R

Radialkraft

Als Radialkraft wird allgemein eine in radialer Richtung zum Zentrum oder vom Zentrum weg gerichtete Kraft bezeichnet. Bei der Bewegung eines massebehafteten Körpers oder Fluidelements auf einer Kreisbahn besteht ein Gleichgewicht in radialer Richtung zwischen der nach außen gerichteten Fliehkraft (Trägheitskraft) und der nach innen gerichteten Zentripetalkraft (Beschleunigungskraft).

Bei Kreiselpumpen wird als Radialkraft (auch Radialschub) die am Rotor der Pumpe einwirkende Kraft bezeichnet. Die Radialkraft am Rotor einer Kreiselpumpe bestimmt die Biegebelastung und daraus resultierende Biegeverformung der Welle und die Belastung der Radiallager.

Die resultierende Radialkraft am Rotor einer Kreiselpumpe setzt sich aus der von hydrodynamischen Vorgängen hervorgerufenen hydraulischen Radialkraft sowie mechanisch bedingten Anteilen von der Wirkung einer Unwucht und (bei nicht vertikaler Pumpenwelle) des Eigengewichts der Rotorteile zusammen.

Die hydraulische Radialkraft am Laufrad einer Kreiselpumpe wird (bei radialen und halbaxialen Laufrädern) als in der Mitte der Laufradbreite am Austritt einwirkend angenommen. Bezogen auf das gehäusefeste Bezugssystem kann zwischen nicht umlaufenden und umlaufenden (bspw. mit der Drehzahl umlaufenden wie der Unwuchtkraft) und im Hinblick auf die Zeitabhängigkeit zwischen stationären und instationären (meist periodischen) Kraftanteilen unterschieden werden. Die hydraulische Radialkraft an einem Laufrad enthält sowohl stationäre wie instationäre Anteile.

Radialpumpe

Die Radialpumpe ist eine Kreiselpumpe, bei der das Fördermedium radial aus dem Laufrad austritt. Durch die radial nach außen erfolgende Bewegung des Förderstroms im Laufrad wirken höhere Zentrifugalkräfte, die höhere Förderdrücke, jedoch typischerweise kleinere Volumenströme verursachen.

Radialrad

Das Radialrad ist ein Laufrad, bei dem der Förderstrom das Laufrad radial verlässt und damit senkrecht zur Pumpenwelle abgeführt wird.

Radialschub

Unter dem Radialschub wird in der Kreiselpumpentechnik eine durch Wechselwirkung von Laufrad und Pumpengehäuse oder Leitrad erzeugte hydraulische Radialkraft verstanden.

Stationäre Radialkraft

Die stationäre hydraulische Radialkraft (R) entsteht bei Spiralgehäusepumpen aus der Wechselwirkung zwischen Laufrad und Gehäuse. Ihr Vektor verändert seine Größe und Richtung mit dem Pumpenfördergrad (q) als Quotient vom eigentlichen Förderstrom (Q) und optimalen Förderstrom (Q_opt). Der Betrag wächst mit der Dichte (ρ), der projizierten Laufradaustrittsfläche (B · D) und der Förderhöhe (H) bei einem konstanten Pumpenfördergrad (q) und unveränderter Richtung (φ). siehe Abb. 1 Radialschub

Der Radialschub beträgt:

R = K · ρ · g · H · D · B

R Radialkraft
K Radialkraftbeiwert siehe Abb. 2 Radialschub
ρ Dichte des Fördermediums
g Fallbeschleunigung
H Förderhöhe
D Laufradaußendurchmesser
B Laufradbreite am Austritt

Bei der Darstellung der Radialkraft (R) über dem Pumpenfördergrad (q) ergibt sich für Spiralgehäusepumpen im Berechnungspunkt (q = 1) ein Minimum, während die Radialkraft im Teillastgebiet (q < 1) und Überlastgebiet (q > 1) stark ansteigt (siehe Betriebsverhalten). Die Größe der Radialkräfte (R) hängt stark von der spezifischen Drehzahl (n_s) ab.

Bei einer exzentrischen Ausrichtung des Laufrades zum Grundkreis der Spirale treten aber auch im Berechnungspunkt deutliche dezentrierende Kräfte auf, während für andere Lastpunkte die Radialkräfte kleiner sein können. Die Darstellung der Ortskurven, siehe Abb.1, der vom Zentrum ausgehenden Radialkraftvektoren (mit Verbindungslinien ihrer Endpunkte) für sechs verschiedene Pumpenfördergrade (q) und für eine zentrische sowie vier exzentrische Positionen des Laufrades im Pumpengehäuse (die Richtung A weist dabei zum Sporn der Spirale) im Polarendiagramm gilt für eine Spiralgehäusepumpe mit einer spezifischen Drehzahl von n_s = 26 min^-1.

Für die Bestpunkte (bei q = 1) sind die Kraftvektoren R_A,B,C,D bei allen fünf Ortskurven als Beispiel eingezeichnet. Im Bestpunkt führt die zentrische Läuferlage (Kurve Z) zu den kleinsten Radialkräften. Das Kraftminimum der übrigen Ortskurven für exzentrische Laufradpositionen ist größer und liegt außerhalb des Bestpunktes.

Theoretisch tritt bei Leitradpumpen keine Radialkraft auf, weil die Strömung am Umfang des Laufrades symmetrisch ist. In der Realität führen Ungenauigkeiten der Fertigung dazu, dass dennoch eine Radialkraft entsteht. Der maximale Betrag dieser Radialkraft kann mit einem Radialkraftbeiwert (K = 0,09) abgeschätzt werden. Dieser Wert gilt unabhängig vom Pumpenfördergrad (q). Die Richtung der Radialkraft bei Leitradpumpen ist zufällig. siehe Abb. 2 Radialschub

Bei Laufrädern im Ringgehäuse sind die Kräfte bei Teillast am geringsten und steigen nach Überlast hin kontinuierlich an. Um kleinere Kräfte zu erzielen, kommen oft Doppelspiralgehäuse (siehe Pumpengehäuse) zum Einsatz. siehe Abb. 6 Spiralgehäusepumpe

Instationäre Radialkraft

Den stationären Radialkräften können instationäre, z. T. auch umlaufende Radialkräfte überlagert sein. Diese haben verschiedene Ursachen und Eigenschaften. Die bekanntesten instationären hydraulischen Radialkräfte sind die mit der Frequenz der Laufschaufelzahl mal Drehzahl. Diese Radialkräfte erscheinen mehr oder weniger stark bei allen Pumpenbauarten.

Insbesondere bei Leitradpumpen (siehe Leitrad) treten bei Teillast und zentrischer Läuferlage umlaufende hydraulische Radialkräfte (Drehfrequenz bei etwa 1/10 der Pumpendrehzahl) auf.

Radseitenreibung

Die Radseitenreibung (P_v.Rads.) ist in der Kreiselpumpentechnik die aufgrund des zwischen Laufradwänden und Pumpengehäuse befindlichen Fördermediums auftretende Verlustleistung. Meist dominiert der Leistungsverlust durch Radseitenreibung bei den durch Reibmomente verursachten Verlusten (in Form von Lager- und Dichtungsverlust sowie Radseitenreibung).

Da die Radseitenreibung durch viskose Reibung des im Radseitenraum (mit einer vom Laufrad abweichenden Umfangsgeschwindigkeit) rotierenden Fördermediums an den Außenflächen des Laufrads verursacht wird, ist der Wert der Radseitenreibung bei einem geschlossenen Laufrad größer als beim offenen mit nur einer Radwand. Die Radseitenreibungsverlustleistung beträgt:

Der Momentenbeiwert (c_M) berücksichtigt die Einflüsse der REYNOLDS-Zahl, der Rauigkeit und der Seitenraumgeometrie. Wie die Gleichung zeigt, ändert sich die Radseitenreibung bei gleicher Umfangsgeschwindigkeit mit der zweiten und bei gleicher Drehzahl mit der fünften Potenz des Laufradaußendurchmessers. Sind der Laufradaußendurchmesser und die Drehzahl konstant, so ist das Verhältnis der Radseitenreibung (P_v.Rads.) zum Leistungsbedarf (P) abhängig von dem Förderstrom (Q). Dieses Verhältnis ist eine Funktion der spezifischen Drehzahl (n_s).

