Pumpenlaufräder: Die Form bestimmt die Funktion
Das Laufrad ist die Fördereinrichtung für das Abwasser und damit das „Herz“ der Pumpe. Die Beschaffenheit des Abwassers ist jedoch sehr unterschiedlich: Im Abwasser sind zum Beispiel Feststoffe, Tücher, Schlamm oder Fäkalien enthalten, welche schaum- oder zopfbildend sein können. Um unter diesen Umständen jeweils beste Förderergebnisse zu erzielen, sollte das Pumpenlaufrad optimal an den individuellen Anwendungsfall angepasst sein. Ziel ist dabei immer, eine Verstopfung zu verhindern sowie gleichzeitig langlebig und effizient zu sein.
Das Laufrad ist die Fördereinrichtung für das Abwasser und damit das „Herz“ der Pumpe. Die Beschaffenheit des Abwassers ist jedoch sehr unterschiedlich: Im Abwasser sind zum Beispiel Feststoffe, Tücher, Schlamm oder Fäkalien enthalten, welche schaum- oder zopfbildend sein können. Um unter diesen Umständen jeweils beste Förderergebnisse zu erzielen, sollte das Pumpenlaufrad optimal an den individuellen Anwendungsfall angepasst sein. Ziel ist dabei immer, eine Verstopfung zu verhindern sowie gleichzeitig langlebig und effizient zu sein.
Erster Schritt: Die Dimensionierung des Pumpenlaufrads
Vor der Auswahl der Laufradform sind zunächst die Parameter des Pumpenbetriebs zu ermitteln. Dazu gehören Kenngrößen wie Förderstrom und Förderhöhe. Daraus ergeben sich der vorzugsweise einzusetzende Pumpentyp sowie die Größe bzw. Leistung der Pumpe. Auch die Einsatzdauer spielt hier eine Rolle: Handelt es sich um einen „Dauerläufer“ oder arbeitet die Pumpe intermittierend bzw. kurzzeitig? Daraus ergibt sich unter Umständen auch die Auswahl des Pumpenantriebs, bei der zudem die aktuelle Öko-Design-Richtlinie der EU (2019/1781/EU) zu berücksichtigen ist.
Zweiter Schritt: Die Auswahl der Laufradform
Sind Pumpentyp und -größe definiert, folgt als zweiter Schritt die Auswahl des Pumpenlaufrads. Bei KSB stehen für alle Anforderungen die passenden Laufradformen zur Verfügung. Das Hauptkriterium bei der Auswahl ist letztlich die Beschaffenheit des Fördermediums, sprich der Feststoffgehalt im Abwasser. Handelt es sich um Regenwasser, Rohabwasser oder vorgereinigtes Abwasser? Enthält das Abwasser Fäkalien und Feuchttücher? Diese Kriterien kann man auch in messbare Werte „übersetzen“. Zu den Einflussfaktoren und Entscheidungskriterien gehören insbesondere die drei Messgrößen Gasgehalt, Sandgehalt und Anteil an Trockensubstanz. Auf der technischen Seite sind darüber hinaus die Größe des notwendigen freien Durchgangs und der Wirkungsgrad entscheidende Faktoren bei der Auswahl des Laufrades.
Laufradform offen oder geschlossen
Hier folgt ein kurzer Überblick über die Laufradformen und ihre wesentlichen Einsatzbereiche. Zu unterscheiden sind zunächst offene und geschlossene Laufradformen. „Offen“ bedeutet, dass es keine äußere (saugseitige) Deckscheibe gibt. Zu den offenen Laufradformen gehören das Freistromrad, das Diagonale Einschaufelrad, das radiale Mehrschaufelrad und das Schneidrad. Beispiele für geschlossene Laufradformen sind das Einschaufelrad und das Mehrkanalrad.
Offene Laufradformen
Freistromrad
Kreiselpumpen mit Freistromrad kommen vorzugsweise zum Einsatz, wenn die Abwässer mit festen und langfaserigen Beimengungen, mit gröberen Feststoffen sowie mit Gas- und Lufteinschlüssen durchsetzt sind. Sie bieten den größten freien Durchgang unter den verfügbaren Laufradbauarten. Deshalb eignen sie sich gut für Abwässer mit hohem Gas- und Sandgehalt. Der Gehalt an Trockensubstanz (d. h. der Feststoffanteil; TS-Gehalt) sollte 7 % nicht überschreiten; der Bestpunkt, d. h. der höchste Wirkungsgrad des Laufrades, liegt bei 59 %.
Freistromrad – insbesondere geeignet für für Abwässer mit hohem Gas- und Sandgehalt.
Diagonales Einschaufelrad
Das diagonale Einschaufelrad – ebenfalls in offener Bauweise – dient der Förderung von Medien mit festen und langfaserigen Beimengungen, mit gröberen Feststoffen sowie Gas- und Lufteinschlüssen. Damit sind sie zum Fördern von Rohabwasser, Mischwasser, Umwälz- und Heizschlamm sowie Belebt-, Roh- und Faulschlamm bis 8 % Feststoffgehalt geeignet, aber auch für Medien mit hoher Viskosität. Sein Bestpunkt liegt bei 81 %. Der Durchgang ist groß und frei, aber etwas kleiner als beim Freistromrad.
