Titel: | Der elektromotorische Antrieb von Pumpen und Wasserhaltungen. |
Autor: | Siegfried Hahn |
Fundstelle: | Band 316, Jahrgang 1901, S. 793 |
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Der elektromotorische Antrieb von Pumpen und
Wasserhaltungen.
Von Ingenieur Siegfried Hahn.
(Fortsetzung von S. 777 d. Bd.)
Der elektromotorische Antrieb von Pumpen und
Wasserhaltungen.
Mehrere Firmen wählen anstatt einer geteilten Fundamentplatte eine einzige, auf
welcher auch die Aufstellung des Motors stattfinden kann, oder aber wählen
wenigstens eine gemeinsame Grundplatte für den rotierenden Teil der Pumpe und den
Motor. Die Pumpen werden vielfach als liegende vierfachwirkende
Zwillingsplungerpumpe mit innenliegenden Plungerstopfbüchsen konstruiert. Die
Pumpenwelle ist dreifach gelagert und wird durch ein Zahnradvorgelege angetrieben.
Das Motorritzel überträgt die Motorbewegung auf dem Zahnrad des Vorgeleges. Auf der
Welle dieses Zahnrades sitzt ein kleineres Rad, welches die Antriebskraft nach dem
auf die Pumpenwelle gekeilten Zahnrad überträgt. Diese Anordnung ist wohl die
denkbar einfachste und leicht übersichtliche. Diese Art Pumpen dienen meistens zur
Förderung grosser Wassermengen bei mittleren Förderhöhen. Bei einer ähnlichen
Anordnung sind die rotierenden und gleitenden Teile auf einer gemeinsamen
Fundamentplatte montiert, und ein Schwungrad hinzugefügt. Derartige vierfachwirkende
Plungerpumpen besitzen ein doppeltes Rädervorgelege und dienen für allgemeine
Zwecke, wobei aber die Förderhöhe bei etwa 100 m begrenzt ist. Die Pumpen sind
meistens mit zwei Doppelplungern und im Cylinder liegenden Stopfbüchsen, welche
bequem erreicht und verpackt werden können, ausgestattet. Die Ventile sind als
Tellerventile und werden nach Verwendung der Pumpe entweder ganz von Rotguss oder
mit Leder bezw. Gummibesatz angefertigt. Die Kurbeln der Hauptwelle sind um 90°
versetzt und wird hierdurch eine gleichmässige Wassergeschwindigkeit in der Saug-
und Druckleitung,sowie ruhiger, stossfreier Gang und günstige Beanspruchung des
Motors erzielt. Die grösseren Pumpen haben cylindrisch gebohrte
Kreuzkopfgeradführungen.
Textabbildung Bd. 316, S. 792
Doppeltwirkende Saug- und Druckpumpe von Langensiepen.
Am meisten verwendet man sie als unterirdische Wasserhaltungsmaschinen in Bergwerken
für Leistungen bis zu 360 cbm pro Stunde und 300 m Förderhöhe, als Wasserwerkspumpen
für Städte und Gemeinden, als Feuerlöschpumpen und hydraulische Presspumpen. Für
grosse Förderhöhen werden sie mit aussenliegenden Plungerstopfbüchsen und Etagenringventilen
ausgestattet. Bei einer Leistung von 12 bis 25 cbm beträgt die erforderliche Stärke
des Motors für jede 10 m Förderhöhe 1 bis 1,6 PS, von 30 bis 42 cbm etwa 2,2 PS, von
60 bis 75 cbm etwa 4 PS, von 90 bis 120 cbm etwa 5,5 PS. Die Tourenzahlen liegen je
nach der Grösse der Pumpe zwischen 60 und 30 pro Minute. Das Motorritzel treibt ein
Vorgelege mit zwei Zahnrädern sowie das Schwungrad an und überträgt das eine Rad die
Antriebskraft nach dem auf die Welle der Pumpe gekeilten Zahnrad. Die Pumpenwelle
ist dreifach gelagert und sind die Aussenlager durch Stossverbindungen mit den
beiden Gleitbahnen verbunden.
Textabbildung Bd. 316, S. 793
Freistehende Zwillingspumpe von Langensiepen.
Bei einer anderen Ausführung sind die beiden Gleitbahnen nicht getrennt, sondern in
einem Stück gegossen und zwar so, dass die obere Fläche zur Aufnahme des Motors
dient. Die Gleitbahnen sind dann so konstruiert, dass die der Pumpenwelle zu
liegenden Enden je einen Anguss besitzen, welche als Lager zur Aufnahme des
Vorgeleges ausgebildet sind. Das Motorritzel treibt dann dies Vorgelege an, welches
die Kraft nach einem auf die Pumpenwelle aufgekeilten Zahnrade weiter überträgt.
Durch eine derartige Anordnung wird die Konstruktion eine sehr gedrängte und ähnelt
der in Fig. 1 S. 777 abgebildeten Pumpe, nur mit dem
Unterschiede, dass die drei Lager der Pumpenwelle nicht mit dem Bajonett verbunden,
aber auf derselben Fundamentplatte aufgeschraubt sind. Bei dieser Anordnung, welche
nur zur Förderung grosser Wassermengen auf grosse Förderhöhen dient, werden meistens
Drehstrommotoren verwendet. Die Plungerstopfbüchsen werden innen, oder aussen
liegend, je nach der Verwendung der Pumpe, ausgeführt. Die Cylinder sind allerdings
verschieden dimensioniert, jedoch übt dies auf die übrigen Teile der Pumpe keinen
Einfluss aus. Ich habe hiermit die gebräuchlichsten horizontalen Anordnungen
behandelt und gehe nun zu den vertikalen über.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine vertikale,
doppeltwirkende Saug- und Druckpumpe für Förderhöhen bis zu 40 m bei klarer
Flüssigkeit der Firma Rich. Langensiepen in
Magdeburg-Buckau. Derartig konstruierte Pumpen haben den Vorzug äusserst geringen
Raumbedarfs, wobei eine gute und schnelle Zugänglichkeit aller Teile erreicht ist.
