Pumpen-Lexikon

Axialschubentlastung

Das Streben nach absoluter Präzision zeigt sich in der gelungenen Kombination aus hochwertigen Gleitlagern und umfassendem Axialschubausgleich. Das Ergebnis ist der berührungs- und verschleißfreie Lauf von HERMETIC Spaltrohrmotorpumpen. Nach höchsten Qualitätsstandards im Werk gefertigt und überprüft garantieren HERMETIC Pumpen – bei sachgemäßem Einsatz – lange Standzeiten (MTBF). In die Pumpe integrierte Systeme wie das MAP-System überwachen die Position des Rotors und damit den Axialschubausgleich. Der zuverlässige Betrieb der gesamten Anlage ist sichergestellt.

Axialschub ist eine Herausforderung, die in nahezu allen Kreiselpumpen gelöst werden muss. Durch die Druckdifferenz zwischen Druck- und Saugseite wird der Läufer in Richtung Saugseite gezogen. Die entstehenden Kräfte müssen beispielsweise in Lagern aufgenommen werden. In hermetischen Pumpen, wie magnetgekuppelten oder Spaltrohrmotorpumpen, kommen Gleitlager zum Einsatz. Das führt zu besonderen Anforderungen an den Axialschubausgleich.

Die spezifischen Eigenschaften der zu fördernden Medien schließen in hermetischen Pumpen die Verwendung mechanischer Axiallager aus. Ein Axialschubausgleich kann daher nur durch die hydraulische Entlastung des Rotors gelöst werden.

Bei HERMETIC Spaltrohrmotorpumpen regelt sich die axiale Stellung der Pumpenwelle im Betrieb automatisch. Durch die angewandte Technologie stellt sich von selbst ein kraftloser Gleichgewichtszustand ein. Es wirken keinerlei Axialkräfte auf den Axiallagerbund der Gleitlager. Ein dünner und sogleich sehr tragfähiger Flüssigkeitsfilm – vergleichbar Aquaplaning – zwischen dem rotierenden und dem statischen Teil des Gleitlagers lässt den gesamten Rotor aufschwimmen.

Dieser Gleichgewichtszustand, das sogenannte HERMETIC ZART®Prinzip (Zero Axial and Radial Thrust) kommt dadurch zustande, dass zwischen den rotierenden und stationären Bauteilen keinerlei Kontakt zustande kommt. Der berührungsfreie Lauf führt zu verschleißfreiem Normalbetrieb mit sehr viel höheren Standzeiten (MTBF) im Vergleich zu anderen Bauarten.

Die technische Ausführung der Axialschubentlastung ist abhängig von der Baugröße, Stufenzahl und dem zu fördernden Medium der jeweiligen zum Einsatz kommenden Pumpe.

Methoden der Axialschubentlastung

Das Funktionsprinzip der hydraulischen Entlastungseinrichtung für die Spaltrohrmotorpumpenbaureihen CN/CNF/CNK für die chemische Industrie, mit Hydrauliken gemäß ISO 2858, besteht aus zwei Hauptkomponenten: einer festen und einer variablen Drosseleinrichtung. (Abb. 1)

Der axiale Schubausgleich wird durch das Zusammenwirken einer festen Drosseleinrichtung (Labyrinthspalt) am Außendurchmesser des Laufrades und einer variablen Drossel im Bereich der Laufradnabe erzeugt. Verschiebt sich der Rotor der Gleichgewichtslage axial wird der Druck in der Druckausgleichskammer aufgrund der Ventilwirkung des variablen Drosselspalts geändert und wirkt der Verschiebung des Rotors selbstregelnd entgegen.

