Das optimierte Umfeld und die richtige Hydraulik ergeben einen funktionierenden Pumpenprozess. 24. November 2015 Fachtagung Zürich Mario Hübner

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1 Das optimierte Umfeld und die richtige Hydraulik ergeben einen funktionierenden Pumpenprozess 24. November 2015 Fachtagung Zürich Mario Hübner

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3 EMB Pumpen AG in Rheinfelden - führendes Schweizer Unternehmen - Bereiche: Heizung, Klima, Kälte und Sanitär für Gebäudetechnik, Industrie und Kommunen sowie kommunale Wasser-/Abwasserwirtschaft - Das 1948 in Birsfelden BL gegründete Produktions- und Handelsunternehmen gehört seit 1974 zum Pumpentechnologie-Konzern WILO SE in Dortmund 3

4 Referenzen EMB Pumpwerk Münchwilen Abwasserverband Region Möhlin Pumpwerk Chalch Gemeinde Füllinsdorf GWP Wanne Füllinsdorf 4

5 Die WILO SE Werk Hof in Bayern ganz oben Watermanagement und Industrieprodukte von der WILO SE aus dem Werk Hof

6 Jahresrückblick ,7 Millionen Umsatz in Euro Mitarbeiter im Jahresdurchschnitt 9 Millionen Verkaufte Pumpen 111,2 Millionen EBIT in Euro 9,0 % EBIT-Marge 69,6 Millionen Investitionen in Euro 6

7 D A-CH - Region Dortmund Hof Daten Schweiz Österreich Einwohner ~8,1 Mio ~8,5 Mio Fläche km² km² Kantone 26 9 Gipfel >2000 m Höchster Gipfel m m Rheinfelden Wien 7

8 Sept./Okt EMB - Symposium mit einem tollen Team am Pilatus 8

9 Fachtagung VSA / Swissmem an der Suisse Public in Bern 17. Juni 2015 mit Vortrag über die 4. Reinigungsstufe 9

10 Wasserwirtschaftsverbände in NRW 10

11 Kläranlagen des Ruhrverbandes Die Kläranlage Essen-Kettwig Die Kläranlage Essen-Kettwig - Belebtschlammverfahren. - Sie verfügt außerdem über eine gezielte Stickstoffelimination und ist ebenfalls in der Lage, Phosphor aus dem Abwasser zu entfernen. Der bei der Abwasserreinigung anfallende Klärschlamm wird zur Klärschlammbehandlungsanlage Langenbrahm gepumpt und dort behandelt. Ausbaugröße EW: E Jahresabwassermenge 2014: m 3 /a Mittlere Tagesabwassermenge: m 3 /d 11

12 Firma Huber wwt - veröffentlicht 12

13 Möglichkeiten im Kanal Firma Huber 13

14 Channel - Monster 14

15 15 Das Zürich optimierte 24. November Umfeld und 2015 die richtige Hydraulik, ergeben einen funktionierenden Pumpenprozess

16 Abwassertransport mit welcher Pumpstation 16

17 Ausführung - erste Gedanken Nassaufstellung Trockenaufstellung Feststofftrennsystem 17

18 kuras Auswertung Rechengutzunahme: 18

19 Gegenmaßnahmen 19

20 Zusammenhang Ressourceneffizienz Effizienz von Abwasserpumpen Ökodesign-Richtlinie 2009/125/EG ( Lot 28 ) ISO 9906 ( FEI ) Funktions- Effizienz - Index beide Anteile berücksichtigen ökologische Nachhaltigkeit Prozesssicherheit Funktionalität Hydraulikausführung aufrecht erhalten Sonderausführungen Freistromradtechnik mit kleinerem Eta 20

21 FEI Oder kommt EEI? 21

22 Flyer - und Film ZDF :50 Früher 1-2 mal im Monat heute 2 3 mal in der Woche Oldenburgisch - Ostfriesischer - Wasserverband - Anfall in der Woche Niedersächsisches Kappeln Pumpwerk 6 Helskamp 22

23 Aktueller Artikel 9. Juli 2015 Regnitzlosau im Abwasserblickpunkt Sie benötigen eine neue Pumpe für Euro und einen Rechen. 23

24 Kläranlage Deggendorf Der Pumpenkiller ist unterwegs immer häufiger werden Störungen im Pumpenbetrieb gemeldet und ein Nottrupp muss ausrücken. Kommt es zu Verzopfungen durch Faserstoffe im Pumpensumpf, sind die meisten Pumpen machtlos (Foto: Karl Franz, Deggendorf). Quelle: Betriebsinfo DWA KA - 04/2015 Leider nur ein Wunschtraum Entsorgung über die Restmülltonne 24

