Pumpen-Lexikon

Hermetische Radialpumpen

Hermetisch gedichtete Pumpen kommen heute mehr und mehr zum Einsatz. Diese Bauart bietet lange Wartungsintervalle und schützt die Umwelt vor Emissionen. Gefährliche Medien sind sicher zu fördern und besonders niedrige oder hohe Temperaturen zuverlässig zu beherrschen. Im Fall von hohen System- und Dampfdrücken kann die hermetische Konstruktion einfacher und preiswerter sein, als konventionelle Wellendichtungen. Um innere, axiale und radiale, Kräfte zu beherrschen besitzen die Pumpen Gleitlager. Spaltrohrmotorpumpen kommen dabei, konstruktionsbedingt, ohne weitere Lager aus, in magnetgekuppelten Pumpen kommen zusätzlich zu den Gleitlagern herkömmliche, dynamische Lager- wie Kugel- oder Kegellager- zum Einsatz. Besondere Vorteile der hermetischen Antriebsart sind, neben dem Wegfall dynamischer Dichtungen (und damit möglicher Ausfallursachen), die hohe Sicherheit und die weitestgehende Wartungsfreiheit. Die hermetischen Antriebe teilen sich in zwei Untergruppen:

Pumpen hermetischer Bauart

Die hermetische Dichtheit der Magnetkupplungspumpen wird durch eine einfach wirkende Sicherheitshülle gewährleistet. Die Abtrennung der Flüssigkeit zur Umwelt erfolgt über den sogenannten Spalttopf. Für den Antrieb der Pumpe wird, wie bei einer konventionellen Kreiselpumpe mit Gleitringdichtung, ein handelsüblicher Normmotor verwendet, welcher über eine Kupplung mit dem Magnetantrieb verbunden ist. Auf dem äußeren Rotor sind Dauermagnete aufgebracht, die das vom Motor erzeugte Drehmoment über den Spalttopf auf den inneren Rotor übertragen.

Schematische Darstellung:

Zur Abführung von entstehender Wärme und zur Schmierung der Gleitlager wird ein Teilstrom durch die Magnetkupplung geführt. Es haben sich, abhängig von der Art des Fördermediums, unterschiedliche Teilstromführungen durchgesetzt:

Teilstromrückführung zur Saug- und Druckseite:
Das Fördermedium gelangt über den Saugraum in das Laufrad und wird durch dieses zum Druckstutzen gefördert. Der Teilstrom zur Kühlung des Rotorraums und Schmierung der Gleitlager wird an der Peripherie des Laufrades abgezweigt und nach Durchströmen des Spalttopfes durch die Hohlwelle zurückgeführt. Hierbei wird ein Anteil des Teilstroms auf die Saugseite des Laufrades, und ein weiterer Teil durch die Hohlwelle zur Druckseite gefördert. Diese Ausführung ist geeignet zur Förderung unkritischer Flüssigkeiten mit niedrigem Dampfdruck.


 

Teilstromförderung zur Saugseite:
Das Fördermedium gelangt über den Saugraum in das Laufrad und wird durch dieses zum Druckstutzen gefördert. Der Teilstrom zur Kühlung des Rotorraums und Schmierung der Gleitlager wird an der Peripherie des Laufrades abgezweigt und nach Durchströmen des Spalttopfes wieder durch die Hohlwelle auf die Saugseite des Laufrades zurückgeführt. Diese Ausführung ist geeignet zur Förderung unkritischer Flüssigkeiten mit niedrigem Dampfdruck.


Teilstromrückführung zur Druckseite:
Das Fördermedium gelangt über den Saugraum in das Laufrad und wird durch dieses zum Druckstutzen gefördert. Der Teilstrom zur Kühlung des Rotorraums und Schmierung der Gleitlager wird an der Peripherie des Laufrades abgezweigt und nach Durchströmen der Hohlwelle über den Spalttopf wieder auf die Druckseite zurückgeführt. Zusätzliche Radialbohrungen am Rotorende dienen zur Überwindung der auf diesem Weg anfallenden hydraulischen Druckverluste. Durch die Teilstromrückführung zur Druckseite hat der erwärmte Kühlstrom beim Wiedereintritt in die Pumpe noch genügend Druckreserve über der Siedelinie des Fördermediums. Unter sonst gleichen Bedingungen können daher mit dieser Bauart auch Flüssiggase gefördert werden.

