Jörn Häußler Bernt Wilhelmi

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1 Veranstaltung: F-Ma Ausbildungseinheit: Der Saugvorgang Thema: Ausgabe: Zuständig: Bearbeitet von: Literaturhinweis: Abteilung T Jörn Häußler Bernt Wilhelmi

2 Inhalt 1 Allgemeines Lufthülle Saugvorgang (Entlüften) Saughöhen Theoretische Saughöhe Praktische Saughöhe Geodätische Saughöhe Manometrische Saughöhe Trockensaugprüfung Quellenverzeichnis

3 1 Allgemeines Soll eine Feuerlöschkreiselpumpe Wasser fördern und wird ihr dieses Wasser nicht unter Druck aus der Zentralen Wasserversorgung (Hydranten) oder von einer anderen Feuerlöschkreiselpumpe zugeführt, muss sich die Feuerlöschkreiselpumpe das Wasser (z. B. aus einem Fluss) selbst heranholen. Diesen Vorgang nennt man Saugvorgang, man spricht von Ansaugen. Die Kraft, die das Wasser z. B. aus einem tiefer liegenden Fluss in die Pumpe befördert, kommt von dem Druck, den die Lufthülle der Erde ausübt (Luftdruck). Da eine Feuerlöschkreiselpumpe nicht selbstansaugend ist, wird dieser Vorgang in der Regel durch eine Entlüftungseinrichtung übernommen. 2 Lufthülle Die gesamte Erdkugel ist von einer Lufthülle (Atmosphäre) umgeben. Sie ist viele Kilometer dick und wird von der Erde angezogen. Aufgrund ihrer Masse übt sie einen Druck auf die Oberfläche der Erde aus. In Meereshöhe (Normal Null = NN) lastet auf jedem Quadratzentimeter der Erdoberfläche unter Normalbedingungen eine Luftsäule mit der Masse von 1,033 kg. Das entspricht ungefähr dem Druck, den eine Wassersäule von 10,33 m Höhe auf 1 cm 2 Fläche ausübt. Abb. 1: Lufthülle 3 Saugvorgang (Entlüften) Der Saugvorgang ist nichts anderes als das Luftleermachen, also das Entlüften eines Hohlkörpers, z. B. der Saugleitung. Vor dem Entlüften herrscht normalerweise innerhalb und außerhalb der Saugleitung der Umgebungsluftdruck, so dass praktisch ein Druckgleichgewicht besteht. 2

4 Wird die Saugleitung entlüftet, verringert sich in ihr der Luftdruck; somit wird das Gleichgewicht gestört. Der außerhalb der Saugleitung auf die Wasseroberfläche wirkende Luftdruck pflanzt sich natürlich auch im Wasser nach allen Richtungen gleichmäßig fort und drückt nach dem Entlüften das Wasser in der Saugleitung so lange nach oben, bis das Gleichgewicht zwischen innen und außen wieder hergestellt ist. Man erkennt daran, dass der Saugvorgang in Wirklichkeit ein Druckvorgang ist, der dadurch ermöglicht wird, dass die Saugleitung entlüftet (luftleer) wird und der äußere Luftdruck das Wasser in diese hineindrückt. Abb. 2: Entlüftungsvorgang 4 Saughöhen Als Saughöhen werden unterschieden: - theoretische Saughöhe - praktische Saughöhe - geodätische Saughöhe - manometrische Saughöhe 4.1 Theoretische Saughöhe Unter Normalbedingungen würde auf Meereshöhe (NN) bei einem Luftdruck von hpa und einer Wassertemperatur von 4 C die Wassersäule bei vollständig entlüfteter Saugleitung genau 10,33 m hochgedrückt werden. Diese Höhe bezeichnet man als die theoretische Saughöhe. 3

5 In der Praxis kann die theoretische Saughöhe nicht erreicht werden, da nachfolgende Faktoren die theoretische Saughöhe beeinflussen: - Wetterlage - Höhenlage - Wassertemperatur Diese Faktoren bezeichnet man als Saughöhenverluste oder auch äußere Saughöhenverluste. Auswirkungen der äußeren Saughöhenverluste auf die theoretische Saughöhe durch: Wetterlage fallender Luftdruck (Tiefdruckgebiet) -> Saughöhenabnahme steigender Luftdruck (Hochdruckgebiet) -> Saughöhenzunahme Höhenlage abnehmende Höhenlage -> Saughöhenzunahme; da der Luftdruck (Luftgewicht) zunimmt! zunehmende Höhenlage -> Saughöhenabnahme; da der Luftdruck (Luftgewicht) abnimmt Ortshöhe über NN Luftdruck am Standort Abnahme Saughöhe Restliche theor. Saughöhe [hpa] ,00 10, ,12 10, ,24 10, ,36 9, ,48 9, ,62 9, ,74 9, ,86 9, ,99 9, ,11 9, ,23 9,10 Tab. 1: Veränderung der Saughöhe bei einer Wassertemperatur von 4 C und bei zunehmender Höhenlage bzw. verändertem Luftdruck am Standort Merke: Abnahme Saughöhe pro 100 m Höhendifferenz ~ 0,12 m 4