Experimentell ist festzustellen, dass die Verlustleistung durch die Änderung des Rauigkeitsunterschiedes zwischen einer rohen (gegossenen) und polierten Radscheibe ca. 30 % und der Einfluss der Seitenraumgeometrie bis zu 10 % ausmacht. Beide Veränderungen sind immer im Zusammenhang mit der spezifischen Drehzahl zu betrachten. siehe Abb. 1 Radseitenreibung

Im Bereich der spezifischen Drehzahlen (n_s) von 40 bis 60 min^-1 liegen die Verluste durch Radseitenreibung nur zwischen 1 und 2 % vom Leistungsbedarf (P). Etwa ab der spezifischen Drehzahl von 30 min^-1 nimmt die Verlustleistung mit kleiner werdender spezifischer Drehzahl stark zu. So beträgt sie bei 20 min^-1 etwa 5 % und bei 10 min^-1 bereits 10 %.

Dies bedeutet, dass bei spezifischen Drehzahlen größer als 40 min^-1 der Rauigkeits- und Seitenraumeinfluss kaum messbar sind. Bei kleinen spezifischen Drehzahlen ist dagegen eine merkliche Verbesserung durch glatte Oberflächen bei Radscheiben und Gehäuse zu erwarten. Da die Radseitenreibung mit der fünften Potenz des Laufradaußendurchmessers zunimmt, genügt es, nur die äußeren Teile (außerhalb dem ca. 0,7-fachen des Laufradaußendurchmessers) zu bearbeiten.

Raffineriepumpe

Raffineriepumpen sind Pumpen zur Förderung von Erdöl und davon abgeleiteten Produkten in Raffinerien, petrochemischen Anlagen und der chemischen Industrie. Sie werden im Temperaturbereich von 120 °C bis +450 °C bei Drücken bis etwa 65 bar eingesetzt.

Da die zu fördernden Flüssigkeiten häufig leichtflüchtig und feuergefährlich sind, werden für die vom Fördermedium berührten Pumpenteile ausschließlich zähe Werkstoffe wie unlegierter Stahl-, Chromstahl- oder seltener Sphäroguss verwendet. Von besonderer Bedeutung ist der erforderliche NPSHR-Wert, der bei der Wahl der Antriebsdrehzahl und Pumpenbauart entscheidend ist.

Die Raffineriepumpe wird zum überwiegenden Teil als einstufige horizontale Spiralgehäusepumpe in Prozessbauweise gefertigt. siehe Abb. 1 Raffineriepumpe

Je nach den Betriebsverhältnissen und insbesondere aus Gründen des Saugverhaltens werden horizontale oder vertikale mehrstufige Pumpen als Topfpumpe und horizontal und beidseitig gelagerte, zweiströmige Maschinen eingesetzt. siehe Abb. 2 und 3 Raffineriepumpe

Für Raffineriepumpen sind bestimmte Bauvorschriften üblich. Bekannt sind die Vorschriften des American Petroleum Institute (API 610) und der International Standard Organisation (ISO 13709). In diesen Vorschriften werden die eigentlich für schwere Betriebsverhältnisse geeigneten Raffineriepumpen näher beschrieben, die als "heavy-duty"-Ausführung bezeichnet werden. Je nach auftretender Betriebstemperatur sind hier auch konstruktive Einzelheiten wie die Fuß- und Stutzenanordnung, Gehäuseteilung, Abdichtung und Grenzen für Lagerkühlung festgelegt. Die Wellendichtungen von Raffineriepumpen bestehen meist aus Gleitringdichtungen in vielfältigen Bauarten und Anordnungen. Diese und ihre Fahrweise werden in der API 682 oder ISO 187498 beschrieben.

Großer Wert wird auf eine stabile und schwere Konstruktion gelegt, da die fast immer heißen Rohrleitungen die Raffineriepumpe und die Grundplatte mit erheblichen Kräften sowie Momenten belasten. Diese müssen sicher und ohne Verformung von Pumpe und Grundplatte aufgenommen werden können (siehe Stutzenbelastung).

Prozesspumpe RPH(opens in a new tab)

Raster

Ein Raster ist die gemeinsame Darstellung der Kennfelder von mehreren Pumpenbaugrößen oder -baureihen in einem QH-Diagramm (Förderstrom und Förderhöhe).

Rauchgasentschwefelungsanlage

In einer Rauchgasentschwefelungsanlage (REA) werden Schwefelverbindungen aus den Abgasen fossil befeuerter Kraftwerke entfernt. Dies geschieht in einem verfahrenstechnischen Prozess durch Zuführung von Absorptionsmitteln. Das Schwefeldioxid kann dabei bis zu über 95 % aus dem Rauchgas entfernt werden. Der derzeitige Grenzwert für SO₂ liegt in der EU bei 200 mg/Nm³ (Nm³ = Norm - m³).

Das Nassverfahren hat sich bei großen, fossilen Kraftwerken unter den Verfahren zur Entschwefelung der Rauchgase durchgesetzt. Hier werden die Rauchgase durch das in wässriger Lösung enthaltene Absorptionsmittel mit Wasserdampf gesättigt. Als Absorptionsstoffe werden Stoffe wie Ammoniak oder Natriumsulfit eingesetzt, weit verbreitet ist aber die Verwendung von Kalk oder Kalksteinsuspension (Kalkstein-Waschverfahren). Dabei wird das ungereinigte Rauchgas in einem Waschturm (Absorberturm) mit einem Gemisch aus Wasser und Kalkstein (Waschsuspension) besprüht, wodurch das Schwefeldioxid durch chemische Reaktion weitgehend gebunden wird. siehe Abb. 1 Rauchgasentschwefelungsanlage

Nach mehreren chemischen Reaktionen entsteht schließlich Gips in einer Suspension, bei der nach der Entwässerung Gips mit bis zu 10 % Restfeuchte als wertvolles Produkt für die Baustoffindustrie zur Verfügung steht.

Bei den einzelnen Verfahrensschritten werden die Absorberzirkulationspumpen (Wäscherpumpen, deren Einsatz aufgrund des hohen Feststoffanteils und der Aggressivität des Fördermediums als Kanalradpumpe mit Spezialauskleidung erfolgt) und REA-Hilfspumpen (für Kalk- und Gipssuspensionen in Duplex-Werkstoffen) verwendet. siehe Abb. 2 Rauchgasentschwefelungsanlage

Reaktionsgrad

Der Reaktionsgrad (r_th) ist eine bei mehrstufigen Strömungsmaschinen benutzte Verhältnisgröße der Spaltdruckhöhe (siehe Spaltdruck) zur Fall- (bei Turbinen) oder Förderhöhe (bei Kreiselpumpen). Er gibt Aufschluss über die Aufteilung des statischen Drucks auf Laufrad und Stufe. So bedeutet ein Reaktionsgrad gleich 0 keinen statischen Druckaufbau im Laufrad (Gleichdruckrad); ein Reaktionsgrad gleich 1 den statischen Druckaufbau der Stufe nur im Laufrad. Der Reaktionsgrad wird aus den Geschwindigkeitsdreiecken eines Laufradelementes berechnet (siehe Hauptgleichung unter Strömungslehre). Der Reaktionsgrad ist definiert als:

Übliche Reaktionsgrade von Kreiselpumpen liegen zwischen 0,5 und 1 sowie in Sonderfällen wie bei den Propellerpumpen auch über 1.

Reaktorpumpe

Die Reaktorpumpe in der Funktion als Reaktorkühlmittelpumpe ist eine Kreiselpumpe, die das zum Transport der nuklearen Zerfallswärme erforderliche Kühlmittel umwälzt. siehe Abb. 1 Reaktorpumpe

Je nach Art der Reaktoranlagen wird zwischen Druck-, Siede- und Schwerwasser- sowie Flüssigmetallreaktorpumpe unterschieden. Dabei existieren für die einzelnen Reaktorbauarten verschiedene Konstruktionsausführungen.

Druck- und Schwerwasserreaktor

Bei den Druck- und Schwerwasserreaktoren werden bspw. aufgrund des großen Leistungsbedarfs wellengedichtete Reaktorpumpen mit Eigenlagerung (Axial-, Radial- und Wälzlager) und integrierter Ölversorgung siehe Abb. 1 Reaktorpumpe oder Reaktorblockpumpen mit herkömmlichen Elektromotoren als Antriebe eingesetzt. siehe Abb. 2 Reaktorpumpe

Die Wellendichtung besteht entweder aus mehreren hintereinandergeschalteten mechanischen oder aus hydrostatisch und mechanisch kombinierten Gleitringdichtungen.

