Inhaltsverzeichnis. Hinweise zur Installation und Überwachung von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 1 von 31

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1 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen

2 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 1 von 31 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 1. Betriebs- / Montageanleitungen 2 2. Rohrleitungen Rohrleitungskennlinien Saugleitungen NPSH-Werte Konstruktive Gestaltung Druckleitungen Bypassleitung, Mindestmengenregelung Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen Allgemeine Maßnahmen Besondere Maßnahmen bei Pumpen mit Magnetantrieb Besondere Maßnahmen bei Seitenkanalpumpen Besondere Maßnahmen bei Pumpen mit GRD Besondere Maßnahmen bei Blockpumpen Kennzeichnung der Pumpen Staubschutz Oberflächentemperatur Überwachungseinrichtungen Motorüberwachung, Lastwächter Niveauüberwachung, Trockenlaufschutz Selbstansaugende Pumpen - lichtelektrischer Sensor Normalsaugende Pumpen - Schwimmerschalter Temperaturüberwachung, PT100-Elemente Spalttopfoberfläche Produkttemperatur Magnetraum Gleitlagertemperatur, beheizte Pumpen Anlaufsicherung, Wälzlagerüberwachung Überwachung mit PT Überwachung durch Näherungssensor Leckageüberwachung Spalttopf, Sekundärdichtung Lichtelektrische Leckageüberwachung Leckageüberwachung durch Druckwächter "mag-safe" Pumpenüberwachung 30

3 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 2 von Betriebs- / Montageanleitungen Gemäß den geltenden gesetzlichen Bestimmungen müssen Betriebsanleitungen im Sinne der EG- Maschinenrichtlinie 2006 / 42 / EG im Rahmen der geforderten Dokumentation zur Verfügung gestellt und dem Bedienungspersonal vor Inbetriebnahme zugänglich gemacht werden. Beim Einsatz hermetisch dichter Pumpen mit Permanentmagnetkupplungen, die im Betriebsverhalten doch in einigen Punkten von konventionellen Pumpen abweichen, sollte die Betriebsanleitung schon bei der Planung, spätestens jedoch bei Auftragsvergabe, beachtet werden, um sicherzustellen, dass die vorgesehene Installation alle in der Betriebsanleitung enthaltenen Empfehlungen bzw. Vorschriften berücksichtigt. Nachträglich durchzuführende Änderungen sind in der Regel zeit- und kostenaufwendig. Die nachstehenden Hinweise wurden in der Absicht geschrieben, von denen gelesen, verstanden und beachtet zu werden, die für die Planung von Anlagen mit DICKOW-Magnetkupplungspumpen verantwortlich sind. Die folgenden Empfehlungen ersetzen nicht die typenbezogene Pumpen-Betriebsanleitungen, sollen jedoch helfen, spätere Probleme mit den Pumpen zu vermeiden und einen störungsfreien und sicheren Betrieb zu gewährleisten. Pumpen niemals ohne vorhergehendes Studium und Beachtung der gültigen Betriebsanleitung montieren und in Betrieb nehmen. Diese Abhandlung enthält keine Hinweise zum Betrieb der Pumpen, hierfür sind ausschließlich die entsprechenden Pumpen-Betriebsanleitungen maßgebend. 2. Rohrleitungen Die Pumpe soll grundsätzlich spannungsfrei an die Rohrleitung angeschlossen werden. D.h. die Anschlussflansche der Rohrleitung sollen so verlegt sein, dass sie maßlich an die Pumpenflansche passen und nicht mit Gewalt angepasst werden müssen. Allgemeines 1. Rohrleitungsteile sind unabhängig voneinander abzustützen. Anschlussflansche müssen bei der Montage mit den Pumpenstutzen fluchten. 2. Zulässige Stutzenkräfte und Momente laut Werksangaben sind zu beachten. 3. Bei Förderung heißer Medien ist darauf zu achten, dass bei Erwärmung keine unzulässigen Stutzenkräfte auftreten. 4. Anschlüsse für Entleerung und Spülung der Pumpe vor einer eventuellen Demontage sind vorzusehen. 5. Flanschdichtungen müssen entsprechend dem Fördermedium ausgelegt werden.

4 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 3 von Rohrleitungskennlinien Die Förderhöhe H einer gegebenen Kreiselpumpe ist bei konstanter Drehzahl abhängig von der jeweiligen Fördermenge Q. Sie hat bei stabiler Kennlinie bei Q = 0 ihr Maximum und fällt beim maximal möglichen Förderstrom auf H = 0 ab. D.h. umgekehrt, die jeweils erzielte Fördermenge hängt ab von der jeweils geforderten Förderhöhe, vom Gegendruck, bzw. der Rohrleitungskennlinie der Anlage, in die die Pumpe eingebaut ist. Normalerweise setzen sich die Rohrleitungskennlinien aus einem statischen und einem dynamischen Anteil zusammen. Im Gegensatz dazu fördert eine Verdrängerpumpe bei konstanter Drehzahl und gleicher Geometrie (z.b. Zylinderinhalt bei Kolbenpumpen), unabhängig vom Gegendruck, eine nahezu konstante Fördermenge. Die Unterschiede beider Kennlinien sind nachfolgend dargestellt. H Hpp Verdrängerpumpe 3 1 Rohrleitungskennlinie HR 2 Kreiselpumpe n=konstant NPSH Q0 Q3 Q1 Q2 Q Abb. 1: Pumpen- und Rohrleitungskennlinien Der fast senkrechte Verlauf der Verdrängerpumpenkennlinie bewirkt, dass diese Pumpe in der Anlage stets mit der Auslegungsfördermenge arbeitet, solange der Antriebsmotor nicht überlastet wird. Bei der Kreiselpumpe dagegen ergibt sich die jeweils geförderte Menge aus dem Schnittpunkt der Pumpenkennlinie mit der jeweiligen Rohrleitungskennlinie. D.h.: weichen die Rohrleitungskennlinien (2,3) von der ursprünglich angenommenen Kennlinie (1) ab, so werden auch die Fördermengen (Q2, Q3) von der Auslegungsmenge Q1 mehr oder minder stark abweichen. Wird die Fördermenge unterschritten, so kann eventuell durch Einbau eines größeren Laufraddurchmessers Abhilfe geschaffen werden, es entstehen in der Regel keine Schäden an der Pumpe. Kritischer ist die Situation, wenn bei niederen NPSH-Werten der Anlage (z.b. Förderung siedender Medien) bei vergrößerter Menge Q2 Kavitation auftritt. Dies kann zu empfindlichen Schäden an der Pumpe und auch zum gänzlichen Zusammenbruch der Förderung führen. Sorgfältige Bestimmung des Betriebspunktes und der NPSH-Werte sowie Auslegung der Pumpe ist Voraussetzung für störungsfreien Betrieb.

