Pumpenauswahl

Für die Förderung des Wassers aus Brunnen kommen heute überwiegend Unterwassermotorpumpen (U-Pumpen) zum Einsatz. Sie werden direkt in das Fördermedium gehängt, sind unabhängig von Saughöhen und stehen für alle Betriebsbedingungen zur Verfügung. So gibt es heute U-Pumpen

- mit Durchmessern von 2" bis 10"

- für Fördermengen von 1 m³/h bis mehr als 1.000 m³/h

- für Förderhöhen von 2 bar bis mehr als 40 bar.

Am Beispiel der 4" STÜWA U-Pumpen soll die Leistungsvielfalt einer Baugröße erläutert werden.

 

Hydraulische Daten

 

Q-H-Linien der 4" STÜWA Edelstahl U-Pumpen STU 4.4 und STU 4.7 (siehe die unteren Abbildungen)

Diese so genannten Q-H-Linien sind die Kennlinien von Pumpen. Sie geben die Fördermenge Q in Abhängigkeit von der Förderhöhe H an. Generell gilt:

Je größer die Förderhöhe H einer Pumpe wird, desto geringer wird die Fördermenge Q.

Diesem Zusammenhang ist beim Betrieb von U-Pumpen besondere Beachtung zu schenken, da sich der Betriebspunkt durch Veränderung des abgesenkten Wasserspiegels ebenso verändern kann wie durch Hindernisse in den Förderleitungen. In jedem Fall bringt die U-Pumpe beim Einschalten eine größere Fördermenge als beim Erreichen des abgesenkten Betriebswasserspiegels. Sowohl die Fördermenge Q, als auch die Förderhöhe H sind vom Durchmesser der Pumpe abhängig. In größeren Förderstufen kann eine größere Wassermenge gefördert werden und durch die größere Umfangsgeschwindigkeit können bei einer Regeldrehzahl von ca. 2900 U/min auch größere Druckhöhen erzeugt werden.

So reicht bei den dargestellten Pumpentypen die Fördermenge Q von 0,0 m³/h bei 24 bar = 240 m Förderhöhe H bis ca. 8,0 m³/h bei ca. 1 bar = 10 m Förderhöhe H.

Allerdings werden auch bei gleichem Durchmesser sehr unterschiedliche Fördermengen und Förderhöhen erreicht (s. Abb. 3.2.1), da die Fördermenge Q auch abhängig von der Höhe der einzelnen Förderstufen bzw. der Bauweise (radial - halbaxial) der einzelnen Laufräder ist.

Auch die Förderhöhe H ist abhängig von der Bauweise der einzelnen Förderstufen. Entscheidenden Einfluss hat aber die Anzahl der Förderstufen. Jede einzelne Förderstufe erhöht die Förderhöhe um einen gleichen Betrag.

In Anbetracht der Vielfalt des Pumpenangebots ist zu beachten, dass nur eine Pumpe mit optimaler Kennlinie und gutem Wirkungsgrad einen schonenden und wirtschaftlichen Betrieb sicherstellt. Um eine einfache Auswahl bei den 4“ STÜWA Edelstahl U-Pumpen zu gewährleisten, wird durch die Baureihenbezeichnung wie z.B.: STU 4.1,5; STU 4.2,5; STU 4.4 usw. die Fördermenge bei optimalem Wirkungsgrad angegeben. So beträgt z.B. die Fördermenge beim Typ STU 4.2,5 2,5 m³/h. Nachdem so die richtige Pumpenbaureihe ermittelt wurde, wird die Anzahl der Förderstufen aus der Q-H-Linie der Pumpenreihe abgelesen, indem Q und H im Diagramm zum Schnitt gebracht werden und die über diesen Schnittpunkt liegende Pumpenkennlinie gewählt wird. Da beim U-Pumpenbetrieb selten nur ein Betriebspunkt erreicht wird, müssen die möglichen Betriebssituationen beachtet werden. Hier sollten die Hinweise des jeweiligen Herstellers beachtet werden und ggf. ein Fachmann zu Rate gezogen werden!

 

Am Beispiel zweier 4" STÜWA Edelstahl U-Pumpen soll die Auswahl erläutert werden.

Die Baureihe STU 4.4 hat bei ca. Q = 4,0 m³/h ihren besten Wirkungsgrad mit ca. 54 %.  Sie erreicht in diesem Punkt mit 27 Stufen (STU 4.4-27-S) ca. 10,8 bar = 108 m             Förderhöhe.

                                        

Die Baureihe STU 4.7 erreicht bei Q = 4,0 m³/h und 117 m Förderhöhe mit 22 Stufen (STU 4.7-22-S) bereits einen Wirkungsgrad von 58 %.

Der schlechtere Wirkungsgrad hat Auswirkungen auf die Leistungsaufnahme der Pumpe. So reichen der STÜWA Pumpe STU 4.4–29  2,1 kW für 4,0 m³/h bei H = 100 m an P2 (Pumpenwelle). Die STÜWA Pumpe STU 4.7-23 benötigt für die gleiche Leistung   2,2 kW. Die richtige Pumpenauswahl ist also abhängig vom Wirkungsgrad.