6 Wassertemperatur Da sich durch die Erhöhung der Wassertemperatur der Dampfdruck (Wasserdampfbildung) erhöht und einen Gegendruck erzeugt, bedeutet dieses: zunehmende Wassertemperatur = Saughöhenabnahme Wassertemperatur C Abnahme Saughöhe Restliche theor. Saughöhe 4 0,00 10, ,12 10, ,24 10, ,43 9, ,75 9, ,26 9, ,03 8, ,18 7, ,83 5, ,15 3, ,33 0,00 Tab. 2: Veränderung der Saughöhe bei einem Luftdruck von hpa und zunehmender Wassertemperatur Merke: Abnahme Saughöhe pro 10 C ~ 0,12 m (bis ca. 25 C) 4.2 Praktische Saughöhe Für die praktische Saughöhe, die bei einem Feuerwehreinsatz erreicht werden kann, müssen von der theoretischen Saughöhe noch weitere Verluste abgerechnet werden. Diese Verluste bezeichnet man als Saughöhenverluste oder Innere Saughöhenverluste. Die Verluste entstehen durch: - unvollkommene Entlüftung (z.b. durch Undichtigkeiten in Saugleitung und Pumpe) - Beschleunigungsverluste (Wasser muss in Bewegung versetzt werden) - Bewegungswiderstände in Saugleitung, Saugkorb und Armaturen (Verluste durch Reibung) Für die Saughöhenverluste muss für die Praxis ein Pauschalwert von 15 % von der theoretischen Saughöhe abgezogen werden. 5

7 Beispiel: theoretische Saughöhe bei einer Wassertemperatur von 4 o C, einem Luftdruck von hpa und NN: abzüglich 15 % Verlust praktische Saughöhe 10,33 m - 1,55 m 8,78 m Für die Praxis kann die praktische Saughöhe mit ausreichender Genauigkeit durch folgende Berechnung für einen Standort ermittelt werden. Beispielaufgabe: Standort über NN 600 m Ortsbarometerstand 941 hpa Wassertemperatur 20 C Berechnung: theoretische Saughöhe bei 4 C Wassertemperatur nach Tabelle in Abb. 4 Abnahme bei 20 C nach Tabelle in Abb. 5 verbleibende theoretische Saughöhe abzüglich 15 % Saughöhenverluste praktische Saughöhe 9,59 m - 0,24 m 9,35 m - 1,40 m 7,95 m 4.3 Geodätische Saughöhe Als die geodätische Saughöhe (H S geo ) wird die Höhendifferenz in Metern zwischen der Eintrittsmitte des ersten Laufrades und dem saugseitigen Wasserspiegel bei mbar und einer Wassertemperatur von 4 C bezeichnet. Für die Praxis muss der Maschinist beachten, dass große geodätische Saughöhen sich nachteilig auf die Wasserförderung auswirken. Merke: Kleine geodätische Saughöhe bei einem Feuerwehreinsatz wählen! Da die geodätische Saughöhe eine Angabe in Meter ist, kann der Maschinist sie an einem Druckmesser nicht direkt ablesen. Er kann sie aber aus der Druckanzeige am Eingangsdruckmesser ableiten. Beispiel: Eine Anzeige auf dem Eingangsdruckmesser von -0,5 bar bei einem Förderstrom von 0 l/min bedeutet eine geodätische Saughöhe von 5 m. 4.4 Manometrische Saughöhe Die manometrische Saughöhe setzt sich zusammen aus der geodätischen Saughöhe und der Summe aller Saughöhenverluste. Sie kann am Eingangsdruckmanometer aus dem angezeigten Druckwert abgeleitet werden. 6

8 5 Trockensaugprüfung Die Trockensaugprüfung ist eine Prüfung, bei der die Dichtheit und Leistung der Entlüftungseinrichtung sowie die Dichtheit der Feuerlöschkreiselpumpe überprüft wird. Sie ist in der DIN EN festgelegt. Dabei muss die Feuerlöschkreiselpumpe ohne Saugschläuche in höchstens 30 s Entlüftungsdauer ein Druck von mindestens -0,8 bar erreichen. Die Blindkupplungen an den Druckausgängen sind dabei abgekuppelt. Nach Stillsetzen der Entlüftungseinrichtung der Pumpe darf der erzielte Druck innerhalb einer Minute höchstens um 0,1 bar steigen (d.h. von -0,8 bar auf -0,7 bar steigen). 6 Quellenverzeichnis 1. Hessische Landesfeuerwehrschule Abb. 2 bis 9 Tab. 1 und 2 2. Staatliche Feuerwehrschule Würzburg Abb. 1 7