Je nach Abstützung und Aufhängungsart sind vom Pumpengehäuse Kräfte und Momente aufzunehmen. Dies führt zu unterschiedlichen Gehäuseformen und Wanddicken. Das Reaktorpumpengehäuse ist bspw. kugel- oder topfförmig ausgeführt. Der Auslegedruck liegt dabei bei 175 bar und die entsprechende Temperatur bei 350 °C. siehe Abb. 3 Reaktorpumpe

Siedewasserreaktor

Bei dem Siedewasserreaktor kommen zwei verschiedene Reaktorpumpenkonzepte zum Einsatz. Beim ersten Konzept sind für die Reaktordruckgefäße mit eingebauten Strahlpumpen die in den äußeren Rohrleitungen eingeschweißten Reaktorpumpen als Treibwasserpumpen ausgebildet, meist mit Doppelspiralgehäuse (siehe Spiralgehäusepumpe). siehe Abb. 4 Reaktorpumpe

Von den zwei in den Rohrleitungsschleifen eingesetzten Treibwasserpumpen wird nur ca. ein Drittel des gesamten Kühlmittelstromes gefördert. Stattdessen werden darüber die Strahlpumpen angetrieben, die den restlichen Kühlmittelstrom innerhalb des Druckgefäßes umwälzen. Die Treibwasserpumpen sind mit Wellendichtungen und einem herkömmlichen Elektroantrieb ausgerüstet.

Bei dem zweiten Konzept sind mehrere Reaktorpumpen als Einsteckpumpen im Reaktordruckgefäß untergebracht. Sie ermöglichen die Umwälzung des Kühlmittels ohne externe Rohrleitungen. Während die Treibwasserpumpen mit Wellendichtungen und herkömmlichem Elektroantrieb ausgerüstet sind, werden die Einsteckpumpen auch mit Nassläufermotor gebaut. siehe Abb. 5 Reaktorpumpe

Diese Elektromotoren sind drehzahlverstellbar, wodurch der Pumpenförderstrom geregelt werden kann und somit eine Leistungsregelung im Reaktor ermöglicht wird. Der Systemdruck (Auslegedruck) beträgt z. B. 90 bar und die Auslegetemperatur 300 °C.

Flüssigmetallgekühlter Reaktor

Für den flüssigmetallgekühlten Reaktor, bei dem als Kühlmittel Natrium verwendet wird, werden die Reaktorpumpen mit freier Flüssigkeitsoberfläche im Gehäuserohr zwischen der Wellendichtung und dem Pumpenlaufrad eingesetzt.

Der freie Raum ist mit Edelgas zur Verhinderung von Natriumreaktionen gefüllt, sodass die Wellendichtung nicht gegen das Flüssigmetall, sondern gegen das Schutzgas abzudichten hat. Die Pumpenwelle ist unmittelbar neben dem Laufrad durch ein flüssigmetallgeschmiertes hydrostatisches Lager (siehe Gleitlager) geführt.

Der Auslegedruck (Systemdruck) liegt hier bspw. bei 10 bar und die entsprechende Temperatur bei 580 °C. siehe Abb. 6 Reaktorpumpe

Außer der Reaktorpumpe werden für die einzelnen Reaktorbauarten noch Kreiselpumpen in den Hilfs- und Sicherheitskreisläufen benötigt. Zu diesen gehören z. B. das Volumenregelsystem, das nukleare Nachwärmeabfuhrsystem mit Hochdruck- und Niederdrucksicherheitseinspeisung, die Brenn-Elemente-Lagerbeckenkühlung, der nukleare Zwischenkühlkreislauf oder die Wasseraufbereitung.
siehe Abb. 7 und 8 Reaktorpumpe

Die Pumpen in diesen Kreisläufen müssen spezielle Anforderungen erfüllen, die sonst im Kreiselpumpenbau nicht berücksichtigt werden müssen.

Anforderungen an Kreiselpumpen in Hilfs- und Sicherheitskreisläufen

extrem hohe Stutzenkräfte und -momente müssen auf das Fundament übertragbar sein (siehe Stutzenbelastung)
die Druckhülle muss 100%ig volumetrisch prüf- und exakt berechenbar sein
sehr steile QH-Kennlinien (Förderstrom, Förderhöhe), um extrem große Betriebsbereiche zu realisieren
niedrige NPSHR-Werte
aufgrund der Radioaktivität des Fördermediums darf (auch bei Temperaturschocks) kein Leckverlust in die Atmosphäre gelangen
zur Minimierung der Strahlenbelastung bei Revisionsarbeiten muss die Reaktorpumpe servicefreundlich sein
die sichere Funktion in Notfällen wie bei Erdbeben oder Flugzeugabsturz auf das Gebäude, um Folgen wie Überflutung der Pumpenräume, Ausfall der Kühlwasserversorgung für Gleitringdichtungen und Lager sowie eine Raumtemperatur von mehr als 65 °C bei 100 % Luftfeuchtigkeit zu verhindern

Kernkraftwerke(opens in a new tab)

Rechtslaufrad

Das Rechtslaufrad ist ein Laufrad, das sich in Einströmrichtung gesehen im Uhrzeigersinn dreht. Nach Norm DIN EN ISO 17769-1 gibt es nicht Linkslauf oder Rechtslauf, sondern nur Drehrichtung im Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn. Dies gilt jeweils vom Antrieb aus gesehen.

Reed-Relais

Ein Reed-Relais ist ein Relais zum Schalten eines Stromkreises, das mit einem Reed-Kontakt arbeitet. Diese Reed-(Schalt)kontakte sind in einem mit Vakuum oder Schutzgas gefüllten Glaskolben eingeschmolzene Kontaktzungen, die zugleich die Kontaktfeder und den Magnetanker bilden. Die Kontaktbetätigung erfolgt durch ein von außen einwirkendes Magnetfeld, das von einem in der Nähe angebrachten Dauermagneten (Reed-Kontakt) oder in einer zugehörigen Magnetspule elektrisch erzeugt wird (Reed-Relais). Durch das Magnetfeld ziehen sich die beiden Kontaktzungen an und schließen damit den Stromkreis. Sobald das Magnetfeld abfällt oder eine bestimmte Kraft unterschreitet, öffnet sich der Kontakt aufgrund der Federwirkung wieder.

Regelung

Regelung allgemein

Das Regeln ist ein Vorgang, bei dem eine zu regelnde Größe (Regelgröße) fortlaufend erfasst, mit einer anderen Größe (Führungsgröße) verglichen und abhängig vom Ergebnis des Vergleichs an die Führungsgröße regelnd angeglichen wird. Der sich dabei ergebende Wirkungsablauf findet in einem geschlossenen Kreis (Regelkreis) statt. Die Regelung ist somit ein Verfahren, bei dem die Ausgangsgröße über die Rückkopplung auch Einfluss auf die Stellgröße hat. Der tatsächliche Wert des Ausgangs wird auf den Regler zurückgeführt und störende Einflüsse werden dabei berücksichtigt sowie entsprechend ausgeregelt, sodass der Sollwert trotz ungenauer Modelle erreicht werden kann. Ohne Rückkopplung handelt es sich um die Steuerung. siehe Abb. 1 Regelung

Regelung bei Kreiselpumpen und Pumpenanlagen

Im Zusammenhang mit dem Betrieb von Pumpen werden als Förderstrom-Regelung Methoden und für deren Realisierung erforderliche Einrichtungen zur Variation des Förderstroms und dessen Angleichung an einen gewünschten Wert (Sollwert) bezeichnet. Kreiselpumpe und Pumpenanlage sind zwei in Serie geschaltete Systeme. Aus der Funktion der Kreiselpumpe ergibt sich die QH-Kennlinie (Drossellinie) mit einer von der Pumpenbauart bestimmten Förderhöhe (H) in Funktion des jeweiligen Förderstroms (Q).

