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Aug 04, 2023

Lager für abrasive Flüssigkeiten

Partikel im Wasser einer zentralen Produktionsanlage

Partikel im Wasser einer zentralen Produktionsanlage in Kansas City, USA, führten nach 30 Monaten zum Ausfall von Durchführungen. Als Ersatz wurde ein selbstschmierendes Lagermaterial auf Naturkautschukbasis vorgeschlagen. Das Ergebnis war ein Zeitraum von fünf Jahren ohne Leistungsprobleme und eine geschätzte Einsparung von etwa 60.000 US-Dollar.

Trigen-Kansas City Energy Corporation ist ein Veolia-Unternehmen. Es erzeugt Kraft-Wärme-Kopplung und versorgt Kunden im zentralen Geschäftsviertel von Kansas City, Missouri, USA, mit zentral erzeugtem Dampf und gekühltem Wasser. Eine vertikale Turbinenpumpe vom Typ Floway VU fängt bis zu 24.000 Gallonen Wasser pro Minute aus dem schlammbeladenen Missouri River auf, um Kältemaschinen und Dampferzeuger zu versorgen. In der Vergangenheit führten Partikel im Wasser dazu, dass die bronzebeschichteten Gummibuchsen nach etwa 30 Monaten versagten.

JCI Industries, ein lokaler Anbieter von Reparaturdienstleistungen für Pumpen und Elektromotoren mit Sitz in Kansas City, schlug den Wechsel zu Graphallast vor, einem selbstschmierenden Lagermaterial auf Naturkautschukbasis, das exklusiv von Graphite Metallizing hergestellt wird. Graphallast eignet sich besonders gut für den Dauerbetrieb beim Eintauchen in Flüssigkeiten mit abrasiven Bestandteilen wie Sand und Abwasser. Diese neuen Buchsen funktionierten fünf Jahre lang ohne Probleme. Zu diesem Zeitpunkt wurden sie im Rahmen der planmäßigen Wartung entfernt und zeigten keine Anzeichen von Verschleiß. Trotz fehlendem Verschleiß wurde beschlossen, die Buchsen auszutauschen. JCI berechnet, dass die neuen Graphallast-Buchsen 60.000 US-Dollar einsparten, da kein Austausch von Buchsen und Wellen erforderlich war.

Trigen-Kansas City bedient rund 60 Kunden im zentralen Geschäftsviertel mit mehr als 4 Millionen Fuß2 Gewerbefläche. Die Produktionskapazität des Unternehmens für Kansas City umfasst 1,3 Millionen Pfund Dampf pro Stunde, 10.200 Tonnen Kaltwasser und 5 Megawatt Stromerzeugungskapazität. Das Unternehmen betreibt ein Netzwerk von 6,5 Meilen Dampf- und 1,5 Meilen Kaltwasserverteilungsleitungen.

JCI bedient ein breites Spektrum an Märkten, darunter die Kommunal-, Lebensmittel-, Chemie-, Erdöl-, Versorgungs- und allgemeine Prozessindustrie. JCI verfügt über einen Lagerbestand von mehr als 2,5 Millionen US-Dollar, der Pumpen, Motoren, Reparatursätze und OEM-Ersatzteile umfasst.

Als die Pumpe ursprünglich installiert wurde, spezifizierten die Ingenieure von JCI und Trigen-Kansas City Gummibuchsen mit Bronzerücken für die einstufigen vertikalen Pumpen des Modells VU von Floway. Die 52-Fuß-VU-Pumpe ist eine direkt gekoppelte Einzelturbinenpumpe mit einer vorgefertigten Förderhöhe, die über dem Boden abfließt. Das Einlassende der Pumpe ist sieben Fuß tief in den Fluss eingetaucht. Seine Kapazität reicht von bis zu 35.000 Gallonen pro Minute (7.950 m3/h) und er ist für einen Druck von bis zu 200 lbs/in2 (13,8 bar) ausgelegt.