Die Pumpe samt Motor ist wegen Fortfalls der schweren und teueren Grundplatten
leichter zu transportieren, in jedem Falle sofortbetriebsbereit, da die
Fundamente ebenfalls entbehrlich sind. Die Ventile und Durchgänge werden aus Rotguss
hergestellt. Der geringe Hub im Verein mit einem Schwungrade zur Entlastung des
Motors gewährleistet der Pumpe auch bei grosser Tourenzahl ein ruhiges Arbeiten. Die
Antriebsvorrichtung ist so konstruiert, dass sie nachstellbare, mit Oelbehälter
versehene Lager für die Wellen besitzt. Die Schnecke und deren Rad läuft in einem
hermetisch abgeschlossenen Oelbade, dessen verbrauchtes Oel durch die angebrachten
Hähne leicht erneuert werden kann. Die Ventile, sowie das Ventilgehäuse der Pumpe
werden dem Verwendungszwecke entsprechend angepasst. Für Färbereien, chemische
Fabriken sollen alle mit der Flüssigkeit in Verbindung stehende Teile aus bester
Bronze oder anderen geeigneten Legierungen hergestellt werden. Um Teer, Sirup, Saft,
Porzellanmasse u.s.w., überhaupt schlammige, sandige oder sonst unklare
Flüssigkeiten zu fördern, empfiehlt es sich, Pumpen mit Plungerkolben, welche in
gegebenen Fällen der Abnutzung am besten widerstehen, zu verwenden. Derartige Pumpen
besitzen leicht nachziehbare Stopfbüchsen und sind deshalb leicht dicht zu halten.
Die abgebildete Pumpe besitzt Kugel- oder Pilzventile und ist zu beachten, dass die
Leistung und Hubzahl dieser Pumpen zur Förderung von heissem Wasser um etwa 30%
sinkt. Die Pumpen werden für eine stündliche Leistung von 2,1 bis 7,8 cbm gebaut.
Der Motor ist auf einem Anguss der Pumpensäule montiert und muss unter allen
Umständen vollkommen eingekapselt sein. Es ist deshalb zu empfehlen, nur
Drehstrommotoren zu verwenden, deren Anlasser, falls es Metallwiderstände sind,
bequem am Gestell befestigt werden können. In Fig. 6 und 7 ist eine ähnliche
Konstruktion abgebildet, nur dass die Pumpe hier als freistehende Zwillingspumpe
konstruiert ist. Bei der Normalausführung sind Kegelventile und Manschettenkolben
vorgesehen und findet die Pumpe am meisten Verwendung in chemischen Fabriken,
Brennereien, Zuckerfabriken, Farbefabriken u.s.w., also da, wo es sich darum
handelt, zwei verschiedene Flüssigkeiten durch nur eine Antriebskraft fortzubewegen.
Aus diesem Grunde hat jede Pumpe besondere Saug- und Druckleitung, sowie
Druckwindkessel. Zum Fördern von dicken, breiigen Flüssigkeiten werden Plungerkolben
vorgesehen und meistens Kugel- oder Pilzventile verwendet, deren Gehäuse direkt am
Pumpencylinder angeordnet sind. Gewöhnlich werden bis zu etwa 40 m Förderhöhe
Manschettenkolben angewendet und nach Bedarf die Tellerventile ganz aus Rotguss oder
mit Leder- bezw. Gummibesatz ausgeführt. Der Motor ist auf einem Konsol an der
Pumpensäule montiert und hierdurch bequem zugänglich gemacht. Die Kurbeln der
Schneckenradwelle sind um 90° versetzt, so dass eine gleichmässige Arbeitsverteilung
und ein ruhiger, stossfreier Gang erzielt wird.
Für Eisenbahnwasserstationen, Berg- und Hüttenfrischwasserstationen u.s.w. wird das
Saug- und Druckrohr gemeinschaftlich ausgeführt. Auf der Motorwelle wird vielfach
zur Entlastung des Motors ein kleines Schwungrad gekeilt und dann die Konsole nach
unten zwischen der Montierungsfläche für den Motor und der Säule etwas verjüngt. Die
Schnecke nebst Rad läuft in einem geschlossenen Oelbehälter, wodurch ein
geräuschvoller Gang so viel wie möglich verhindert ist. Bei einer anderen
Zwillingsanordnung für Förderhöhen bis 120 m derselben Firma ist der Motor zwischen
den Cylindern angebracht. Die Cylinder selbst sind an Säulen geschraubt, welche
gleichzeitig jede zwei Lager tragen. Die am oberen Ende der Säulen befestigten Lager
dienen zur Aufnahme der Pumpenwelle, die in der Mitte angeschraubten Lager zur
Aufnahme des Vorgeleges und zwar treibt das Motorritzel ein auf dem Vorgelege
aufgekeiltes grosses Zahnrad. Auf der gleichen Welle sitzt ein kleineres, welches
die Kraft auf das auf der Pumpenwelle befestigte Zahnrad überträgt. Zur Verwendung
kommen vielfach neuerdings vollständig gekapselte kubusförmige Gleichstrommotoren,
deren Kollektor von aussen durch eine kleine Thür in der Kapsel, welche mit dem
Feldmagnetgehäuse aus einem Stück gegossen ist, leicht zugänglich gemacht ist. Der
Motor ist auf einer Erhöhung der Fundamentplatte montiert. Diese Anordnung besitzt
den Vorzug, dass man auf die Pumpenwelle eine Riemenscheibe befestigen kann, damit
beim Defektwerden des Motors der Antrieb von einem anderen oder einer Transmission
aus stattfinden kann, ohne dass die Flüssigkeitsförderung eine nennenswerte
Unterbrechung erleidet. Diese Pumpen werden für eine stündliche Leistung von 4,2 bis
42 cbm angefertigt und schwankt die Hubzahl zwischen 60 und 40 pro Minute. Die
beiden Plunger saugen und drücken abwechselnd und ist der Kraftbedarf, falls die
arbeitenden Teile genau ausbalanziert sind, ein fast ganz gleichmässiger.