Die Strömung durch die Anlage bewirkt einen Druckhöhenverlust, der praktisch quadratisch proportional zum Förderstrom anwächst und durch die Anlagenkennlinie (mit H_A als Förderhöhe der Anlage) definiert wird. Ist die Förderhöhe (H) gleich der Förderhöhe der Anlage (H_A), stellt sich der Förderstrom in Betriebspunkt (B) ein. siehe Abb. 2 Regelung

Wird die Anlagenkennlinie durch Drosselung steiler (H'_A > H_A), so entsteht eine den Förderstrom verzögernde Wirkung in der Armatur, wodurch die Fließgeschwindigkeit und damit der Förderstrom abnehmen. Dies geschieht solange, bis sich wieder ein neues Gleichgewicht (H'_A = H_A) einstellt, diesmal bei kleinerem Förderstrom im Betriebspunkt (B') nach der Drosselung. Dieses Gleichgewichtsverhalten wird zur gezielten Regelung des Förderstroms benutzt.

Möglichkeiten zur gezielten Regelung des Förderstroms

Veränderung der Anlagenkennlinie (Drosselung)
Veränderung der Kreiselpumpen-QH-Linie (Regelung durch Drehzahl-, Vordrall- und Laufschaufelverstellung)
Veränderung der Kontinuität (Bypassverstellung (siehe Bypass))

Veränderung der Anlagenkennlinie

Die Rohrleitungskennlinie (Anlagenkennlinie) wird z. B. durch einen in die Rohrleitung eingebauten und den Druckverlust beeinflussenden Schieber sowie Ventile (siehe Armatur) verändert. siehe Abb. 3 Regelung

Die Erhöhung der Strömungsverluste (H'_v > H_v) und die entsprechende Änderung der Anlagenkennlinie führen zu einem Schnittpunkt mit der QH-Linie bei kleinerem Förderstrom. siehe Abb. 2 Regelung

Diese reine Verlust-Regelung ist eine Drosselung mit hohen Betriebskosten, da die Anlage (Rohrleitung) nur einen Teil der von der Pumpe erzeugten Förderhöhe (bei kleinen Förderströmen) benötigt und der andere Teil in nichtnutzbare Energieformen umgewandelt wird.

Hauptsächlich angewendet wird diese Regelungsart bei kleineren Kreiselpumpen wie den Radialpumpen, die in ihrem hydraulischen Verhalten eine solche Fahrweise über ihre gesamten Kennlinien am ehesten zulassen (siehe Betriebsverhalten) und bei denen vom Bestförderstrom stark abweichende Förderströme nicht zu lange Zeit gefahren werden. Darüber hinaus muss auch der Leistungsbedarf zu kleineren Förderströmen hin abnehmen wie bei einigen halbaxialen Pumpen (siehe Kennlinie).

Die Drosselung sollte immer nur auf der Druckseite der Pumpe stattfinden, um Kavitation in der Kreiselpumpe zu vermeiden (siehe NPSH). Die Drosselung ist hinsichtlich des Investitionsbedarfs eine günstige Regelungsart, die in jedem Fall besonders bei größeren Leistungen und längeren Betriebszeiten auf Wirtschaftlichkeit hin untersucht werden sollte. Sie ist gefordert, wenn die Nullförderhöhe einer Kreiselpumpe aus Gründen der Steuerung (Ein-/Ausschaltung) mit druckabhängigen Steuergeräten erhalten bleiben muss. Anstelle oder zur Unterstützung eines Drosselorganes (siehe Armatur) wird oft auch bei langfristiger Drosselung eine fest installierte Lochblende in die Rohrleitung verbaut.

Veränderung der Kreiselpumpen-QH-Linie

Die Änderung der QH-Linie der Kreiselpumpe ist durch Maßnahmen möglich wie

die Drehzahlverstellung
die Änderung der Anströmung zum Laufrad aufgrund von Vordrallverstellung wie bei der Kühlwasserpumpe
die Änderung der Kreiselpumpengeometrie im Laufrad wie bei der Laufschaufelverstellung (z. B. Propellerpumpe)
das Abdrehen von Laufrädern als einmalige, nicht wieder rückgängig zu machende Anpassung an den Betriebspunkt
die kavitationsbedingte Selbstregelung der Kreiselpumpe siehe Abb. 6 Kondensatpumpe
im Leitrad durch Verstellen der Leitschaufeln (seltener angewendet)
die teilweise Abdeckung des Laufradaustritts radialer Laufräder durch Regelringe bei Teillast (seltener angewendet)

Es sollte möglichst nur so viel Förderhöhe in der Pumpe erzeugt werden, wie die Anlagenkennlinie im jeweils gewünschten Punkt des Förderstromes benötigt. Diese Art der Regelung stellt bezüglich der Betriebskosten eine wirtschaftliche Regelung von Kreiselpumpen dar.

Die QH-Linie (Drosselkurve) der Kreiselpumpe ändert sich mit der Drehzahl (n) gemäß den Beziehungen der Modellgesetze (Q ~ n, H ~ n²). Bei der Drehzahländerung wandern so alle Punkte der Drosselkurve auf Parabeln, z. B. der Betriebspunkt B₁ auf der Parabel nach B₂. siehe Abb. 4 Regelung

Bei durch den Nullpunkt (H_A = 0, Q_A = 0) verlaufenden Anlagenkennlinien kann der Betriebspunkt besten Wirkungsgrades auf der Anlagenkennlinie so wandern, dass die Pumpe immer mit dem Förderstrom (Q_opt) besten Wirkungsgrades arbeitet. Je größer H_A,0ist, um so eher gerät die Pumpe beim Zurückregeln zu kleineren Förderströmen in das Gebiet eines schlechteren Teillastwirkungsgrades, beim Hochregeln evtl. in schlechtere Überlastwirkungsgrade. siehe Abb. 5 Regelung

Jedoch wird auch hier bei Drehzahlverstellung immer nur die benötigte Förderhöhe erzeugt. Dies stellt hinsichtlich des Energieverbrauchs die rationellste Regelung dar und ist in Bezug auf die Pumpenbeanspruchung die schonendste Regelung. Die Drehzahlverstellung erfolgt am häufigsten durch einen Antrieb wie durch eine Dampf- oder Gasturbine, einen Verbrennungs- (z. B. Dieselmotor) oder Elektromotor (feldgeregelter Gleichstrommotor oder Asynchronmotor mit Frequenzumrichter) sowie seltener durch das Getriebe (z. B. regelbare Strömungsgetriebe oder Strömungskupplung).

Auf der Zulaufseite der Kreiselpumpe wird bei Drehzahlreduzierung immer eine Sicherheit gegenüber dem NPSH-Wert der Anlage geschaffen. siehe Abb. 4 Regelung

Die Zuströmung (siehe Zulaufbedingungen) zu einem Kreiselpumpenlaufrad ist meist drallfrei (siehe Drallströmung), d. h. bei Vordrallreglern mit der Reglerstellung α= 90° (siehe Geschwindigkeitsdreieck), die bei Kühlwasserpumpen für die drallfreie Zuströmung steht. siehe Abb. 10 Kühlwasserpumpe

Ein Gleichdrall führt bei jeder Kreiselpumpe zu einem Abfall der QH-Linie und auch des Leistungsbedarfes. Während sich diese Maßnahme bei normalen radialen Laufrädern kaum bemerkbar macht, wirkt sich die Änderung der Anströmung bei halbaxialen und axialen Pumpen mit steigender spezifischer Drehzahl immer stärker aus. Aus diesem Grund ist die Vordrallverstellung besonders bei den spezifisch schnellläufigen Halbaxialmaschinen eine wirksame Maßnahme zur leistungssparenden QH-Linien-Veränderung. Eine Verstellung des Vordrallreglers mit Vorleitschaufeln kann dabei stufenlos erfolgen. siehe Abb. 1 und Abb. 10 Kühlwasserpumpe

Bei den Propellerpumpen wird erfolgreich die stufenlose Regelung durch die Laufschaufelverstellung eingesetzt. siehe Abb. 6 Regelung

Wesentlich einfacher, jedoch bei weitem nicht so energiesparend ist die seltener verwendete Verstellung der Leitschaufeln bei einer radialen Kreiselpumpe. siehe Abb. 7 Regelung

Durch axiale Verlagerung des Laufrades oder Abdeckung seiner Austrittspartie mithilfe eines Reglerringes ist eine Teilförderung des Laufrades zur Regelung möglich. siehe Abb. 8 Regelung

Das Abdrehen und Ausdrehen von Laufrädern kann nur im weitesten Sinne als Regelvorgang verstanden werden. Dies wird eher als ein erstes Anpassen von Kreiselpumpe und Pumpenanlage aufgefasst und ist im Unterschied zu echten Regelungsmaßnahmen nicht im Betrieb möglich und nicht umkehrbar. siehe Abb. 9 Regelung

Verstellbarer Bypass

Die Regelung, bei der ungleiche Förderströme durch Kreiselpumpe und Anlage (Rohrleitungen) fließen, ist unter Bypassverstellung (siehe Bypass) bekannt. Diese Regelung ist nur bei Pumpen vorteilhaft, deren Kennlinie des Leistungsbedarfs mit wachsendem Förderstrom abfällt wie bspw. bei einer Propeller- und Peripheralpumpe. siehe Abb. 10 Regelung

Vor- und Nachteile der Regelungsarten

Der Leistungsbedarf ist sehr vom Verlauf der Kennlinien von Kreiselpumpe und Anlage abhängig, sodass betrachtete Beispiele nicht verallgemeinert werden dürfen.

