kavitations-Blasenschleppen geachtet werden. Ein Maß für die Kavitationsintensität ist bei einem Werkstoff die Materialabtragungsgeschwindigkeit va*.

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Die Größe der Exponenten ist vom Konstruktionskonzept eines Sauglaufrades abhängig. Die Werte liegen im Bereich von: 

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Da die Geschwindigkeit am Laufradschaufeleintritt bei gegebenem Förderstrom nur unwesentlich zu beeinflussen ist, müssen die Längen der Blasenschleppen möglichst reduziert werden. Bei Kondensatpumpen muss die Wellendichtung bei Stillstand der Pumpe gegen niedriges technisches Vakuum abdichten. Daher ist es erforderlich, die Dichtung mittels Sperrflüssigkeit aus dem anlagenseitigen Sperrsystem zu beaufschlagen, um einen Lufteintritt zu verhindern. Bei der Packungsstopfbuchse wird dazu zwischen den Stopfbuchspackungen ein Sperrring eingesetzt, die Gleitringdichtung wird doppeltwirkend mit produkt- und atmosphärenseitiger Dichtung ausgeführt. Die Sperrflüssigkeit wird zum Sperrring oder in den Raum zwischen produkt- und atmosphärenseitiger Gleitringdichtung geführt. Zum Antrieb der Kondensatpumpe dient, wenn von der Regelung her anwendbar, der Drehstrommotor mit Käfigläufer. Zur Anpassung an die wechselnden Turbinenbelastungen und zur Vermeidung des Trockenlaufs der Kondensatpumpe gibt es verschiedene Regelungsmöglichkeiten. 

Regelungsmöglichkeiten einer Kondensatpumpe 

  • Verändern der Anlagenkennlinie durch Drosseln (Drosselverstellung) mithilfe eines in der Druckleitung angeordneten Regelventils
  • Verändern der Anlagenkennlinie durch Rückführung des überschüssigen Förderstroms in den Kondensator (Bypassverstellung) (siehe Bypass)
  • Verändern der Drosselkurve durch Variieren der Pumpendrehzahl (Drehzahlverstellung)
  • Verändern der Drosselkurve durch selbsttätiges Anpassen des Förderstroms an die Zulaufhöhe (siehe Saugverhalten). Diese Art der Regelung infolge Kavitation ist unter dem Namen "Selbstregelung" bekannt. siehe Abb. 5 Kondensatpumpe

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Die Selbstregelung von Kondensatpumpen nutzt die Veränderung der Kennlinie H(Q) bei teilweisem Ausdampfen des Kondensats vor oder in der ersten Stufe, wodurch deren Stufenförderhöhe H(Q) je nach dem Grad der Blockierung durch Dampf mehr oder weniger reduziert wird (Hkav). Dadurch stellt sich je nach Wasserstand Hz.geo eine (vom Ausmaß der Kavitation abhängige) Abreißkurve Hkav(Q) ein, deren Schnittpunkt mit der Anlagenkennlinie HA(Q) den Betriebspunkt (B) bestimmt. Die Selbstregelung der Kondensatpumpe stellt durch die hohe Kavitationsbelastung bedingt extreme Anforderungen besonders an die erste Stufe der Pumpe. Aus diesem Grund wird diese Art der Regelung bei den heute üblichen größeren Ausführungen nicht mehr angewendet.

Konformitätserklärung

Die Konformitätserklärung ist eine schriftliche Erklärung des Herstellers oder Händlers eines Produktes, dass dieses den grundlegenden Anforderungen der europäischen Richtlinien entspricht (siehe auch Einbauerklärung). Die Erstellung einer Konformitätserklärung ist nicht eingeschränkt, sodass diese bspw. für Produkte, Prozesse und Stellen ausgestellt werden kann. Bescheinigt wird diese Konformität durch das CE-Zeichen.