Selbst bei erhöhter Tourenzahl lässt sich dann noch ein ganz ruhiger Gang
konstatieren und kommen diese Pumpen hauptsächlich zum Speisen von Dampfkesseln mit
hoher Spannung in Verwendung. Für Feuerlöschzwecke werden neuerdings Pumpe und Motor
mehr getrennt, indem der Motor auf eine seitliche Erhöhung des Fundaments montiert
wird, und ein auf die Aufstellungsfläche gleichfalls angeordnetes Vorgelege mittels
Rohhautritzel antreibt. Von diesem Vorgelege wird dann die Pumpe durch ein
Zahnräderpaar angetrieben. Diese Einrichtung besitzt den gleichen Vorzug wie die
obige, indem die Pumpe auch von anderwärts angetrieben werden kann. Die Abdichtung
des Plungers ist in Form einer Stopfbüchse nach aussen verlegt, so dass ein bequemes
Verpacken stattfindet.
Soll ein Drehstrommotor verwendet werden, so kann die Fundamenterhöhung zur Aufnahme
des Motors und des Vorgeleges so ausgebildet werden, dass es als Bassin für den
Flüssigkeitsanlasser Dienst thut. Zum Antriebe einer Drillingsplungerpumpe werden
zwei Säulen, welche die nötigen Lager besitzen, zur Aufnahme der Pumpenwelle und des
Vorgeleges auf der gleichen Fundamentplatte der Pumpe montiert und zwar so, dass der
Motor zwischen den Säulen aufgestellt werden kann. Mit Vorteil werden diese Pumpen
verwendet, wenn Flüssigkeiten auf grosse Druckhöhen, bis zu etwa 120 m, zu heben
sind, wie z.B.bei Fahrstuhlanlagen, Pressen, ferner als Saftpumpen der
Zuckerfabriken, Oelpumpen für Oelmühlen, Seifen- und Papierstoffpumpen. Für hohe
Drucke und klare Flüssigkeiten sollen Kegelventile, für breiige unklare dagegen
Kugelventile vorgesehen sein. Diese Pumpen werden für stündliche Leistungen von 6
bis 60 cbm gebaut und schwankt die Hubzahl zwischen 60 und 40 pro Minute, d.h. die
grösseren Hubzahlen sind für kleine Leistungen und die kleineren Hubzahlen für
grössere Wassermengen gültig. Das Motorritzel treibt ein ausserhalb der Lagersäule
angeordnetes Zahnrad des Vorgeleges und wird von einem auf der gleichen Welle
sitzenden kleineren Zahnrad, welches ebenfalls ausserhalb der Säule liegt, die Kraft
nach einem auf der Pumpenwelle sitzenden Zahnrad übertragen. Ein Unterschied in
dieser Einrichtung gegenüber den erstgenannten für Zwillingspumpen liegt in der
Ausschliessung der Schnecke und Rad. Der Motor kann mit dem elektrischen
Wasserstandsregler des Bassins in Verbindung stehen, so dass ohne jegliche Wartung
die Ein- und Ausschaltung des Motors beim Uebersteigen oder Sinken des Wassers
stattfinden kann. Hierdurch ist man im stande, den Wasserstand immer auf gleicher
Höhe zu halten und kann den Wärter auch noch anderweitig beschäftigen. In Fig. 8 und 9 ist eine stehende
Triplexanordnung der Firma J. E. Naeher in Chemnitz i.
S. abgebildet, welche für Förderhöhen bis zu etwa 100 m oder 10 at Gegendruck
bestimmt ist. Für eine stündliche Leistung von 9 cbm benötigt die Pumpe etwa 0,4 PS,
für 13 cbm etwa 0,6 PS, für 19 cbm etwa 0,9 PS, für 24 cbm etwa 1 PS, für 39 cbm
etwa 1,6 PS, für 54 cbm etwa 2,3 PS für jede 10 m Förderhöhe. Zum Antriebe werden
meistens teilweise gekapselte Gleichstrommotoren verwendet, welche auf einer
besonderen Fundamentplatte, die mit derjenigen der Pumpe durch Bolzen verbunden ist,
montiert werden. Das Vorgelege liegt in Lagern, welche an die Pumpensäulen befestigt
sind, und wird von dem Rohhautritzel des Motors angetrieben.
Textabbildung Bd. 316, S. 794
Stehende Triplexpumpe von Naeher.