Die hydraulische Entlastungseinrichtung der HERMETIC Baureihen CNP/CNPF/ CNPK (gemäß API 685) und von mehrstufigen HERMETIC Pumpen (CAM-Baureihe) basiert auf einer variablen Drosseleinrichtung an der Steuerscheibe. Je nach axialer Position des Läufers ändert sich aufgrund der Ventilwirkung des variablen Drosselspaltes der Druck in der Steuerkammer und wirkt so dem Axialschub des Läufers entgegen. (Abb. 2)

(Abb. 1)

Verwendung von Magnettraglagern

Für besondere kritische Anwendungen oder speziell für Spaltrohrmotorpumpen in vertikaler Aufstellung werden ergänzend zu den bewährten Axialschubentlastungen Magnettraglager eingesetzt. Dabei werden im Normalbetrieb die Axialkräfte hydraulisch durch die Verwendung einer Steuerscheibe ausgeglichen. Im Falle von instabilen oder wechselnden Betriebsbedingungen treten häufig Zustände auf, die den vollständigen Axialschubausgleich nicht sicherstellen. Beispiele dafür sind der Betrieb von Anlagen mit häufigen Starts und Stopps, niedrigen Drehzahlen (wie bei Frequenzumrichterbetrieb) oder bei extrem niedriger Viskosität des Förderfluids (Flüssiggase, Niedrigsieder). Ist in diesen Fällen die hydraulische Steuerung zu träge oder das Rückstellmoment nicht stark genug, kommen zusätzlich Magnettraglager zum Einsatz. Die Magnetsysteme wiegen das Rotorgewicht auf, halten den Läufer in Lage und somit ist der Axial- schub durch magnetische Kräfte auch im Stillstand und bei instabilen Betriebsweisen ausgeglichen.

Bereits seit 2001 sind diese Systeme bei HERMETIC im Einsatz und mehr als 400 HERMETIC Pumpen wurden mit Magnettraglagern ausgestattet und ausgeliefert.

Auf Herz und Nieren geprüft

Qualität steht für uns an oberster Stelle. Daher wird jede von HERMETIC produzierte Pumpe vor der Auslieferung in unserem neuen High-Tech-Prüfstand getestet. Überprüft, erfasst und protokolliert werden: die Kennlinie, der Leistungsbedarf, der NPSH3-Wert, das HERMETIC ZART® Prinzip. Zusätzlich über ein speziell entwickeltes Messgerät die hydrodynamischen Rückstellkräfte. Wenn alle Qualitätsstandards den berührungsfreien Lauf der Pumpe gewährleisten, verlässt die Pumpe unser Werk.

Monitoring zur Überwachung des Axialschubs

Jede zum Einsatz kommende Spaltrohrmotorpumpe ist das Herz einer hochsensiblen Förderanlage. Oberste Prämisse ist deren Zuverlässigkeit und Sicherheit. Damit diese, auch über viele Einsatzjahre hinweg gewährleistet sind, wurden von HERMETIC eine Reihe spezieller Überwachungssysteme entwickelt. Eines davon stellen wir Ihnen in dieser Ausgabe vor.


(Abb. 2)

MAP Monitor Axial Position:

Überwachung der Position des Rotors und des Axialschubausgleichs zur frühzeitigen Erkennung möglicher Fehlerquellen. Der MAP ist ein auf dem LVDT-Prinzip (Linear Variabler Differential-Transformator) basierendes Messgerät zur berührungslosen Überwachung der axialen Wellenlage in einer Pumpe. MAP besteht aus einem Wegsensor mit Zuleitung und einer Auswerteelektronik, die in einem glasfaserverstärkten Polyestergehäuse der Schutzart IP 65 untergebracht ist. Am Wellenende der zu überwachenden Pumpe befindet sich ein Messdorn mit ferromagnetischem Kern. Ein Wegsensor nimmt die Bewegung des Läufers mit hoher Genauigkeit auf. Das Sensorsignal wird über die mitgelieferte Elektronik ausgewertet und kann an die Messwarte weitergeleitet werden. Hier können Warn- und Abschaltwerte programmiert werden. Dieses MAP-System bietet jedem Anlagenbetreiber praktische Vorteile: Auch bei Stillstand der Pumpe und Frequenzumrichterbetrieb kann die Rotorlage sicher bestimmt werden.

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