Beim generellen Umgang ist zu beachten, dass die langen schlanken U-Pumpen gegen Kippen, Durchbiegen oder gar Abknicken zu schützen sind. Keinesfalls darf die  U-Pumpe zum Transport an den Kabeln getragen werden.

In jedem Fall ist vor dem Einbau der Motorfüllstand zu überprüfen. Fehlende Kühlflüssigkeit ist mit Wasser oder Frostschutzmittel zu ergänzen. Vorsicht bei der Lagerung in frostgefährdeten Bereichen.

Bei der Pumpenmontage darf nur an den Spannflächen eingespannt werden, keinesfalls am Motor oder am Pumpenkörper.

Beim Absenken der Pumpe ist das Kabel sorgfältig etwa alle 3 m mit Kabelschellen (Gummis) an der Steigleitung zu befestigen. Es darf nicht über die Kante des Brunnenkopfes gezogen oder gar als Tragseil verwendet werden. Wird die U-Pumpe an ihrem Einbauort nicht ausreichend von unten, also entlang des Motors, angeströmt (z.B. beim Einbau in den Pumpensumpf) so ist die Pumpe mit einem passendem Kühlmantel zu umgeben, der das Wasser am Motor vorbei zum Einlaufseiher führt. Bei Bedarf kann die U-Pumpe mit einer passenden Zentriervorrichtung in der Ausbauverrohrung zentriert werden. Diese wird i.d.R. an den Motor montiert.

Der elektrische Anschluss ist von einer autorisierten Fachkraft vorzunehmen. Bei der Kabelauslegung sind neben der Stromaufnahme des Motors auch die Leitungslänge sowie der Querschnitt der Adern und die Anschlussart maßgebend. Folgende Anschlussarten kommen infrage:

-   Einphasen-Wechselstrom-Anlauf

-   Drehstrom-Direkt-Anlauf

Für die Förderung des Wassers aus Brunnen kommen heute überwiegend Unterwassermotorpumpen (U-Pumpen) zum Einsatz. Sie werden direkt in das Fördermedium gehängt, sind unabhängig von Saughöhen und stehen für alle Betriebsbedingungen zur Verfügung. So gibt es heute U-Pumpen

mit Durchmessern von 2" bis 10"

für Fördermengen von 1 m³/h bis mehr als 1.000 m³/h

für Förderhöhen von 2 bar bis mehr als 40 bar.

Am Beispiel der 4" STÜWA U-Pumpen soll die Leistungsvielfalt einer Baugröße erläutert werden. (s. Abb. 3.2.1)

 

Hydraulische Daten

 

 Q-H-Linien der 4" STÜWA Edelstahl U-Pumpen STU 4.4 und STU 4.7

Diese so genannten Q-H-Linien sind die Kennlinien von Pumpen. Sie geben die Fördermenge Q in Abhängigkeit von der Förderhöhe H an. Generell gilt:

Je größer die Förderhöhe H einer Pumpe wird, desto geringer wird die Fördermenge Q.

Diesem Zusammenhang ist beim Betrieb von U-Pumpen besondere Beachtung zu schenken, da sich der Betriebspunkt durch Veränderung des abgesenkten Wasserspiegels ebenso verändern kann wie durch Hindernisse in den Förderleitungen. In jedem Fall bringt die U-Pumpe beim Einschalten eine größere Fördermenge als beim Erreichen des abgesenkten Betriebswasserspiegels. Sowohl die Fördermenge Q, als auch die Förderhöhe H sind vom Durchmesser der Pumpe abhängig. In größeren Förderstufen kann eine größere Wassermenge gefördert werden und durch die größere Umfangsgeschwindigkeit können bei einer Regeldrehzahl von ca. 2900 U/min auch größere Druckhöhen erzeugt werden.

So reicht bei den dargestellten Pumpentypen die Fördermenge Q von 0,0 m³/h bei 24 bar = 240 m Förderhöhe H bis ca. 8,0 m³/h bei ca. 1 bar = 10 m Förderhöhe H.

Allerdings werden auch bei gleichem Durchmesser sehr unterschiedliche Fördermengen und Förderhöhen erreicht (s. Abb. 3.2.1), da die Fördermenge Q auch abhängig von der Höhe der einzelnen Förderstufen bzw. der Bauweise (radial - halbaxial) der einzelnen Laufräder ist.

Auch die Förderhöhe H ist abhängig von der Bauweise der einzelnen Förderstufen. Entscheidenden Einfluss hat aber die Anzahl der Förderstufen. Jede einzelne Förderstufe erhöht die Förderhöhe um einen gleichen Betrag.