Am besten eignet sich diese Pumpe zum Bedienen von
Filterpressen, weil sie einen vollständig gleichmässigen Flüssigkeitsstrahl ohne
Stoss und Absetzen liefert, und wenn dieselbe mit automatischer Ausrückung versehen
ist, bei gefüllter Presse von selbst zum Stillstand kommt und beim Oeffnen einer
neuen Presse selbstthätig angeht. Zum Abteufen neuer Schächte werden vielfach
vertikal angeordnete Triplexsenkpumpen konstruiert. In den Fig. 10 bis 14 sind zwei derartige
Konstruktionen der Firma J. E. Naeher in Chemnitz i. S.
abgebildet. Die Pumpe ist zwischen zwei mit Zugstangen und Oesen zum direkten
Anhängen an die Haspel angebracht, so dass dieselbe jederzeit höher oder tiefer
gehängt werden kann. Alle beweglichen Teile sind mit Schutzkappen versehen. Ueber
die Pumpe ist zwischen den beiden Säulen eine Fundamentplatte für den Motor
befestigt. Ausserdem sind die Säulen so konstruiert, dass in der Mitte derselben ein
Anguss zur Aufnahme der Lager für das Vorgelege vorhanden ist. Das Motorritzel
überträgt dann die Bewegung auf diesem, während ein Zahnräderpaar die Kraft auf
die Pumpenwelle weiter trägt.
Infolge dieser Anordnung kann die Pumpe selbst für den kleinsten Schachtquerschnitt
verwendet werden. Für die Saug- und Druckleitung werden meistens Gummischläuche mit
spiralförmig umwickeltem Eisendraht benötigt. Der Kraftbedarf ist genau derselbe wie
für die oben genannte Triplexpumpe, jedoch werden sie für Förderhöhen bis zu etwa
150 m angefertigt.
Der Anlasswiderstand wird auf einem transportablen Schaltbrett in der Nähe der
Schachtöffnung angebracht, und ist es zu empfehlen, die Stromzufuhrleitungen aus
mehreren Kupferdrähten für jede Ader, mit vulkanisiertem Gummi umpresst, zu
wählen.
Bei einer feststehenden vertikalen Triplexanordnung ist der Motor zwischen den Säulen
aufgehängt, so dass nur eine einzige Grundplatte für die Pumpe erforderlich ist, und
somit ein ausserordentlich kleiner Raum zur Aufstellung beansprucht wird. Diese Art
Pumpen dienen für Förderhöhen bis zu 80 m oder 8 at Gegendruck. Das Vorgelege ist
auf gleicher Höhe parallel zur Motorachse in Lager, welche an die Säulen
aufgeschraubt sind, montiert und überträgt die vom Rohhautritzel der Pumpe auf
dasselbe abgegebene Kraft direkt auf die Pumpenwelle. Der verkapselte Anlass
widerstand kann dann bequem unter dem Vorgelege auf ein Holzbrett, welches an beiden
Säulen befestigt ist, angebracht werden. Diese Pumpen werden für stündliche
Leistungen von 3 bis 300 cbm bei einem Kraftbedarf von 0,2 bis 12,5 PS für jede 10 m
Förderhöhe gebaut. Bei Wandpumpen, welche für kleinere stündliche Leistungen von 1
bis 9 cbm angefertigt werden, ist von einem Zahnradvorgelege abgesehen und wird die
Kraft mittels Riemen oder auch wohl ausnahmsweise durch Ketten übertragen. Die
Fundamentplatte wird an der Wand befestigt und ist auf derselben über die Pumpe eine
Konsole zur Aufnahme des Motors angebracht. Da nun aber bei diesen geringen
Leistungen die Tourenzahlen der Motoren ziemlich hoch sind, so ist noch ein
Zwischenvorgelege vorgesehen, welches eine Riemenscheibe und ein Zahnrad besitzt.
Dasselbe überträgt die Kraft direkt nach einem auf die Pumpenwelle gekeilten
Zahnrade. Das auf dem Zwischenvorgelege befestigte Zahnrad ist aus Rohhaut
hergestellt und dient die Pumpensäule als Ventilkasten, Druckwindkessel und Träger
für den Motor. Der Kraftbedarf dieser Pumpen schwankt zwischen 0,1 bis 0,6 PS bei
130 bis 72 Doppelhüben pro Minute. Vielfach ist noch zur Erzielung eines besonders
gleichmässigen Ganges anstatt einer Vorgelegeriemenscheibe ein als solche
ausgebildetes Schwungrad vorgesehen und wird hierdurch eine Entlastung des Motors
gesichert.
Ausser den bis jetzt angeführten und besprochenen Konstruktionen werden noch
Zentrifugal- oder rotierende Pumpen gebaut. Diese eignen sich speziell wegen ihrer
höheren Tourenzahl ganz besonders vorteilhaft zum direkten Antrieb mittels
Elektromotors. Für den Antrieb kommen also keine Vorgelege o. dgl. in Betracht, so
dass eine besondere Beaufsichtigung so gut wie gar nicht nötig ist.
Zentrifugalpumpen sind da bevorzugt am Platze, wo es sich um recht schnelle
Bewältigung grosser Wassermengen mittels billiger und wenig Raum einnehmender
Pumpwerke handelt. Diese Art Pumpen sind kolbenlos und haben auch keine weiteren
Ventile. Neben dem hierdurch geräuschlosen Gang ist die Betriebssicherheit eine
erhöhte, selbst auch beim Fördern von sandigem, schlammigem Wasser bezw. überhaupt
unreinen oder dicken Flüssigkeiten. Die Regulierung der Pumpenleistung kann bei
geringeren Unterschieden durch Veränderung der Tourenzahlerfolgen oder ohne
Kraftverlust herbeizuführen in ausgedehnter Weise durch Einschalten einer
Drosselklappe in die Druckleitung. Zum Fördern saurer oder salziger Flüssigkeiten u.
dgl. werden die Pumpen bezw. ihre mit der Flüssigkeit in Berührung kommenden Teile,
wie Gehäuse und Schaufelrad, in Bronze, Hartblei oder sonstiger erforderlicher
Legierung hergestellt. Soll die Pumpenleistung mittels des Anlasswiderstandes
vorgesehen werden, so sind für kleinere Leistungen Hauptstrommotoren und für
grössere Drehstrommotoren zu empfehlen. Auch das Nebenschlussprinzip findet
Verwendung, jedoch nur da, wo eine Regulierung der Tourenzahl nur selten beansprucht
wird, und dann auch nur in ganz geringem Masse. In Fig.
