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Pumpen und Pumpensysteme

17. Pumpen-Forum 2019: Über digitale Zwillinge und analogen Verschleiß

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Keineswegs: Als Kunden in der Pumpenbranche konnte Ianus beispielsweise das Unternehmen Habermann Aurum gewinnen, auch ein weltweit aktiver Hersteller von Exzenterschneckenpumpen arbeitet mit Ianus zusammen. Die Kosten für den digitalen Zwilling einer Standard-Kreiselpumpe beziffert Tobias Herken auf Nachfrage der Redaktion auf rund 10.000 € – das scheint im Hinblick auf die nutzbaren Vorteile ein überschaubarer Betrag.

Impressionen der Förderprozessforen 2019

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Hoch interessant für Produktmanager der Pumpenanbieter: Neben Änderungen der Geometrie können auch unterschiedliche Verfahrensparameter oder Medien schnell und einfach am Computer ausgewählt werden, um noch vor der Produktion einen Eindruck der Geometrie zu gewinnen. Mit Hilfe von Werkzeugen wie Machine-Learning und neuronalen Netzen ist es möglich, das optimale Modell oder die optimale Geometrie einer Pumpe für die Anforderungen eines bestimmten Prozesses zu definieren.

Dazu passend ein praktischer Tipp von Manfred Thamm (Pumpenexpertise NRW): “Eine zu große Palette an Produkten (‚Wir können alles!‘) ist aus Sicht des Betreibers eher mit Misstrauen zu betrachten; besser ist es, wenn sich der Anbieter auf eine Sache konzentriert.“ Und: Bei allen Planungen sollte ein Praktiker mit Erfahrung dabei sein, der schon mal bestimmte Pumpen in seiner Anlage betrieben hat.

CO2 kann auch nützlich sein

Kohlendioxid hat derzeit eine schlechte Presse – fürs Klima ist CO2 bekanntermaßen schädlich. Dr.-Ing. Hans-Joachim Johl (Lewa) weiß aber auch von guten Seiten zu berichten, nämlich beim Einsatz als überkritisches Fluid zur Extraktion von Wert- und Wirkstoffen. Lewa offeriert dazu hygienegerechte Hochdruck-Membranpumpen, die wesentliche Anforderungen für solche Verfahren erfüllen: Eine Doppel-PTFE-Membran, FDA-Konformität, geringe Wartungsanforderungen und lange Standzeit.

Langjährige Erfahrung bei der Auslegung von Hochdruckpumpen für die Implementierung in 24/7-Betriebsweisen bei Anlagen für SFE- (überkritische Extraktion), SFC- (überkritische chromatografische Aufreinigung) und SMB- (kontinuierliche Chromatografie)-Verfahren sind für ihn unabdingbar.

News zu Stählen, Kunststoffen uns Keramiken

Korrosionsbeständige Stähle als Pumpenwerkstoff weisen ein limitiertes Verschleiß- und Schwingverhalten auf. Mit dem Kolsterisieren (ein thermochemisches Oberflächenhärten < 500°C) und das S³P-Verfahren ist es möglich, die Verschleißfestigkeit von korrosionsbeständigen Stählen zu verbessern, ohne die Korrosionsbeständigkeit zu verlieren, berichtete Alexandra Friedrich (Bodycote). Hierbei wird die äußerste Werkstoff-Randschicht mittels Diffusion hoher Konzentrationen an Kohlenstoff und/oder Stickstoff modifiziert. Untersuchungen zeigen ein deutlich verbessertes Schwingverhalten unter korrosiver Belastung und eine um den Faktor 10 geringere Verschleißrate. Wichtig zu wissen: Die so behandelten Stähle bleiben in Form und Dimension erhalten!

Thomas Schäfer (Habermann Aurum) widmete sich in seinem Beitrag den Slurry-Pumpen (“Verschleiß lässt sich mindern, nicht verhindern!“). Eine zentrale Botschaft: Die Lage des Betriebspunktes entscheidet über die Lebensdauer der Pumpe. Am optimalen Betriebspunkt laufe jede Pumpe besonders verschleißarm. Ein Tipp: Große Laufraddurchmesser und niedrige Drehzahlen minimieren den Verschleiß.

Chemiepumpe aus Kunststoff

Die wenigsten Betreiber setzen bei anspruchsvollen chemischen Förderprozessen mit abrasiven und/oder hochviskosen Medien auf Kunststoffpumpen. Anhand von exemplarischen Anwendungsbeispielen erläuterte Steffen Jürgens (Stübbe), wie durchdachte Konstruktionen von Kunststoff-Kreiselpumpen sehr wohl eine echte Alternative zu den traditionellen Pumpensystemen sein können. Die Einschränkung: eine Alternative sind Kunststoffpumpe nur dann, wenn neben dem Transport feststoffhaltiger Fluide auch die Korrosion eine wichtige Rolle spielt.

