Pumpentheorie
Die Feuerlöschkreiselpumpe (FLKP)
Wie der Name schon sagt, gehört die FLKP zu den Kreiselpumpen. Diese Familie von Pumpen sind sehr gut geeignet, wenn es um Langlebigkeit, hohe Fördermengen und der Erzeugung von moderaten Drücken geht.
Aufbau:
Die typische Kreiselpumpe besteht aus einem rotierenden Laufrad und einem fest verbauten Gehäuse.
Aufgrund der Funktionsweise der Pumpe befindet sich in der Regel die Saugeingang der Pumpe vorn und mittig im Gehäuse und die Druckabgänge seitlich oder oben am Pumpengehäuse.
Das Laufrad wird vom Motor des Löschfahrzeugs angetrieben.Am Laufrad sind Rippen angebracht, die bei dessen Drehung das Wasser mitnehmen sollen.
Funktionsweise:
Alle Kreiselpumpen arbeiten nach dem Prinzip der Fliehkraft. Das ist die selbe Kraft, die Sie nach außen drückt, wenn Sie um eine enge Kurve fahren. Das heißt, dass das Wasser im Pumpengehäuse durch die Rotation des Laufrades mitgenommen und so in Drehung versetzt wird. Durch die schnelle Drehung des Wassers wird es aus der Mitte heraus zum Rand des Gehäuses "geschleudert".
Durch den Andrang des Wassers am Gehäuse bildet sich dort ein höherer Druck aus. In der Mitte des Laufrades entsteht dagegen ein niedrigerer Druck.
Der hohe Druck kann sich beim Öffnen der Druckabgänge entspannen - Das Wasser fließt durch die Druckleitungen ab. Durch den Unterdruck in der Mitte, wird Wasser aus der Saugleitung in die Pumpe gesogen.
Die Förderleistung einer Kreiselpumpe ist somit Abhängig davon, wie gut diese den Druck an den Druckleitungen aufrechterhalten kann, obwohl der Druck durch die Strahlrohre "abgelassen" wird und wie einfach das Wasser aus der Saugleitung nachfließen kann.
Ohne Wasser in der Pumpe kann kein Druck aufgebaut werden → Es wird nichts gefördert.
Siehe auch: Ansaughilfen
Pumpenkennlinie von Wikipediabenutzer Kirsch
Wenn man in einem Diagramm den Druck der Pumpe und die geförderte Wassermenge gegeneinander aufträgt, ergibt sich eine Kurve (siehe Abbildung). Wie man sieht, ist der Druck am höchsten, wenn kaum Wasser gefördert wird. Je größer der Strom an Wasser, destso geringer wird der Druck - bis er quasi Null erreicht.
Ansaugen und dessen Probleme:
Im Abschnitt Funktionsweise wurde beschrieben, dass eine Kreiselpumpe fördert, indem sie das Wasser im Gehäuse in schnelle Drehung versetzt, um so Druck zu erzeugen. Es wird gleichermaßen ein Überdruck in der Druckleitung und ein Unterdruck in der Saugleitung erzeugt.
Um Wasser durch die Saugleitung hoch in die Pumpe zu drücken, muss in der Pumpe und deren Saugleitung ein Unterdruck herrschen. Da der Luftdruck in der Umgebung dann höher ist, als der Druck in der Saugleitung, wird das Wasser vom Luftdruck in die Leitung gedrückt.
Warum kann man nicht aus mehr als 10 Metern Höhe Ansaugen?
Das Wasser kann vom Luftdruck nur eine bestimmte Höhe nach oben gedrückt werden. Diese Höhe ist abhängig von folgenden Faktoren:
Dichte der Flüssigkeit
Fallbeschleunigung (Schwerkraft)
Druckunterschied
Die Faktoren 1 und 2 sind beim Fördern von Wasser und bei Fördern auf unserem Planeten ;-) leider keine Größen, die wir beeinflussen können.
Faktor Nummer 3 - der Druckunterschied zwischen Luftdruck und Saugdruck der Pumpe - können wir aber verändern! Indem wir den Druck der Pumpe weiter absenken, wird der Druckunterschied - und damit die mögliche Ansaughöhe - größer. Aber wo ist die Grenze und warum?
Der Luftdruck beträgt bekanntermaßen ungefähr 1 bar. Wenn wir also eine perfekte Pumpe haben, die auf ihrer Saugleitung ein Vakuum erzeugt, haben wir dort 0 bar.
Berechnung der bestmöglichen Saughöhe:
Es ergibt sich also unter perfekten Bedingungen eine maximale Saughöhe von knapp über 10 m.
Aber es gibt ein weiteres Problem:
(Um nicht unnötig komplizierte Prozesse beschreiben zu müssen, wird der folgende Teil vereinfacht)
Wir sind bei der Berechnung des Saugdrucks von einem perfekten Vakuum ausgegangen. Setzt man aber Wasser einem Unterdruck aus, setzt das den Siedepunkt des Wassers herab. Erreicht man einen Druck von kleiner als 0,023 bar (oder 2300Pa), dann kocht Wasser schon bei 20°C ! Bei wärmerem Wasser passiert das schon bei noch höheren Drücken.
Was passiert also Wenn man diese kritischen Drücke unterschreitet? Das Wasser in der Pumpe und in der Saugleitung fängt an zu kochen und wird zu Dampf. Dadurch reißt die Wassersäule in der Saugleitung ab. Es kann nicht weiter angesaugt oder Wasser gefördert werden. Außerdem entstehen durch sogenannte Kavitation Verhältnisse in der Pumpe, die diese stark beschädigen können. Es ist also ein Sicherheitsabstand vom kritischen Druck einzuhalten.
Wenn wir den kritischen Druck als 0,05 bar (5000 Pa) festlegen ergibt sich eine maximale Saughöhe von 9,7m.
Die Praxis
Keine Kreiselpumpe der Welt schafft es ein so gutes Vakuum zu erzeugen. Das liegt an Undichtigkeiten von Saugleitung und Pumpe und auch an Reibungsverlusten, die einen Druckverlust verursachen.
Nehmen wir also an, dass wir in der Praxis 0,25 bar am Saugkorb erreichen. Daraus ergibt sich eine praktische Saughöhe von maximal: 7,64 m.
Kavitation in der Pumpe kann durch den Maschinisten leicht anhand von lauten "prasselnden" Laufgeräuschen erkannt werden. Um die Kavitation zu unterbinden kann die Wassertemperatur abgesenkt werden (meistens nicht möglich) oder die Ansaughöhe durch Umsetzen des Fahrzeugs/der Pumpe verringert werden (auch nicht immer möglich).
Was kann man also tun, damit die Pumpe so wenig wie möglich beschädigt wird?
1. Situation dem Führungspersonal melden
Die Einsatzleitung kann dann die Einrichtung einer zweiten Wasserversorgung einleiten; z.B. aus einem Hydranten.
2. Laufzeit begrenzen
3. Hydranten statt offenem Gewässer.
Hydranten sind dank des Druckes im Trinkwassersystem weniger anfällig für Kavitation.
4. Weniger Wasser fördern
Weniger Wasser → weniger Reibungsverluste und geringerer Unterdruck an der Pumpe