Kontinuitätsgleichung

Die Kontinuitätsgleichung ist eine Grundgleichung der Strömungslehre. Sie bezeichnet die Konstanz der pro Zeiteinheit durch einen Querschnitt strömenden Masse. In einer flüssigkeitsdurchströmten Röhre verhalten sich die Strömungsgeschwindigkeiten umgekehrt wie die Querschnittsflächen. 

Sie besagt, dass die Summe aller in einen Kontrollraum einströmenden Masseströme (mit positivem Vorzeichen) und aller aus diesem Kontrollraum ausströmenden Masseströme (mit negativem Vorzeichen) gleich Null ist.

Korrosion

Die Korrosion ist nach ISO 8044 und VDI 3822 die Reaktion eines metallischen Werkstoffes mit seiner Umgebung. Bei dieser Reaktion handelt es sich in den meisten Fällen um eine elektrochemische Reaktion, die ausschließlich in Gegenwart ionenleitender Lösungen (Elektrolyte) abläuft. Diese wird als Redox-Reaktion bezeichnet, da sie sich in zwei parallel verlaufende Teilreaktionen teilt: eine anodische Oxidation (Metallauflösung) und eine kathodische Reduktion von Ionen aus dem Elektrolyt. 

Die Folge sind messbare Veränderungen des Werkstoffes, die zu einer Beeinträchtigung der Funktion des Bauteils oder Systems führen können (siehe Schaden). Diese kann durch Korrosionsschutz eingeschränkt oder verhindert werden. Die unterschiedlichen Schadensformen resultieren aus verschiedenen Korrosionsarten. Die wichtigsten Korrosionsarten und -erscheinungen im wässrigen Medium sind: 

Ohne mechanische Beanspruchung 

  • Gleichmäßige Flächenkorrosion ist eine Korrosion mit nahezu gleicher Abtraggeschwindigkeit auf der gesamten Oberfläche. siehe Abb. 1 Korrosion
  • Die Muldenkorrosion dagegen ist durch örtlich unterschiedlichen Massenabtrag gekennzeichnet. Ursache hierfür ist eine örtlich unterschiedliche Korrosionsbelastung (Temperatur, Konzentration, Fließgeschwindigkeit) unter Bildung von Korrosionsprodukten unterschiedlicher Löslichkeit.
    siehe Abb. 2 Korrosion
  • Lochkorrosion ist ein elektrolytisch bedingter und örtlich begrenzter Materialabtrag, der zur Lochbildung (Lochfraß) führt. Die Ursache ist das Vorliegen von Korrosionselementen (siehe DIN 50 900, Teil 2), vor allem in Chloridie enthaltenen Medien ist diese Korrosionserscheinung an nichtrostenden Stählen und Aluminiumlegierungen von Bedeutung. siehe Abb. 3 Korrosion
  • Spaltkorrosion tritt in engen Spalten zwischen artgleichen Metallen oder metallischen und nichtmetallischen Materialien auf. Es liegt ein Korrosionselement vor, das häufig durch Anreicherung von Chloriden oder Verarmung an oxidschichtbildendem Sauerstoff im Spalt gebildet wird. 
  • Kontaktkorrosion (Galvanische Korrosion) entsteht durch Bildung eines Korrosionselementes zwischen Metallen mit unterschiedlichen, freien Korrosionspotenzialen, wobei das unedlere Metall beschleunigt anodisch angegriffen wird und das edlere als kathodische Reaktionsfläche wirkt. Der Korrosionsangriff wird durch die Differenz der freien Korrosionspotenziale und dem Verhältnis der beiden Reaktionsflächen bestimmt. Ungünstig ist die Paarung einer kleinen Anodenfläche zu einer großen Kathodenfläche bei großem Unterschied der freien Korrosionspotenziale. 
  • Selektive Korrosion ist eine Korrosionsart, bei der bestimmte Gefügebestandteile korngrenzennaher Bereiche oder Legierungsbestandteile bevorzugt korrodieren. Formen dieser Korrosionserscheinung sind z. B. die Spongiose, interkristalline Korrosion, Entzinkung und Entaluminierung.
    siehe Abb. 4 und 5 Korrosion
  • Spongiose (Grafitisierung) ist ein selektiver Korrosionsangriff am Gusseisen bei mangelhafter Schutzschichtbildung unter Auflösung des Ferrits und Perlits. Dabei bleibt die ursprüngliche Bauteilgestalt durch das mit Korrosionsprodukten gefüllte Grafitgerüst erhalten. siehe Abb. 6 Korrosion
  • Interkristalline Korrosion bezeichnet den bevorzugten Korrosionsangriff in korngrenzennahen Bereichen. Bei nichtrostenden Stählen tritt diese Erscheinung durch eine Chromverarmung infolge von Karbidausscheidungen an den Korngrenzen auf. Diese Korrosionsart kann zu einem rasch fortschreitenden Kornzerfall führen. siehe Abb. 7 Korrosion
  • Die Entzinkung oder Entaluminierung wird an Buntmetallen durch selektives Korrodieren der zink- oder aluminiumreichen Phasen verursacht. 
  • Stillstandskorrosion ist eine in stagnierenden Flüssigkeiten auftretende Korrosion, die nur während des betrieblichen Stillstandes einer Anlage abläuft. 
  • Mikrobiologische Korrosion ist eine Korrosion, bei der Mikroorganismen mitwirken, z. B. sulfatreduzierende Bakterien.