Ein qualitativer Vergleich ermöglicht bspw. einen Überblick über die Regelungsarten im Hinblick auf den Leistungsbedarf. In einem Beispiel wird der Förderstrom (Q) auf die Hälfte heruntergeregelt. siehe Abb. 11 Regelung

Die Bypassverstellung benötigt bei den Radialpumpen im Gegensatz zu den Propellerpumpen den größten Leistungsbedarf. Abgestuft hin zu kleinerem Leistungsbedarf folgen als wichtigste Regelungsarten die Drosselung, Vordrallverstellung, Laufschaufelverstellung (Propellerschaufelverstellung) und Drehzahlverstellung.

Zusammenfassend ergibt sich aus den Diagrammen, dass sich mit den schlupflosen Drehzahlverstellungen am meisten Energie sparen lässt.

Die Nachteile der energiesparenden Regelung liegen in dem höheren Investitionsaufwand gegenüber der Drosselung. Eine Berechnung der Wirtschaftlichkeit muss jeweils den Ausschlag für die zu verwendende Regelungsart geben.

Regenwassernutzungsanlage

Eine Regenwassernutzungsanlage sammelt und verwendet das anfallende Regenwasser, um den Wasserbedarf in Betrieben oder allgemein Häusern teilweise oder komplett abzudecken.

Entsprechend dimensioniert ermöglicht dies Kosteneinsparungen durch den Wegfall des Bezugs von Trinkwasser. Zudem wird das Regenwasser nicht ungenutzt in die Kanalisation abgeführt; folglich fallen keine Abwassergebühren dafür an. Das Regenwasser ist vielseitig nutzbar; es wird für die Toilettenspülung, Waschmaschinen oder auch für die Gartenbewässerung verwendet.
siehe Abb. 1 Regenwassernutzungsanlage

Der Einsatz von Regenwassernutzungsanlagen reduziert darüber hinaus in manchen versiegelten, kanalisierten Gebieten die Hochwassergefahr, da der extreme Wasseranstieg durch plötzlich auftretenden Starkregen verzögert oder komplett zurückgehalten werden kann.

Regenwassernutzungsanlage Hya-Rain Eco(opens in a new tab)

Regler

Ein Regler beeinflusst selbsttätig anhand eines Sollwertes eine Größe in einem technischen Prozess. Dazu wird diese Größe gemessen (Istwert), mit dem Sollwert verglichen und aus der Differenz eine Stellgröße berechnet, durch welche die Regelabweichung minimiert wird (siehe auch Regelung).

Ein Beispiel für einen Regler ist der PI-Regler.

Reinwasserpumpe

Die Reinwasserpumpe dient der Wasserversorgung, um sauberes oder gereinigtes Wasser wie bspw. Trink-, Oberflächen- (Fluss, Bach, Teich, Meer) oder Grundwasser (Brunnen, Quelle) zu fördern.

Das Gegenteil ist die Abwasserpumpe.

Relais

Das Relais ist ein elektrisches Gerät/Komponente und wird durch elektrischen Strom betrieben. Es wirkt meist elektromagnetisch, kann aus der Ferne geschaltet werden und hat i. d. R. zwei Schaltstellungen. Die Aktivierung des Relais erfolgt über einen Steuerstromkreis. Dabei können weitere Stromkreise geschaltet werden.

Verwendung eines Relais

gleichzeitige Beeinflussung mehrerer Laststromkreise durch einen Steuerstromkreis
Steuerung eines Stromkreises mit hoher Leistung durch einen Steuerstromkreis mit niedriger Leistung
galvanische Trennung des steuernden vom zu schaltenden Stromkreis

Ist ein Relais im Normalfall "angezogen", wird es als Ruhestromrelais bezeichnet; alternativ als Arbeitsstromrelais.

Relativgeschwindigkeit

Der Begriff der Relativgeschwindigkeit (w) wird im Strömungsmaschinenbau verwendet und ist die Geschwindigkeit, die ein Flüssigkeitsteilchen gegenüber dem rotierenden Laufrad aufweist. Sie bildet zusammen mit der Absolutgeschwindigkeit (c) und der Umfangsgeschwindigkeit (u) das Geschwindigkeitsdreieck.

Resistiver Sensor

Ein resistiver Sensor steht für ein Messprinzip, das auf der Änderung des elektrischen Widerstandes z. B. aufgrund der mechanischen Dehnung wie beim Dehnungsmessstreifen beruht (siehe auch Sensor).

Restlenzanlage

Eine Restlenzanlage ist eine Zusatzeinrichtung zu Ladeölpumpen, die ein kontinuierliches Entladen (Löschen) des Öls von Tankschiffen ohne manuelle Eingriffe bis zum Löschende ermöglicht. Dabei hat sie die Aufgabe, das Abreißen der Förderung durch Gaseinbrüche in die Saugleitung wie beim Restlenzen (Leerpumpen) zu verhindern.

REYNOLDS-Zahl

Die REYNOLDS-Zahl ist eine dimensionslose Kennzahl in der Strömungslehre, die das Verhältnis der Trägheitskraft zur Reibungskraft beschreibt (siehe Modellgesetze).

Riementrieb

Der Riementrieb ist ein kraftschlüssiges Hüllgetriebe, bei dem die Kräfte zwischen Riemen und Riemenscheibe durch Reibung übertragen werden. Als Riemen kommen der Bauform nach Keil- und Flachriemen in Frage, bei formschlüssigem Riementrieb auch Zahnriemen. siehe Abb. 1 Riementrieb

Die Funktion des Riementriebes besteht nicht in der Steuerung, sondern vielmehr in der Drehmomentübertragung. So konnten früher bei Verbrennungsmotoren mit relativ wenig Energieverlust und Wartungsaufwand (durch einfaches Nachspannen) relativ große Drehmomente von der Kurbelwelle auf mehrere Nebenaggregate übertragen werden. Aufgrund der einfachen Anpassung der geforderten Pumpendrehzahl an fest gestufte Antriebsdrehzahlen und der Elastizität des Riemens war der Riementrieb früher ein gängiges Antriebselement. Heute spielt er in der Kreiselpumpentechnik keine große Rolle mehr (siehe auch Regelung). Lediglich bei den Abwasserpumpen wird er noch zur Leistungsanpassung eingesetzt. siehe Abb. 6 Abwasserpumpe

Ringleitungsversuch

Als Ringleitungsversuch werden in der Kreiselpumpentechnik der Modellversuch und auch der Prototypversuch von Pumpen sowie Pumpenbauteilen in einem geschlossenen Kreislauf (Loop) auf dem Pumpenprüffeld bezeichnet.

Im Gegensatz zum Ringleitungsversuch steht der Versuch am offenen Becken.