25 Kiel FA T mit FK42.1 6/60 25

26 Spaltmaß FA T 26

27 Pumpstation im Osten SAP Auftragsnummer: Eingebaut März 2014 Besuch Sommer 2015 Hübner / Otto / Princen 27

28 Würdig Spaltabdichtung: 28

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31 Pumpstationen Baton Rouge Trockenaufstellungen 31

32 Was ist zu beachten Aufstellungsarten Motoren Werkstoffe Gleitringdichtungen Laufräder Anschlussmöglichkeiten Sonderausführungen Frequenz Spannung Motorfüllung Design Leistung Baugröße Kabellänge Zertifikate Anwendung 32

33 Laufrad - Spektrum Halboffenes Einschaufelrad Geschlossenes Einschaufelrad Halboffenes Zweischaufelrad Geschlossenes Zweischaufelrad Sonderlaufrad Geschlossenes Zweikanallaufrad Kugeldurchgang Freistromrad Geschlossenes Mehrschaufelrad Schraubenrad (offenes Laufrad) Axialrad Sonderlaufrad Topflaufrad Im Vortrag wurden noch mehr Laufräder gezeigt. 33

34 Wirkungsgrad η Verstopfungsanfälligkeit Empfohlene Laufradauswahl bei problematischen Fördermedien * Es wird bei der Anlagenoptimierung nach dem besten Kompromiss zwischen Wirkungsgrad und Prozesssicherheit gesucht * * * D/V=Mehrschaufelrad Z=Zweikanalrad T- Laufräder auf Anfrage T= geschlossenes SOLID (max. Förderhöhe 50 m) wenn möglich nicht horizontal E=Einkanalrad G= halboffenes SOLID NEU (max. Förderhöhe 65 m) wenn möglich nicht horizontal W=Freistromrad DN 50/DN 65 DN 80 DN 100 DN 150 DN 200 DN 250 DN 300 DN 350 DN 400 DN 600 Nennweite 34

35 FA Z neues Zweischaufelrad FA15.97Z FA15.98D 35

36 Laufrad - Spektrum Freistromrad Einkanallaufrad Freistromrad Geeignet für ein Fördermedium mit Feststoffen, zopfbildenden Beimengungen, Rohabwasser, sowie mit Gas und Lufteinschlüssen, auch für Belebt -und Faulschlamm Geschlossenes Einschaufelrad Geeignet für ein Fördermedium mit Feststoffen, Rohabwasser, auch für Belebtschlamm geeignet SOLID G SOLID - G DN 80 bis DN 150 SOLID - T für DN 150 und größer Geeignet für ein Fördermedium mit Feststoffen, zopfbildenden Beimengungen, Rohabwasser, auch für Belebt - und Faulschlamm. Nicht für Horizontalaufstellung Geschlossenes Mehrschaufelrad Mehrkanallaufrad Geeignet für ein Fördermedium mit Feststoffen, vorgereinigtes Abwasser, teilweise für Belebtschlamm SOLID T 36

37 Anlagenbetrachtung 37

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39 FA20.54T Schneidwerk 39

40 Bayerische Anlage besucht am 11. Juni

41 Bayerische Anlage besucht am 11. Juni

42 Pumpstation in Bayern. 42

43 Pumpstation in Bayern Druckseitig müsste 45 mm mehr Platz geschaffen werden und dann wird noch ein Übergang notwendig, das wären nochmals ca. 40 mm, also fast nicht möglich ohne großen Umbau auf der Anlage Saugseitig fehlen uns 5 mm die FA W hat 115 mm Ausdehnung und wir bräuchten 120 mm, das ist auch fast nicht möglich auf der Anlage dies umzubauen. 43

44 25. Februar

45 Anlagenbetriber und Mario Hübner am 25. Februar 2014 Anlagenbetreiber hat am angerufen. Seit dem Umbau auf Freistromradtechnik durch uns, war kein einziger Verstopfer mehr gewesen. Die Maschine bringt heute weniger Menge, dies ist aber ausreichend. Fazit: Seit 1,5 Jahren kein Verstopfungsproblem mehr in dieser Anlage. 45

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47 Kläranlage - Stolzenau 47

48 Welche Ausfälle sind aufgetreten: Am Anfang eine einfache Excelliste - 48

49 Verschiedene Ausfälle aus der Datenbank: FA Z FA E FA T Im Laufrad Hinter der Deckscheibe Lauf / Spaltring 49

50 Schäden durch Kavitation 50

51 Schäden durch Kavitation 51

52 BV.. 4 Jahre 2500 Betriebsstunden Kavitation Zulauf untersuchen Bildaufnahmen am 20. April

53 Laufradvergleich Oben Wettbewerbslaufrad aus GG in Russland 7 Monate im Einsatz, Danach rechts Abrasit Laufrad 3 Monate im Einsatz, gleiche Anlage 53