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Mit mechanischer Beanspruchung 

  • Erosionskorrosion bezeichnet das Zusammenwirken von mechanischem Oberflächenabtrag (siehe Abrasion) und Korrosion, wobei die Korrosion durch Zerstörung von Schutzschichten als Folge der Erosion ermöglicht wird. siehe Abb. 8 Korrosion 
  • Kavitationskorrosion nennt man das Zusammenwirken von Kavitation und Korrosion, bei der die Korrosion durch örtliche und kavitative Zerstörung der Schutzschichten ermöglicht oder beschleunigt wird. siehe Abb. 9 Korrosion
  • Reibkorrosion wird durch mechanische Reibung und damit Zerstörung von Deck- oder Passivschichten bei Korrosionsangriff eines aggressiven Mediums möglich. 
  • Spannungsrisskorrosion erscheint als Rissbildung in Metallen unter Einwirkung bestimmter Korrosionsmedien bei verschiedenen Zugbeanspruchungen, wobei eine verformungsarme Trennung ohne sichtbare Korrosionsprodukte kennzeichnend ist. siehe Abb. 11 und 12 Korrosion 
  • Schwingungsrisskorrosion ist eine verformungsarme, meist transkristalline Rissbildung in Metallen bei Zusammenwirken von mechanischer Wechselbeanspruchung und Korrosion. siehe Abb. 12 Korrosion

