Bei magnetgekuppelten Kreiselpumpen bewegt sich das Laufrad beim Anfahren der Pumpe oder bei sich verändernden Betriebszuständen axial in Richtung Einlassbereich. Um eine Beschädigung des Spiralgehäuses zu verhindern, muss daher ein sogenannter Anlaufring vorgesehen werden. Dieser ist nicht nur ein teures Verschleißteil, zudem beeinflusst er den NPSH-Wert der Pumpe negativ. Durch einen speziellen Druckausgleich innerhalb der Pumpe ist dies bei der Serie Verdermag TB nicht mehr notwendig.
In den Verdermag-TB-Pumpen (Bild 1) werden drei eindeutige Druckbereiche um das Laufrad gebildet. Diese sind der Druck im Einlassbereich in der Mitte des Laufrades, der Druck im Auslassbereich im Spiralgehäuse und der Druckausgleichsraum hinter dem Laufrad. Während des Betriebs ist der Druck im Ausgleichsraum etwa ein Drittel bis ein Viertel des Drucks im Spiralgehäuse.
Der Druck im Spiralgehäuse entsteht durch den normalen Pumpvorgang, der Druck im Ausgleichsraum wird durch das Zusammenspiel einer festen und einer variablen Öffnung kontrolliert. Die feste Öffnung wird durch eine Reihe von Abstandsringen hinter dem Laufrad gebildet.
Die Ringe begrenzen den Strom hinter das Laufrad zu einer konstanten Menge. Dieser Strom umspült die Magnete bis hinter die Lager und zum Druckausgleichsventil. Das Druckausgleichsventil und der vordere Teil der Achse bilden die variable Öffnung. Da das Laufrad in axialer Richtung frei beweglich ist, ändert sich die Größe der Öffnung. Sobald sich die Betriebsbedingungen ändern, gleicht das Laufrad die Druckänderung aus und verharrt in der richtigen Position.
Wenn sich das Laufrad nach vorne bewegt, öffnet sich das Ventil und der Druck im Ausgleichsraum sinkt. Dadurch bewegt sich das Laufrad wieder in Richtung Motor. Bewegt sich das Laufrad nach hinten schließt sich das Ventil und der Druck im Ausgleichsraum steigt. Nun bewegt sich das Laufrad in Richtung Saugöffnung. Das Druckausgleichssystem der Verdermag-TB-Serie reagiert also automatisch und zuverlässig auf jede Änderung der Betriebsbedingungen wie Fördermenge, Druck und Viskosität.
Physikalische Erklärung
Um sich klar zu machen, wie das Druckausgleichssystem arbeitet, ist eine Betrachtung der unterschiedlichen Druckverhältnisse in den verschiedenen Bereichen angebracht (Bild 2). Die Flächen A1, A2, A3 und A4 beschreiben die vier wichtigsten Bereiche vor und hinter dem Laufrad:
- A1: Saugdruck an der Vorderseite des Laufrads
- A2: Förderdruck an der Vorderseite des Laufrads
- A3: Druckausgleichsbereich an der Rückseite des Laufrads
- A4: Förderdruck auf der Rückseite des Laufrads
Die unmarkierten Bereiche stellen die Achse dar. Da die Achse keine Verbindung zum Laufrad hat, beeinflusst sie die Schubkräfte nicht. Die Kräfte, die auf diese Flächen wirken, sind das Produkt aus dem Druck und der Fläche; die Summe der Kräfte auf der Vorderseite muss gleich der Summe der Kräfte auf der Rückseite sein. Mathematisch ausgedrückt heißt das:
p1·A1 + p2·A2 = p3·A3 + p4·A4
Dabei ist p1 der Saugdruck, p2 der Förderdruck, p3 ist der Druck im Ausgleichsraum und p4 ist ebenfalls der Förderdruck.
Es gilt: p2 = p4; p1 = 0.
Daraus folgt:
p3·A3 = p4·(A2-A4) oder p3 = p4·(A2-A4)/A3
Konstruktionsbedingt ist A2 > A4, daher ist p3 ein positiver Wert und ausschließlich eine Funktion des Förderdrucks und der Fläche der Laufradschleißringe.
Der zweite wichtige Aspekt der TB-Serie ist, wie der Druck p3, der auf die Fläche A3 wirkt, so gehalten wird, dass das System im Ausgleich bleibt. Dies wird erreicht, indem das Laufrad sich frei in axialer Richtung auf der Achse bewegen kann. Sind die Kräfte auf der Rückseite des Laufrads größer als die auf der Vorderseite, bewegt sich das Laufrad in Richtung Saugstutzen. Dadurch wird der Spalt zwischen Ventil und dem Ende der Achse größer. Es kann mehr Flüssigkeit aus dem Bereich A3 entweichen und der Druck p3 sinkt bis sich wieder ein Gleichgewicht einstellt. Bei einer Bewegung in umgekehrter Richtung steigt der Druck p3 an, bis sich abermals ein Gleichgewicht einstellt. Die Drücke p1, p2 und p4 werden von der Laufradbewegung nicht beeinflusst. Dieses System arbeitet ab der minimalen Fördermenge, vorausgesetzt die Pumpe erzeugt einen Förderdruck.
Für Heavy-Duty geeignet
Diese vereinfachte Darstellung beinhaltet natürlich nicht alle Einflüsse während des Pumpvorgangs, beschreibt aber das System des Druckausgleichs hinlänglich. Das Druckausgleichssystem der Verdermag-TB-Serie arbeitet hervorragend, wenn die Pumpe nahe am BEP (Best Efficiency Point) läuft, vorausgesetzt, die Pumpe erzeugt Druck und wird nicht in Kavitation oder nahe am Shut-Off-Punkt gefahren.
Die Serie Verdermag TB ist in drei Laufradgrößen und insgesamt 14 verschiedenen Saug/Druck-Konfigurationen erhältlich, die nahezu alle Anforderungen erfüllen. Als Standardwerkstoff wird SiC eingesetzt. Somit sind die magnetgekuppelten Pumpen nahezu für alle Heavy-Duty-Anwendungen einsetzbar.
Online-info www.cav.de/0609429
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