15 ist eine Anordnung abgebildet, welche sowohl für mittlere als für
grosse Förderhöhen angewandt wird. Für mittlere Förderhöhen bis zu etwa 15 m werden
die Pumpen für stündliche Leistungen von 10 bis 1000 cbm und für Förderhöhen bis zu
etwa 80 m für stündliche Leistungen von 10 bis 1500 cbm gebaut.
Textabbildung Bd. 316, S. 795
Triplexsenkpumpe von Naeher.
Der Kraftbedarf der Pumpen für geringe Förderhöhen schwankt
zwischen 0,07 und 9,3 PS für jeden Meter Förderhöhe, während derselbe für grosse
Förderhöhen zwischen 0,1 und 12 PS liegt. Im allgemeinen werden Zentrifugalpumpen in
Zuckerfabriken, Steinbrüchen, chemischen Fabriken, Brauereien, Brennereien,
Badeanstalten, Färbereien, Waschanstalten u.s.w. verwendet. Die Pumpen für Hochdruck
werden auf einer stabilen Grundplatte montiert, so dass nach der Befestigung der
Pumpe auf dem Fundament jede Fibration ausgeschlossen und ein ruhiger Gang der
Anlage gesichert ist. Das Gehäuse ist aus dichtem Gusseisen in einem Stück
hergestellt und mit einem Verschlussdeckel versehen. Durch seitliche Anordnung des
Deckels ist nach dem Lösen desselben sofort das Flügelrad und ebenso das ganze
Innere der Pumpe frei gelegt. Für Hochdruck ist das gusseiserne Flügelrad mit geschlossenen
turbinenartigen Zellen mit ringförmiger Abdichtung versehen. Als Gegendichtung
befindet sich in der Gehäusewandung ein Kupferring, der bei eventueller Abnutzung
nachgestellt werden kann. Durch diese Abdichtung wird ein hoher Nutzeffekt erzielt,
welcher bei kleineren Pumpen, wie dies Versuche und Vergleiche gezeigt haben, ein so
hoher ist, wie selbst bei den Kolbenpumpen kaum erreicht werden kann. Der Nutzeffekt
wird durch Nachstellen des Kupferringes auf gleicher Höhe gehalten und eignen sich
diese Pumpen am meisten für einen Dauerbetrieb.
Textabbildung Bd. 316, S. 796
Triplexsenkpumpe von Naeher.
Am Ende der Saugleitung muss wie bei gewöhnlichen
Pumpenanlagen ein Saugkorb mit Fussventil vorgesehen werden, damit die im Saugrohre
befindliche Wassermenge während des Stillstandes der Pumpe nicht abreissen und
wieder in den Brunnen u.s.w. zurückfallen kann. Die Saugleitung ist vertikal und, wo
dies nur angängig ist, doch nach der Pumpe zu stetig steigend anzuordnen, wobei
scharfe Krümmungen in der Leitung zu vermeiden sind und ausserdem für eine gute
Dichtung Sorge getragen werden soll. Vor der Inbetriebsetzung, vielmehr auch nach
längerem Stillstande der Pumpe ist es unbedingt erforderlich, dieselbe bis über das
Flügelrad mit Wasser anzufüllen, und ist zu diesem Zwecke darauf zuachten, dass
an jeder Pumpe eine Füllöffnung vorgesehen sein muss. Der Elektromotor braucht nicht
verkapselt zu sein, da keine Gefahr für umherspritzendes Oel und Wasser vorhanden
ist, falls die Dichtung der Pumpe wirklich allen Anforderungen entspricht. Bei der
abgebildeten Pumpe ist die Pumpenwelle mit der Motorwelle gekuppelt und ein
Zwischenlager vermieden, obwohl hier und da auch solche noch zur Sicherheit
hinzugefügt werden. Im allgemeinen findet dies nur bei Drehstrommotoren statt, indem
der Stator auf die Fundamentplatte aufgeschraubt ist und die Lager nicht an diesem
befestigt, sondern getrennt vom Stator auf die Grundplatte aufgeschraubt werden.
Seit einigen Jahren hat man sogen. Kreiskolbenpumpen auf den Markt gebracht und
sollen dieselben sich bis jetzt gut bewährt haben. Der Motor wird auf eine Erhöhung
des Fundaments aufgestellt und treibt das Motorritzel ein Zahnrad, welches die
Bewegung auf die beiden im Gehäuse verkapselten Räder zum Antriebe der Kolben
überträgt. Die obere Kolbenachse dient gleichzeitig zur Aufnahme des Zahnrades und
ist die untere Achse in einem unter dem für die obere Achse erforderlichen Lager im
gleichen Lagerstuhl gelagert. Aehnlich gestaltet sich die Anordnung für eine
Zwillingspumpe, indem dann das Rohhautritzel der Motor welle zwischen zwei
Zahnrädern liegt und somit beide gleichzeitig antreibt. Diese Pumpen werden auch mit
nachstellbaren Kolben ausgeführt und dienen zur Förderung von Dickmaische, Würze,
Bier, Sirup, Teer, Seife u.s.w., überhaupt für grosse Flüssigkeitsmengen auf geringe
Höhen. Im allgemeinen überschreiten solche Höhen 30 m nur sehr selten. Für dünne
Flüssigkeiten werden die Pumpen gebaut für eine stündliche Leistung von 3 bis 720
cbm bei einem Kraftbedarf von 0,25 bis 50 PS pro 10 m Förderhöhe. Die Tourenzahlen
fallen mit der zu hebenden Flüssigkeitsmenge und liegen zwischen 350 und 50 pro
Minute. Für dicke Flüssigkeiten arbeiten die Pumpen bei einer stündlichen Leistung
von 1,5 bis 250 cbm, bei einem gleichen Kraftbedarf wie zur Förderung von dünnen
Flüssigkeiten erforderlich ist. Die Tourenzahlen liegen aber zwischen 180 und 70 pro
Minute und kann man allgemein annehmen, dass die Tourenzahlen der Pumpen für dünne
Flüssigkeiten bei Verwendung für dicke um durchschnittlich etwa 30 bis 35% fallen
und gleichzeitig auch die geförderte Menge.