Spezifisches Merkmal dieser Konstruktion ist die doppelte Sicherheitshülle, die oft für kritische Anwendungen verwendet wird, aber mehr und mehr durch ihre Betriebssicherheit und lange MTBF auch in Standard-Anwendungen Einzug gehalten hat. Die Spaltrohrmotorpumpe ist ein integrales, kompaktes und wellendichtungsloses Aggregat. Motor und Pumpe sind eine Einheit, bei welcher der Rotor und das Laufrad auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Der Rotor wird durch zwei baugleiche, flüssigkeitsgeschmierte Gleitlager geführt. Die Statorwicklung des Motors wird durch ein dünnes Spaltrohr vom Rotorraum getrennt. Der Rotorraum seinerseits bildet mit dem Hydraulikteil der Pumpe einen gemeinsamen Raum, welcher vor der Inbetriebnahme mit Förderflüssigkeit gefüllt sein muss. Die Verlustwärme des Motors wird durch einen Teilstrom zwischen Rotor und Stator abgeführt. Gleichzeitig schmiert der Teilstrom die beiden Gleitlager im Rotorraum. Neben dem Spaltrohr als hermetisch dichtem Bauteil stellt das Motorgehäuse eine zweite Sicherheitshülle dar. Dadurch bieten Spaltrohrmotorpumpen gerade bei gefährlichen, toxischen, explosiven und wertvollen Flüssigkeiten stets die höchste Sicherheit.

Schematische Darstellung:

Zur Abführung von entstehender Wärme und zur Schmierung der Gleitlager wird ein Teilstrom des Fördermediums  durch den Spaltrohrmotor geführt. Es haben sich, abhängig von der Art des Fördermediums, unterschiedliche Teilstromführungen durchgesetzt. Allen gemeinsam ist eine Temperaturführung, die sicherstellt, dass der Dampfdruck der teils siedenden Flüssigkeiten oder verflüssigten Gasen nirgends in der Pumpe überschritten wird:

Teilstromführung zur Saugseite:
Ist die Standardausführung der Spaltrohrmotorpumpe. Kommt für Medien mit Temperaturen, die genügend Abstand zur Dampfdruckkennlinie haben, zum Einsatz. Der Teilstrom zur Kühlung des Motors und Schmierung der Gleitlager wird an der Peripherie des Laufrades abgezweigt und nach Durchströmen des Motors wieder durch die Hohlwelle auf die Saugseite des Laufrades zurückgeführt. Diese Ausführung ist geeignet zur Förderung unkritischer Flüssigkeiten mit niedrigem Dampfdruck.


Teilstromführung zur Druckseite:
Ausführung für flüssige Gase oder siedende Flüssigkeiten, als Fördermedien, die nahe am Dampfdruck gefördert werden. Der Teilstrom zur Kühlung des Motors und Schmierung der Gleitlager wird an der Peripherie des Laufrades abgezweigt und nach Durchströmen des Motors wieder auf die Druckseite zurückgeführt. Ein Hilfslaufrad dient zur Überwindung der auf diesem Weg anfallenden hydraulischen Druckverluste. Durch die Teilstromrückführung zur Druckseite hat der erwärmte Motorkühlstrom beim Wiedereintritt in die Pumpe noch genügend Druckreserve über der Siedelinie der Förderflüssigkeit. Unter sonst gleichen Bedingungen können daher mit dieser Bauart auch Flüssiggase mit extrem steiler Dampfdruckkurve gefördert werden.


Teilstromführung  über externen Kühler:
Diese Teilstromführung wird oft für Fördermedien bei hohen Temperaturen eingesetzt.  Die Förderflüssigkeit gelangt durch den Saugraum in das Laufrad und wird durch dieses zum Druckstutzen gefördert. Eine Wärmesperre verhindert den direkten Wärmeübergang vom Pumpen- zum Motorteil. Die Motorverlustwärme wird durch den sekundären Kühl-/Schmierkreislauf in einen getrennt angeordneten Wärmetauscher abgeführt. Dieser Kühl-/Schmierkreislauf versorgt gleichzeitig die Gleitlager. Damit können pumpenseitig Flüssigkeiten mit einer Temperatur von bis zu +400 °C gefördert werden, während sich der sekundäre Kühlkreislauf auf einem niedrigeren Temperaturniveau befindet. Diese Bauart eignet sich auch zur Förderung verunreinigter oder mit Feststoffen versetzter Flüssigkeiten, gegebenenfalls unter Eindosierung reiner Prozessflüssigkeit in den Motorkreislauf.

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