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Magnetgekuppelte Pumpen liegen weiter im Trend

TECHNIK MIT ANZIEHUNGSKRAFT CT-Trendbericht: Magnetkupplungspumpen Der Aufwand für die Wartung von Kreiselpumpen mit Gleit-ringdichtungen ist manchem Betreiber ein Dorn im Auge. Und auch der Wunsch nach komplett dichten För-deraggregaten trägt dazu bei, dass das Interesse an hermetisch dichten Alternativen weiter zunimmt. Und so lassen sich Hersteller einiges einfallen, um magnetgekuppelte Pumpen immer attraktiver und sicherer zu konstruieren. Die CT ist den aktuellen Entwicklungen nachgegangen.

Autor

Armin Scheuermann, Redaktion

Bild: © Claudia Perenz Leal-Fotolia.com

D ichtungen sind Verschleißteile – und was verschleißt, muss auch gewartet werden. In Komponen-

ten und Maschinen verfahrenstech-nischer Anlagen verursacht dies nicht nur Kosten für das Ersatzteil selbst, son-dern vor allem Stillstandszeiten und der Aufwand für den Austausch schlagen ne-gativ zu Buche. So gravierend, dass Be-treiber angesichts ausgedünnter Instand-haltungsmannschaften am liebsten einen harten Schnitt machen würden und wo immer möglich, komplett auf Dichtun-gen verzichten. Und so verwundert es kaum, dass sich magnetgekuppelte Pum-pen in den vergangenen Jahren in vielen Anwendungen als hermetisch dichte Al-ternative etabliert haben.

Doch wo Licht ist, gibt es auch Schat-ten: Während die höheren Investitions-kosten noch gegen sinkende Wartungs-kosten gerechnet werden können, sind es vor allem der in der Regel schlechtere Wirkungsgrad und die zum Teil anfällige-

re Technik: Vor allem Feststoffe und kris-tallisierende Medien können zum Tro-ckenlauf führen, der eben nicht nur den Ausfall einer Wellendichtung, sondern den Totalschaden einer Magnetkupp-lungspumpe nach sich ziehen kann. „Trockenlauf ist nach wie vor ein gravie-rendes Thema“, bestätigt Benedikt Die-riks, Leiter Pumpeninstandsetzung und mechanische Antriebe beim Technik-Dienstleister Infracor in Marl. Mit den bislang verfügbaren Maßnahmen wie der Temperaturmessung am Spalttopf, einer Grenzstandmessung im Vorlagebehälter, der Überwachung der Stromaufnahme oder des Drucks an der Pumpe lässt sich das Problem nicht restlos lösen.

„Trockenlauf ist nach wie vor ein gravierendes Thema“ Benedikt Dieriks, Leiter Pumpeninstandsetzung und mechanische Antriebe beim Dienstleister und Industrieparkbetreiber Infracor in Marl

CHEMIE TECHNIK · August 200924

Und so liegt ein Schwerpunkt bei der Weiterentwickung der Magnetkupp-lungspumpen seit einigen Jahren darauf, die Toleranz gegenüber Trockenlauf zu erhöhen (Berichte dazu siehe Kasten „Download“). Knackpunkt im Wortsinn sind dabei die Gleitlager: Moderne Werk-stoffe wie SiC ermöglichen heute den Trockenlauf selbst über längere Zeiträu-me. Die Materialien halten dabei aller-dings zwar den beim Trockenlauf entste-henden hohen Temperaturen stand, doch in der Praxis kommt es dennoch im-mer wieder zu Lagerschäden. Die Ursa-che: Plötzlich wieder zur Verfügung ste-hendes Fördermedium führt im Lager zu einem Temperaturschock – die SiC-Be-

Quelle Fachzeitschrift www.chemietechnik.de

ENTSCHEIDER-FACTS Für Betreiber � Magnetgekuppelte Pumpen – insbesondere solche

mit Kunststoffauskleidung – werden vorwiegend für das Fördern aggressiver oder toxischer Stoffe einge-setzt.

� In den vergangenen Jahren ist ein Trend hin zu grö-ßeren Leistungen bis hin zu 400 m3/h zu beobach-ten.

� Durch den Einsatz nichtmetallischer Spalttöpfe sol-len Wirbelstromverluste reduziert und dadurch der Wirkungsgrad gesteigert werden.

� Neue Gleitlager sowie geänderte Konstruktionen dienen dazu, die Toleranz gegenüber Trockenlauf zu erhöhen.

� Mehr und mehr werden die Pumpen außerdem mit Sensoren und Überwachungsgeräten ausgerüstet und in die Automatisierungsstruktur eingebunden.