5 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 4 von Saugleitungen NPSH-Werte Beim Einsatz hermetisch dichter Pumpen ist Kavitation unbedingt zu vermeiden. Die Gestaltung der Saugleitung bedarf besonderer Sorgfalt. Die NPSH- Werte der Pumpe und der Anlage müssen klar definiert sein. Unter allen Umständen muss gelten: NPSH-Anlage NPSH-Pumpe + mindestens 0,5 m Der NPSH-Wert der Anlage kann wie folgt ermittelt werden: Saugbetrieb pe pd p HS,geod pe HV,S HZ,geod pd p CS Abb. 2: Anordnung der Saugleitung NPSH Anlage = NPSH A = p p C e D S 10,2 + H Z geod * HVS + Dampfdruckreserve 2g =,. ρ 2 Das Ergebnis erscheint in m bei folgenden Angaben: p e Druck auf den saugseitigen Flüssigkeits- C S Strömungsgeschwindigkeit im spiegel in bar Saugstutzen in m/s p D Dampfdruck des Fördermediums in bar H S,geod. geodätische Saughöhe in m ρ Dichte des Fördermediums in kg/dm 3 g Erdbeschleunigung 9,81 m/s 2 H Z, geod. geodätische Zulaufhöhe in m H VS Strömungsverluste in der Saugleitung der Pumpe in m, sollten durch großzügige Dimensionierung der Saugleitung und Vermeidung unnötiger Einbauten und Krümmer niedrig gehalten werden. *) Im Saugbetrieb ist der Abstand zwischen Pumpenmitte und tiefstem Behälterfüllstand zugrunde zu legen und als H S,geod. mit negativem (-) Vorzeichen in obige Formel einzusetzen. Der NPSH-Wert der Pumpe kann den jeweiligen Kennlinien entnommen werden.

6 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 5 von 31 Beispiele zur Berechnung der Anlagen NPSH-Werte: a) Förderung nicht siedender Medien p p " " e > D Gegeben: Fördermedium: Aceton, Dichte ρ = 0,77 kg/dm 3 Temperatur = 40 C, Dampfdruck p D = 0,56 bar Anlage: Zulaufhöhe H Z, geod. = 1,5 m, Druck im Saugbehälter p e = 1 bar, abs (Atmosphärendruck), DN Saugleitung 80 mm, Länge ca. 10 m Fördermenge: 70 m 3 /h Gesucht: NSPH-Anlage Aus dem Diagramm, Seite 6, entnehmen wir Geschwindigkeit C S im Saugstutzen 3,5 m/s, Strömungsverluste per 100 m Leitungslänge = 16 m (bei 10 m Länge 1,6 m). Damit errechnet sich der NSPH-Anlage wie folgt: NPSH A = NPSH A = 6, 35 m 2 1,0 0,56 3,5 10,2 + 1,5 1,6 + 0,77 2 9,81 p b) Förderung siedender Medien " pe = p D " hiermit gilt e p D = 0 ρ Gegeben: Fördermedium: Butadien, Dichte ρ = 0,629 kg/dm 3 Temperatur = 20 C, Dampfdruck p D = 2,3 bar Anlage: Zulaufhöhe H Z, geod. = 2,0 m, Druck im Saugbehälter p e = p D DN Saugleitung 80 mm, Länge ca. 5 m Gesucht: NSPH-Anlage Die Strömungsverluste und die Geschwindigkeit entsprechen Beispiel a). Somit gilt: NPSH A = 2 3,5 2,0 0, ,81 NPSH A = 1, 82 m Hermetisch dichte Pumpen mit keramischen Gleitlagern können nicht unter Kavitationsbedingungen betrieben werden.

7 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 6 von 31 Rohrreibungsverlust pro 100 m Rohrleitung Rohrreibungsverlust pro 100 m Rohrleitung Fördermenge Abb. 3: Geschwindigkeiten, Reibungsverluste in Rohrleitungen

8 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 7 von Konstruktive Gestaltung 1. Der Anschluss von Rohrkrümmern unmittelbar an die Saugstutzen ist zu vermeiden. Zwischen Krümmer und Pumpe ist ein gerades Einlaufstück vorzusehen, Länge ca. zweifacher Saugleitungsdurchmesser. 2. Die Nennweite der Saugleitung muss mindestens der Saugstutzen-Nennweite entsprechen. 3. Bei größeren Saugleitungen sind exzentrische Übergangsstücke zur Pumpe gemäß nachstehender Abbildung vorzusehen. Saugbetrieb Zulaufbetrieb 2D 2D Abb. 4: Saugleitung 4. Werden saugseitige Filter vorgesehen, sollte der freie Querschnitt dieser Elemente mindestens dem 3-fachen Saugstutzenquerschnitt entsprechen. Empfohlene Maschenweite des Filtereinsatzes für Kreiselpumpen 0,5 mm, für selbstansaugende Seitenkanalpumpen 0,2 mm. Der Durchflusswiderstand ist bei der Berechnung des NSPH-Anlagen-Wertes zu berücksichtigen. Verschmutzte saugseitige Filter können Kavitation bewirken und größere Pumpenschäden hervorrufen. Überwachung des maximal zulässigen Durchflusswiderstandes wird empfohlen. Zwischen Filter und Saugstutzen ist ein gerades Einlaufstück vorzusehen, Länge ca. zweifacher Saugstutzendurchmesser. 5. Separate Saugleitungen sind empfehlenswert, wenn mehr als eine Pumpe an einen gemeinsamen Saugbehälter angeschlossen werden. Niemals Saugleitung mit größerer Nennweite ohne Übergangsstück direkt an die Pumpe anschließen. Strömungswirbel verringern den freien Einlaufquerschnitt. Zusätzliche Verluste reduzieren den ermittelten NPSH-Wert der Anlage. Kavitationsgefahr! 6. Max. zulässige Strömungsgeschwindigkeit ist 2 m/s. Abb. 5: Saugflansch

9 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 8 von 31 Saugbetrieb: 1. Saugleitung ständig steigend zum Saugstutzen verlegen. Luftsäcke vermeiden. 2. Saugseitige Flanschverbindungen müssen gasdicht sein. 3. Beim Einsatz normalsaugender Kreiselpumpen muss ein Fußventil sicherstellen, dass Saugleitung und Pumpe beim Anfahren vollständig mit Fördermedium gefüllt sind. Durchflusswiderstand des Fußventiles ist bei der NPSH-Wert- Berechnung zu berücksichtigen. Ein einwandfreies Öffnen beim Anfahren der Pumpe muss gewährleistet sein. Bei federbelasteten Ventilen Schließkräfte beachten. Fußventile oder andere Rückflusssperren sind so anzuordnen, dass sie sich beim Anfahren unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befinden. 4. Es müssen Einrichtungen bzw. Anschlüsse vorgesehen werden, die vor Inbetriebnahme die Befüllung der Pumpe und der Saugleitung, bzw. bei selbstansaugenden Pumpen die Befüllung des Pumpengehäuses problemlos sicherstellen. 5. Pumpen möglichst nahe am saugseitigen Behälter installieren. Lange Saugleitungen unbedingt vermeiden. Zulaufbetrieb: 1. Saugseitiges Absperrventil vorsehen, damit die Pumpe im Störfall problemlos ausgebaut werden kann. 2. Saugleitung ständig fallend so zum Saugstutzen verlegen, dass Luftsäcke vermieden werden und eine vollständige Entlüftung beim Befüllen der Leitung gewährleistet ist. 3. Der Eintritt in die Saugleitung sollte soweit unter dem Mindestflüssigkeitsspiegel liegen, dass Trichterbildung und Luft- bzw. Gaseinbrüche vermieden werden. Falls nicht möglich, Einlaufkreuze vorsehen, die Trichterbildung vermeiden. Einlaufstutzen Feststoffe Saugleitung über vorsehen Behälterboden anordnen Abb. 6: Saugleitung, Eintritt