Rohrgehäuse

Bei einem Rohrgehäuse tritt der Förderstrom der Pumpe in axialer oder halbaxialer Richtung aus dem Laufrad aus.
siehe Abb. 1 Pumpengehäuse und Abb. 1 bis 3 Kühlwasserpumpe

Rohrgehäusepumpe

Eine Rohrgehäusepumpe ist eine Kreiselpumpe, deren Fördermedium nach dem Durchlaufen des Laufrads und Leitrads das rohrförmige Pumpengehäuse (bei vertikalen Rohrgehäusepumpen zur Pumpenwelle hin konzentrisches Steigrohr) durchströmt. Die am häufigsten vorkommenden Rohrgehäusepumpen sind Vertikalpumpen. Bei der Nassaufstellung tauchen sie mit der Einlaufdüse in eine oben offene oder gedeckte Einlaufkammer hinein; bei Trockenaufstellung sind sie mit ihrem saugseitigen Ende an einen Einlaufkrümmer angeschraubt oder dichtend mit der Decke einer Einlaufkammer verbunden. In jedem Fall müssen die Zulaufbedingungen bei Rohrgehäusepumpen sorgfältig beachtet werden. Das Rohrgehäuse einschließlich des Auslaufkrümmers kann in wirtschaftlicher Bauweise auch aus Beton hergestellt werden. siehe Abb. 7 Kühlwasserpumpe

Das Laufrad ist je nach spezifischer Drehzahl ein Axialrad oder Halbaxialrad. Das Leitrad mündet in das Steigrohr und je nach Einbautiefe können auch mehrere Steigrohre hintereinander geschraubt werden. Dadurch wird auch die Pumpenwelle entsprechend verlängert und muss mehrfach gelagert werden. Der anschließende Auslaufkrümmer leitet den Förderstrom aus dem Steigrohr dann zum Pumpendruckstutzen. Die Welle wird am Auslaufkrümmer durch eine Stopfbuchse oder eine Gleitringdichtung aus dem Rohrgehäuse herausgeführt. Die darüber angeordnete Antriebslaterne nimmt die axiale Wellenlagerung (Gleitlager, Wälzlager) auf und bietet Zugang zur Wellenkupplung zwischen Pumpe und Antrieb oder Getriebe (z. B. Stirnradgetriebe). An dieser Stelle wird auch der Antrieb für die Regelung der Pumpe untergebracht. So wird die Laufschaufelverstellung von den Propellerpumpen überwiegend durch die hohle Antriebswelle betätigt. Auch die Vordrallregelung von Schraubenradpumpen wird meist von hier aus über besondere Gelenkwellen angetrieben. Die Wellenführungslager werden als wartungsfreie, wassergeschmierte keramische Gleitlager ausgeführt. Diese benötigen zur Schmierung kein sauberes Frischwasser oder einen gefilterten Anteil des Förderstroms, sondern können auch mit stark verschmutztem, ungefiltertem Fördermedium geschmiert werden.

Da die Montage und Demontage des Rohrgehäuses aufgrund der Gewichte und sperrigen Abmessungen recht aufwändig ist, können bei den herausziehbaren Rohrgehäusepumpen hydraulische Einbauten wie Lauf- und Leitrad mitsamt der Welle und Lagerung (Laufzeug) aus dem rohrförmigen Gehäuse herausgezogen werden (siehe herausziehbare Pumpe). siehe Abb. 1 Rohrgehäusepumpe

Dazu muss der Auslaufkrümmer so gebaut sein, dass er zur Antriebsseite hin eine freie, durch einen entsprechenden Druckdeckel verschlossene Öffnung mit dem vollen Kreisquerschnitt des Rohrgehäuses besitzt. Eine Inspektion oder ein Austausch des Laufzeugs erfordert dann nur den Abbau des Antriebes samt Antriebslaterne und nach dem Lösen der Schrauben am Druckdeckel das Herausziehen des gesamten Einschubes. Der druckseitige und gegebenenfalls auch der saugseitige Anschluss des Rohrgehäuses bleiben unberührt.

Für mehrere gleiche Pumpen kann ein Reserveeinschub zum Austausch bereitgehalten werden. Die herausziehbare Rohrgehäusepumpe wird besonders bei großen Nennweiten bevorzugt. Deren Einbaumöglichkeiten sind vielfältig und werden überwiegend durch die bauseitigen Bedingungen vorgeschrieben sowie durch die vom Pumpenhersteller angebotenen Arten der Aufstellung gekennzeichnet. So ist das Pumpenlaufrad ständig auch von dem Fördermedium überflutet, um besondere Ansaugvorrichtungen oder Vorpumpen zu ersparen. Auf der Saugseite muss die Pumpe bei der Trockenaufstellung mit dem Einlaufkrümmer oder mit der Decke der Einlaufkammer wasser- und luftdicht verbunden sein. Diesen zusätzlichen Investitionen stehen die Vorteile gegenüber, dass das Pumpengehäuse sehr kurz sein kann und die Pumpe für eine Kontrolle von außen jederzeit zugänglich ist.

Eine nassaufgestellte Rohrgehäusepumpe wird an der Pumpeneintrittsseite frei in die Förderflüssigkeit eingetaucht. Aufgrund ihrer rationellen Einbauweise wird sie häufiger verwendet als die trockenaufgestellte Rohrgehäusepumpe. Zu entscheiden ist, ob der Pumpendruckstutzen der Rohrgehäusepumpe über oder unter Flur wie bei der Bewässerungspumpe liegen soll. Die Entscheidung ist bauseitig zu treffen.

Schließlich ist zu entscheiden, wie die Gewichtskraft der Antriebsmaschine aufzunehmen ist. Die Laterne kann direkt auf dem über Flur liegenden Druckkrümmer stehen (wenn dadurch das gesamte Aggregat nicht zu "kopflastig" wird), sie kann freitragend über den Auslaufkrümmer gestülpt werden (ohne ihn durch das Motorgewicht zu belasten (Überstülplaterne) oder kann auf einem eigenen Flur im nächsthöheren Stockwerk des Maschinenhauses aufgestellt werden. Die drehenden Wellen und Kupplungen sind durch einen Kupplungsschutz gegen Berührung abzudecken. In seltenen Fällen wie bei kleineren Nennweiten und kurzen Baulängen wird auch das gesamte Aggregat mit einem speziellen Fuß auf den Boden der Einlaufkammer gestellt.

Die Rohrgehäusepumpen werden vorwiegend als Kühlwasserpumpen verwendet, werden aber auch als Schöpfwerkspumpen und Zubringerpumpen in Meerwasserentsalzungsanlagen eingesetzt.

Rohrgehäusepumpen SEZ, SEZT, PHZ, PNZ – große Wassermengen sicher transportieren(opens in a new tab)

Rohrleitung

Die Rohrleitung dient dem Transport von Fluiden. Ihr Innendurchmesser ist dabei nach Nennweiten (DN) und die zulässige Belastbarkeit durch den Innendruck nach Nenndrücken (PN) gestaffelt. Als obere Grenze für die Durchflussgeschwindigkeit (v) wird für Druckleitungen bei etwa 2,3 m/s und für Saugleitungen etwa 1,8 m/s empfohlen.

Die druckseitigen Geschwindigkeiten sollten bei einer langen Rohrleitung oder großen Betriebszeiten unter den Gesichtspunkten der Wirtschaftlichkeit ausgewählt werden. Für die Wahl der saugseitigen Geschwindigkeiten sind aufgrund der meist kurzen Längen besonders die NPSH-Verhältnisse entscheidend. Meist wird die lichte Weite der Saugleitung größer als der Pumpensaugstutzen gewählt.

Zur Aufnahme von Bewegungen in Rohrleitungen gleich welcher Ursache können Kompensatoren in das Rohrleitungssystem eingebaut werden. Diese dienen zur Aufnahme von Bewegungen und zur Trennung von Pumpe und Rohrleitung, um die Übertragung von Schwingungen so weit wie möglich zu unterbinden. Manchmal finden Kompensatoren bei der Anbindung der Pumpe auch Verwendung, um die Pumpe sicher spannungsfrei an die Rohrleitung anzuschließen.
siehe Abb. 1 Rohrleitung

Kommen Kompensatoren zum Einsatz, muss die Verbindung einer Pumpe mit der Rohrleitung mit längskraftschlüssigen Kompensatoren ausgeführt werden (auch verspannte Kompensatoren). Dies ist erforderlich, um die Differenzdruck-Kräfte nicht auf die Pumpe wirken zu lassen, da diese meist wesentlich größer als die zulässigen Flanschkräfte sind. Zudem versuchen diese Kräfte, die Pumpe in Richtung Saugseite zu verschieben. Dadurch würde die Ausrichtung der Pumpe zunichtegemacht, denn die Pumpenaufstellung ist dafür konstruktiv nicht ausgerüstet. Man unterscheidet bei Rohrleitungen zwischen dem geschlossenen und offenen System. Nicht verspannte Kompensatoren sowie nicht verspannte Ausbaustücke machen aus einer eigentlich geschlossenen Rohrleitung eine offene Rohrleitung.

