Gefährliche Medien sicher fördern

Dichtung und Konstruktionsbesonderheiten bei schwierigen Fördermedien

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13.08.2020 Wenn die Prozessbedingungen schwierig werden, sind nicht nur besondere Pumpen gefragt, sondern vor allem auch besondere Abdichtungen. Welche Abdichtung für Kreiselpumpen wann sinnvoll ist, erfahren Sie hier.

Entscheider-Facts

  • Für das Fördern gefährlicher Medien sind die richtigen Pumpen-Dichtungskonzepte nötig.
  • Bei hohem Gefährdungspotenzial sind magnetgekuppelte Pumpen die bessere Lösung.
  • Eigensichere Konstruktionen erlauben es, auf teure Zusatzeinrichtungen zu verzichten.

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Die selbstregelnden Spezialkreiselpumpen meistern schwierige Förderaufgaben. Bilder: Bungartz

Dichtungssysteme für Kreiselpumpen richten sich in erster Linie nach der Art der Anwendung bzw. nach dem zu fördernden Medium. Zu unterscheiden sind ungefährliche Medien, Medien mit mittlerem bis hohem Gefährdungspotenzial und gefährliche Flüssigkeiten. Feststoffe oder gashaltige Medien sind ebenso zu berücksichtigen wie korrosive oder explosive Stoffe. In Kombination mit einer intelligenten Konstruktion ergeben sich vielseitige und kostensparende Möglichkeiten.

Bei Kreiselpumpen besteht die Aufgabe der Dichtung darin, einen Austritt des Mediums zwischen rotierender Welle und stationärem Gehäuse zu vermeiden. Für die Auswahl der geeigneten Abdichtung der Pumpenwellen zur atmosphärischen Umgebung und den Arbeitsflüssigkeiten spielt das Gefährdungspotenzial eine Rolle. Aus den zu erwartenden Umwelt und GesundheitsGefahren (z. B. MAK-Werte) ergeben sich Vorschriften und Angaben zu geeigneten Wellendichtungen (z. B. TA-Luft, Atex). Die Auswahl an Dichtungssystemen für ungefährliche Medien ist naturgemäß am größten: Neben klassischer Stoffbuchse (auch in Kombination mit einer hydrodynamischen Abdichtung) oder Gleitringdichtung sind auch zur Umgebung offene Labyrinthdichtungen mit Förder- und Sperreinrichtungen, Stopfbuchspackungen aus verschiedenen Stoffen, die durch Wasser, Fett oder Grafit geschmiert werden, oder Wellendichtringe im Einsatz.

Für Medien mit mittlerem bis hohem Gefährdungspotenzial bieten sich an: Doppelgleitringdichtungen, Magnetkupplungen und der Spaltrohrmotor. Bei den doppelten Gleitringdichtungen setzt man in der Regel flüssigkeitsgeschmierte oder gasgeschmierte Dichtungen ein. Diese haben den Nachteil, dass dafür Sperrsysteme notwendig sind. Das ist aufwendig und die Wartungskosten sind hoch. Magnetgekuppelte Pumpen sind die bessere Lösung. Hier trägt die Motorwelle in sogenannter Blockbauweise einen Außenmagnetrotor. Dieser überträgt die Magnetkräfte durch einen Spalttopf auf den Magnetinnenrotor. Das Fördermedium umströmt den Spalttopf und die Gleitlager.

Die Schwierigkeit: Herkömmliche Magnetkupplungs- und Spaltrohrmotorpumpen arbeiten nicht unabhängig vom Fördermedium. Sie dürfen nicht trockenlaufen. Deshalb ist bei feststoff-, gashaltigen und magnetisierbaren Medien eine Fremdspülung unerlässlich. Um die geforderte Trockenlaufsicherheit zu erreichen, sind aufwendige und kostenintensive Zusatzmaßnahmen notwendig. Die Konstruktion einer hermetisch dichten Spezialkreiselpumpe ist so angelegt, dass Lagerung und Magnetkupplung keinen Kontakt zum Fördermedium haben. Dieser horizontale Pumpentyp ermöglicht einen flüssigkeitsunabhängigen Einsatz.

Eigensichere Konstruktion, Schutz durch Lippendichtung

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Der Heliumlecktest wurde in Deutschland durch den TÜV durchgeführt.

Vertikale Spezialkreiselpumpen mit Magnetkupplung nutzen in ihrer Konstruktion die Physik so, dass sie trockenlauf- und eigensicher arbeiten. Die Basis bildet ein wirbelstromfreier Spalttopf, der das Drehmoment vom Motor zur Pumpenwelle überträgt. Die fettgeschmierte Lagerung, die ohne Medienschmierung auskommt, befindet sich innerhalb der robusten Pumpe. Diese Spezialkreiselpumpen arbeiten ohne mechanische oder elektrische Regeleinrichtung und passen sich selbsttätig regelnd veränderlichen Zulaufmengen an. Ihr NPSH-Wert liegt bei Null, sodass sie kavitationsfrei arbeiten.

