Elegante Lösung

Dr. Jörg Fr. Greber

Die hohen Ausströmgeschwindigkeiten aus der Pumpe müssen aber auf übliche Fördergeschwindigkeiten in den abführenden Rohrleitungen gesenkt werden. Eine unverminderte Strömungsgeschwindigkeit in der Rohrleitung würde die in der Pumpe erzielten Energieeinsparungen durch höhere Strömungsverluste zunichte machen und bei längeren Leitungen sogar überkompensieren. Deshalb werden zwischen Pumpe und Rohrleitung Reduzierungen eingebaut, die die Strömungsgeschwindigkeit am Pumpenauslauf und -einlauf auf die Werte absenken, die in der Förderleitung sinnvoll sind. Sehr häufig werden die Reduzierungen über einen Kompensator an die Rohrleitung angeschlossen. Der Kompensator hat die Aufgabe, kleine Fluchtungsdifferenzen auszugleichen und gleichzeitig die Pumpe von den Kräften aus der Leitung zu entlasten und die Leitung von Schwingungen der Pumpe abzukoppeln. Für diesen Zweck werden oft Balgkompensatoren aus Gummi verwendet. Wie der Name Balgkompensator schon sagt, bestehen sie im Wesentlichen aus einem Gummibalg. Er erzeugt aber in der Strömung durch Verwirbelung an der Balg-aufweitung einen zusätzlichen Widerstand. Deshalb werden in sie Leitbleche eingebaut, sie sollen dazu beitragen, die Strömung zu beruhigen und damit die Verluste zu vermindern. Speziell in feststoffhaltigen Suspensionen besteht bei dieser Bauart die Gefahr, dass sich der Balg mit Feststoff zusetzt und so seine Funktion verliert.

Eine elegante Lösung dieser Probleme bieten die sogenannten kompensierenden Reduzierungen aus Vollgummi, eine Entwicklung der immuG Rohr + Schlauch GmbH. Sie bestehen aus einem konischen Teil, das die Reduzierungsfunktion gewährleistet. An beiden Seiten des Konus befinden sich zylindrische Verlängerungen. Die kompensierende Reduzierung wird an Pumpe und Rohrleitung mit Hilfe von frei drehbaren Flanschen angebaut. Innerhalb des Vollgummiteils sind hochfeste Textilverstärkungen eingebaut, die mehrere Funktionen haben. Sie gewährleisten einerseits die Druckfestigkeit der Bauteile. Die Standarddruckstufe ist 10 bar, es stehen aber auch Reduzierungen für Drücke bis zu 25 bar zur Verfügung. Die Berstdrücke betragen mindestens das 1,43-fache der Nenndrücke. Zweitens gewährleistet die Textilverstärkung durch ihre spezielle konstruktive Ausbildung die kompensierende Wirkung des Bauteils. Die Textilverstärkung wird so ausgelegt, dass Druckschwankungen im geförderten Fluid zu Änderungen des Durchmessers führen. Diese Bauart stellt sicher, dass der Kompensator keine Kräfte auf Pumpe oder Rohrleitungen ausübt. Sie funktioniert also wie eine vorgespannte Feder. Dieses ist der entscheidende Vorteil gegenüber Balgkompensatoren, die in Strömungsrichtung druckabhängige Kräfte auf die Anschlussflansche ausüben. Balgkompensatoren benötigen Verspannungen, die die auf die Anschlussflansche wirkenden Kräfte aufnehmen. Kompensierende Reduzierungen brauchen diese nicht. Die Konstruktion der textilen Verstärkungseinlage gewährleistet weiter, dass unter Druck weder Seitenkräfte noch Biegekräfte entstehen. Dieser Aspekt ist besonders wichtig bei exzentrischen (asymmetrischen) kompensierenden Reduzierungen, die auch bis zu höchsten Drücken ihre Achslagen konstant halten. Wärmedehnungen von Rohrleitungen werden durch Verformbarkeit der Bauteile ausgeglichen, ohne dass die Kräfte auftreten, die bei Balgkompensatoren entstehen. Die Werkstoffpaarung Gummi und Textil hat ein hohes Dämpfungsvermögen für Schwingungen und Schall. So wird als Nebeneffekt beim Einsatz von kompensierenden Reduzierungen der Geräuschpegel an Pumpen stark abgesenkt, sonst notwendige aufwändige Schalldämmungen können entfallen.