54 FA mit Kavitation 54

55 Teilnehmer beim Besuch am

56 CAD-Modell Ausarbeitung freie Oberfläche Pumpe 2 Pumpe 3 Pumpe 4 Dr. Ing. Thomas Keil Zulauf 1.5 m 3 m 56

57 Mitteilung aus am 12. Oktober 2015 positive Nachrichten in Sachen. Die Strömungskästen haben eine enorme Verbesserung der Hydraulik bewirkt (siehe Anlage). Die Fördermenge ist bei Pumpe 2 um sagenhafte 65% gestiegen, bei Pumpe 3 waren es rund 40%, bei längerer Laufzeit evtl. noch etwas mehr. Und das bei einer gleichzeitigen Reduzierung der Stromaufnahme auf 90A bzw. 95A! 57

58 Unterschiedliche Zuläufe 58

59 Faktoren Medium Stillstandzeiten Dauerbetrieb Temperatur Pumpe umströmt Einsatz von Ceram Elektrolyt Werkstoffe Salzgehalt 59

60 ph-wert ph 3 ph 4 ph 5 ph 6 ph 7 ph 10 ph 11 max. 85ppm Chloride max. 180ppm Chloride max. 300ppm Chloride max. 600ppm Chloride max. 1000ppm Chloride max. 3000ppm Chloride max ppm Chloride Bei einem ph-wert unter 3 sollte Ceram allgemein nicht angeboten werden. Für Laugen ist es beständig bis ph-wert

61 Temperatur Motorwärme: Temperatur Nennleistung Motor 40 C 80% 25 C 100% Ceram-Beschichtung: Erst bei Temperaturen ständig über 75 C bzw. bei kurzfristigen 85 C treten Probleme auf. 61

62 Werkstoffe im Pumpenbau - Abrasit Abra - sit Gegen Abrasion Hartgusswerkstoff mit 23% Chrom Martensitisches Gefüge Vom Abguss bis zur Auslieferung unterliegt dieser Werkstoff einer umfangreichen Wärmebehandlung. Seit vielen Jahren verwenden wir den Werkstoff bei Pumpengehäusen, Pumpenlaufrädern, Rührköpfen und vorgeschalteten Schneidwerken. Eine hohe Verschleißbeständigkeit hat der Chromhartguss infolge eines martensitischen Grundgefüges mit einem hohen Gehalt an Chrom-Mischkarbiden. Standzeit: Durch diesen Werkstoff ist die Standzeit bei gleichen Einsatzbedingungen im Vergleich zu einem normalen Gusswerkstoff sieben mal höher. 62

63 Werkstoff Abrasit am Beispiel FA 10.22W Material: Standzeit: Einsatz: Laufrad aus Guss 12 Monate Sandfang Neu: Material: Foto: Einsatz: Laufrad aus Abrasit 2001 nach einem Jahr in der Anlage gleicher Einsatzort (Sandfang) 63

64 Korrosion an Bauteilen eines TR 50 und TR 50-2 Korrosion an einem TR 50 beschichtet mit Inertol Einsatz: Papierfabrik Einsatzdauer: 1 Jahr Beispiel einer elektrochemischen Korrosion beim Einsatz eines rostfreien Propellers 64

65 Korrosion an Bauteilen eines TR 50 und TR 50-2 TR 50-2 Material: Edelstahl Einsatz: Gleiches TR 50 wie vorher. Gehäuse sandgestrahlt, neuer Propeller beschichtet mit Ceram C0. Seit 2000 eingebaut Bildaufnahme nach einem Jahr 65

66 Korrosionserscheinungen an Bauteilen einer FA 25.31Z Putzlochdeckel unbeschichtet Firma:.. Laufzeit: 6 Monate Fördermedium: Seewasser Pumpentype: FA 25.31Z + FK 202-6/17 beschichtet mit Ceram C0 66

67 Edle und unedle Werkstoffe im Elektrolyt Mit Ceram C0 Beschichtung Einsatzdauer 9 Monate 67

68 Lösung des Problems Pumpe mit Magnesium-Opferanode Standzeit der Pumpe 12 Monate Opferanodenabtrag 37 % Opferanoden wurden auf 2 Jahre ausgelegt. 68

69 Testpumpe in Industriekläranlage Pumpe im Einsatz in einer Kläranlage eines großen deutschen Industrieunternehmens Einsatzdauer: 6 Monate im Jahr

