Robuste TORNADO-Drehkolbenpumpen schrecken vor abrasivem Molybdänschlamm nicht zurück

Bis zum Frühjahr 2019 kamen in einem Bergwerk im westlich gelegenen US-Bundesstaat Utah klassische Drehkolbenpumpen zum Einsatz, die den Molybdänunterlauf vom Konzentrator zu einer Filterpresse förderten. Aufgrund der hohen Abriebwirkung des Mediums kam es jedoch immer wieder zu beschädigten Dichtungen und hohem Verschleiß. Auch die Instandhaltung der Pumpen gestaltete sich sehr schwierig, da unterhalb des Konzentrators kaum Platz für Arbeiten an der Anlage war. Das Bergbauunternehmen entschied sich daher für den Kauf eines anderen Pumpenmodells, das besser in den begrenzten Raum unterhalb des Konzentrators passt und dessen Verschleißteile eine längere Lebensdauer aufweisen.

Insbesondere die Probleme mit den Dichtungen, die man bei den vorherigen Pumpen hatte, mussten behoben werden. Zunächst wurde im Rahmen eines Pilotprojekts eine Drehkolbenpumpe vom Typ TORNADO T2 vom weltweit agierenden Hersteller NETZSCH Pumps & Systems installiert. Die Pumpe verfügte über eine spezielle Wolframkarbidbeschichtung an den Drehkolben und eine HARDOX-Beschichtung, die den Verschleiß an denjenigen Teilen verringern sollen, die mit dem Fördermedium in Berührung kommen. Darüber hinaus verfügte die Pumpe über doppeltwirkende mechanische Dichtungen und über ein Thermosiphonsystem, das die Dichtung zusätzlich unterstützte.

Da der Motor der T2 direkt an das Pumpengehäuse angeflanscht ist, ist die Anlage äußerst kurz und kompakt und passt problemlos unter den Konzentrator. Der Zugang zum gesamten Innenraum der Anlage für Wartungsarbeiten wurde durch eine Frontplatte erleichtert, die sich in wenigen einfachen Schritten abnehmen lässt, sowie durch Schnellverschlusselemente für die Drehkolben. Die Pumpe ist nun seit 3 Jahren erfolgreich in Betrieb und für die übrigen Flotationsunterlauf-Anwendungen im Bergwerk wurden vier weitere T2-Pumpen dazugekauft.

Das Bergwerk im Westen der USA ist zwischen ca. 3.200 und 6.400 m breit und bis zu ca. 1.200 m tief und gehört damit zu einer der größten von Menschen gemachten Aushöhlungen auf der Welt. Mit mehr als 19 Millionen Tonnen Ertrag in über einem Jahrhundert hat das Bergwerk mehr Kupfer gefördert als jedes andere Bergwerk weltweit. Auch heute liegt sein Anteil an der gesamten Kupferproduktion in den USA noch bei sieben Prozent. Hier werden außerdem Molybdän, Silber und Gold abgebaut.

Hoher Verschleiß an Drehkolbenpumpen durch Molybdänschlamm

Das Bergbauunternehmen fördert zwischen ca. 34 und 90 m³ Molybdänunterlauf pro Stunde mit einem Feststoffanteil von 60 Prozent über mehrere Drehkolbenpumpen vom Konzentrator zu einer Filterpresse. „Das ist eine enorme Herausforderung für die Pumpen: Der Molybdänschlamm ist sehr abrasiv. Der Einsatz eines falschen Pumpentyps oder -modells kann daher schnell zu Verschleiß und zum Versagen der Dichtungen führen“, so Roger Willis, globaler Geschäftsfeldmanager für Chemie & Papier bei NETZSCH.

Genau diese Probleme traten bei den Pumpen auf, die bis 2018 zum Einsatz kamen. Das Unternehmen hatte nicht nur mit beschädigten Dichtungen und hohem Verschleiß an den Pumpen zu kämpfen. Auch die Wartungsarbeiten gestalteten sich schwierig, da der Installationsort unter dem Konzentrator nur sehr eng bemessen ist. „Das Bergbauunternehmen wollte daher eine andere Drehkolbenpumpe kaufen, bei der die verschleißexponierten Teile länger halten, die Anlage besser unter den Konzentrator passt und die Dichtungen während des Betriebs nicht versagen“, erinnert sich Roger Willis. NETZSCH empfahl die TORNADO T2 mit spezifischer Anpassung an das anspruchsvolle Medium und speziellem Dichtungszubehör.

Neue Pumpe mit robustem, platzsparendem Antrieb

Ein grundlegendes Merkmal der T2-Pumpen ist der Wegfall des in der Regel recht komplexen Zahnradgetriebes. Stattdessen wird das Drehmoment vom Motor zu den Drehkolben über einen Zahnriemen übertragen, der zugleich die Drehbewegung synchronisiert. „Die Pumpe kommt gänzlich ohne Öl aus, sie muss also nicht geschmiert werden, Ölwechsel entfallen“, erläutert der Geschäftsfeldmanager. Darüber hinaus ist die Pumpe durch den Riementrieb sehr robust und wartungsarm, da sie nicht anfällig für Störungen oder Ausfälle ist. Und der Hart/weich-Kontakt zwischen Riemen und Zahnrädern sorgt für besonders gleichmäßigen Lauf.