Weil die Pumpen eigensicher sind, kann auf die sonst üblichen Zusatzeinrichtungen wie Min/Max-Schaltung, Drehzahlregelung mittels Frequenzumrichter oder Volumen­strommessung verzichtet werden. Frühzeitig geplant, lassen sich so auch Investitionskosten für den Bau von Gruben, Gerüsten oder Puffertanks vermeiden.

Dass sich dies auszahlt, wird am Beispiel einer Kondensatförderung deutlich: Aus einem Wasser-Dampf-Kreislauf wird ein siedend heißes Medium gefördert, das hohe Turbulenzen im Tank verursacht. In einen Ausdampfbehälter (Flashtank) geleitet, wird es nach entsprechender Abkühlung im Prozessverlauf in einen Neutralisationsbehälter gepumpt. Herkömmliche Pumpen benötigen hier zusätzlich einen Kondensatsammelbehälter, um ein nahezu dampffreies Kondensat vorzuhalten.

Weiterhin wäre eine zusätzliche Niveausteuerung notwendig, damit der Stand höher ist als der NPSH-Wert der Pumpe (NPSHA > NPSHR+0,5 m). Diese Installation erfordert eine Bauhöhe, die oft nur durch den Bau einer Grube erreicht werden kann. Durch einen Druckausgleich haben diese Pumpen einen NPSHR-Wert nahe null und können direkt aus dem Tank fördern. Gas oder Dampf werden über eine Ausgleichsleitung abgeführt. Selbst bei mitgerissenen Gas- bzw. Dampfblasen kommt es zu keinem Strömungsabriss. Auch große Feststoff- und Gasmengen sind zulässig.

Trockenlauf über mehrere Stunden möglich

Vor der ersten Lagereinheit eingesetzt, schützen spezielle gasgesperrte Lippendichtungen vor den Produktgasen. Sollte die Sperrgaszufuhr ausfallen, legen sich die Lippendichtungen auf die Welle und laufen trocken sicher weiter. Bei gasgesperrten Gleitringdichtungen würde der Sperrgasausfall sofort zu einem Schaden führen. Für die Lippendichtungen besteht keine Gefahr: Ein Trockenlauf über mehrere Stunden ist zulässig. Weitere Vorteile: anwendungssicher, wartungsarm und kostensparend. Die gasgesperrte Anordnung der Lippendichtungen wurde durch den TÜV einem Heliumlecktest unterzogen und ist nach den Bestimmungen der TA-Luft zugelassen.

In Anlagen mit gashaltigen Gemischen oder Medien am Siedepunkt haben sich die vertikalen Spezialkreiselpumpen bewährt. Sie sind zur Förderung toxischer Abwässer, gefährlicher oder ausgasender Flüssigkeiten bis hin zu feststoffhaltigen, schlammigen, kristallisierenden oder korrosiven Medien weltweit im Einsatz.

Schwierige Förderaufgaben bedürfen oft einer innovativen Dichtungstechnologie und einer intelligenten Pumpenkonstruktion. Werden die Pumpen speziell für jeden Anwendungsfall individuell konzipiert, ausgelegt und einzeln oder in Kleinserien gefertigt, sind vielfältige Lösungen möglich. Die Spezialkreiselpumpen mit trockenlaufenden Magnetkupplungen sind beispielsweise bewährte Modelle, die sich durch eine hohe Betriebszuverlässigkeit, Wartungsintervalle von mindestens drei Jahren und eine sehr lange Lebensdauer auszeichnen. Kern des Konzeptes sind der trockenlaufende Innenrotor und die trockenlaufende Lagereinheit. Das Konzept lässt sich auf alle Pumpengrößen übertragen. Pumpen mit Magnetkupplungen bis zu 1.300 Nm Antriebsmoment (Motor 132 kW / 1.450 1/min) sind keine Seltenheit. Auch größere Leistungen sind aufgrund des Konzeptes einfach zu realisieren.

Eigensicherheit, Trockenlaufsicherheit

Viele Pumpen nutzen das zu fördernde Medium, um die Gleitlager ausreichend zu schmieren und die eingesetzte Dichtung zu kühlen. Trockenlaufsicherheit ist die Fähigkeit einer Pumpe, dauerhaft ohne Medium zu arbeiten. Durch eine Entkopplung der Lager und Dichtungseinheit von der Förderflüssigkeit wird dies erreicht. Eigensicherheit ist eine technische Eigenschaft eines Gerätes oder Systems, die aufgrund spezieller Konstruktionsprinzipien sicherstellt, dass selbst bei einem Fehlverhalten kein unsicherer Zustand auftritt. Herkömmliche Magnetkupplungs und Spaltrohrmotorpumpen arbeiten nicht unabhängig vom Fördermedium. Sie dürfen nicht trockenlaufen.

 

Heftausgabe: August 2020
Annette van Dorp für Bungartz Pumpen

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Annette van Dorp für Bungartz Pumpen
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