Geschlossenes System

Das geschlossene System hat längskraftschlüssige Verbindungen wie Flansche und starre Ausbaustücke. Die vom Innendruck herrührende Längskraft wird als innere Kraft von der Rohrwand und den Rohrverbindungen aufgenommen. Die Auflagen und Befestigungen der geschlossenen Rohrleitung werden nur durch die Gewichtskraft und dynamische Kräfte belastet. Die Wärmedehnungen sind durch elastische Rohrführung oder Gelenkkompensatoren aufzufangen. siehe Abb. 2 Rohrleitung

Die Stützweiten (l_s) für Stahlrohre mit Wasserfüllung sind etwa wie folgt zu wählen:

Die Wanddicke (b) bei den durch Innendruck belasteten Stahlrohren wird nach der EN 13480-3 berechnet. Für vorwiegend ruhend beanspruchte Rohre gilt überschlägig:

Bei Änderung der Temperatur wird die Längenänderung eines geraden Rohres nach folgender Gleichung berechnet:

Offenes System

Das offene System hat Muffenverbindungen, lose Ausbaustücke und Axialkompensatoren ohne Zuganker. Die Wärmedehnungen können sich hier ausgleichen. siehe Abb. 3 Rohrleitung

Die von dem Innendruck herrührende Längskraft muss als äußere Kraft von zwei Festpunkten am Anfang und Ende der Rohrleitung sowie bei Richtungs- und Querschnittsänderungen aufgenommen werden.

Um ein Ausknicken der Rohrleitung zu vermeiden, sind ausreichende Rohrführungen wie Gleitschellen oder Rollenlager notwendig.

Rohrleitungskennlinie

Die Rohrleitungskennlinie wird auch als Anlagenkennlinie bezeichnet.

Rohrleitungspumpe

Die Rohrleitungspumpe wird auch als Rohrleitungseinbau- oder Inlinepumpe bezeichnet und ist eine Kreiselpumpe, die freitragend in eine Rohrleitung eingebaut wird.

Bekannte Varianten der Rohrleitungspumpe

Rohrleitungspumpe mit Gewindeverbindung (z. B. Verschraubungspumpe)
Rohrleitungspumpe mit Flanschverbindung (z. B. Flanschpumpe)
Rohrleitungspumpe mit Schweißverbindung (z. B. Einschweißpumpe)

Rohrreibungsverlust

Der Rohrreibungsverlust ist der Druckhöhenverlust, der durch die Reibung des Fördermediums an den Wänden von Rohrleitungen auftritt.

Rohrschachtpumpe

Die Rohrschachtpumpe ist eine Kreiselpumpe mit einem Tauchmotor, bei der das Fördermedium das Laufrad in axialer Richtung durchströmt. Sie wird direkt in die Druckrohrleitung eingehängt.
siehe Abb. 1 Rohrschachtpumpe

Der Einbau erfolgt meist senkrecht, kann aber in Sonderfällen auch in der Schräglage oder horizontal erfolgen.

Die Rohrschachtpumpen sind nicht selbstansaugend, daher muss der Propeller (als axiales Laufrad) stets vom Fördermedium ausreichend überdeckt sein. So erfolgt der Einbau typischerweise in Nassaufstellung mit einer oben offenen oder gedeckten Einlaufkammer.

Das Laufrad wird je nach spezifischer Drehzahl in Form eines Axialrades, Halbaxialrades oder Kanalrades ausgeführt.

Das Leitrad mündet im montierten Zustand direkt in die Druckrohrleitung, die variabel mit Krümmer in Oberflur- oder Unterfluraufstellung oder mit Überlaufschacht ausgeführt wird.

Unabhängig von Aufstellung und Ausführung der Druckrohrleitung werden die oberflächengekühlten, trockenlaufenden Tauchmotoren (siehe Tauchmotorpumpe) bei Rohrschachtpumpen im Betrieb permanent durch das umströmende Fördermedium gekühlt.

Die Rohrschachtpumpen bieten Anwendungsmöglichkeiten, die den konventionellen Rohrgehäusepumpen oder Wellentauchpumpen verschlossen sind.

Ein Vorteil liegt dabei in der relativ einfachen Bauwerksgestaltung. So werden Rohrschachtpumpen meist in Unterfluraufstellung montiert, wobei die Tauchmotorpumpe in einem Rohrschacht aus Beton, Stahlblech oder zunehmend aus GFK (Glas Faser verstärktem Kunststoff) hängt. Das Auslaufrohr liegt unter der Flurebene, die gleichzeitig Aufnahme für den Schacht ist. Ein Gebäude darüber ist nicht erforderlich, bei Montage oder Demontage kommen mobile Hebezeuge zum Einsatz.

Die Vorteile aus der einfachen Bauwerksgestaltung und dem verringerten Aufwand für Installation, Wartung oder Reparatur werden umso größer, je tiefer der Schacht oder die Einbautiefe der Pumpe ist. Denn während bei den Rohrschachtpumpen die gesamte Einheit problemlos gezogen werden kann, ist bei konventionellen Rohrgehäuse- oder Bohrlochwellenpumpen eine komplizierte und zeitaufwendige Demontage der Antriebsmotoren, Wellenstränge und Druckrohrleitung notwendig.

Aufstellvarianten wie die Aufstellung im offenen Überlaufschacht sind nur mit Rohrschachtpumpen zu realisieren. Mit Axialrädern (z. B. Propellern) sind Förderhöhen bis 12 m, mit halbaxialen Propellern bis 55 m und mit Kanalrädern bis 30 m zu erreichen.

Axial- und Halbaxialhydrauliken zeichnen sich durch sehr große Förderströme von 10 bis 20 m³/s aus. Dieser Leistungsbereich der Propellerpumpen legt auch ihre bevorzugten Einsatzgebiete fest.

Bevorzugte Einsatzgebiete der Propellerpumpe

Be- und Entwässerungspumpwerke
Kläranlagen und Regenüberlaufbecken
Roh- und Reinwasserpumpen in Wasserwerken
Kühlwasserpumpen in Kraftwerken und Industrie
industrielle Wasserversorgung
Gewässer-, Katastrophen- und Hochwasserschutz
Dock- und Schleusenpumpen
Fischfarmen/Aquakultur
Wasserattraktionen in Vergnügungsparks
Flüssigkeitsförderung und Rezirkulation in Objekten des Umweltschutzes und des Anlagenbaus

Rotor

Der Rotor ist der rotierende, bewegliche Teil einer elektrischen Maschine. Bei Gleichstrommotoren gibt es auch die Begriffe Läufer und Anker hierfür. Das Gegenteil ist der Stator.

Rumorgrenze

Bei einer spezifisch schnellläufigen Kreiselpumpe wird die Betriebsgrenze in Teillast als Rumorgrenze bezeichnet.
siehe Abb. 9 und 10 Kühlwasserpumpe und Abb. 3 bis 5 Kennfeld

Rückenschaufel

Die Rückenschaufel ist zum Ausgleich des Axialschubes eine radial verlaufende schmale Schaufel auf der (in Strömungsrichtung gesehen) rückwärtigen Seite des Radialrades oder Halbaxialrades.

Rückflussverhinderer

Der Rückflussverhinderer dient zur Vermeidung einer zur normalen Strömungsrichtung entgegengesetzten Strömungsrichtung in einer Rohrleitung. Er wird bspw. in der Druckleitung von parallel geschalteten Pumpen (siehe Parallelbetrieb) angeordnet (bei denen mindestens eine nicht in Betrieb ist), um ein Rückströmen des Fördermediums (Rückfluss) und den daraus resultierenden Turbinenbetrieb (siehe Rücklaufdrehzahl) einer Pumpe zu verhindern.

Während Rückflussverhinderer praktisch in jeder Einbaulage zu verwenden sind, muss bei der Einbaulage schwerkraftabhängiger Bauformen die Wirkung der Schwerkraft berücksichtigt werden. Beispiele für die Rückflussverhinderer sind die Rückschlagventile und -klappen sowie Membran-Rückflussverhinderer (siehe auch Armatur). Die Rückschlagklappen werden hauptsächlich bei mittleren und größeren Nennweiten verwendet; bei kleineren Nennweiten häufiger Rückschlagventile.

Rückführschaufel

Die Rückführschaufeln bilden bei einer mehrstufigen Radialpumpe (z. B. Kesselspeisepumpe) die Rückführstufe, eine Leiteinrichtung nach dem Leitrad. Die Rückführstufe wird derart radial nach innen durchströmt, dass das Fördermedium der nächsten Stufe möglichst drallfrei (siehe Zulaufbedingung) zugeführt wird.