Kompensierende Reduzierungen sind über einen großen Nennweitenbereich lieferbar. Für den Nennweitenbereich zwischen DN 25 und DN 500 werden üblicherweise Standardbauteile eingesetzt. Der einseitige Öffnungswinkel ist bei diesen einheitlich 9,5 °. Andere Winkel sind ebenfalls möglich, die Kompensatoren sind dann Sonderanfertigungen. Eine Besonderheit ist, dass immuG diese Kompensatoren aus unterschiedlichen, auf die jeweilige Anwendung angepassten, Gummiqualitäten herstellt. Speziell für den Einsatz mit stark schleißenden Suspensionen stehen hochabriebfeste Gummimischungen zur Verfügung, die eine extrem lange Standzeit sicherstellen. Damit können die Anforderungen aus den Einsatzbereichen der kompensierenden Reduzierungen in Chemie, Mineralaufbereitung, Rauchgasreinigung, Stahlwerken etc. erfüllt werden.

Ein zusätzlicher interessanter Aspekt beim Einsatz von kompensierenden Reduzierungen ergibt sich daraus, dass der Werkstoff Gummi kavitationsfest ist. Es liegen Erfahrungen aus dem Betrieb von kompensierenden Reduzierungen bei Strömungsgeschwindigkeiten bis 10 m/s vor, damit wird der zur Zeit technisch übliche Bereich vollständig abgedeckt. Auch höhere Strömungsgeschwindigkeiten führen nicht zu kavitationsbedingtem Verschleiß. Der Grund für dieses vorteilhafte Verhalten sind die elastischen Eigenschaften des Gummis. In harten Werkstoffen führt das Zusammenfallen der Dampfblasen, die der Druckabfall an der Strömungsaufweitung erzeugt, zu Impulsen, die das Gefüge von metallischen Werkstoffen beschädigen und zum Ausbrechen von Partikeln führen. Eine Gummioberfläche wird durch die Impulse verformt, die Energie wird in Wärme umgesetzt. Ein Materialausbruch wird dadurch verhindert.

Kompensierende Reduzierungen mit Nennweiten über 500 werden immer individuell an den Anwendungsfall durch kundenspezifische Konstruktion und Fertigung angepasst. Sie stehen in Nennweiten bis zu 1400 zur Verfügung. Auch diese großen kompensierenden Reduzierungen werden in zentrischer und exzentrischer Bauart hergestellt. Sie können zusätzlich mit Abzweigungen in unterschiedlichen Winkeln und Messstutzen ausgerüstet werden. Auch bei den Großkompensatoren ist die Standarddruckstufe PN 10, sie können aber auch Kundenwünschen entsprechend in höheren oder niedrigeren Druckstufen geliefert werden. Die Großkompensatoren haben sich in Rauchgasentschwefelungsanlagen seit vielen Jahren bewährt, dabei hat sich herausgestellt, dass die zu erwartende Lebensdauer der Teile weit über der von Reduzierungen aus harten Werkstoffen liegt. Gerade bei Großkompensatoren ist der wirtschaftliche Vorteil durch den Wegfall von Balgkompensatoren erheblich, sodas ein reduzierender Kompensator zu niedrigeren Kosten geliefert werden kann, als die Kombination aus Reduzierung mit Balgkompensator, die er ersetzt. Beim Einsatz von Großkompensatoren ist die durch die Konstruktion der Textilverstärkung erreichte Kraftentlastung der Anschlussflansche von besonderer Bedeutung. Sie stellt sicher, das die Pumpengehäuse von den Kräften aus der Rohrleitung und dem Rohrleitungsdruck entlastet werden, das ist mit verspannten Balgkompensatoren nicht möglich.

Stark schleißende Suspensionen setzen nicht nur den Rohrleitungen und Kompensatoren zu, sie verändern auch die Anschlussmaße der Pumpenstutzen durch Abrasion. Speziell die druckseitigen Flansche der Pumpen werden aufgeweitet. Das geschieht häufig nicht nur symmetrisch zur Flanschachse, sodass neue Kompensatoren, die auf ausgewaschene Pumpenstutzen aufgesetzt werden, schneller verschleißen als auf neuen Pumpenstutzen. Um diesen Effekt zu kompensieren, werden Kompensatoren auch mit einem expandierten Flansch auf der Pumpenseite geliefert. Die Dicke der Gummiverschleißschicht ist dann im Flanschbereich wesentlich größer. Aus dieser Gummireserve arbeitet die abrasive Strömung sich selbst den zum Pumpenauslaufquerschnitt passenden Strömungskanal heraus. Damit wird die Standzeit der Kompensatoren in den Bereich gehoben, der von neuen Pumpen mit neuen Kompensatoren erreicht wird.

Alle kompensierenden Reduzierungen sind auf beiden Seiten mit Gummidichtflächen mit eingebauten O-Ring-Dichtungen ausgerüstet. Diese Konstruktion ist gewählt, damit die kompensierenden Reduzierungen ohne zusätzliche Dichtung an die Pumpe und die Rohrleitung angebaut werden können. Die Konstruktion hat den weiteren Vorteil, dass die Schraubenanzugsmomente für eine sichere dichte Verbindung sehr niedrig gewählt werden können.

Online-Info www.cav.de/0910463