10 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 9 von Seitenkanalpumpen sind aufgrund der geringen inneren Bauspiele empfindlich gegen abrasive Feststoffe im Fördermedium. Erfahrungsgemäß sammeln sich derartige Beimengungen (Schweißperlen, Zunder bei Neuanlagen, ferritische Abtragungen bei St-Rohrleitungen) bei Anlagenstillstand am tiefsten Punkt der saugseitigen Behälter und können beim erneuten Anfahren zum Ausfall der Pumpen führen. Die Saugleitungen der SCM-Pumpen sind daher so anzuschließen, dass sie nicht in den Behältertiefpunkt münden. 5. Falls bei Wärmeträgeröl-Anlagen vertikale Ausgleichsbögen in der Saugleitung vorhanden sind, müssen diese mit zusätzlichen Entlüftungsleitungen ausgerüstet werden. Die Entlüftungsleitungen müssen vom höchsten Punkt des Ausgleichsbogens zum Ausgleichsgefäß geführt werden und unterhalb des Mindestfüllstandes einmünden, um vollständige Entlüftung der Saugleitung zu gewährleisten. Ausgleichsgefäß Mindestfüllstand Entlüftungsleitung HZ Dehnungsausgleichsbogen Abb. 7: Entlüftung Ausgleichsbogen 6. Der Einbau von Rückschlagklappen in die Saugleitung ist nicht zulässig. 7. Bei Förderung siedender Medien muss die Zulaufhöhe H Z größer sein als der in der Pumpenkennlinie angegebene NPSH-Wert. Es muss gelten: H Zmin NSPH-Pumpe + saugseitige Strömungsverluste Es wird dringend empfohlen, bei siedenden Medien den saugseitigen Flüssigkeitsspiegel mit Niveauwächtern so zu überwachen, dass die Pumpe bei Unterschreitung der Mindestzulaufhöhe sicher abgeschaltet wird. 2.3 Druckleitungen 1. Druckseitiges Absperrventil vorsehen, damit die Pumpe im Störfall problemlos ausgebaut werden kann. Falls ein zusätzliches Regelventil vorgesehen ist, sollte dies zwischen Druckstutzen und Absperrventil angeordnet werden. 2. Falls Diffusoren eingebaut werden, sind diese zwischen Druckstutzen und Absperrventil einzubauen. Maximaler Erweiterungswinkel von 8 ist einzuhalten. 3. Stoßdämpfer zur Vermeidung von Wasserschlägen bzw. Druckstößen sind bei schnell schließenden Absperrventilen vorzusehen.

11 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 10 von Falls Rückschlagklappen vorgesehen werden, sind diese grundsätzlich in die Druckleitung einzubauen. 5. In allen Fällen, wo zwei oder mehrere Pumpen in eine gemeinsame Druckleitung fördern, muss jede Pumpe druckseitig mit einer Rückschlagklappe abgesichert werden. Dies gilt sowohl für Parallelbetrieb als auch für Stand-by Pumpen mit automatischer Zuschaltung. Start der Pumpe ist nur im Stillstand möglich. Motoreinschaltung bei rückwärts drehender Pumpe führt zum Abriss der Magnetkupplung. 6. Pumpen im Parallelbetrieb Q1 pp1 Qnorm1 + Qnorm2 Q2 pp2 Abb. 8: Parallelbetrieb Die Problematik des Parallelbetriebes ist in Abbildung 9 dargestellt und basiert auf der Tatsache, dass die Kreiselpumpe im Gegensatz zur Verdrängerpumpe keine von der Konstruktion vorgegebene Fördermenge hat. Die Fördermenge der Kreiselpumpe ist abhängig von den jeweiligen druckseitigen Widerständen und ergibt sich aus dem Schnittpunkt der Pumpenkennlinie mit der Rohrleitungskennlinie (siehe Kapitel 2.1). Bei einer Installation gemäß Abb. 8 ermittelt der Projektant die Rohrleitungskennlinie bzw. die erforderliche Förderhöhe H erf, die gewährleistet, dass beide Pumpen im Parallelbetrieb die erforderliche Menge Q 1 und Q 2 zum Verbraucher fördern. Anhand der saugseitigen Widerstände wird der NPSH- Wert der Anlage für die Mengen Q 1 bzw. Q 2 ermittelt, wobei diese Mengen in der Regel identisch sind. Die Pumpen werden dann so ausgelegt, dass der Pumpen-NPSH-Wert bei den Mengen Q 1 / Q 2 ausreichend Abstand zum Anlagen-NPSH-Wert hat. Hiermit ist kavitationsfreier Betrieb gewährleistet, wenn tatsächlich beide Pumpen im Betrieb sind. Wird jedoch, z.b. im Anfahrbetrieb, nur eine Pumpe gestartet, so arbeitet diese Pumpe bei der Menge Q max, wenn in der gemeinsamen Druckleitung kein Drosselorgan bzw. kein Mengenbegrenzer vorhanden ist. In diesem Fall muss gewährleistet sein, dass der NPSH-Wert der Anlage auch bei Q max noch über dem sich dann ergebenden Wert des NPSH-Pumpe liegt. Ist dies nicht der Fall, so muss durch ein entsprechendes Drosselorgan sichergestellt werden, dass die zulässige Fördermenge nicht überschritten wird. Betrieb der Pumpen - auch nur kurzzeitig - unter Kavitationsbedingungen führt zur Zerstörung der pumpenseitigen Gleitlagerung. Pumpen im Parallelbetrieb immer gleichzeitig anfahren, um Kavitation zu vermeiden.

12 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 11 von 31 Pumpenkennlinie Einzelbereich pp1 bzw. pp2 Pumpenkennlinie Parallelbereich pp1 + pp2 Hnorm Rohrleitungskennlinie Qnorm Qzul Qmax Qnorm1 + Qnorm2 NPSH NPSH-Anlage NPSH-Pumpe NPSH-Pumpe pp1, pp2 kavitationsfrei 3% Kavitation Pumpenschaden durch Kavitation Abb. 9: Rohrleitungskennlinie und Pumpenkennlinien im Parallelbetrieb

13 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 12 von Bypassleitung, Mindestmengenregelung Bei Pumpen mit Permanentmagnetkupplungen sind die äußeren, treibenden Magnete mit den inneren, getriebenen Magneten durch die magnetischen Feldlinien verbunden. Magnetfeld treibender Rotor äußerer Trägerring Permanentmagnete Spalttopf Kleber getriebener Rotor innerer Trägerring Abb. 10: Magnetkupplung Beim Betrieb der Pumpe schneiden die rotierenden Feldlinien den stationären Spalttopf und erzeugen in metallischen Spalttöpfen Wirbelströme, die eine Erwärmung des Produktes im Spalt zwischen getriebenem Rotor und Spalttopf bewirken. Um Siedepunktüberschreitung zu verhindern, wird diese Wärme durch einen internen Zirkulationsstrom abgeführt. Der Zirkulationsstrom fließt von der Druckseite durch den Magnetraum und wird durch entsprechende konstruktive Maßnahmen wieder dem Hauptförderstrom auf der Druckseite zugeführt (sh. Abb. 20/21). Um unzulässige Erwärmung und Siedepunktüberschreitung im Spalttopfbereich auszuschließen, darf der Hauptförderstrom eine gewisse Mindestmenge nicht unterschreiten (sh. Abb. 11). Magnetverlustleistung pv = 2,7 kw pa / TA TSp / psp T Hilfslaufrad pe TE TE' TSp p3 TA T TE = TE' = NPSHR-neutral Mindestförderstrom TE, T konstant Q [m 3 /h] Abb. 11: Temperaturverhalten