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Weitere Begriffe 

  • Korrosionselement ist ein aus einer Anode und Kathode, die metallisch und elektrolytisch leitend verbunden sind, bestehendes galvanisches Element. Das Element kann durch unterschiedliche Metalle (Kontaktkorrosion), Gefügephasen (selektive Korrosion), Belüftung und lonenkonzentrationen (Spalt- und Lochkorrosion) hervorgerufen werden. Dabei wirken elektrochemisch unedlere Metalle, Gefügephasen usw. als Anode (Metallionen treten in den Elektrolyt über) und das elektrochemisch edlere Metall als Kathodenfläche (Kationen werden aus dem Elektrolyt reduziert). Durch unterschiedliche Belüftung und Niederschläge von Korrosionsprodukten können sich auch auf homogenen Metallflächen lokale Anoden und Kathoden ausbilden. 
  • Das Elektrodenpotenzial ist das elektrische Potenzial eines Metalls oder eines elektronenleitenden Festkörpers in einem Elektrolyten. Dieses kann nur als Spannung gegen eine Bezugselektrode gemessen werden.
    siehe Abb. 13 Korrosion
  • Eine Bezugselektrode ist eine Elektrode, die sich durch angelegte äußere Spannungen in ihrer Potenziallage wenig verändert. Das Potenzial einer Bezugselektrode bezieht sich auf die Standardwasserstoffelektrode. 
  • Freies Korrosionspotenzial (Ruhepotenzial) wird jenes Potenzial bezeichnet, das sich ohne Einwirkung von äußeren elektrischen Strömen am elektrolytbenetzten Metall einstellt. 
  • Lochkorrosionspotenzial (Lochfraßpotenzial) bezeichnet das kritische Potenzial der Lochkorrosion mit den Bedingungen sich ständig neu bildender und stetig wachsender Löcher. 
  • Repassivierungspotenzial kennzeichnet ein kritisches Potenzial, bei dessen Unterschreitung der Korrosionsvorgang im Lochgrund gestoppt wird und das Loch sich wieder passiviert. 
  • Passivierung bezeichnet den Übergang eines Metalls aus dem aktiven in den passiven Korrosionszustand (Passivität). Diese kann elektrochemisch oder chemisch erfolgen. 
  • Passivität liegt vor, wenn sich bei Metallen unter stationären Bedingungen die anodische Metall-auflösung verringert wie beim Verändern des Elektrodenpotenzials zu edleren Werten oder beim Erhöhen der Konzentration an gelösten, oxidierenden Stoffen. Hierbei bildet sich auf der mediumbenetzten Metalloberfläche eine dünne, geschlossene Oxidschicht (Passivschicht, Schutzschicht), welche die weitere Metallauflösung stark mindert und elektrochemisch unedlen Reinmetallen oder Metalllegierungen eine gute Korrosionsbeständigkeit (siehe Beständigkeitstabelle) verleiht.

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Korrosionsgeschwindigkeit

Die Korrosionsgeschwindigkeit gibt an, mit welcher Geschwindigkeit die Korrosion fortschreitet. Sie hängt bspw. von den Oberflächenverhältnissen zueinander und der Stoffkonzentration ab. So steigt die Korrosionsgeschwindigkeit mit Ansteigen der Stromdichte an.

Korrosionsschutz

Der Korrosionschutz kann durch die Korrosion selbst und kathodischen Schutz erfolgen. 

Schutz durch Korrosion 

Korrosionsschutz kann sich durch Korrosion selbst einstellen, indem sich gleichmäßige Deckschichten aus Reaktionsprodukten auf den Oberflächen als Schutzschicht bilden. Ein Korrosionsschutz wird auch durch Trennen des metallischen Werkstoffes vom korrosiven Medium mittels aufgebrachter Schutzschichten oder durch elektrochemische Maßnahmen wie kathodischen Schutz erreicht. 

Kathodischer Schutz 

Kathodischer Schutz ist ein elektrochemisches Verfahren, bei dem durch eine Polarisierung einer Metalloberfläche derselben ein unedles Potenzial aufgezwungen wird, um an der entstehenden Schicht dann die Reduktionsreaktionen ablaufen zu lassen. Die Korrosionsgeschwindigkeit ist dabei vernachlässigbar klein und lokale Korrosionserscheinungen werden vermieden. 

Methoden des kathodischen Schutzes 

  • Das zu schützende Metall wird mit einem zweiten, unedleren Metall im korrosiven Medium elektrisch leitend verbunden. Es bildet sich ein Korrosionselement, bei dem das unedlere Metall anodisch in Lösung geht (Schutzanode) und in Zeitabständen erneuert werden muss, während das edlere Bauteil kathodisch geschützt wird. 
  • Das zu schützende Metall wird mit dem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden und bildet mit einer unangreifbaren Anode und dem Medium einen Stromkreis.