Ich gehe nun zu den eigentlichen Wasserhaltungen über. Die einfachsten sind wohl die
Rohrbrunnenpumpenanlagen. In wasserärmeren Gegenden liegt gutes Grundwasser oft in
bedeutender Tiefe, so dass die Erreichung desselben mittels gemauerten
Schachtbrunnens grosse Schwierigkeiten und Kosten verursachen würde. Man hilft sich
dann in der geeignetsten Weise dadurch, dass man ein oder für grössere
Wasserentnahme zwei Bohrlöcher bis zur wasserführenden Schicht treibt. Steht der
Wasserspiegel im Rohrbrunnen in grösserer Tiefe, so ist man gezwungen, hängend je
einen Arbeitscylinder an den Drucksträngen einzubauen und die Kolben derselben durch
Gestänge von Flurhöhe aus zu betreiben. Eine solche Zwillingsrohrbrunnenpumpe wird
dann zum elektrischen Antrieb so angeordnet, dass der Elektromotor auf ein Konsol an
der Säule, ähnlich wie in Fig.
6 und 7,
befestigt wird. Die Kraftübertragung erfolgt durch Schnecke und Schneckenrad. Bei
Zwillingspumpen mit nur auf Zug beanspruchtem Gestänge sind durch die Versetzung der
Kurbeln um 180° die Gestängemassen auszubalanzieren und wird hierdurch der
Kraftbedarf reduziert. Die Pumpenkolben und Ventile müssen mit dem Gestänge
herausgezogen werden können, ohne dass die Druckleitung hierdurch eine Demontierung
bedarf, denn bei etwaigen Reparaturen würde diese sonst einen zu grossen Zeitverlust
hervorrufen. Das Schneckenrad treibt zwei Kurbeln, welche die rotierende Bewegung
in eine
gleitende umsetzen. Die Pleuelstangen besitzen an beiden Enden kleine Kreuzköpfe,
welche auf die am Gestell befestigten Gleitbahnen gleiten und somit eine
gleichmässige Bewegung der Kolben sichern. Derartige Konstruktionen dienen für
Bohrlochtiefen bis zu 180 m und werden so viel wie möglich jeweilig den örtlichen
Verhältnissen angepasst. In Fig. 16 ist eine einfache
Rohrbrunnenpumpenanlage der Firma Rich. Langensiepen
abgebildet, welche für Bohrlochtiefen bis zu etwa 180 m vielfach ausgeführt ist.
Textabbildung Bd. 316, S. 797
Fig. 15.Zentrifugalpumpe von Langensiepen.
Es ist nur ein Bohrloch vorhanden und wird das Gestänge, welches den Kolben trägt,
durch ein auf Hebel befindliches Gegengewicht ausbalanziert. Das Gestänge selbst ist
nur auf Zug beansprucht und ist am Abschlusskopf in der Druckleitung ein grosser
Windkessel angeordnet. Um die zu fördernde Wassermenge nach Wunsch regulieren zu
können, ist der Kolbenhub verstellbar vorgesehen. Ausserdem kann der Angriffspunkt
der Pleuelstange mittels Spindel auf dem Hebel während des Betriebes verschoben
werden. Die durch die Kurbelbewegung hervorgerufene Schwankung des Kraftbedarfes
wird durch Anwendung eines Schwungrades auf der Motorwelle ausgeglichen und zur
Schonung des Motors sollen die Zähne der Zahnräder für die Vorgelege gefräst sein,
während zur Erzielung eines geräuschlosen Ganges der Antriebsvorrichtung ein
Rohhautzahnrad auf der Motorwelle vorzusehen ist. Wie aus der Figur ersichtlich,
treibt dieses Motorritzel ein Zahnrad. Auf der Achse des letzteren sitzt ein
kleineres Rad, welches die Kraft weiter auf das auf die Kurbelwelle der Pumpe
gekeilte Zahnrad überträgt. Die Motoren sind meistens nach dem Gleichstromsystem
gebaut und ist eine Verkapselung derselben überflüssig, da der Raum zur Aufstellung
derselben fast immer nur als Pumpgebäude Dienst thut, und ausserdem kein
Herumspritzen von Oel oder Wasser stattfindet. Der ganze rotierende Mechanismus ist
auf einer Fundamentplatte montiert und wird diese auf Träger und Steinfundierung
mittels langer Bolzen mit Anker befestigt. Ein Zittern des Gebäudes dürfte durch
diese Anordnung wohl vollkommen ausgeschlossen sein und muss dieselbe den jeweilig
vorliegenden Verhältnissen angepasst werden. Bei grösseren Wasserhaltungsanlagen
kommen, wie schon öfters bemerkt, meistens nur Drehstrommotoren in Verwendung. Unter
Berücksichtigung der Thatsache, dass ein Drehstrommotor moderner Konstruktion eine
der betriebssichersten Maschinen ist, und dass Betriebsstörungen an einem solchen
nicht in den Bereich der Wahrscheinlichkeit fallen, werden oft Anlagen so
disponiert, dass der Motor nach dem Ausbau der Anlage zwischen zwei Pumpen steht,
von denen jede für die volle Leistung dimensioniert wird und je nach Bedarf mit dem
Motor gekuppelt werden kann. Es ist also für den mechanischen Teil volle Reserve in
Aussicht genommen, während solche für den elektrischen Teil weniger erforderlich
ist.