14 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 13 von 31 Als Mindestmenge wird der Förderstrom definiert, bis zu dem sich eine konstante Temperaturerhöhung im Spalttopf einstellt. D.h. im Betriebsbereich rechts vom Mindestförderstrom herrscht eine konstante Temperatur, bei Unterschreitung der Mindestmenge steigt die Spalttopftemperatur entsprechend an. Betreiben Sie die Pumpe niemals unterhalb des erforderlichen Mindestförderstromes. Siedepunktüberschreitung führt zu Trockenlauf und Zerstörung der Gleitlagerung. Bei Pumpen, die aus verfahrenstechnischen Gründen zeitweilig gegen geschlossenen Druckschieber (d.h. bei Q = 0) betrieben werden, ist zur Abführung der Magnetverlustwärme eine zusätzliche Bypassleitung von der Druckseite zurück zum Saugbehälter zu installieren. Eine Rückführung zur Saugleitung, unmittelbar vor die Pumpe, ist nicht zulässig. Bypassleitung Drosselblende Qmin nicht zulässig Saugleitung Abb. 12: Bypassleitung Zur Regulierung des erforderlichen Bypassstromes wird in der Bypassleitung eine Lochblende eingebaut. Der erforderliche Lochdurchmesser d 3 ist abhängig vom erforderlichen Bypassstrom Q min, der Druckdifferenz H vor und nach der Lochblende, sowie von dem durch das Öffnungsverhältnis (d 3 /D 7 ) 2 der Blende bestimmten Drosselbeiwert f 1. Qmin, Tkonst Drosselbeiwert f1 D7 d3 H (d3/d7) 2 Abb. 13: Blende Es ist: d 3 = f 1 Q min H [mm] ; Q min in m 3 /h ; H = Druckdifferenz in mfs Da bei der Bestimmung von d 3 das Öffnungsverhältnis zunächst unbekannt ist, wird der Drosselbeiwert f 1 zuerst mit 10 angenommen und dann durch Wiederholung der Rechnung korrigiert.

15 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 14 von 31 Betrieb gegen geschlossenen Druckschieber kann unvorhergesehen auch auftreten, wenn in nachgeschalteten Anlagenteilen Regel- bzw. Absperrarmaturen bei Betriebsstörungen automatisch schließen. Falls derartige Armaturen in der Druckleitung vorhanden sind, sollte generell eine Bypassleitung vorgesehen werden. 3. Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen Dieses Kapitel fasst die wesentlichen Informationen gemäß Richtlinie 94/9/EG bezüglich des Einsatzes von Pumpen in explosionsgefährdeten Bereichen zusammen. Eine Pumpe stellt im Betrieb eine potentielle Zündquelle dar. Die wesentlichen Zündquellen sind heiße Oberflächen, mechanische Funken, elektrostatische Auf- und Entladung. Pumpen der Kategorie 2 sind so ausgelegt, dass sie im bestimmungsgemäßen Betrieb ein hohes Maß an Sicherheit gewährleisten, d.h. bei der Risikobetrachtung der Pumpen wurde eine erwartete Störung berücksichtigt. Erwartete Störungen sind beispielsweise: Unterschreiten der Mindestfördermenge Schaden an Gleit- und Wälzlagerung Bei magnetgekuppelten Pumpen Abriss der Magnetkupplung Bei GRD-Pumpen Trockenlauf an der Gleitringdichtung (=GRD) Lauf gegen geschlossenen Schieber Trockenlauf Bei magnetgekuppelten Pumpen zu hohe Spalttopfoberflächentemperatur Bei Blockpumpen Temperaturübertrag von der Pumpe in den explosionsgeschützten Elektromotor Die Risikobetrachtung für Pumpen beruht auf dem bestimmungsgemäßen Gebrauch der Pumpe. Diese darf daher nur für den im Datenblatt spezifizierten Einsatzbereich und innerhalb des zulässigen Betriebsbereiches betrieben werden. Der bestimmungsgemäße Gebrauch der Pumpen setzt voraus, dass diese ständig mit Flüssigkeit gefüllt sind. Um sicherzustellen, dass erwartete Störungen nicht auftreten bzw. so schnell erkannt werden, dass keine Zündquelle entsteht, sind betreiberseitig Maßnahmen zu treffen. 3.1 Allgemeine Maßnahmen Vor Inbetriebnahme ist sicherzustellen, dass die Pumpe entlüftet und die Saugleitung komplett mit Fördermedium gefüllt ist. Falls vorhanden, sind Vorlagebehälter für doppelte GRD gemäß Betriebsanweisung aufzufüllen. Betrieb gegen geschlossenen Druckschieber, bzw. Unterschreitung der erforderlichen Mindestfördermenge ist nicht zulässig. Zur Einstellung der Mindestmenge können Regelventile, Bypassleitungen oder ähnliches vorgesehen werden. Ein Leistungswächter ist ebenfalls geeignet, das Unterschreiten der Mindestmenge zu erkennen.

16 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 15 von 31 Trockenlauf ist unbedingt zu vermeiden. Durch Trockenlauf kommt es innerhalb kürzester Zeit zu unzulässig hohen Temperaturen im Bereich des Spalttopfes, der Gleitlagerung bzw. der Gleitringdichtung. Trockenlauf kann durch Temperaturüberwachungen am Spalttopf / GRD oder durch Leistungswächter rechtzeitig erkannt werden. Betrieb bei geschlossenem Saugschieber bzw. verstopftem Filter oder Sieb ist unbedingt zu vermeiden. Die Pumpe darf nur zur Förderung des im Pumpendatenblatt spezifizierten Produktes eingesetzt werden. Das gilt insbesondere für die Produkttemperatur, die spezifische Wärme des Produktes, den Feststoffgehalt und die Zähigkeit. Für andere Einsatzbedingungen ist eine Rückfrage im Werk erforderlich. Bei Förderung von nichtspezifiziertem Produkt können sich die Zirkulationsbohrungen durch Feststoffe oder Polymerisation zusetzen, die dann zu einer Temperaturerhöhung im Spalttopf- bzw. Gleitringdichtungsbereich führen. Die im Datenblatt angegebene Drehzahl darf nicht überschritten werden, etwa durch den Einsatz von Getriebe oder Frequenzumrichter. Die zulässigen Belastungen können sehr schnell überschritten werden. Die produktberührten Bauteile der Pumpe sind regelmäßig einer Revision zu unterziehen. Wälzlager sind regelmäßig zu überprüfen und zu warten. Angaben zu Wartungsintervallen sind in der Betriebsanleitung zu finden. Regelmäßige Schwingungsmessungen an den Lagerstellen können über den Zustand der Wälzlager Auskunft geben. Lagerschäden können auch durch Temperaturmessungen an den Lagerstellen erkannt werden. Radialwellendichtringe müssen regelmäßig überprüft werden. Bei Isolierung der Pumpe gegen Wärmeverluste darf nur der hydraulische Teil isoliert werden. Bei beheizten Pumpen darf der Heizmantel nur mit dem im Datenblatt spezifizierten Heizmedium beaufschlagt werden. 3.2 Besondere Maßnahmen bei Pumpen mit Magnetantrieb In seltenen Fällen kann es beim Anfahren und auch während des laufenden Betriebes zu einem Abriss der Magnetkupplung kommen. Die Kühlung der Magnetkupplung ist in diesem Zustand nicht mehr gewährleistet, die Temperatur kann innerhalb kurzer Zeit unzulässig hoch werden. Dieser Zustand kann durch einen Leistungswächter der Pumpe, eine "mag-safe" Temperaturüberwachung am Spalttopf oder anlagenseitig durch eine Überwachung des Förderdrucks oder der Fördermenge erkannt werden. Beim Betrieb der Pumpe oberhalb der maximalen zulässigen Pumpenleistung kann es ebenfalls zu einem Abriss der Magnetkupplung kommen. Dieser Zustand kann durch einen Min-/Max- Leistungswächter erkannt werden. Der Zustand der Gleitlagerung ist regelmäßig zu überprüfen. 3.3 Besondere Maßnahmen bei Seitenkanalpumpen Beim Betrieb der Seitenkanalpumpen kann es zum Anlaufen der Flügelräder an die Saug- und Druckscheiben kommen. Durch die flüssigkeitsbenetzten Oberflächen können jedoch keine Funkengaben entstehen. Auch reicht die geringe Zeit des Anlaufens nicht aus, unzulässige Temperaturerhöhungen zu erreichen. Nahezu ausschließen kann man das Anlaufen durch eine verschleißfeste Ausführung.