Kosten

Die Kosten im betriebswirtschaftlichen Sinn sind jegliche Formen von Ausgaben als Geldwert inkl. des Verbrauches an Ressourcen zum Zweck der Aufgabenerfüllung. Dazu gehören neben dem Werteverzehr (Abschreibung) ebenso die Personal-, Sachmittel- und Dienstleistungen (siehe auch Wirtschaftlichkeit).

Kraft

Kraft ist eine vektorielle (gerichtete) Größe aus der Mechanik und ist die Ursache der Beschleunigung oder Deformation eines Körpers.
Die SI-Einheit für die Kraft ist N (Newton). Sie ist die effektive Kraft, die einem Körper der Masse von 1 kg die Beschleunigung 1 m/s2 erteilt.

Kreiselpumpe

Die Kreiselpumpen beruhen auf dem Wirkprinzip der Energieübertragung an ein Fluid durch Dralländerung infolge eines Drehmoments, das von einem gleichförmig rotierenden Laufrad auf das durch dieses strömende Fluid ausgelöst wird. 

Die Kreiselpumpe ist nach der Richtung des Energieflusses eine Arbeitsmaschine, nach der Art der Energieumsetzung eine Strömungsmaschine und nach der Art des Fluids eine hydraulische Strömungsmaschine. Kreiselpumpen sind in der Lage, auch große Fördermengen kontinuierlich auf hohe und höchste Drücke zu fördern. Bei größeren Fördermengen sind sie deutlich kostengünstiger und zuverlässiger als Verdrängerpumpen

Beispiele für Kreiselpumpen sind die Axial-, Halbaxial-, Radial- und Seitenkanalpumpen. Die vielfältigen Erscheinungsformen werden unter der Pumpenbauart und dem Pumpenverwendungsgebiet zusammengefasst. 

Zu den charakteristischen Größen einer Kreiselpumpe gehören u. a.: Förderstrom, Förderhöhe, Saugverhalten, Durchflussgeschwindigkeit, Energiehöhe, Druck, Höhenlage, Leistung, Leistungsbedarf, Wirkungsgrad, Pumpenwirkungsgrad, Drehzahl sowie spezifische Drehzahl.


Kreiselpumpe: Das Kernstück unserer Unternehmenswelt

Kritische Drehzahl

Die kritische Drehzahl (nk) ist die Drehzahl, bei der die dynamisch einwirkenden Kräfte ein Maschinenteil (z. B. Welle, Läufer) mit einer Eigenfrequenz (fi) oder sogar die ganze Maschine mit dem ganzen Pumpenaggregat in Resonanzschwingung versetzen. Sie stellt eine Gefahr für schnell rotierende Maschinen dar und kann u. a. durch ein schnelles Durchfahren des Bereiches verringert werden.
siehe Abb. 1 Kritische Drehzahl

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Im weiteren Sinne wird als kritische Drehzahl auch die Drehzahl verstanden, bei der die Frequenz eines pulsierenden Drehmomentes mit einer Torsionseigenfrequenz des Wellenstranges übereinstimmt.

Krümmer

Ein Krümmer ist ein Abschnitt einer Rohrleitung, der durch seine gekrümmte Form (meist gebogen) die Richtungsänderung eines Fluids bewirkt. Die im Krümmer herrschenden Grenzschichtströmungen erfahren einen Druckanstieg in folgenden Zonen: im Krümmereintritt am äußeren und im Krümmeraustritt am inneren Krümmungsradius. Dort kommt es zur Grenzschichtverdickung und bei zu engem Krümmerradius zur Strömungsablösung (siehe Grenzschicht). Außerdem entsteht aufgrund der unterschiedlichen statischen Drücke im Krümmerquerschnitt eine Sekundärströmung, die sich mit der primären Durchflussströmung (siehe Durchfluss) derart überlagert, dass ein Flüssigkeitsteilchen statt auf der einfach gekrümmten auf einer längeren schraubenartigen Stromlinienbahn (siehe Stromlinie) den Krümmer passiert. 

