Pumpe im Bergwerk

Bild: happystock – stock.adobe.com; Netzsch

  • Wie in der Chemie stellen abrasive Medien auch im Bergbau eine große Herausforderung dar.
  • In einer Kohlemine waren die Komponenten eines Aggregats nicht optimal darauf abgestimmt, sodass die Pumpe alle zwei bis drei Monate gewartet werden musste.
  • Ein eigens für diese Anwendung ausgelegtes Aggregat – unter anderem mit einem Stator aus Nitrilkautschuk ausgestattet – erhöhte die Lebensdauer um 400 %.

In einer Mine in Ostindien entsteht beim Abbau der Kohle im Streb viel Staub, der sich anschließend direkt im Abbaubereich mit Sickerwasser vermischt und in der Nähe der kontinuierlichen Abbau-Maschine ansammelt. Damit die Abbau-Maschine zum Schneiden der Kohle in der unterirdischen Mine vorwärts fahren kann, muss der so gebildete Schlamm vom Ortsstoß – also der Stelle, an welcher der Vortrieb stattfindet – entfernt werden. Zu diesem Zweck kam eine Pumpe zum Einsatz, die den Kohleschlamm zum nächstgelegenen Sumpf beziehungsweise auf die nächstgelegene Ebene transportieren sollte.

Angesichts der Bedingungen unter Tage gab es dabei verschiedene Herausforderungen: Da das Aggregat aus Platzgründen nicht im Strebbereich oder in der Nähe des Sumpfes installiert werden konnte, bestand ein hohes Trockenlaufrisiko. Zusätzlich wies die Pumpe eine lange Saugleitung auf, wodurch es zu einem schlechten NPSHa-Wert kam. Aufgrund der großen Entfernung zwischen Abbaufront und Kohlesumpf musste das Aggregat außerdem mit einem negativen Sog zurechtkommen sowie in der Lage sein, das abrasive Medium mit schwankender Feststoffkonzentration, -größe und -konsistenz zuverlässig zu transportieren.

Bisherige Pumpe mit viel Verschleiß und Problemen bei der Ansaugung

Kohleschlamm
Den Kohleschlamm hat vorher eine direkt angetriebene Standard-Exzenterschnecken-Pumpe transportiert. Bilder: Netzsch

Für den Kohleschlammtransport wurde vom Minenbetreiber bis Mitte 2018 eine Standard-Exzenterschneckenpumpe eingesetzt. Aggregate dieses Typs eignen sich aufgrund ihres speziellen Förderprinzips grundsätzlich sehr gut für derartige Aufgaben. Sie basieren auf einem Rotor, der sich oszillierend in einem geometrisch auf ihn abgestimmten, feststehenden Stator dreht. Bei der Rotation ergeben sich durch die exakte Geometriepaarung in sich geschlossene Förderkammern mit konstantem Volumen, in denen das Medium von der Saug- zur Druckseite transportiert wird. Auf diese Weise wird sowohl eine Rückströmung verhindert als auch eine volumen- und druckstabile Bewegung des Förderguts sichergestellt, sodass keine Scherkräfte und kaum Pulsation auftreten. Gleichzeitig sind Viskosität und Konsistenz des Mediums bei diesem Verfahren unerheblich für die Leistung. Somit sind die Aggregate problemlos in der Lage, auch unterschiedliche Feststoffgehalte zu verarbeiten und es entsteht kein Verstopfungsbereich in der Pumpe. Je nach Beschaffenheit und Stückigkeit des Mediums muss dafür lediglich die Bauform mit der passenden Durchgangsgröße gewählt werden.

Schlamm
Mit der alten Pumpe gabe es regelmäßig Schwierigkeiten mit Trockenlauf sowie beim Ansaugen der Schlämme.