17 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 16 von Besondere Maßnahmen bei Pumpen mit GRD Gleitringdichtungen sind Maschinenbauteile, die für allgemeine Zwecke in Verkehr gebracht werden und deshalb in der Regel keine Komponenten im Sinne der Explosionsschutzrichtlinie. Bei einer einfachwirkenden GRD können durch Trockenlauf oder partielle Mangelschmierung unzulässige Temperaturen am Gegenring auftreten. Der Betreiber muss deshalb sicherstellen, dass ständig Produkt an der GRD ansteht. Bei der Tandemanordnung (= druckloser Thermosiphonbehälter) befinden sich zwei GRD in Reihe hintereinander, zwischen denen sich eine geeignete Flüssigkeit befindet. Bei Trockenlauf der produktseitigen GRD ist der Temperaturanstieg durch den Kontakt mit der Flüssigkeitsvorlage beschränkt. Als Überwachung reicht eine Füllstandsüberwachung mit High- und Low-level-Absicherung und ggf. ein Manometer mit Grenzschalter aus. Bei der Back-to-Back-Anordnung (=druckbeaufschlagter Thermosiphonbehälter) werden sowohl die produktseitige als auch die atmosphärenseitige GRD durch das Sperrmedium geschmiert. Der Wegfall des Produktes führt daher nicht zu einem Trockenlauf. Als Überwachung reicht daher eine Drucküberwachung des Sperrmediums und/oder Füllstandsüberwachung mit Low-Level-Absicherung aus. 3.5 Besondere Maßnahmen bei Blockpumpen Um die Entstehung von möglichen Zündrisiken und überhöhte Temperaturen im Elektromotor zu verhindern, sind bei den direkt gekuppelten Blockpumpen ggf. Temperaturgrenzen einzuhalten. Bei Ausführung mit GRD wird immer eine belüftete (d.h. offene) Antriebslaterne verwendet. Hier brauchen keine Temperaturgrenzen beachtet werden. Bei Ausführung mit Magnetkupplung ist die Antriebslaterne geschlossen und es dürfen die in der Betriebsanweisung der Pumpe aufgeführten maximalen Spalttopftemperaturen keinesfalls überschritten werden. 3.6 Kennzeichnung der Pumpen Eine Pumpe der Gerätegruppe II, Kategorie 2 zur Verwendung in Atmosphären mit Gas/Dampf/Nebel, ausgeführt nach der Norm EN (Schutz durch konstruktive Sicherheit) hat folgende Kennzeichnung: Da die tatsächliche maximale Oberflächentemperatur nicht von den entsprechenden Zündquellen, sondern von der Temperatur des Fördermediums abhängig ist, erfolgt keine Kennzeichnung mit einer Temperaturklasse oder Temperatur. In die Kennzeichnung wurde das Symbol X mit aufgenommen und in der Betriebsanweisung der magnetgekuppelten Pumpen wird auf die sich einstellende Oberflächentemperatur hingewiesen (DIN EN ; 14.2 g).

18 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 17 von Staubschutz Neben dem Gasexplosionsschutz stellen auch brennbare Stäube eine ernstzunehmende Gefahr dar, da aufgewirbelte Stäube vermischt mit Sauerstoff leicht entzündbar und explosionsfähig sind. Zündfähig sind jedoch nur Stäube mit einer Korngröße von 0,02 0,4 mm. Das Zonenkonzept beinhaltet die Zonen 20, 21 und 22, analog zum Gasexplosionsschutz (Zone 0, 1 und 2). Die Pumpen müssen nach den tatsächlichen maximalen Oberflächentemperaturen festgelegt und entsprechend gekennzeichnet sein. Eine Pumpe der Gerätegruppe II, Kategorie 2 zur Verwendung in Staubatmosphäre der Zone 21, ausgeführt nach der Norm EN und einer max. tatsächlichen Oberflächentemperatur von z.b. 200 C hat folgende Kennzeichnung: 3.8 Oberflächentemperatur Die höchsten Oberflächentemperaturen sind an dem Pumpengehäuse, am Spalttopf und im Bereich der Wälzlager zu erwarten. Die Oberflächentemperatur am Pumpengehäuse entspricht der Temperatur des Fördermediums. Im Bereich des Lagerträgers muss freier Kontakt der Oberfläche zur Umgebung bestehen. Eine Isolierung des Lagerträgers ist nicht erlaubt. Die Spalttopftemperatur ergibt sich mit Abb. 14 und nachstehender Formel. Abb. 14: Spalttopftemperatur in Abhängigkeit der Magnetverlustleistung P v bei Wasser.

19 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 18 von 31 T sp, medium = TE + T sp, H 2O c x c H 2 O medium x ρh 2 O ρ medium T E = Eintrittstemperatur Medium im Saugstutzen = siehe Abb. 14 Tsp, H 2O c 2 = spezifische Wärmekapazität Wasser = 4,187 kj / kgk H O c medium = spezifische Wärmekapazität Fördermedium [kj / kgk] ρ H 2 O = Dichte Wasser = 1 kg / dm 3 ρ medium = Dichte Fördermedium [kg / dm 3 ] 4. Überwachungseinrichtungen Pumpen mit Permanentmagnetkupplungen arbeiten in der Regel wartungsfrei. Es ist jedoch zu beachten, dass unzulässige Betriebsbedingungen, wenn sie nicht rechtzeitig erkannt werden, zum Teil erhebliche Pumpenschäden und Gefahren hervorrufen können. Im Extremfall kann es bei Beschädigung des Spalttopfes auch zur Gefährdung des Bedienungspersonals und der Umwelt durch austretende Leckagen kommen. Nachstehend werden mögliche Betriebsstörungen beschrieben und Einrichtungen empfohlen, die Schäden durch solche Betriebsstörungen vermeiden. Die endgültige Entscheidung, welche Überwachungseinrichtungen letztendlich installiert werden, liegt in der Verantwortlichkeit des Betreibers. Vorliegende Betriebserfahrungen mit vergleichbaren Betriebsbedingungen, Referenzen der Firma DICKOW mit anderen Betreibern und auch die Eigenschaften des zu fördernden Mediums sollten berücksichtigt werden. Die Temperaturüberwachung hat z.b. bei Förderung siedender Medien, wo Siedepunktüberschreitung unbedingt vermieden werden muss, einen höheren Stellenwert als bei Medien mit ausreichendem Abstand zur Siedetemperatur. Pumpenkonstruktion und spezielle Anforderungen sollten ebenfalls beachtet werden. Ein sehr wichtiger Faktor ist die einwandfreie Installation gelieferter Überwachungseinrichtungen. Sicherheitsanforderungen, Betriebsanweisungen und Schaltpläne zur Verbindung mit der Motorsteuerung müssen auf jeden Fall beachtet werden. 4.1 Motorüberwachung, Lastwächter Die Motorüberwachung basiert auf der Tatsache, dass bei Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen jede Änderung des Förderstromes bei konstanter Drehzahl auch eine Änderung der Wellenleistung und damit der abgegebenen Motorleistung bewirkt.