Die im Krümmer entstehende Sekundärströmung hat die Form zweier gegensinnig drehender Wirbel mit Achsen in Durchflussrichtung. Diese Wirbel klingen auch in einer nachfolgenden geraden Rohrleitung nur langsam mit zunehmendem Abstand vom Krümmer durch Reibung ab. Die Strömung ist in gekrümmten gegenüber geraden Kanälen (Rohrströmung) mit zusätzlichen Verlusten (siehe Druckverlust) behaftet, die auch die durch Sekundärströmung erhöhten Verluste in einer nachfolgenden geraden Leitung einschließen. Diese Krümmerverluste können durch verschiedene Maßnahmen reduziert werden.

Maßnahmen zur Reduzierung von Krümmerverlusten 

  • Anordnung von Leitflächen möglichst auf der Innenseite des Krümmers (in der Praxis oft als Schaufelgitter ausgeführt) siehe Abb. 11 Druckhöhenverlust
  • Vergrößerung des Krümmungsradius (besonders wirksam auf der Innenseite des Krümmers) 
  • Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit (Diffusor vor Krümmer anordnen und nicht mit ihm kombinieren) 
  • Verringerung des Umlenkwinkels 

Bei Krümmern mit nichtrotationssymmetrischen Querschnitten sollte zur Minimierung der Druckverluste die längste Querschnittsachse senkrecht auf der Krümmungsebene stehen. In Kreiselpumpen, insbesondere den Rohrgehäusepumpen, können Krümmer als Einlauf- oder Auslaufkrümmer verwendet werden.

Kugeldurchgang

Der Kugeldurchgang wird auch als ein freier, unverengter Laufraddurchgang bezeichnet und beschreibt den größten zulässigen Durchmesser der Feststoffe wie bspw. in der Nahrungsmittelindustrie das Gemüse, Obst bzw. Rüben, um weiterhin einen verstopfungsfreien Durchgang zu gewährleisten. 

Er wird als Kugeldurchmesser oder Rechteckmaß in mm in den Kennlinien von Freistrom-, Kanal- oder Einschaufelrädern angegeben (siehe auch Laufrad).

Kühlwasserpumpe

Die Kühlwasserpumpe ist eine Pumpe, deren Aufgabe die Versorgung des Wärmetauschers mit Kühlwasser ist. Der Förderstrom richtet sich dabei nach dem abzuführenden Wärmestrom und die erforderliche Förderhöhe wird von der Art des Kühlsystems bestimmt. 

Bei den Kühlverfahren wird zwischen der Nass- und der Trockenkühlung unterschieden. 

Förderhöhen- und Förderstrombereich 

Die geforderten Förderhöhen liegen bei Frischwasserbetrieb meist bei 5 bis 15 m, während sie beim Kühlturmbetrieb von 20 bis zu 35 m ansteigen.
Der Förderstrom ist abhängig vom Kühlverfahren, von der Beschaffenheit des Wärmetauschers und der Information, ob es sich um ein konventionelles oder nukleares Kraftwerk handelt. 

Anhaltswerte des Förderstroms 

  • bei Frischwasserkühlung (siehe Nasskühlung):
    konventionelles Kraftwerk 100 -120 m3/h MW
    nukleares Kraftwerk 140 -160 m3/h MW 
  • bei indirekter Luftkühlung (siehe Trockenkühlung):
    konventionelles Kraftwerk80 -100 m3/h MW
    nukleares Kraftwerk 120 -140 m3/h MW 

Bauformen der Laufräder 

Der verlangte Förderhöhenbereich von 5 bis 35 m wird mit drei Arten von Laufrädern abgedeckt. 