Für grosse Motorleistungen werden die Anlassvorrichtungen besonders ausgebildet. Eine
dieser besonderen Konstruktionen besteht in einem vor den Motor gesetzten,
fürdie volle Leistung dimensionierten Flüssigkeitsanlasser, der, um eine
bequeme Bedienung zu ermöglichen, zum Antrieb mit einem kleinen Drehstrommotor
versehen wird. Die Bedienung dieses kleinen umsteuerbaren Drehstrommotors und damit
auch die Bedienung des grossen Antriebsmotors, welcher in diesem Falle als
Hauptstrommotor konstruiert ist, erfolgt durch einen kleinen Wendeanlasser, der
neben die Schalttafel gesetzt wird. Hierdurch erzielt man, dass das Anlassen und
Abstellen des grossen Motors durch einen einfachen Handgriff von der Schalttafel aus
bewirkt werden kann, so dass der Maschinist beim Anlassen Strom und Spannungszeiger
beobachten, sich mit allmählicher Einschaltung des Motors ganz dem langsamen
Anwachsen der Stromstärke anpassen kann. Wird nun die Schalttafel noch ausserdem
neben der Ventilseite der Pumpe angeordnet, so hat es der Maschinist zu gleicher
Zeit in der Hand, auch bei Bedienung der Pumpe, speziell der nach dem Anlassen zu
bethätigenden Luftventile, die Instrumente der Maschinenanlage im Auge zu behalten.
In dieser Weise ist die Bedienung und Beaufsichtigung einer grossen Anlage so viel
als möglich vereinfacht und erleichtert.
Textabbildung Bd. 316, S. 797
Fig. 16.Rohrbrunnenpumpenanlage von Langensiepen.
Wird der Motor nicht in der Mitte der Pumpenkurbelwelle, sondern seitwärts
angebracht, so erscheint es vorteilhaft, um die sich daraus ergebende ungleiche
Belastung während einer Umdrehung auszugleichen, entsprechende Schwungmassen
anzuordnen, die entweder in dem rotierenden Teile des Motors untergebracht oder in
Form eines besonderen Schwungrades ausgeführt werden können. Im übrigen bemerke ich,
dass ein geringer Ungleichförmigkeitsgrad keineswegs auf den Motor derartige
Einflüsse ausübt, wie dies z.B. bei Dynamos für Zentralen der Fall ist. Letztere
erfordern, damit ein ruhiges Licht erzeugt wird oder um gut parallel zu arbeiten,
einen sehr gleichmässigen Antrieb, während es bei Wasserhaltungsmotoren genügt, dass der
Ungleichförmigkeitsgrad nicht grösser als etwa 1 : 75 wird. Trägt man bei der
Anordnung der Pumpe und Elektromotor nur den erwähnten Anforderungen Rechnung, so
ist die weitere Disposition nicht zum wenigsten durch die Art des Wasserzuflusses
bedingt. Ist die Wasserzuführung eine stetige, so können die Pumpen ohne Veränderung
ihrer Leistungen, d.h. ihrer Tourenzahlen, gleichmässig betrieben werden. In diesem
Falle wird man sie an das allgemeine Kraftnetz anschliessen und wäre allerdings eine
Regulierung der Tourenzahlen so gut wie ausgeschlossen, da dieselbe nur durch
Widerstände und demnach mit beträchtlichen Energieverlusten erfolgen könnte. Ist der
Wasserzufluss ein stark wechselnder, so würde man kleinere Wasserhaltungen oft zur
Zeit geringerer Zuflüsse stundenweise stillstehen lassen müssen. Bei grösseren
Anlagen ist dies nun aber nicht immer durchführbar. In diesem Falle ist es sehr zu
empfehlen, eine wie in Fig. 17 dargestellte Anordnung
zu treffen. Diese Ausführung findet also speziell nur für veränderliche Tourenzahlen
Verwendung und soll nur als Unterlage zur Projektierung dienen und sei bemerkt, dass
natürlich bei jeder Projektierung kleine Verschiedenheiten unvermeidlich sind.
In der Maschinenstation über Tage wird für den Pumpenmotor eine besondere
Primärdynamo aufgestellt, für welche eine besonders angetriebene Erregermaschine
vorzusehen ist. Soll nun die Tourenzahl der Pumpe und des Motors unter Tage
verringert werden, so ist es nur nötig, die Umdrehungszahl der Primärdampfmaschine
entsprechend zu verändern, und wird in dieser Weise eine Aenderung der Tourenzahl
ohne irgend welche Energieverluste erreicht. Es ist selbstverständlich, dass eine
derartige Anordnung sich nur für Motor- bezw. Pumpengrössen eignet, welche die
Aufstellung eines besonderen Primäraggregates und getrennte Schachtleitung
rechtfertigen. Im allgemeinen kann man annehmen, dass dies bei Wasserhaltungen von
400 PS und mehr zutrifft, da sich für die Zentrale nur meistens besondere Aggregate
mit diesen Leistungen als vorteilhaft erweisen. Für kleinere Motorleistungen ist es
jedenfalls vorzuziehen, den Anschluss an das allgemeine Netz als vorteilhafter zu
acceptieren, und geschieht alsdann die Regulierung wie bei jedem anderen Motor durch
entsprechende Anlasswiderstände u.s.w. Ob nun die eine oder andere Anordnung gewählt
wird, jedenfalls soll das Anlassen der Motoren unter Tage erfolgen. Zu diesem Zwecke
ist es nun zu empfehlen, den Motor mit Schleifringen und einem Anlasser zu
projektieren. Die Mehrkosten hierfür gegenüber den Motoren mit reinem
Kurzschlussanker sind in Wirklichkeit ganz unbedeutend. Dagegen bietet diese Anlage
vor allem eine grössere Sicherheit, indem der Maschinist unter Tage die Anlage
sofort selbst stillsetzen kann, während sonst erst an die Station über Tage
telephoniert werden müsste. Ausserdem macht sich, falls etwa mehrere Pumpen ihren
Antrieb von derselben Primärdynamo erhalten, eine unangenehme Abhängigkeit der
einzelnen Wasserhaltungen voneinander fühlbar, indem es nötig wird, wenn eine Pumpe
bereits im Betriebe ist, diese erst stillzusetzen, um dann mehrere gleichzeitig
anzulassen.