Diagonales Einschaufelrad, insbesondere geeignet für Rohabwasser, Mischwasser, Umwälz- und Heizschlamm sowie Belebt-, Roh- und Faulschlamm.
Radiales Mehrschaufelrad
Das radiale Mehrschaufelrad – ebenfalls in offener Bauweise – dient der Förderung von Medien mit festen und langfaserigen Beimengungen, mit gröberen Feststoffen sowie Gas- und Lufteinschlüssen. Damit sind sie besonders zum Fördern von Rohabwasser, Mischwasser, Umwälz- und Heizschlamm sowie Belebt-, Roh- und Faulschlamm bis 8 % Feststoffgehalt geeignet, aber auch für Medien mit hoher Viskosität. Sein Bestpunkt liegt bei 84 % und liegt im Bereich von geschlossenen Mehrkanalrädern. Der freie Durchgang beträgt mindestens 76 mm und erfüllt damit viele lokale Anforderungen.
Schneidrad
Kreiselpumpen mit Schneidrad eignen sich u. a. für die Förderung von fäkalienhaltigem Abwasser bei verhältnismäßig dünner Druckleitung (DN32 bis DN65). Ihr Bestpunkt liegt bei 42 %, der maximale freie Durchgang bei 7 mm.
Schneidrad, insbesondere für fäkalienhaltiges Abwasser in dünnen Druckleitungen.
Geschlossene Laufradformen
Einschaufelrad
Das Einschaufelrad in geschlossener Bauform kommt bei Rohabwasser mit festen und langfaserigen Beimengungen wie Umwälz- und Heizschlamm zum Einsatz und eignet sich zudem für Mischwasser. Desweiteren lassen sich Roh-, Belebt- und Faulschlamm fördern. Der Trockensubstanzgehalt ist bis 5 % definiert, der Bestpunkt liegt bei 78 %.
Einschaufelrad, insbesondere für Umwälz- und Heizschlamm, zudem für Mischwasser sowie für Roh-, Belebt- und Faulschlamm.
Mehrkanalrad
Die Entscheidung für das Mehrkanalrad ist dann sinnvoll, wenn verschmutzte, mit Feststoffen beladene und schlammige Flüssigkeiten, die nicht gasen und keine zopfbildenden Faserstoffe enthalten, gefördert werden sollen. Diese Laufradbauart eignet sich zudem für rechengereinigtes Abwasser, mechanisch geklärtes Abwasser, Industrie-, Deponie-Abwässer, aber auch Regenwasser und Belebtschlamm. Der maximale Trockensubstanzgehalt beträgt 3 %, der Bestpunkt 86 % und je nach Baugröße sind freie Durchgänge auch größer 76 mm (3") möglich. Das Mehrkanalrad hat unter den fünf hier vorgestellten Bauformen den höchsten Wirkungsgrad. Es kommt vorzugsweise bei Abwässer mit geringerer Schmutzfracht oder bei vorgereinigten Abwässern – insbesondere mit hohem Sandgehalt – zum Einsatz.
Mehrkanalrad, insbesondere für verschmutzte, mit Feststoffen beladene und schlammige Flüssigkeiten, die nicht gasen und keine zopfbildenden Faserstoffe enthalten.
Grauguss, Hartguss oder Edelstahl?
Neben der Laufradform spielt auch die Auswahl des Werkstoffs eine wichtige Rolle. Pauschal kann man sagen: In der großen Mehrzahl der Fälle ist der Anwender mit dem Standardwerkstoff Grauguss bestens bedient – auch weil Abwässer im Unterschied zu anderen Fördermedien nicht übermäßig Werkstoffe aus Grauguss angreifen. Es sei denn, es sind korrosive oder chemisch aggressive Abwässer z.B. aus der Industrie zu fördern: Dann muss man auf Sonderwerkstoffe ausweichen.
Bei Förderung abrasiver Medien werden harte Chrom-Nickellegierungen verwendet, um die Laufradkonturen möglichst lange aufrecht zu erhalten und somit Pumpenwirkungsgrad und Betriebssicherheit langfristig optimal zu gewährleisten.
Sofern es um die Förderung chemisch aggressiver Medien geht, eignet sich Duplex Edelstahl. Dieser nicht rostende Stahlguss ist kavitationsbeständig, hat sehr gute Festigkeitswerte und ist sehr robust gegenüber Lochkorrosion bei Förderung von stark chloridhaltigen sauren Abwässern sowie Meerwasser und Brackwasser. Durch seine gute chemische Beständigkeit, z. B. gegen phosphorhaltige und schwefelsäurehaltige Abwässer, hat dieser Werkstoff weitere Anwendungsmöglichkeiten in der chemischen und verfahrenstechnischen Industrie.
Fazit
Für jede Abwasserart das richtige Laufrad
Mit seinem breiten Angebot an Pumpenlaufrädern kann KSB für jeden Anwendungsfall die optimale Pumpe bereitstellen.