  • Förderhöhenbereich für bestimmte Laufräder 
  • bis 10 m wird meist ein axialer Propeller eingesetzt (spezifische Drehzahl (ns > 150 min-1) 
  • von 10 bis 25 m können halbaxiale Propeller verwendet werden (100 min-1 < ns < 150 min-1) 
  • von 10 bis zu 40 m werden Diagonalräder (Schraubenräder) verwendet (70 min-1 < ns < 150 min-1) 

Natürlich können alle drei Arten auch mehrstufig (siehe mehrstufige Pumpe) eingesetzt werden, wodurch ihr Förderhöhenbereich erweitert werden kann. Die mehrstufige Ausführung ist jedoch in jedem Fall kostenintensiver. Sie wird deshalb nur eingesetzt, wenn die Regelbarkeit des Förderstroms eine bestimmte Pumpenbauart verlangt. 

Bauart der Pumpe 

Als Kühlwasserpumpen werden meistens Rohr- oder Spiralgehäusepumpen mit vertikaler Welle verwendet, die vollständig aus metallischen Werkstoffen gefertigt sind.
siehe Abb. 1 bis 4 Kühlwasserpumpe

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Seltener werden auch Tauchmotorpumpen eingesetzt, z. B. mit einem Schraubenrad (siehe Laufrad). siehe Abb. 5 Kühlwasserpumpe

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Ab DN 1200 bis DN 1400 (siehe Nennweite) bei Spiralgehäusepumpen und ca. DN 2000 bei Rohrgehäusepumpen werden aus wirtschaftlichen Überlegungen heraus auch Betonspiral- oder -rohrgehäuse verwendet. Bei diesen Pumpen besteht die Spirale oder das Rohrgehäuse (siehe Pumpengehäuse) teilweise oder ganz aus Beton. siehe Abb. 6 und 7 Kühlwasserpumpe

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Bei den Rohrgehäusepumpen gibt es folgende Laufradformen: 

  • Schraubenrad siehe Abb. 1 Kühlwasserpumpe
  • halbaxialer Propeller siehe Abb. 2 Kühlwasserpumpe
  • axialer Propeller siehe Abb. 3 Kühlwasserpumpe

und zwei bei den Spiralgehäusepumpen: 

  • halbaxialer Propeller 
  • Schraubenrad, siehe Abb. 4 Kühlwasserpumpe

Auf Schiffen (siehe Schiffspumpen) werden in Verbindung mit Spiralgehäusen auch zweiströmige Radialräder in die Kühlwasserpumpe (siehe mehrströmige Pumpe) eingesetzt.
siehe Abb. 8 Kühlwasserpumpe

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Regelung 
In einigen Fällen muss die Kühlwasserpumpe geregelt werden, um auf Veränderungen während des Kühlvorganges zu reagieren. 

Gründe zur Regelung der Kühlwasserpumpe 

  • Anpassung des Förderstroms bei konstanter Förderhöhe an sich ändernde Bedingungen im Wärmetauscher (z. B. Teillast der Turbine) 
  • Anpassung der Förderhöhe bei konstantem Förderstrom, wenn sich die Förderhöhe für die Pumpe ändert wie die saugseitige Spiegelschwankung oder die Umschaltung von Frischwasser- auf Kühlturmbetrieb 
  • wenn bei Ausfall einer Pumpe die restlichen Pumpen zusammen wieder 100 % des Kühlwasserstromes fördern sollen 

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um die Kühlwasserpumpen zu regeln: 