Diese Unannehmlichkeiten fallen natürlich fort, wenn jeder Wasserhaltungsmotor unter
Tage mit einer Anlassvorrichtung versehen wird, und ist es dabei
gleichgültig,ob derselbe aus einem Netz oder von einer besonderen Dynamo
gespeist wird. In jedem Falle ist es jedoch vorteilhaft, eine gut funktionierende
Telephonanlage vorzusehen. Ausserdem ist zu beachten, dass in der Primärstation
Heissdampf verwendet werden kann, da keine lange Schachtleitung mehr wie bei
unterirdisch angeordneten Dampfwasserhaltungen nötig ist. Für die gesamte
elektrische Anlage kann man im Durchschnitt einen Nutzeffekt von 0,8 annehmen, da
die Dynamo einen Wirkungsgrad von etwa 0,92, die Kabel 0,96 und der Motor 0,9
aufzuweisen hat. Setzt man nun noch für die schnelllaufenden Pumpen einen
Wirkungsgrad von 0,8 und für die Dampfmaschine etwa 0,85 ein, so ergibt sich der
durchschnittliche Gesamtwirkungsgrad einer Wasserhaltung zu etwa 0,55%
einschliesslich sämtlicher Maschinen. Um einen Vergleich zwischen Dampf- und
elektrischen Wasserhaltungen zu bilden, seien deren Eigentümlichkeiten
angeführt.
Textabbildung Bd. 316, S. 798
Fig. 17.Wasserhaltungsanlage
Starkstromleitung;
Schwachstromleitung; Primärschaltbrett; Telephons; Erregermaschinenaggregat;
Primäraggregat; Pumpe mit Motor.
Beim Stillstand benötigen die elektrischen Wasserhaltungen keinen Dampf, während bei
Dampfwasserhaltungen auch während der Ruhepausen stets die ganze Rohrleitung unter
Dampf gehalten wird. Die beim wechselnden Betrieb hieraus entstehenden
Kondensationsverluste sind nicht zu unterschätzen und verschieben das Verhältnis
weiterhin zu Ungunsten der Dampfwasserhaltungen. Ferner stellen sich die
Unterhaltungskosten bei elektrischem Antrieb wesentlich billiger als bei
Dampfwasserhaltungen oder hydraulischen Wasserhaltungen. Berücksichtigt man noch,
dass die Abnutzung der Drehstrommaschinen und Motoren minimal ist, da sie sich nur
auf den Kollektor der Erregermaschine, die Schleifringe der Motoren und die Lager
beschränkt, während man eine solche minimale Abnutzung bei Dampfwasserhaltungen zu
behaupten nicht berechtigt ist, so kann man annehmen, dass die Unterhaltungskosten
für eine elektrische Wasserhaltung kaum ein Zehntel derjenigen, welche für
Dampfwasserhaltungen aufgewendet werden, betragen können.
Des weiteren kommen bei gut verlegten Kabeln etwaige Unterhaltungskosten auf Jahre
hinaus nicht in Frage. Dahingegen erfordern die Dampfleitungen auch bei der
vorzüglichsten Verlegung jährlich grössere Beträge für Unterhaltungskosten, und ist
nicht zu vergessen, dass diese jährlich steigen. Ausserdem ist man durch die
Entwickelung einer feuchten Wärme, welche auf die Schachtzimmerung schädlich
einwirkt, unbedingt genötigt, eine viel grössere Ventilation vorzusehen als bei
einer elektrischen Wasserhaltung. Im übrigen darf man nie die grössere Betriebssicherheit eines
Elektromotors gegenüber einer Dampfmaschine oder hydraulischen Motors
vernachlässigen. Es wäre wohl einzuwenden, dass ja auch die elektrischen
Wasserhaltungen die Dampfmaschine unumgänglich benötigen, da aber eine Konstruktion
nie stärker als ihr schwächster Teil ist, so müsste ja die Betriebssicherheit der
elektrischen Wasserhaltungen nicht wesentlich grösser sein als die der
Dampfwasserhaltungen. Demgegenüber sei aber bemerkt, dass die Zentralisation eines
Betriebes unterallen Umständen eine ganz vorzügliche Kraftreserve ergibt, und
schon hierdurch die Betriebssicherheit jedenfalls eine grössere ist als beim
einzelnen Dampfantrieb der Pumpen. Würde wirklich einmal der Fall eintreten, dass
bei einer elektrischen Zentrale für derartige Kraftübertragungen mehrere Aggregate
betriebsunfähig würden, dann wäre immer noch der Betrieb durch Einschränken der
weniger wichtigen Betriebe aufrecht zu halten, und ist demnach eine vollständige
Stockung des Betriebes wohl kaum zu befürchten.