Klärschlammentwässerung: Aus zwei mach eins: Regionaler Wasserversorger spart durch spezielles, wartungsfreundliches FSIP® Pumpendesign ein Aggregat ein

Für die Beladung einer Zentrifuge zur Klärschlammentwässerung, setzt ein regionaler Wasserversorger in Norditalien, zwei NEMO® Exzenterschneckenpumpen der NETZSCH Pumpen & Systeme GmbH ein. Um einen ununterbrochenen Dauerbetrieb und ein reibungsloses Ineinandergreifen aller Abläufe sicherzustellen, befindet sich eine der sehr zuverlässigen Pumpen kontinuierlich im Betrieb, die zweite dagegen stets in Stand-by – um im Störungs- oder Wartungsfall einzuspringen. Im Februar 2017 wurden beide Standardpumpen durch die neue, seit 2016 verfügbare servicefreundlichere Ausführung im „Full Service in Place“ (FSIP®)-Design des Waldkraiburger Herstellers ausgetauscht. Das neue wartungsfreundliche Design erleichtert Instandhaltung und Reparaturarbeiten so sehr, dass die dadurch verursachten Unterbrechungen durch Reparatur- und Instandhaltungsmaßnahmen so kurz sind, dass das Stand-by-Aggregat eingespart werden konnte: Die neue Ausführung der NEMO® Pumpe zeichnet sich durch ein Sauggehäuse mit großer Inspektionsöffnung aus, das alle Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten vor Ort, ohne einen Ausbau der Pumpe aus der Leitung, möglich macht. Zudem sorgt der sogenannte iFD®-Stator, der aus einem zweigeteilten wiederverwendbaren Metallgehäuse mit Polygonprofil und darin eingelegtem NEMOLAST® Elastomer besteht, für ein geringeres Losbrechmoment, eine Erhöhung von Wirkungsgrad und Standzeit sowie für einen schnelleren Wechsel inklusive problemloser Entsorgung. Die neue Konstruktion spart insgesamt Zeit bei Inspektion, Reparatur und Reinigung und reduziert den benötigten Platzbedarf der Pumpe.

Um die dort zur Klärschlammentwässerung eingesetzte Zentrifuge kontinuierlich zu beladen, wurden zwei NETZSCH-Pumpen des Typus NEMO® BY in Blockbauweise eingesetzt. „Sie kamen aufgrund ihres speziellen Aufbaus sehr gut mit dem abrasiven Medium zurecht“, so Stefano Olivotto, Leiter der italienischen NETZSCH-Niederlassung. „Die Aggregate basieren auf einem Rotor, der sich oszillierend in einem geometrisch auf ihn abgestimmten, feststehenden Stator dreht.“ Der Rotor ist als eine Art Rundgewindeschraube mit extrem großer Steigung, großer Gangtiefe und kleinem Kern­durchmesser ausgebildet. Der Stator hat einen Gewindegang mehr und die doppelte Steigungslänge des Rotors. Durch die exakte Geometriepaarung beider Komponenten ergeben sich bei der Rotation Förderräume, in denen das Medium schonend und pulsationsarm von der Saug- zur Druckseite bewegt wird. Das Volumen dieser Kammern bleibt konstant, die Kammern selbst sind dabei in sich geschlossen. Dadurch bietet die NEMO® Exzenterschneckenpumpe eine hohe Zuverlässigkeit und längere Standzeiten bei einem solchen Medium als andere Pumpentechnologien.

Auf diese Weise wird nicht nur Rückströmung verhindert, sondern auch eine volumen- und druckstabile Bewegung des Förderguts sichergestellt, so dass so wie keine Scherkräfte und Pulsation auftreten. Viskosität und Konsistenz des Stoffes sind dabei für die Pumpenleistung unerheblich. Die Größe der Förderräume und damit die theoretische Fördermenge hängt von der Pumpen­größe ab. Eine 360°-Drehung bei freiem Auslauf ergibt die volumetrische Förder­menge pro Umdrehung. Die Pumpen­fördermenge lässt sich somit über die Drehzahl verändern.

Wartungsaufwand bei bisherigen Exzenterschneckenpumpen

Die Wartung der Förderelemente war bei herkömmlichen Exzenterschneckenpumpen bisher mit einem relativ hohen Aufwand verbunden. „Zur Entnahme von Rotor und Stator war es notwendig, die gesamte Pumpe aus der Leitung auszubauen“, erklärt Stefano Olivotto. „Um die Förderelemente wechseln zu können, mussten der Endstutzen abgebaut, der Stator vom Rotor abgezogen und der Antriebsstrang demontiert werden.“ Bei der Positionierung der Pumpe musste deshalb diese Ausbaulänge berücksichtigt und genug Raum nach vorne freigehalten werden. Daher waren größere Eingriffe in die Pumpe mit längerem Stillstand, Produktionsausfall und Personalaufwand verbunden. Um dies zu vermeiden, schaffte die Kläranlage daher zwei Aggregate an, von denen immer nur eines genutzt wurde, um Klärschlamm in die Zentrifuge zu fördern, während das zweite sich dauerhaft im Stand-by-Modus befand, um bei Ausfällen oder Wartungsmaßnahmen einspringen und eine unterbrechungsfreie Beladung sicherstellen zu können.