Drosselverstellung 

  • Bei der Drosselverstellung wird in der Druckleitung (siehe Pumpenanlage) durch Schließen eines Drosselorgans (siehe Armatur) die Förderhöhe der Anlage vergrößert und damit entsprechend der Förderstrom reduziert. 
  • Dieser Regelung sind Grenzen gesetzt, denn durch den Anstieg des Leistungsbedarfs der Pumpe hin zu kleinerem Förderstrom (bei spezifischen Drehzahlen ns > 100 min-1) kann die Leistungsgrenze des Motors erreicht werden. 
  • Darüber hinaus reißt bei einem bestimmten Teillastbetrieb (siehe Betriebsverhalten) die Strömung von der Beschaufelung ab und es kommt zu einem unruhigen Lauf (siehe Laufruhe) der Pumpen, einem für den Dauerbetrieb unbedingt zu vermeidenden Betriebszustand. 
  • Die Drosselverstellung ist von den hier beschriebenen die verlustreichste Regelungsart. Wenn sie angewendet wird, dann nur bei sehr kleinen Einheiten. In neuen modernen Kraftwerken wird keine Drosselverstellung eingesetzt. 

Drehzahlverstellung 

  • Bei der Drehzahlverstellung wird die Drehzahl der Pumpe geändert. Die Förderhöhe, der Förderstrom und der Leistungsbedarf der Pumpe stellen sich dabei nach dem Affinitätsgesetz ein. Je größer aber der geodätische Anteil (HA,0) im Verhältnis zur Anlagenförderhöhe (HA) (siehe Anlagenkennlinie) ist, umso mehr entfernt sich der Betriebspunkt bei Drehzahlminderung von seinem Optimum, sodass er sich zur Teillast verschiebt und damit zur Abreißgrenze der Strömung. siehe Abb. 1 Regelung
  • Die Drehzahl wird entweder über ein im Betrieb schaltbares Überlagerungsgetriebe verändert oder direkt beeinflusst. Häufig werden als Antriebe Drehstrommotoren verwendet, da die Gleichstrommotoren aufgrund der bei Kühlwasserpumpen geforderten großen Leistungen meist nicht eingesetzt werden können. 
  • In jüngster Zeit werden Motoren mit Frequenzumrichter auch für größere Leistungen immer häufiger eingesetzt. 
  • Die elektrische Drehzahlverstellung bei Drehstrommotoren größerer Leistung wird mittels Thyristoren umgesetzt. 

Regelung durch Laufschaufelverstellung 

  • Diese Regelung ist bei Pumpen mit axialem und halbaxialem Propeller möglich. Dabei erfolgt die Verstellung der Laufschaufeln während des Betriebes der Pumpen. 
  • Das Kennfeld solcher Pumpen mit allen möglichen Einstellwinkeln zeigt allgemein Wirkungsgradmuscheln in elliptischer Form, deren Hauptachsen fast horizontal liegen. siehe Abb. 9 Kühlwasserpumpe
  • Diese Art der Regelung ist optimal, wenn bei relativ geringen Förderhöhenschwankungen große Förderstromänderungen bei ungefähr konstantem Wirkungsgrad gefordert werden. 

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Vordrallverstellung 

  • Diese Regelung wird bei Pumpen mit Schraubenrad angewendet. Dabei wird die Strömung vor dem Laufrad beeinflusst, indem bei Regelung zu kleinen Förderströmen ein Gleichdrall und zu großen Förderströmen ein Gegendrall erzeugt wird. Dieses geschieht durch ein stehendes Schaufelgitter vor dem Laufrad, das im Anstellwinkel verstellbar ist. siehe Abb. 1 Kühlwasserpumpe
  • Das Kennfeld solcher Pumpen mit allen möglichen Vordrallwinkeln zeigt allgemein Wirkungsgradmuscheln in elliptischer Form. Die Hauptachsen verlaufen (stark vereinfacht) parallel zur Kennlinie der Pumpe und unterscheiden sich damit gegenüber den Muscheln bei Laufschaufelverstellung, die fast horizontal verlaufen. siehe Abb. 10 Kühlwasserpumpe
  • Diese Art der Regelung ist zu bevorzugen, wenn bei starken Förderhöhenschwankungen relativ geringe Förderstromänderungen verlangt und dabei möglichst hohe Pumpenwirkungsgrade gefordert werden.

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