20 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 19 von 31 H [mlc] HN NPSH-A NPSH-PP Pmax NPSH [m] P [kw] PN Pmin Qmin QN Qmax Q Betriebsbereich Zentrifugalpumpe Abb. 15: Lastwächter-Messbereich Der Lastwächter kontrolliert während des laufenden Betriebes elektronisch die Wirkleistung des Antriebsmotors und schaltet die Maschine ab, wenn die vorgegebenen Grenzwerte P max und P min über- bzw. unterschritten werden. Ein besonderer Vorteil der Motorüberwachung liegt in der kostensparenden Installation. Die Motorüberwachung benötigt keine zusätzlichen Sensoren und Verkabelungen zur Pumpe, sondern wird direkt in die Zuleitung des Antriebsmotors geschaltet und ist so die wirtschaftlichste und einfachste Art der Überwachung. Nachträglicher Einbau ist jederzeit möglich. Die Motorüberwachung empfiehlt sich besonders für Fördermedien mit ausreichendem Abstand zur Siedetemperatur. Im Gegensatz zur Überwachung nach der "Phasenwinkelmessung" können die zulässigen Werte anhand der Pumpenkennlinie und des zu erwartenden Motorwirkungsgrades berechnet und die Grenzen bereits bei Auslieferung fixiert werden. Die Motorüberwachung schützt die Pumpen gegen folgende unzulässige Betriebszustände: Trockenlauf, entkuppelte Magnete Bei normalsaugenden DICKOW-Magnetpumpen, Typen NM, KM, PRM, HZM sind die SiC- Gleitlager mit diamantartigem Kohlenstoff beschichtet. Diese Lager sind trockenlaufgeeignet, da hierbei keine hydraulischen Kräfte wirken. Die Motorüberwachung dient hier nicht zur Vermeidung von Gleitlagerschäden, sondern schützt die Magnetkupplungen vor Entmagnetisierung durch Überhitzung, da sowohl bei Trockenlauf als auch bei Betrieb mit abgerissener Magnetkupplung (Läufer blockiert) kein interner Zirkulationsstrom zur Abführung der Wirbelstromverlustwärme (siehe Kap. 2.4) vorhanden ist. In beiden Fällen wird der Antriebsmotor nur mit der Magnetverlustleistung, d.h. nur mit einem Bruchteil seiner Nennleistung belastet. D.h. die eingestellte Mindestleistung P min wird nicht erreicht und die Motorüberwachung schaltet die Maschine nach Ablauf der Startverzögerung ab. Betrieb gegen geschlossenen Druckschieber, Mindestmenge Bei Unterschreitung der Mindestmenge Q min steigt die Temperatur im Bereich der Magnetkupplung stark an.

21 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 20 von 31 Dies kann zu Siedepunktüberschreitung im Gleitlagerbereich und damit zur Zerstörung der Gleitlagerung führen. Die Motorüberwachung schaltet die Pumpe ab, sobald die eingestellte Mindestleistung P min unterschritten wird. Die Mindestleistung P min muss mindestens 25% der Motornennleistung betragen, da sonst die Berechnung des Einstellwertes über die Wirkleistung zu ungenau wird. Betrieb oberhalb Q max Ein Betrieb von Kreiselpumpen oberhalb von Q max hat erhöhte Vibrationen zur Folge. Die Lebensdauer der Pumpe reduziert sich. In diesem Betriebszustand steigt bei Kreiselpumpen die Motorleistung über die eingestellte Maximalleistung P max an. Der Motor wird nach Ablauf der eingestellten Auslöseverzögerung abgeschaltet. Für folgende Betriebsbedingungen ist der Lastwächter nicht geeignet: Bei kleinen Leistungen und nur geringem Unterschied von P min und P max. Bei Temperaturschwankungen und den damit einhergehenden, wechselnden Viskositäten und Dichten des Fördermediums. Dies gilt z.b. bei Wärmeträgerölanlagen, wo hohe Viskositäten und Dichten beim Anfahren einer Anlage auftreten. Bei wechselnden Fördermedien (Batch-Betrieb). 4.2 Niveauüberwachung, Trockenlaufschutz Selbstansaugende Pumpen - lichtelektrischer Sensor Seitenkanalpumpen oder Kreiselpumpen mit integrierter, nach dem Seitenkanalprinzip arbeitender Entlüftungsstufe dürfen aufgrund der geringen internen Bauspiele nie ohne vorherige Befüllung mit Fördermedium betrieben werden. Seitenkanalrad 0,09 0,09 Seitenkanal Flüssigkeitsfilm Druckscheibe Saugscheibe Abb. 16: Seitenkanalstufe

22 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 21 von 31 Falls diese Pumpen im Saugbetrieb arbeiten, wird die Füllstandsüberwachung mit lichtelektrischem Sensor empfohlen. Funktionsbeschreibung trocken befüllt Ein in die Fühlerspitze geleiteter Lichtstrahl wird im trockenen Zustand reflektiert und bei befüllter Pumpe ins Fördermedium abgeleitet. Der Messwandler erkennt die Ablenkung und gibt sie als elektrisches Signal an den Schaltverstärker weiter. Der Schaltverstärker ist so mit der Motorsteuerung verbunden, dass die Antriebsmaschine bei trockener Fühlerspitze stromlos bleibt. zum Schaltverstärker Leitapparat Lichtelektrischer Grenzwertgeber optoelektronischer Grenzwertgeber G1/2 Flüssigkeitsstand Fühlerspitze Einzelheit A Abb. 17: Lichtelektrischer Sensor Normalsaugende Pumpen - Schwimmerschalter Normalsaugende Pumpen können nur in Betrieb genommen werden, wenn die Saugleitung und die Pumpe selbst vollständig mit Fördermedium gefüllt ist. Eine Überwachung des Pumpenfüllstandes kann hier mit verschiedenen Einrichtungen vorgenommen werden. a) Lichtelektrischer Sensor, eingeschraubt in das Pumpengehäuse, Funktion gemäß b) Bypass-Niveauschalter (Schwimmerschalter) nach EN 50020, eingebaut in die Druckleitung. c) "Elektronischer Schwimmerschalter", Sicherheits-Füllstandsmessaufnehmer mit Schwingsonde LIQUIPHANT FDL. Der symmetrische Schwinger des Liquiphanten wird piezoelektrisch auf seiner Resonanzfrequenz angeregt. Seine Frequenz ändert sich, wenn er in Flüssigkeit eintaucht. Eine eingebaute Leuchtdiode leuchtet, wenn der Schwinger frei ist.

23 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 22 von 31 Den Bedeckungszustand des Schwingers meldet der Liquiphant mit Signal über eine Zweidrahtleitung an den zugehörigen Schaltverstärker FTL. Dieser versorgt den Liquiphanten potentialfrei und eigensicher mit Gleichstrom und gibt das ankommende Signal weiter zur Motorsteuerung. a) Lichtelektrischer Sensor b) Bypass-Niveauschalter nach EN Grenzwertgeber Schaltverstärker zum Schaltverstärker Schwimmschalter c) Elektronische Überwachung LIQUIPHANT Schaltausgang Liquiphant FDL Schwimmgabel Abb. 18: Überwachungseinrichtungen, Trockenlauf Die Niveauüberwachung mit Schwimmerschalter oder Liquiphant ist auch bei Seitenkanalpumpen möglich, wenn diese im Zulaufbetrieb eingesetzt werden und die Befüllung von Saugleitung und Pumpe vor Inbetriebnahme gegeben ist.