70 Anwendungsbeispiel in der Stahlindustrie Hartgussausführung Austausch von alten Wellenpumpen durch moderne Abwassertauchmotorpumpen im Sinterwasserbereich 70

71 Industrieeinsatz Land: Anzahl: Fördermedium: Deutschland 4+4 Maschinen Sinterwasser Pumpentype: FA 30.78D+FA 15.77Z Motortype: Werkstoff: T56-6/64G (300 kw); Pumpe + Laufrad aus Abrasit Auslieferung: Juli

72 Ceram Teflon - Beschichtungen 72

73 Teflonbeschichtungen für Abwasserpumpen Laufradbeschichtung mit Ceram Teflon, wie Ihre Bratpfanne? 73

74 Kläranlage (Zentratwasser/Filtratwasser) Jahr 2006 Umrüstung auf Freistromrad + Ceram C0 Struvit-Bewuchs Spaltring nicht mehr vorhanden Ceram hat positive Ergebnisse gebracht weitere Verbesserung: - große Deckscheibe - Teflonbeschichtung Früher alle 6 Wochen Ausgebaut Heute vier Jahre im Einsatz ohne Ausbau Ceram Teflon! 74

75 MAP Prozess auf der KA.. - Prozess verändert: 9. September 2015 ausgebaut und 2. Generation eingebaut Auf den Fotos ist das Laufrad zu sehen mit Teflon 1. Generation, nach weiteren Maßnahmen durch Fa.. sind nur noch wenig matschige Ablagerungen auf dem Laufrad festgestellt worden Im Pumpengehäuse mit Ceram C0 war allerdings noch einen Ablagerungsschicht von ca. 3mm stärke vorhanden und wächst weiter. (Laufzeit der Pumpe beträgt ca. 3 Wochen). 75

76 Besuch einer Kläranlage 09. November

77 Besuch einer Kläranlage 09. November

78 Hocheffizienzsystem Zetos mit Asynchron - und Permanentmagnetmotoren, synchrontechnik

79 Konstruktion 79

80 Zetos K :43

81 Thomas Müller Senior Research Engineer WILO SE Dortmund Robert Sorge Hydraulic und Engineering, Design WILO SE, Werk Hof CFD-Simulationen Ausarbeitung und Entwicklung von H. Müller und H. Sorge Zetos K8 Hocheffizienzpumpe - und wie haben wir den hohen Wirkungsgrad geschafft?

82 Meridionale Darstellung zeigt den Anstieg des Drucks in Laufrad und Leitrad 82

83 Neue Baureihe von WILO - Zetos K8 50/70/100/130 83

84 Asynchronmotor NU

85 Wiederwickelbarer Stator & Permanentmagnet Rotor Am Luftspalt angeordnete Seltenerde Magneten. Die Bestückung des Läufers mit Schalenmagneten ist automatisierbar, und die Sicherung der Magnete mittels einer Bandage oder einer dünnen Edelstahlhülse ist gängige Praxis. 85

86 Das Motorensystem Motorbaureihe (hocheffizient/pm-technologie) HES High Efficient System System inklusive: Motor / Filter / FU 5 Motorgrößen: 7,5kW / 11 kw / 18,5kW / 30 kw / 37kW Kombination mit Hydrauliken mit hohem Wirkungsgrad: Zetos K8, NK 86/87, TWI 6/8 86

87 Vergleichsdaten unserer Pumpen im System Alte Technik mit neuer Technik vergleichen 8 Zoll - Hocheffizienzpumpe Zetos K8 Permanentmagnetmotoren Synchrontechnik mit FU Asynchronmotoren 87

88 Wirtschaftlichkeitsberechnung MOTOR (Drehstromsynchronmotor mit Permanentmagnet Rotor) Trinkwasser (ACS) zugelassener Unterwassermotor nach "NEMA Standard" in Nassläufertechnologie. In Drehstromausführung (4polig / 100Hz) mit wiederwickelbarem Stator zum ausschließlich direkten Betrieb an mitgelieferten Frequenzumrichter und Filter. 88

89 Vergleich 89

90 Auch in D-A-CH können wir gemeinsam in der Wasserwirtschaft und Industrie noch viel bewegen, lassen Sie es uns auch tun. 90

91 Diskussion Technopark Schweiz 24. November 2015

92 Martin Schlageter Wir wünschen Ihnen heute schon eine schöne und besinnliche Weihnachtszeit und einen Guten Rutsch ins neue Jahr! Fanny Schwedler Roberto Förster Mario Hübner Sina Meschwitz 92