Da das Unternehmen mit dieser Lösung sehr zufrieden war, reagierte man 2016 auf den Vorschlag, die innovative FSIP®-Pumpe einzusetzen, sehr aufgeschlossen. Man nutzte die Gelegenheit, die Kosteneffizienz der Anlage weiter zu erhöhen und zukünftig nur noch ein Aggregat einzusetzen. Da Zuverlässigkeit, Wartungsfreundlichkeit und -schnelligkeit der einzigen verbleibenden Pumpe somit umso entscheidender wurden, empfahl NETZSCH den Austausch mit einer NEMO® Exzenterschneckenpumpe in FSIP®-Ausführung. Bei deren Design griffen die Ingenyieure von NETZSCH die Design-Ideen der TORNADO® Drehkolbenpumpe auf. Bei dieser kann mit wenigen Handgriffen die gesamte Front abgenommen, die Spann-Fixierung der Kolben gelöst und so der ganze Innenraum bis zu den Flanschanschlüssen freigelegt werden. Die Pumpe muss nicht aus der Rohrleitung ausgebaut werden, alle Arbeiten können direkt vor Ort stattfinden. „Vom ‚Full Service in Place‘-Konzept sprechen wir hier deshalb, weil die Dauer von Wartungsmaßnahmen deutlich verkürzt und Ressourcen sowie Kosten reduziert werden“, so Stefano Olivotto. „Dank dieser Eigenschaften werden solche T2 TORNADO® Pumpen inzwischen bevorzugt für verschleißintensive Medien oder bei schwierigen Bedingungen eingesetzt, da sie die unvermeidlichen Servicearbeiten an der Pumpe stark vereinfachen.“

Rotorwechsel in Höchstgeschwindigkeit: öffnen, abkuppeln, entnehmen

Exzenterschneckenpumpen verfügen jedoch über keine vergleichbare Front, die einfach entfernt werden könnte. Um das FSIP®-Prinzip auch bei diesem Pumpentyp umsetzen zu können, wurde daher stattdessen ein spezieller Inspektionsdeckel entwickelt und in die Konstruktion implementiert. Der Deckel wird von nur fünf Schrauben gehalten, die sich ganz ohne Spezialwerkzeug in kürzester Zeit lösen lassen. Gleichzeitig wurde bei seiner Gestaltung darauf geachtet, dass der Deckel sowohl bei hohen Drücken als auch bei einer vertikalen Aufstellung der Pumpe zuverlässig abdichtet. Die Wartungsöffnung liegt dort, wo der Stator an das Pumpengehäuse anschließt. Durch das Abnehmen des Deckels erhält man so Zugriff auf eine Schalenkupplung, die das Gelenk am Rotor mit der Kuppelstange verbindet. Hier reicht es, eine Schraube zu lösen, um das Rotor-Stator-Element von der Kuppelstange zu trennen. Anschließend lässt sich die rotierende Einheit einfach herausheben und der Pumpeninnenraum ist von Flansch zu Flansch frei zugänglich. Da alle Teile seitlich oder nach oben entnommen werden, wird für den Ausbau kein zusätzlicher Platz benötigt. Die früher obligatorische Ausbaulänge am Ende der Pumpe entfällt, wodurch sich der erforderliche Einbauraum – der für die eh lang gebauten Exzenterschneckenpumpen bisher benötigt wird – stark verkürzt. Darüber hinaus wird für die FSIP®-Ausführung der NEMO® Pumpe optional eine Cartride-Ausführung der einfach wirkenden, drehrichtungsunabhängige und verschleißfeste Gleitringdichtung MG1 verwendet, die sich besonders leicht durch die Inspektionsöffnung wechseln lässt. Unterstützt wird dieses wartungsfreundliche Design auch durch die Blockbauweise des Aggregats: „Der Antrieb ist direkt an der Laterne der Pumpe angeflanscht, wodurch sich nicht nur kompakte Abmessungen, ein geringes Gesamtgewicht und konstante Achshöhen unabhängig von der Bauweise und -größe des Antriebs ergeben, sondern auch eine hohe Servicefreundlichkeit“, erläutert Stefano Olivotto.

