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Kreiselpumpe mit trockenlaufender Magnetkupplung

Die Kreiselpumpe, die trocken läuft

17.08.2007 | Redakteur: Dr. Jörg Kempf

Bei der MPCHDryRun handelt es sich um eine robuste, dauerhaft trockenlauffähige magnetgekuppelte Spiralgehäusepumpe mit einstufigem geschlossenen oder halboffenen Radiallaufrad. Die mechanisch leicht vorgespannte Wälzlagerung ermöglicht dabei einen Betrieb ohne jede Flüssigkeitsfüllung.

Spezialpumpen sind ihre Leidenschaft, schwierige Fördermedien ihre Spezialität. Eine neue Idee der pfiffigen Problemlöser von Bungartz ist die neu konzipierte Horizontal-Kreiselpumpe MPCHDryRun. Besonderes Merkmal: Sie läuft auch, wenn sie trocken läuft.

Ob Säuren, Laugen, toxische, korrosive, wertvolle oder gashaltige Lösungen, ob Flüssigkeiten nahe des Siedepunktes oder Flüssigkeits-Schmelzen, ob Suspensionen und Schlämme oder explosible, auskristallisierende, gelierende oder klebrige Flüssigkeiten: Die Spezialisten des Pumpenbauers Bungartz aus Düsseldorf versprechen für nahezu jede Förderaufgabe eine Lösung. Jüngste Entwicklung ist die Horizontal-Kreiselpumpe MPCHDryRun, mit der insbesondere das Problem Trockenlauf angegangen wurde.

Marktübliche magnetgekuppelte Pumpen, bei denen vom Förderprodukt geschmierte Gleitlager eingesetzt werden, dürfen nicht trockenlaufen und sind empfindlich bei Feststoffen im Fördermedium. Um die TA-Luft einzuhalten, sind aber auch bei schwierigen – toxischen oder aggressiven – Fördermedien hermetische Pumpen unverzichtbar.

Die Herausforderung

Die Herausforderung, Lagerung und Magnetfeldübertragung hermetisch, ausfallsicher und unabhängig vom Fördermedium zu gestalten, führte Bungartz zum Konzept der trockenlaufenden Magnetkupplung. Die Hauptziele bestanden darin, den Trockenlauf unbegrenzt zuzulassen und Feststoffe im Fördermedium von der Lagerung und Dichtung fernzuhalten.

Die hermetisch abgedichtete Kreiselpumpe MPCHDryRun durchbricht alte Grenzen der magnetgekuppelten Pumpen hinsichtlich Betriebsweise und zulässiger Feststoff- und Gasanteile im Fördermedium, da die eingesetzte Dichtungs- und Lagertechnologie unabhängig vom Fördermedium arbeitet. Damit ist sie für fast jedes flüssige Fördermedium einsetzbar. Kritische Betriebszustände, z.B. bei verstopften Sieben, leeren Behältern oder Durchflussabriss, können ihr nichts anhaben. Sind diese Störungen beseitigt, kann der Betrieb ohne jeglichen Aufwand wieder aufgenommen werden.

Konstruktion und Funktionsweise der Pumpe

In Abmessungen und Anschlussmaßen entspricht der Pumpenkopf den marktüblichen Norm-Pumpen. Bei der Umrüstung einer bestehenden Anlage können also alle Rohrleitungen verbleiben. Der Lagerträger besteht aus einer Welle mit fettgeschmierten Wälzlagern. Diese erreichen eine kalkulierte Lebensdauer von mindestens 32 000 h und sind nur alle drei Jahre zu warten.

Zwischen der Laufradrückseite und der Wellenlagerung befindet sich der vom Sperrgas durchströmte produktfreie Labyrinthbereich, der zur Produktseite hin von Stickstoff (50 l/h) durchströmt wird. Diese Absperrung bewirkt einen hohen Temperaturgradienten und damit auch bei heißen Flüssigkeiten eine niedrigere Lagertemperatur. Die eigentliche sichere Abdichtung übernimmt die so genannte Magnetkupplung. Da die Lagerung sowie die Magnetkupplung keinen Kontakt zum Fördermedium haben, ist ein universeller, d.h. nahezu flüssigkeitsunabhängiger Einsatz möglich. Dazu stehen verschiedene Laufradgeometrien zur Verfügung.

Elektrische Nichtleiter sind gefragt

Der trockene Betrieb einer Magnetkupplung ist nur möglich, wenn der zwischen innerem und äußerem Magnetrotor befindliche Spalttopf eine wirbelstromfreie Magnetfeldübertragung ermöglicht, was nur durch Einsatz elektrischer Nichtleiter wie Kunststoffe oder Keramiken umzusetzen ist. Ein metallischer Spalttopf dagegen würde sich aufgrund der Wirbelströme in kurzer Zeit auf hohe Temperaturen erhitzen, was zunächst zu einer Entmagnetisierung und nach einigen Minuten zu einem Totalschaden von Kupplung und Lagerung führen würde.

Auch das Lager muss trockenlaufend sein

Zwingend erforderlich ist zudem die Entwicklung einer trockenlaufenden Lagerung. Die seit einigen Jahren in kleinen Stückzahlen gefertigten keramischen Wälzlager sind für einen kurzfristigen Trockenlauf zwar geeignet, nicht aber für den dauerhaften Trockenlauf unter der hohen mechanischen Belastung hydraulischer Pumpenkräfte. Grundsätzlich überstehen auch Gleitlager einen kurzzeitigen Trockenlauf. Da sie sich dadurch jedoch überhitzen, kann dies bei einem späterem Eintritt kälterer Pumpflüssigkeit zu einem Platzen der Lagerschalen führen. Diese Probleme wurden durch das neue Konzept gelöst.

Der „Knackpunkt“ liegt im Labyrinth

Der Hauptproblem der Konstruktion war die Trennung zwischen Produktraum und Lager. Es wurde durch die Entwicklung einer speziellen, vom Sperrgas durchströmten Labyrinthdichtung gelöst. Die erforderliche Sperrgasmenge entspricht in der Größenordnung der der gasgesperrten, doppelten Gleitringdichtung. Durch eine hydrodynamische Entlastung des Wellenspaltes liegt der erforderliche Sperrgasdruck bei atmosphärischen Zulaufbedingungen in der Regel nicht über 3 bar. Durch den nur gering belasteten Spalttopf, der in einer Gasatmosphäre unter diesem geringen Sperrdruck berührungsfrei arbeitet, wird ein hoher Sicherheitsstandard erreicht.

Ein etwaiger Alarm auslösender Sperrgasausfall stellt keine unmittelbare Gefahr für die Lagerung dar, da zwischen Labyrinth und Lagerung eine trockenlaufende Notdichtung viele Stunden ohne Sperrung arbeitet. Die Wälzlagerung dieser Pumpe erreicht eine hohe Lebensdauer und ist wartungsfrei. Die Auslegung der Lager ermöglicht einen Pumpenbetrieb ohne jede Flüssigkeitsfüllung, also ohne hydraulisch verursachte Lagerkräfte.

Modular aufgebaut

Seit der Achema 2006, auf der das neue System erstmals vorgestellt wurde, liegen inzwischen bereits umfangreiche Erfahrungen vor, beispielsweise im Dauereinsatz mit Temperaturen von über 200 °C. Mittlerweile wurde die Produktfamilie komplettiert. Die Baureihe ist modular aufgebaut und besteht aus 32 Pumpenköpfen, drei Lagerträgern und vier Magnetkupplungsgrößen. Antriebsleistungen von 132 kW bei 1450 1/min sind somit ausführbar.

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