In Anbetracht der Vielfalt des Pumpenangebots ist zu beachten, dass nur eine Pumpe mit optimaler Kennlinie und gutem Wirkungsgrad einen schonenden und wirtschaftlichen Betrieb sicherstellt. Um eine einfache Auswahl bei den 4“ STÜWA Edelstahl U-Pumpen zu gewährleisten, wird durch die Baureihenbezeichnung wie z.B.: STU 4.1,5; STU 4.2,5; STU 4.4 usw. die Fördermenge bei optimalem Wirkungsgrad angegeben. So beträgt z.B. die Fördermenge beim Typ STU 4.2,5 2,5 m³/h. Nachdem so die richtige Pumpenbaureihe ermittelt wurde, wird die Anzahl der Förderstufen aus der Q-H-Linie der Pumpenreihe abgelesen, indem Q und H im Diagramm zum Schnitt gebracht werden und die über diesen Schnittpunkt liegende Pumpenkennlinie gewählt wird. Da beim U-Pumpenbetrieb selten nur ein Betriebspunkt erreicht wird, müssen die möglichen Betriebssituationen beachtet werden. Hier sollten die Hinweise des jeweiligen Herstellers beachtet werden und ggf. ein Fachmann zu Rate gezogen werden.

 

Am Beispiel zweier 4" STÜWA Edelstahl U-Pumpen soll die Auswahl erläutert werden.

Die Baureihe STU 4.4 hat bei ca. Q = 4,0 m³/h ihren besten Wirkungsgrad mit ca. 54 %.  Sie erreicht in diesem Punkt mit 27 Stufen (STU 4.4-27-S) ca. 10,8 bar = 108 m             Förderhöhe.

 

Die Baureihe STU 4.7 erreicht bei Q = 4,0 m³/h und 117 m Förderhöhe mit 22 Stufen (STU 4.7-22-S) bereits einen Wirkungsgrad von 58 %.

Der schlechtere Wirkungsgrad hat Auswirkungen auf die Leistungsaufnahme der Pumpe. So reichen der STÜWA Pumpe STU 4.4–29  2,1 kW für 4,0 m³/h bei H = 100 m an P2 (Pumpenwelle). Die STÜWA Pumpe STU 4.7-23 benötigt für die gleiche Leistung   2,2 kW. Die richtige Pumpenauswahl ist also abhängig vom Wirkungsgrad.

Beim generellen Umgang ist zu beachten, dass die langen schlanken U-Pumpen gegen Kippen, Durchbiegen oder gar Abknicken zu schützen sind. Keinesfalls darf die  U-Pumpe zum Transport an den Kabeln getragen werden.

In jedem Fall ist vor dem Einbau der Motorfüllstand zu überprüfen. Fehlende Kühlflüssigkeit ist mit Wasser oder Frostschutzmittel zu ergänzen. Vorsicht bei der Lagerung in frostgefährdeten Bereichen.

Bei der Pumpenmontage darf nur an den Spannflächen eingespannt werden, keinesfalls am Motor oder am Pumpenkörper.

Beim Absenken der Pumpe ist das Kabel sorgfältig etwa alle 3 m mit Kabelschellen (Gummis) an der Steigleitung zu befestigen. Es darf nicht über die Kante des Brunnenkopfes gezogen oder gar als Tragseil verwendet werden. Wird die U-Pumpe an ihrem Einbauort nicht ausreichend von unten, also entlang des Motors, angeströmt (z.B. beim Einbau in den Pumpensumpf) so ist die Pumpe mit einem passendem Kühlmantel zu umgeben, der das Wasser am Motor vorbei zum Einlaufseiher führt. Bei Bedarf kann die U-Pumpe mit einer passenden Zentriervorrichtung in der Ausbauverrohrung zentriert werden. Diese wird i.d.R. an den Motor montiert.

Der elektrische Anschluss ist von einer autorisierten Fachkraft vorzunehmen. Bei der Kabelauslegung sind neben der Stromaufnahme des Motors auch die Leitungslänge sowie der Querschnitt der Adern und die Anschlussart maßgebend. Folgende Anschlussarten kommen infrage:

-   Einphasen-Wechselstrom-Anlauf

-   Drehstrom-Direkt-Anlauf

-   Drehstrom-Stern-Dreieck-Anlauf

Ferner ist evtl. eine Anlaufstrombegrenzung (ab etwa 4 kW) und der Einsatz eines Motorschutzschalters vorzusehen.        
Die Schalthäufigkeit der U-Pumpe sollte so geregelt sein, dass 15 Schaltungen pro Stunde nicht überschritten werden.

Weitere Informationen zu STÜWA-Unterwasserpumpen aus Edelstahl mit Baureihen in 3“, 4“ und 6“ können dem aktuellen STÜWA-Produktkatalog entnommen werden.

-   Drehstrom-Stern-Dreieck-Anlauf

Ferner ist evtl. eine Anlaufstrombegrenzung (ab etwa 4 kW) und der Einsatz eines Motorschutzschalters vorzusehen.        
Die Schalthäufigkeit der U-Pumpe sollte so geregelt sein, dass 15 Schaltungen pro Stunde nicht überschritten werden.

Weitere Informationen zu STÜWA-Unterwasserpumpen aus Edelstahl mit Baureihen in 3“, 4“ und 6“ können dem aktuellen STÜWA-Produktkatalog entnommen werden.