Bei der Überarbeitung der Konstruktion achteten die NETZSCH-Ingenieure neben einer bequemen Demontage auch auf eine möglichst einfache Handhabung beim Einbau neuer Komponenten beziehungsweise beim Wiedereinsetzen der inspizierten Teile. Üblicherweise ist hierfür einiges an Geschick, Kraft und Zeit erforderlich. Mitunter werden sogar Hilfsmittel wie Stützen gebraucht. Die FSIP®-Pumpe ist dagegen so konzipiert, dass das Pumpengehäuse selbst als Stütze sowie Orientierungshilfe fungiert. Die spezielle Gestaltung gewährleistet, dass jedes Bauteil an den vorgesehenen Platz gelangt. Die Positionierung erfolgt gewissermaßen automatisch, weshalb der Monteur oder Betreiber nichts nachjustieren muss. Insgesamt gesehen lässt sich somit der Wechsel aller Verschleißteile in weniger als der Hälfte der bisherigen Zeit erledigen. Die Fördergeometrie wird für die „Full Service in Place“-Exzenterschneckenpumpen nicht verändert. Auf diese Weise bleibt trotz einfacherer Wartung die gewohnte Leistung erhalten.

Elastomerstator einfach entnehmbar

Besonders einfach und ressourcensparend funktioniert die neue Pumpenform in Kombination mit einer weiteren entscheidenden Komponente des FSIP®-Konzepts, dem iFD-Stator® 2.0. Dabei handelt es sich um ein Statorsystem, bei dem nicht wie sonst üblich das Elastomer in das Gehäuse einvulkanisiert, sondern durch axiales Verpressen fixiert wird. Ein definierter Anschlag sorgt dabei für eine gleichmäßige Vorspannung und stellt die gewünschte Dichtlinie sicher. Durch die Trennung von Stahlhülle und Elastomerstator lässt sich letzterer ganz einfach mitsamt dem Rotor entnehmen. Das erleichtert die Wartung zusätzlich und erlaubt es im Bedarfsfall – wenn das Gummi abgenutzt ist – den Stator separat zu entsorgen. „Bei herkömmlichen Exzenterschneckenpumpen muss das Statorrohr mit entsorgt werden, da es sich nicht sortenrein vom Elastomer trennen lässt“, erklärt Stefano Olivotto. „Das verursacht unnötige Kosten.“ Beim iFD-Stator® kann die Hülle dagegen mit einem neuen Elastomer-Einsatz weiter verwendet werden, der Austausch dauert nur wenige Minuten.

Zudem erhöht diese Lösung auch die Wirtschaftlichkeit des Systems: die gesamte Pumpe läuft sanfter und bei geringerem Losbrechmoment an. Außerdem findet weniger Walkarbeit zwischen den Komponenten statt, was die Drehmomente im laufenden Betrieb verringert. Auf diese Weise wird während des gesamten Förderprozesses rund 25 Prozent weniger Energie verbraucht und die Antriebe der Pumpen können entsprechend kleiner dimensioniert werden. Zudem halten die Statoren dank der geringeren Belastung etwa doppelt so lang – in Verbindung mit der einfachen Wartung durch das FSIP®-Konzept reduzieren sich die Stillstandzeiten so auf ein Minimum.  

Gesamtpaket sorgt für mehr Kosteneffizienz

Dieser Effekt wird durch weitere Komponenten unterstützt: So kann zum iFD-Stator® ein Rotor kombiniert werden, der in verschiedenen verschleiß- und korrosionsfesten Ausführungen erhältlich ist.

Bei dieser Kläranlage ist die FSIP®-Pumpe nun seit vier Monaten im Einsatz. Sie arbeitet in der Regel mit einer Geschwindigkeit von 58 -287 U/min und einer Fördermenge von 10-55 m³/h. „Der Austausch war erfolgreich, die Pumpe erreicht die geforderte Leistung ohne Probleme“. Wie erwartet verläuft die Wartung der Pumpe am Platz nun deutlich schneller und einfacher als bei den Vorgängermodellen. Der Betreiber ist sehr zufrieden.

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NETZSCH Pumpen & Systeme bietet seit mehr als 60 Jahren auf globaler Ebene mit NEMO® Exzenterschneckenpumpen, TORNADO® Drehkolbenpumpen, NOTOS® Schraubenspindelpumpen, Zerkleinerungsmaschinen, Behälterentleerungen, Dosiertechnik und Zubehör maßgeschneiderte und anspruchsvolle Lösungen für Anwendungen in sämtlichen Industrien. Mit über 2.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie einem Umsatz von mehr als 240 Mio. Euro (Geschäftsjahr 2014) ist NETZSCH Pumpen & Systeme neben NETZSCH Analysieren & Prüfen sowie NETZSCH Mahlen & Dispergieren der größte und umsatzstärkste Geschäftsbereich der NETZSCH-Gruppe.