Falls dennoch eine Störung auftreten sollte, lässt sich der Riemen ganz einfach durch Lösen zweier Schrauben austauschen, sodass die Pumpe nach ein paar Minuten wieder einsatzbereit ist, ohne dass man dafür Spezialwerkzeug benötigt. Zugleich hat dieser ungewöhnliche Antrieb die besonders kompakte Bauform der T2-Baureihe zur Folge. Denn der Motor ist hier platzsparend mit dem Pumpengehäuse verbunden. Durch den Wegfall eines synchronisierten Getriebes hat die Pumpe ein vergleichsweise geringes Gewicht und erfordert nur wenig Raum zur Installation. Damit eignet sie sich auch für beengte Platzverhältnisse. Die Aufstellung der Pumpe unterhalb des Konzentrators war daher kein Problem.

Damit die Teile, die vermehrt Verschleiß ausgesetzt sind, länger halten, wurde die Pumpe mit wolframkarbidbeschichteten Drehkolbenrotoren und einer HARDOX-Beschichtung ausgestattet. Die Dichtungen der T2-Pumpe sind standardmäßig in modularer Cartridge-Bauweise ausgeführt. Unabhängig vom Typ passen sie immer in den gleichen Installationsplatz. Zudem sind die Dichtflächen bündig zwischen den Rotoren und der Gehäusewand ausgerichtet.

Um der Probleme Herr zu werden, die man bei der zuvor eingesetzten Pumpe mit den Dichtungen hatte, versah NETZSCH die T2-Pumpe zusätzlich mit doppeltwirkenden mechanischen Dichtungen. Diese sorgen für eine weniger belastende Arbeitsumgebung der Dichtungen, die in der Folge länger halten und eine höhere Zuverlässigkeit aufweisen. Die Dichtungen werden durch ein unter Druck stehendes System unterstützt, das aus einem 12-Liter-Behälter und einem Luftzufuhrregler besteht. Dieses System sorgt dafür, dass undichte Stellen mühelos erkannt werden, und verhindert, dass Schlamm austritt und sich unter dem Konzentrator ansammelt.

Wartungsfreundliche Bauweise

Die Drehkolbenpumpe TORNADO T2 ist außerdem so ausgelegt, dass sie weitgehend wartungsfrei arbeitet, eine hohe Betriebssicherheit aufweist und sich mühelos reinigen lässt. Einen wichtigen Beitrag dazu leistet die strömungsoptimierte Pumpenkammer ohne Toträume. Die mechanischen Dichtungen sind bündig an der Rückseite der Drehkolben ausgerichtet. Im Gegensatz zu Modellen der Konkurrenz verfügen die Rotoren rundum über glatte Oberflächen, da sie außen über Schnellverschlusselemente befestigt sind.

Folglich gibt es innerhalb des Förderbereichs keine Gewindeanschlüsse, die zu Hohlräumen führen würden. Somit kann auch nirgendwo abrasives Fördermedium hängenbleiben. Auch umfassende Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten werden durch die Bauweise der Pumpe vereinfacht. So lässt sich etwa die Frontplatte in ein paar einfachen Schritten abnehmen, damit sich das Technikpersonal Zugang zu allen Bereichen der druckseitigen Pumpenkammer verschaffen kann.

„Die Rotoren lassen sich unabhängig voneinander problemlos ausbauen und wiedereinsetzen“, so Roger Willis. „Es muss daher nicht mehr auf die korrekte Anordnung von Stiften geachtet werden und die Rotoren müssen nicht mehr axial ausgerichtet werden.“ In der oberen Abdeckung befindet sich eine Einbau- und Montagehilfe zur korrekten Anordnung bei der Montage; die in Cartridge-Bauweise ausgeführten Dichtungen können einfach auf die Welle aufgeschoben werden.

Die Pumpe muss dafür nicht aus der Produktionsanlage entnommen werden, alle Arbeiten können direkt an Ort und Stelle durchgeführt werden (Full-Service-in-Place-Prinzip). Dies spart Zeit und Geld, Betriebsunterbrechungen werden auf ein Minimum reduziert. „Durch die kompakte, modulare Bauweise eignet sich die Drehkolbenpumpe besonders für den Einsatz unterhalb des Konzentrators und Instandhaltungsarbeiten lassen sich dort auch trotz der beengten Platzverhältnisse mühelos vornehmen“, erklärt Roger Willis.

Nur noch 2 statt 10,5 Stunden Wartungsaufwand

Die erste Ausführung der TORNADO Drehkolbenpumpe ist nun seit August 2018 in Betrieb. Der Betreiber der Pumpe ist vor allem von der einfachen Wartung der Anlage begeistert, wodurch deutlich weniger Betriebsunterbrechungen beim Austauschen von Teilen erforderlich sind. „Buchsen, Drehkolben und Dichtungen in der T2-Pumpe wurden im Rahmen einer Schulung für das Wartungsteam ausgetauscht, die wir im April 2019 vor Ort durchgeführt haben“, so Roger Willis. „Ein einziger Wartungstechniker brauchte dafür gerade mal zwei Stunden.“ Bei der Drehkolbenpumpe, die vorher dort im Einsatz war, haben zwei Leute zehneinhalb Stunden daran gesessen.

Die Vorteile waren offensichtlich. Daher hat das Bergbauunternehmen inzwischen vier weitere T2 für die anderen Unterlaufanwendungen am Konzentrator installiert und auch schon weitere vier Pumpen dieses Typs gekauft.