24 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 23 von Temperaturüberwachung, PT100-Elemente Spalttopfoberfläche Neben der Motorüberwachung ist der PT100-Temperaturfühler auf der Spalttopfoberfläche die gebräuchlichste Art der Pumpenüberwachung. Funktionsbeschreibung Die PT100-Temperaturfühler besitzen einen Messwiderstand aus Platin, der bei 0 C einen Widerstand von 100 Ohm aufweist. Temperaturveränderungen an der Messstelle bewirken eine Änderung des Widerstandes und damit der angelegten Spannung. Die Spannungsänderung wird in einem nachgeschalteten Regler so verarbeitet, dass bei Überschreitung einer vorgegebenen Grenztemperatur der Antriebsmotor stillgesetzt bzw. Alarm ausgelöst wird. Bei der Auswahl der PT100-Elemente ist darauf zu achten, dass diese auch tatsächlich für Oberflächentemperaturmessungen geeignet sind. Keramiksand Wärmezement Platin Fühlerelement Schutzrohrboden interner Kühlstrom QT Anschlussknopf BUKH-Ex ohne Transmitter zur Motorsteuerung Kabelverschraubung M20x1,5 EExe II oder 100 NPT 1/8 Adapter Druckfeder Verlängerung Abdichtung Schutzrohr PT100-Element Anlaufsicherung treibender Rotor Spalttopf getriebener Rotor Messstelle Abb. 19: Spalttopf-Temperaturüberwachung durch PT100 Die Abbildung 19 zeigt einen herkömmlichen PT100-Temperaturfühler, der den Anforderungen an derartige Fühler in besonderem Maße gerecht wird. Der Schutzrohrboden ist flach ausgeführt, so dass ausreichend Kontakt zur Spalttopfoberfläche gegeben ist. Das Fühlerelement ist direkt auf dem Schutzrohrboden befestigt. Eine integrierte Druckfeder sorgt dafür, dass der Schutzrohrboden ständigen Kontakt mit der Spalttopfoberfläche hält.

25 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 24 von 31 Derartige Fühler arbeiten zuverlässig in mit Medium gefüllter Pumpe und schützen gegen Siedepunktüberschreitung im Spalttopfbereich, hervorgerufen durch unzulässige Temperaturerhöhungen - auch bei Förderung siedender Medien - wenn der Fühler im Rücklauf des internen Zirkulationsstromes zur Abführung der Magnetverlustwärme gemäß Abbildung 20 angeordnet ist, was nur bei DICKOW-Pumpen mit Rückenschaufeln oder Hilfslaufrad auf der Rotorrückseite gegeben ist. Unzulässige Temperaturerhöhungen können ausgelöst werden durch Unterschreitung des Mindestförderstromes, durch Betrieb gegen geschlossenen Druckschieber ohne zusätzlichen Bypass, durch Verstopfung der Zirkulationskanäle, bei Betrieb mit entkuppelter Magnetkupplung ohne internen Zirkulationsstrom. Spiralgehäuse Lagergehäuse Anordnung PT100 p0 psp Temperaturanstieg p4 pe pr p3 Laufrad Hilfslaufrad p0 p2 Abb. 20: Magnetkupplung mit Hilfslaufrad Der PT100 schützt die Magnetkupplung bei Betrieb mit entkuppelten Magneten nur gegen Überhitzung, wenn die Pumpe vollständig mit Fördermedium befüllt ist. Bei Anordnung des PT100 im Vorlauf des internen Zirkulationsstromes gemäß Abb. 21 (Pumpen ohne Rückenschaufeln) ist bei siedenden Medien die Schutzfunktion gegen Siedepunktüberschreitung nicht mehr gewährleistet. Der PT100 reagiert erst, wenn sich bereits die gesamte Pumpe entsprechend erwärmt hat. Die Oberflächentemperaturfühler gemäß Abbildung 19 sind nicht als Trockenlaufschutz geeignet.

26 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 25 von 31 p0 Injektorschlitze Anordnung PT100 Temperaturanstieg pe p5 p3 Laufrad- Rückwand p4 Abb. 21: Magnetkupplung ohne Hilfslaufrad Produkttemperatur Magnetraum eingeschweißte Schutzhülse PT100 interner Kühlstrom QT T Abb. 22: PT100 mit Schutzrohr Funktionsbeschreibung Funktion und Aufbau des PT100-Elementes wie vor unter beschrieben. Aus Sicherheitsgründen wird der PT100 zur Produkttemperaturmessung in ein eingeschweißtes Schutzrohr eingeschraubt. Die Produkttemperaturmessung wird hauptsächlich bei Förderung siedender Medien eingesetzt, hier zum Teil auch aus Sicherheitsgründen zusätzlich zur Spalttopf-Oberflächentemperaturmessung. Auch hier gilt, dass eine zuverlässige und schnell reagierende Messung nur bei Anordnung im Rücklauf des internen Zirkulationsstromes, d.h. unmittelbar nach der Erwärmung im Spalttopf möglich ist.

27 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 26 von 31 Der Temperaturfühler zur Ermittlung der Produkttemperatur in der Pumpe ist nicht als Trockenlaufschutz geeignet. Bei Betrieb mit entkuppelten Magneten ist ein Schutz der Magnetkupplung gegen Überhitzung nur gegeben, wenn die Pumpe vollständig mit Fördermedium gefüllt ist Gleitlagertemperatur, beheizte Pumpen PT100 Heizkammer Spalttopf Spalttopf Fördermedium Abb. 23: PT100 für beheizte Pumpen Funktionsbeschreibung Funktion und Aufbau des PT100-Elementes wie vor unter beschrieben. Die unter 4.3.1/2 beschriebenen Temperaturüberwachungen haben die Aufgabe, Siedepunktüberschreitung im Spalttopfbereich zu vermeiden. Diese Problematik ist bei Fördermedien, die eine zusätzliche Beheizung der Pumpe erfordern, in der Regel nicht gegeben. Schadensfälle können hier jedoch auftreten, wenn die Pumpen angefahren werden, bevor das Fördermedium völlig verflüssigt ist, d.h. wenn nur unzureichend aufgeheizt wurde. Es wird daher empfohlen, die Temperatur im Inneren der Pumpe, d.h. im Bereich des laufradseitigen Gleitlagers, mit einem PT100 so zu überwachen, dass die Pumpe nur gestartet werden kann, wenn die Temperatur am PT100 über der Erstarrungstemperatur des Fördermediums liegt. Wird keine Temperaturüberwachung vorgesehen, muss während der Aufheizphase der Motor stromlos gesetzt werden, der Kupplungsschutz demontiert und so lange vorgeheizt werden, bis sich die Pumpenwelle leicht von Hand durchdrehen lässt.

28 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 27 von Anlaufsicherung, Wälzlagerüberwachung Im Gegensatz zur verschleißfreien SiC-Gleitlagerung im Inneren der Pumpe sind die äußeren Wälzlager einem natürlichen Verschleiß ausgesetzt. Im Falle einer ausgeschlagenen Wälzlagerung kommt es zu einer exzentrischen Rotation der äußeren treibenden Kupplungshälfte. Um in diesem Betriebszustand ein Anlaufen der äußeren Magnete am Spalttopf zu verhindern, sind alle DICKOW-Magnetkupplungspumpen mit einer mechanischen Anlaufsicherung ausgerüstet. Die Spaltspiele S 1 zwischen rotierendem Anlaufring und stationärem Lagerträger einerseits und S 2 zwischen rotierender Magnetkupplung und stationärem Spalttopf andererseits sind so gewählt, dass die äußere Kupplungshälfte zunächst am Lagerträger anläuft. Längerer Betrieb mit ausgeschlagener Wälzlagerung führt zu entsprechendem Verschleiß am Anlaufring, so dass sich der Spalt zwischen Außenmagneten und Spalttopf verringert. Wird dieser Betriebszustand vom Bedienungspersonal nicht rechtzeitig erkannt, kann durch Beschädigung des Spalttopfes durch die Außenmagnete das Fördermedium an die Atmosphäre gelangen Überwachung mit PT100 Einschraubhülse Einstellmutter S1 PT100 Lagerträger Deckel treibender Rotor S2 Spalttopf treibende Magnete Abb. 24: PT100 zur Wälzlagerüberwachung Funktionsbeschreibung Funktion und Aufbau des PT100-Elementes wie vor unter beschrieben. Der exzentrisch rotierende Anlaufring läuft nicht punktförmig, sondern am gesamten Innendurchmesser des Lagerträgers an. Wird die Anlaufsicherung mit einem PT100 überwacht, wird die Einschraubhülse so fixiert, dass der Anlaufring zunächst am Boden der Einschraubhülse anläuft. Diese Berührung bewirkt durch Reibungswärme eine Temperaturerhöhung am PT100, der daraufhin den Antriebsmotor stillsetzt.