Rücklaufdrehzahl

Die Rücklaufdrehzahl ist die Drehzahl, die bei einer Kreiselpumpe entsteht, wenn diese bei einer bestimmten Förderhöhe (d. h. Energiehöhendifferenz zwischen Druck- und Saugstutzen) rückwärts durchströmt wird.

Dieser Zustand kann in Anlagen, deren Anlagenkennlinien hohe statische Förderhöhen (H_A,0) besitzen, aber auch bei einer Kreiselpumpe im Parallelbetrieb, vorkommen. Dabei kehrt sich bei Ausfall des Antriebs und bei offener Druckleitung die Flussrichtung des Fördermediums durch die Pumpe um und der Pumpenläufer dreht sich dann nach Wechsel der Drehrichtung (siehe Turbinenbetrieb) mit einer Rücklaufdrehzahl. Diese ist dem Betrag nach meist deutlich höher als die normale Antriebsdrehzahl und außer von den Anlagenbedingungen (besonders von der vorhandenen Druckhöhe) auch von der spezifischen Drehzahl (n_s) der Pumpe abhängig. Die max. Rücklaufdrehzahl liegt bei Radialpumpen (n_s ≈ 40 min^-1) um etwa 25 % über der Pumpenbetriebsdrehzahl; bei Axialpumpen (n_s ≥ 100 min^-1) um bis zu 100 %.

Dieser Betriebszustand tritt auch auf, wenn als Sicherung gegen Druckstoß ein langsam schließendes Absperrorgan anstelle einer Rückschlagarmatur (siehe Armatur) verwendet wird. Dabei kann die vorübergehend zurückströmende Flüssigkeitssäule durch die Kreiselpumpe abströmen.

Falls der Druckstoß durch Stromausfall des Antriebs ausgelöst wurde und keine Rücklaufsperre vorhanden ist, kann sich die Pumpenwelle ebenfalls rückwärts drehen. Dabei ist auch die Gefährdung von Gleitlagern und Gleitringdichtungen, die nur für eine Drehrichtung geeignet sind, zu beachten. Wenn das rückwärts fließende Fördermedium in einem Zustand nahe des Siedepunktes (siehe Dampfdruck) ist, kann es bei der Entspannung in der Pumpe oder in einem druckseitigen Drosselorgan auch verdampfen.

Das Verhältnis der Rücklaufdrehzahl im Dampf- und Flüssigkeitsbetrieb kann hier theoretisch um die Wurzel aus dem Dichteverhältnis Flüssigkeit/Dampf bis auf gefährliche Werte ansteigen.

Wird bei einer entgegen normaler Drehrichtung laufenden Kreiselpumpe der Antriebsmotor eingeschaltet, so verlängert sich die Anlaufzeit des Aggregates (siehe Anlaufvorgang) erheblich. In diesem Betriebszustand ist bei den Asynchronmotoren auch auf die zusätzliche Erwärmung des Motors zu achten.

Übermäßig hohe Rücklaufdrehzahlen, die zu einer Gefährdung des Aggregates führen würden, lassen sich durch Gegenmaßnahmen vermeiden.

Maßnahmen gegen hohe Rücklaufdrehzahlen

Anbau einer mechanischen Rücklaufsperre an die Pumpenwelle
Einbau einer selbsttätig schließenden, zuverlässigen Rückschlagarmatur (z. B. Rückschlagklappe) in die Rohrleitung

Rücklaufsperre

Die Rücklaufsperre soll den Rückwärtslauf der Pumpe verhindern. Dabei arbeitet die Rücklaufsperre nach dem Prinzip eines Freilaufes und blockiert den Pumpenläufer, sobald sich der Drehsinn der Welle umkehrt (siehe auch Rücklaufdrehzahl).

Rückschlagklappe

Die Rückschlagklappe ist eine Armatur und verhindert den Rückfluss des Fördermediums durch die Pumpe. Sie kommen als Rückflussverhinderer hauptsächlich ab mittleren bis zu größten Nennweiten zur Anwendung.

Der Druckhöhenverlust der Klappe ist niedrig, da die Strömung nur wenig umgelenkt wird. Der Durchflusswiderstand ist abhängig von der Durchflussgeschwindigkeit, da sie die Klappenstellung beeinflusst. Der Einbau von schwerkraftabhängigen Rückschlagklappen beschränkt sich auf horizontale Leitungen und bei vertikalen Leitungen auf die Durchströmung von unten. siehe Abb. 1: Rückschlagklappe

Rückschlagventil

Das Rückschlagventil ist eine Armatur und verhindert z. B. nach dem Abschalten der Pumpe ein Leerlaufen der Saugleitung, weshalb ein Befüllen der Pumpe vor einem erneuten Start nicht nötig ist.

Federbelastete Rückschlagventile können praktisch in jeder Einbaulage verwendet werden. Gegenüber der Rückschlagklappe haben sie größere Druckhöhenverluste, da die Strömung stärker umgelenkt wird. Rückschlagventile werden bei kleineren Nennweiten bevorzugt.

Eine Sonderausführung des Rückschlagventils ist das Freilauf-Rückschlagventil. siehe Abb. 1 Rückschlagventil

Rückströmung

Eine Rückströmung des Fördermediums in die Kreiselpumpe ist zu verhindern wegen der Gefahr

einer unzulässigen Rücklaufdrehzahl
der mechanischen Beschädigung beim Einschalten der Pumpe während des Rücklaufes
der Ausdampfung des Fördermediums bei Entspannung

Rührwerk

Das Rührwerk ist ein Rührgerät, das in der Verfahrenstechnik eingesetzt wird. Die Bestandteile eines Rührwerkes sind der Propeller, der Tauchmotor und das Aufstellzubehör.
siehe Abb. 1 Tauchmotorrührwerk

Bei anderen Rührwerksformen erfolgt der Antrieb über trocken aufgestellte Standardmotoren und offene Wellen.

Eingesetzt werden die Rührwerke zum Homogenisieren, Emulgieren, Dispergieren, Suspensieren und zur Strömungserzeugung.

Wesentliche strömungstechnische Aufgaben

Eintragen und Mischen von unterschiedlichen Gasen, Flüssigkeiten oder Feststoffen in ein Fluid
Verhindern des Zusammenballens von Schlammflocken
Umwälzen von Phasengemischen
Verhindern von Sedimentation (bei nicht ausreichender Beckenströmung)
Ausrichten der Rührwerke zum Aufbrechen der Schwimmschlammdecken

Die Einsatzgebiete der Rührwerke und ihre verschiedenen strömungstechnischen Aufgaben führen zu unterschiedlichen Anforderungsprofilen an die Maschinen. Beurteilungskriterien sind der Propellerdurchmesser, der Schub und das Schubleistungsverhältnis nach ISO 21630.

Konstruktiv wird das Rührwerk stationär an Beckenboden, -wand oder Bedienpodest befestigt. Durch die Ausrichtung des Propellers wird eine gezielte Umlaufströmung erzeugt. Bei Bedarf ist der Einsatz von mehreren Rührwerken in einem Becken vorzusehen.

Die Rührwerke werden als druckwasserdichtes Blockaggregat oder mit Getriebe ausgeführt. Der Antrieb erfolgt über einen trockenlaufsicheren Drehstrom-Asynchronmotor. Für die Lagerung werden wartungsfreie Wälzlager verwendet. Die Abdichtung erfolgt medium- und motorseitig durch eine Gleitringdichtung.

Die Propeller mit faserabweisenden, selbstreinigenden Schaufelblättern mit nach hinten gekrümmter Anströmkante werden entsprechend dem eingesetzten Fördermedium aus Grauguss, Edelstahl oder Kunststoff ausgeführt.

Der Einbau der Mischer im Becken erfolgt über einen aggregatseitig angebrachten Führungsschlitten zur Führung des Tauchmotorrührwerkes an einem Führungsrohr. Die Positionierung des Aggregates wird dabei so ausgeführt, dass das Rührwerk in der Arbeitsposition in einer speziellen Aufnahmeeinrichtung abgesetzt werden kann. Die hier auftretenden Kräfte werden durch geeignete technische Ausführungen in den Beckenboden eingeleitet.

Für Reparatur- und Wartungsarbeiten ist jederzeit ein freies Ziehen des Rühraggregates aus dem Behälter möglich.