Feststoffe im Förder-gut können zu Tro-ckenlauf führen. Bei dieser Magnetkupp-lungspumpe trennt ein Dichtring den Spalttopf vom Spiral-gehäuse

Bild: Verder

schichtung platzt ab. Beitrei-ber, die Trockenlauf feststel-len, sollten deshalb erst die Pumpe abstellen und abküh-len lassen, bevor der Zulauf wieder hergestellt wird.

Um Verstopfungen durch Feststoffe zu vermeiden, setzt Verder Pumpen bei seiner Baureihe TB beispielsweise einen Sperrring ein, der den Bereich des Spalttopfes vom Spiralgehäuse trennt. „Da-durch können Feststoffe grö-ßer 100 μm nicht in den Spalttopf geraten und dort Schäden verursachen“, er-klärt dazu Produktmanager Yonas Tecleab. Der Hersteller arbeitet derzeit an selbst-ansaugenden Ausführungen für große Baugrößen. Wer-nert Pumpen hat die Gleit-lager bei der Konstruktion der Monsun-Baureihe dorthin verlagert, wo beim Abriss des Zulaufstroms am längsten Flüssigkeit rotiert. Ein Notre-servoir übernimmt im kriti-schen Betriebszustand die Schmierung der SiC-Gleit-lager. Bungartz kombiniert die Magnetkupplung mit ei-ner hydrodynamischen Dich-tung und erreicht dadurch, dass die Pumpe auch bei län-gerem Trockenlauf eingesetzt werden kann (Berichte siehe Kasten „Down load“).

Neue Spalttöpfe vermeiden Verluste Ein weiterer Schwerpunkt der Entwicklung von Magnet-kupplungspumpen ist der Einsatz nichtmetallischer Spalttöpfe. Dadurch werden Wirbelstromverluste vermie-

„Nur wenn die Mehrkosten vertretbar bleiben, sind Betreiber bereit, vorhandene metallische Spalttöpfe auszutauschen“ Jürgen Konrad, Dickow Pumpen

den, wodurch der Wirkungsgrad und da-mit die Energieeffizienz steigt. „Energie-einsparungen werden immer mehr zu ei-nem Thema“, bestätigt Dieriks, und rückt gleich noch einen viel wichtigeren Aspekt in den Mittelpunkt: die Sicher-heit. Kommt es zum Kupplungsabriss, führen Wirbelströme dazu, dass sich der Spalttopf aufheizt und in der Folge be-schädigt wird. Wenn zusätzlich auch noch die magnetischen Treiber geschä-digt werden, bedeutet dies in der Regel einen Totalschaden mit Produktaustritt. Durch den Einsatz moderner Kobalt-Sa-marium-Magnete kann das Limit von 280 °C auf 350 °C gesteigert werden.

Als Alternative zum Metall kommen Keramiken auf Basis von Zirkonoxid so-wie Verbundwerkstoffe zum Einsatz. Klaus Union setzt bei der neuen SLM NVO Keramik und CFK ein. CP Pumpen stattet seine neuen MKPL-Pumpen mit Spalttöpfen aus PTFE bzw. PVDF aus, Munsch verwendet in der magnetgekup-pelten Kunststoffpumpe MPC nicht mehr Spalttöpfe aus PTFE sondern aus dem dif-fiusionsdichteren PFA. Dickow Pumpen hat jüngst einen Spalttopf aus Peek-Com-posite-Werkstoff vorgestellt, dessen Wandstärken (2 mm für Betriebsdruck 24 bar) den Austausch in vorhandene Konstruktionen erlauben soll. Als preis-

werte Alternative zu Hastelloy oder tief-gezogenem Titan bietet der Hersteller nun auch einen gegossenen Ti-Spalttopf an. „Nur wenn die Mehrkosten in einem vertretbaren Rahmen bleiben, sind Be-treiber bereit, vorhandene metallische Spalttöpfe auszutauschen“, ist sich Jür-gen Konrad, Technischer Leiter beim Hersteller Dickow Pumpen, sicher. Ver-besserungspotenzial sehen Praktiker vor allem in der Toleranz von Keramik ge-genüber Schwingungen und Stößen (Montage) und der Temperaturbestän-digkeit der Kunststoffmaterialien.