29 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 28 von Überwachung durch Näherungssensor Mit dem nachstehend beschriebenen System wird der Spalt zwischen rotierendem Deckel und stationärem Spalttopf durch einen Näherungsschalter laufend überwacht und die Maschine automatisch stillgesetzt, bevor es zur Berührung des Anlaufringes mit dem Lagerträger kommt. Funktionsbeschreibung Zur einfachen Betrachtung kann man die Überwachungsfunktion des Luftspaltes zwischen rotierendem Deckel und Lagerträger in drei Gruppen aufteilen: Schaltabstand aktivierte Fläche Sensor mit aktiviertem Bereich 2 Oszillator 3 Trennschaltverstärker mit Relais zulässige Exzentizität Abb. 25: Näherungssensor Sobald über den Trennschaltverstärker eine Speisespannung an den Oszillator angelegt wird, fängt dieser an zu schwingen und nimmt einen definierten Strom auf. Das elektrische Feld der Schwingkreisspule wird durch einen Ferritkern gerichtet. Dadurch wird das Wirkungsfeld des Näherungsschalters auf die aktive Fläche konzentriert. Nähert sich ein Metallteil diesem Feld, wird der Schwingkreis gestört und die Schwingung reißt ab. Dies hat eine Änderung der Stromaufnahme zur Folge. Der nachgeschaltete Trennschaltverstärker erkennt dies und unterbricht durch das integrierte Relais die Stromzufuhr des Antriebsmotors der zu überwachenden Maschine. 4.5 Leckageüberwachung Spalttopf, Sekundärdichtung Bei Pumpen mit ölgeschmierter verstärkter Lagerung, R-Ausführung, kann auf Wunsch anstelle des spalttopfseitigen Labyrinthes eine Gleitringdichtung als Sekundärdichtung eingebaut werden. Diese Sekundärdichtung dichtet den Magnetraum gegen das Ölbad bzw. die Atmosphäre ab und bildet mit dem geschlossenen Lagerträger eine, dem Spalttopf nachgeschaltete, zweite Sicherheitshülle. treibender Rotor Spalttopf Klemmring rotierender Gleitring O-Ring stationärer Gleitring Druckanstieg Gleitringträger O-Ring Flachdichtung Abb. 26: Sekundärabdichtung

30 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 29 von Lichtelektrische Leckageüberwachung Zusätzlich sollte der Spalttopf durch Einbau einer lichtelektrischen Niveaukontrolle in den Lagerträger überwacht werden. Spalttopf Rotor treibend Lagerträger Lichtelektrischer Grenzwertgeber zum Schaltverstärker Abb. 27: Lichtelektrische Leckageüberwachung Funktionsbeschreibung Die Wirkungsweise der lichtelektrischen Niveauüberwachung entspricht der Beschreibung in Abschnitt Eventuell austretende Leckage im Spalttopfbereich sammelt sich am tiefsten Punkt des Lagerträgers und die Pumpe wird über ein entsprechendes Signal des Messwandlers abgeschaltet, sobald die Leckage die Fühlerspitze bedeckt Leckageüberwachung durch Druckwächter Funktionsbeschreibung, Einbausituation Bei Förderung siedender Medien, d.h. bei Förderung von Medien, deren Dampfdruck bei Betriebstemperatur oberhalb des Atmosphärendruckes liegt, wird die aus dem Spalttopf entweichende Leckage dampfbzw. gasförmig austreten. Diese Leckage sammelt sich nicht an einem bestimmten Punkt, sondern verteilt sich im gesamten Raum zwischen Spalttopf und Sekundärdichtung und führt dort zu einem entsprechenden Druckanstieg. Der Druckwächter bzw. Druckbegrenzer wird am höchsten Punkt des Lagerträgers eingeschraubt und ist mit der Motorsteuerung verbunden (siehe Abb. 28). Nähere Einzelheiten über die Elektroinstallation sind den jeweiligen Herstellerunterlagen zu entnehmen. Abb. 28: Druckwächter

31 von Kreiselpumpen und Seitenkanalpumpen 30 von "mag-safe" Pumpenüberwachung Der Hauptnachteil der PT100-Temperaturfühler besteht darin, dass die Temperaturen außerhalb des Magnetbereiches gemessen werden. Dies wird besonders deutlich, wenn man den Temperaturverlauf an der Messstelle des PT100 (T 2 ) mit den im Zentrum der Magnete entstehenden Temperaturen (T 1 ) unter Trockenlaufbedingungen, d.h. bei leerer Pumpe, vergleicht. Während im Zentrum der Magnete, je nach Größe und Magnetverlustleistung, bereits nach 30 Sekunden Temperaturen von C auftreten können, zeigt der PT100 erst nach langen Minuten eine geringe Reaktion. Die Ursache für dieses Verhalten liegt darin, dass die im Zentrum der Magnetkupplung auftretenden Wirbelströme den Spalttopf in diesem Bereich sehr schnell aufheizen, während die schlechte Wärmeleitfähigkeit der metallischen Spalttöpfe verhindert, dass diese Temperaturerhöhung vom PT100 an der Messstelle T 2 erfasst wird. Dies bedeutet, dass die Magnetverlustwärme vom Fördermedium erst zur Messstelle T 2 transportiert werden muss. Trockenlaufschutz mit PT100 gemäß Abbildung ist somit nicht möglich. Zusätzliche Probleme ergeben sich, wenn der PT100 im Vorlauf des internen Kühlstromes angeordnet ist, bzw. wenn bei abgerissener Magnetkupplung (Motor dreht leer durch) kein Kühlstrom vorhanden ist. In diesem Falle wird eine Temperaturerhöhung erst registriert, wenn sich bereits die komplette Pumpe entsprechend erwärmt hat. Der mag-safe ist eine speziell für Magnetpumpen mit metallischen Spalttöpfen entwickelte Überwachungseinrichtung. Das Prinzip des mag-safe ist patentrechtlich geschützt, Patent Nr Der Verbindungsdraht des mag-safe ist mit dem Spalttopf verschweißt und bildet mit diesem ein Thermoelement. Im Gegensatz zum PT100 erfasst der mag-safe die Spalttopftemperatur im Zentrum der Magnetkupplung, d.h. dort wo die Magnetverlustwärme entsteht. Die gemessene Temperatur wird durch die in der Leiterplatte integrierten Elektronikbauteile in ein lineares Ausgangssignal von 4-20 ma umgeformt und kann nun einfach zu Überwachungszwecken verarbeitet werden. Die zu erfassenden Temperaturen liegen im Bereich von -50 bis +300 C. T1 = Magnetzentrum T2 = Messstelle PT100 Anschlusskopf Kabeleinführung T1 Interne Zirkulation Messumformer T2 T2 T1 Einbaulänge Klemmenverschraubung Steckerverbindung Thermoelementdraht Abb. 29: Temperaturverlauf bei Trockenlauf Abb. 30: Aufbau mag-safe