Beispiel: Venator produziert TiO2-Pigmente auf Basis des Sulfatverfahrens. Hierzu werden u.a. titandioxidhaltige Erze wie Ilmenit und aufbereitete Erze wie Titanschlacke mit konzentrierter Schwefelsäure in Reaktion gebracht. Ein verkaufsfähiges Abfallprodukt ist dabei hoch abrasives Eisen(II)-sulfat (Grünsalz).

Stübbe konnte mit einer X-Class-Pumpe aus Kunststoff die Standzeit der zuvor eigesetzten Pumpe deutlich verlängern. Zusammen mit der Pumpe und einer geeigneten Wahl des Laufrads bzw. Anpassung des Durchmessers der Druckleitung war eine Verdreifachung der Standzeit möglich.

Auch bei älteren Konstruktionen wie Schneckentrogpumpen (Archimedes-Schnecke) sind deutliche Verbesserungen möglich, wie Uwe Schmidt (Andritz) aufzeigte: Durch den Einsatz des Werkstoffs ‚Robalon‘ (ein PE-Derivat) arbeiten solche Pumpen beispielsweise in Kläranlagen sehr viel wirtschaftlicher: bis zu 15 % Wirkungsgradverbesserung, 30 % Energieeinsparung und 60 % Gewichtersparnis.

Keramische Spalttöpfe

Für magnetgekuppelte Kreiselpumpen sind Bauteile gefordert, die eine hohe mechanische Festigkeit, eine gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber Säuren und Laugen und eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen. Spalttöpfe aus Hochleistungskeramik (Frialit FZM) bieten für diese außerordentliche Kombination von Anforderungen die passenden Werkstoffeigenschaften, berichtete Sandy Hänsler (Kyocera). Die Verkaufszahlen belegen das eindrucksvoll: in den vergangenen zehn Jahren hat sich der Absatz solcher Spalttöpfe von 600 auf 1200 verdoppelt.

Die hohe Verschleißfestigkeit verdeutlichte sie an diesem Beispiel: Nach zweijähriger Betriebszeit wurden mehrere Pumpen zur Revision ins Werk geschickt. Fördermedium war 110 °C heißes Öl mit ca. 5 % Bleicherdeanteil. Alle strömungsführende Bauteile, interne Zirkulationskanäle und enge Spalte waren mehr oder weniger ausgespült oder ausgeschliffen. Am Keramikspalttopf konnten keinerlei Verschleißspuren festgestellt werden. Er konnte in die instandgesetzte Pumpe wieder eingebaut werden.

Die rege Diskussion zeigte, dass es hier Betreiber mit besten und auch sehr schlechten Erfahrungen in Sachen keramische Spalttöpfe gibt. Der Hauptvorteil scheint die Temperaturfestigkeit und das Fehlen von Wirbelströmen zu sein.

Abendveranstaltung der Förderprozessforen 2019

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Rudolf Voland (PSG/Mouvex) präsentierte eine andere Konstruktionsweise wellendichtungsloser Pumpen: Ringkolbenpumpen, die mit nur zwei Elementen (Kolben und Zylinder) einen Verdränger bilden und mit einem Edelstahl-Faltenbalg hermetisch dicht sind. Insbesondere seien diese Pumpen exzellent geeignet für Einsätze zur Restentleerung unter ATEX-Bedingungen, verbunden mit Trockenlauf: Die Pumpe ist in der Lage, Luft anzusaugen und zu verdichten und damit in der Druckleitung verbliebene Flüssigkeit und Flüssigkeitspfropfen auch gegen einen höheren Druckverlust auf der Druckseite zu fördern. Das rechnet sich in diversen Einsätzen aufgrund der Kostenersparnis durch Produktrückgewinnung vor dem Spülprozess.

Fazit: Noch vor wenigen Jahren haftete der Pumpenindustrie etwas Langweiliges an. Das war schnöder Maschinenbau. Heute ist das anders: Man kann tatsächlich sagen, dass die Digitalisierung und die Industrie 4.0-Features Pumpen „sexy“ gemacht haben. Und auch in der analogen Welt sind noch überraschende Entwicklungen möglich, wie das Pumpen-Forum 2019 zeigte.

Save the date: Das 18. Pumpen-Forum findet am 17./18. November 2020 wieder zusammen mit dem 14. Schüttgut-Forum im Rahmen der 8. Förderprozess-Foren auf der Festung Marienberg in Würzburg statt.

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