Bessere Konstruktionen durch CFD Eine weitere Methode zur Reduzierung der Energiekosten ist der Einsatz von Software zur dynamischen Strömungs-simulation (CFD). Dadurch ist es mög-lich, Laufräder, Spiralgehäuse und über-haupt die Strömungsführung zu optimie-ren. „Da die Strömung nicht stationär,

Wirbelstromverluste gehen zu Lasten der Energieeffizienz. Durch nichtmetallische Spalttöpfe lassen sich Wirbelströme vermeiden

Bild: Dickow

Bei den MKPL-Pumpen kommen Spalttöpfe aus PTFE bzw. PVDF zum Einsatz

Bild: CP Pumpen

CHEMIE TECHNIK · August 200926

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Know-how zum Download Weitere Artikel zum Thema finden Sie un-ter www.chemietechnik.de. Darunter: � Von Pol zu Pol – Produktfokus Magnet-

kupplungspumpen, CT 7/09 � Brückenschlag gelungen – Von der hy-

drodynamischen Dichtung zur trocken-laufenden Magnetkupplungspumpe, CT 5/09

� Kampf dem Wirbelstrom – Nichtmetalli-sche Spalttöpfe steigern Energieeffizienz von Magnetkupplungspumpen, CT 5/09

� Den Vorsprung berechnen – Strömungs-simulation optimiert Energiebedarf von Pumpen, CT 3/09

� Feldstark fördern – CT-Trendbericht Mag-netkupplungspumpen, CT 8/07

Weitere Fachartikel und Produktinforma-tionen per Stichwortsuche.

„Ein Sperrring zwischen Spalttopf und Spiralgehäuse verhindert, dass Feststoffe in den Spalttopf geraten“ Yonas Tecleab ist Produktmanager bei Verder

www.chemietechnik,de sondern instationär berech-net wurde, konnten beson-ders hohe Wirkungsgrade realisiert werden“, erklärt Jürgen Ahlfeldt, Produktma-nager bei Munsch Chemie-Pumpen. Durch die visuali-sierten Strömungen werden Wirbel und Ablösungen sicht-bar. Ahlfeldt: „Betreiber pro-fitieren von der CFD-Metho-de durch niedrigere NPSH-Werte, geringerem Ver-schleiß, niedrigerem Ge-räuschpegel und einer höhe-ren Zuverlässigkeit, da weni-ger Schwingungen auftre-ten.“

Höhere Leistungen gefragt „Neben höheren Temperatur-grenzen wünschen wir uns Magnetkupplungspumpen mit einer höheren Leistung“, ergänzt Benedikt Dieriks die Wunschliste der Anwender. Seine Vision: Künftig sollen auch klassische mehrstufige Kreiselpumpen durch Mag-netkupplungspumpen ersetzt werden können. „Das ist be-reits Stand der Technik, aller-dings sollten Betreiber immer auf einen funktionierenden Achsschubausgleich zwi-schen Qmin und Qmax ach-ten“, ergänzt dazu Jürgen Konrad. Einige Hersteller se-hen für sich Chancen in der Erweiterung der Baugrößen: So hat beispielsweise Richter auf der Achema eine Kunst-stoff-Chemiemagnetpumpe mit einer Förderleistung von 600 m3/h gezeigt. Iwaki er-gänzt sein Programm um die einstufige MDW-Pumpe, die eine Leistung von 300 m3/h und eine maximale Förderhö-he von 98 m erreicht. Die be-reits oben erwähnte MKPL von CP Pumpen gibt es nun auch in einer Version für Vo-lumenströme bis 360 m3 und 85 m Förderhöhe.

Und noch ein weiterer Entwicklungsschwerpunkt wurde nicht zuletzt auf der Achema wieder stärker in das Bewusstsein der Betreiber ge-rückt: Überwachungssyste-me, mit denen außerplan-

mäßige Betriebszustände erfasst und signalisiert werden sollen. Über die jüngsten Entwicklungen bei Überwachungssyste-men werden wir in einer der kommenden Aus-gaben berichten.

Fazit: Magnetgekup-pelte Pumpen – insbeson-dere solche mit Kunst-stoffauskleidung – liegen weiter im Trend. Ein wichtiges Entwicklungs-

ziel bleibt weiterhin die Toleranz gegenüber Tro-ckenlauf und feststoffhal-tigen Medien. Durch den Einsatz nichtmetallischer Spalttöpfe sollen Wirbel-stromverluste reduziert und dadurch der Wir-kungsgrad gesteigert wer-den. In den vergangenen Jahren ist ein Trend hin zu größeren Leistungen bis hin zu 400 m3/h zu beobachten. �

Weitere Infos Verder CT 614

Weitere Infos Wernert Pumpen CT 615

Weitere Infos Bungartz CT 616

Weitere Infos Klaus Union CT 617

Weitere Infos CP Pumpen CT 618

Weitere Infos Munsch CT 619

Weitere Infos Dickow CT 620

Weitere Infos Richter CT 621

Weitere Infos Iwaki CT 622