Das Aggregat in der Untertage-Mine hatte jedoch mit einigen Schwierigkeiten zu kämpfen. Die Standard-Pumpe wurde von Motoren mit 720 beziehungsweise 950 U/min direkt angetrieben und wies durch den Kontakt mit dem abrasiven Kohleschlamm eine schnelle Abnutzung an Rotor und Stator auf. Daher musste sie alle zwei bis drei Monate gewartet und ein Austausch der betroffenen Teile vorgenommen werden. Aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeit des Pumpenrades von 720/950 rpm war auch ein häufiger Wechsel anderer Komponenten wie der Kupplungsstange und der Gelenke notwendig. Hinzu kamen Vibrationen und eine deutliche Geräuschproduktion im Betrieb. Zusätzlich hatte das Aggregat manchmal Schwierigkeiten beim Ansaugen des Schlamms. Die Pumpe saugte aufgrund einer Beschädigung des Saugschlauchs während der Maschinenbewegung zusammen mit dem Schlamm Luft an. Das führte zu einem Problem mit dem Fußventil. Wegen der schlechten Ansaugbedingungen litt die Pumpe an Kavitation und Trockenlauf. Deshalb entschied sich der Minenbetreiber, das Aggregat durch eine neue, auf die Anwendung abgestimmte Exzenterschneckenpumpe mit einer längeren Lebensdauer, einer besseren Handhabung des Schlamms sowie einem störungsfreien Betrieb auszutauschen.

Neue Pumpe mit robusterem Stator und Rotor

Rotor
Beim neuen Aggregat wurde ein Rotor aus verchromtem Werkzeugstahl verbaut.

Die Wahl fiel auf eine Nemo-Pumpe von Netzsch, die eigens für die Anwendung in der Kohlemine ausgelegt wurde. Im Gegensatz zum direkt angetriebenen Vorgängermodell mit einstufigem Stator ist die neue Pumpe mit einem Stator mit 1L-Geometrie ausgestattet. Damit verfügt die Pumpe über eine bessere Dichtstelle und eine bessere Passung von Rotor und Stator. Außerdem wird sie mit einem Getriebemotor angetrieben. Da als Materialien für Rotor und Stator Nitrilkautschuk und verchromter Werkzeugstahl ausgewählt wurden, die besonders gut für das abrasive Medium geeignet sind, erhöhte sich die Lebensdauer dieser Komponenten deutlich. Zudem wirken sich die widerstandsfähigeren Komponenten positiv auf die „Mean Time between Failures“ aus, was auch mit einer Kostenersparnis einhergeht. Des Weiteren verfügt die Pumpe über einen Getriebemotor, der unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Fluids mit mehr als 1,3 m/s rotiert, damit der Schlamm nicht sedimentiert. „Dies führt zu weniger Vibrationen und Geräuschen, was die Lebensdauer der Pumpe weiter erhöht“, erklärt Roger Willis, globaler Geschäftsfeldleiter Chemie und Papier des Pumpenherstellers. „Zu diesem Zweck wurden auch Förderstrom und Druckbereich auf den Transport von Kohleschlamm angepasst.“ Da es sich um eine selbstansaugende Pumpe handelt, kann sie über lange Strecken das Medium ansaugen. Um das Risiko eines Trockenlaufs zu minimieren, wurde das Aggregat mit einem Trockenlaufschutz ausgestattet und das Personal in der Bedienung der Pumpe und in vorbeugender Wartung geschult.

Die neue Pumpe ist seit August 2018 in der Mine in Ostindien im Einsatz. Der Betreiber konnte feststellen, dass das Aggregat den Schlamm im Gegensatz zum Vorgängermodell sehr effektiv abtransportiert. Zudem zeigt sich die erhöhte Lebensdauer der Komponenten deutlich daran, dass nur noch alle acht bis zehn Monate eine Wartung notwendig ist. Damit steigerte sich die Lebensdauer um etwa 400 %. Auch Vibrationen oder eine übermäßige Geräuschentwicklung sind seit dem Wechsel des Aggregats nicht mehr aufgetreten. Nach der ersten erfolgreichen Installation einer Pumpe in dieser Anwendung hat sich der Minenbetreiber entschlossen, weitere Pumpen des Herstellers einzusetzen.

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