Ursprünglich war diese Pumpe mit Gummilagermaterial in der Antriebswelle und den Trommelbuchsen ausgestattet. Diese Buchsen sind für abrasive Flüssigkeiten ausgelegt, boten bei dieser Anwendung jedoch keine zufriedenstellende Lebensdauer. JCI verwendet Vibrationsüberwachungsgeräte, um frühzeitig Anzeichen von Buchsenverschleiß zu erkennen, damit diese ausgetauscht werden können, bevor sie zu erheblichen Schäden an der Pumpe führen. Diese Überwachungsausrüstung zeigte immer wieder an, dass die zuvor verwendeten Gummibuchsen etwa 30 Monate nach der Installation ausgetauscht werden sollten.

Der Austausch der Buchsen war aufgrund der Gefahr einer Beschädigung anderer kritischer Komponenten ein großer Eingriff. Als die Lager ausfielen, musste die Pumpe abgezogen werden, was die Entfernung des Daches vom Pumpenhaus und die Anmietung eines Krans zum Anheben der Pumpe erforderte. Anschließend untersuchten Techniker die gesamte Pumpe auf Verschleiß und Beschädigungen und mussten in der Regel die Wellen austauschen, die Flansche bearbeiten und die Passungen überprüfen. Die Kosten für den gesamten Prozess lagen typischerweise bei etwa 60.000 US-Dollar.

Durch den Austausch der Lager war die Pumpe zudem mehrere Wochen lang außer Betrieb. Trigen betreibt eine Ersatzpumpe und fast das ganze Jahr über reicht eine Pumpe aus, um die Kunden des Unternehmens zu bedienen. Während der Hauptkühlsaison im Juli und August und der Hauptheizsaison im Januar und Februar kann der Bedarf jedoch die Kapazität einer einzelnen Pumpe übersteigen. Für Trigen war es wichtig, Lagerverschleißprobleme rechtzeitig zu erkennen, damit die notwendigen Arbeiten außerhalb der Hauptsaison durchgeführt werden konnten.

„Wir haben Buchsen aus Graphite Metallizing in einer Vielzahl von Anwendungen mit hervorragenden Ergebnissen eingesetzt“, sagte ein Serviceleiter bei JCI. „Unsere ersten Erfahrungen mit dem Unternehmen machten wir, als wir Buchsen aus Graphalloy-Material in Pumpen in Raffinerien verwendeten. In der Raffinerie kam es gelegentlich zu Störungen, die herkömmliche Metalllager aufgrund von Abrieb oder Korrosion zerstörten. Graphalloy sorgt für einen konstanten, niedrigen Reibungskoeffizienten, ist selbstschmierend, nicht fressend und bietet Thermoschockbeständigkeit zum Schutz vor katastrophalen Ausfällen. Graphalloy-Lager verhinderten katastrophale Ausfälle und sorgten in diesen Anwendungen für eine viel längere Lebensdauer.“

JCI hörte später von Graphallast, einem selbstschmierenden Lagermaterial auf Naturkautschukbasis, das Trockenlaufbedingungen übersteht, die herkömmliche Gleitlager aus reinem Gummi und Kunststoff zerstören. Das Material ermöglicht enge Lager-Wellen-Abstände für eine verbesserte Rotorstabilität und reduzierte Vibrationen. Das zähe, harte und belastbare Lagermaterial eignet sich besonders für den Dauerbetrieb beim Eintauchen in Flüssigkeiten mit abrasiven Bestandteilen.

JCI schlug vor, das Material Graphallast GM 801 für die Pumpenanwendung zu verwenden. Es wurden Abmessungen ermittelt und JCI-Ingenieure arbeiteten mit Graphitmetallisierungsingenieuren zusammen, um detaillierte Entwürfe zu erstellen. Durch das neue Material konnten die Abstände in den Buchsen verkleinert werden, was zur Reduzierung von Vibrationen und Geräuschen beiträgt. Das Material wurde bestellt und im Leitungswellen- und Trommelbereich der Pumpe installiert. Die Schäfte waren mit Wolframcarbid beschichtet.

Beim Einbau der neuen Buchsen war die Reduzierung von Geräuschen und Vibrationen sofort spürbar. Die Buchsen wurden regelmäßig mit Schwingungsüberwachungsgeräten überprüft. Jeder Test ergab, dass die Buchsen in gutem Zustand waren und nicht ausgetauscht werden mussten. Trotz aller Anzeichen dafür, dass die Buchsen in betriebsbereitem Zustand waren, forderte Trigen, dass die Pumpe fünf Jahre nach ihrer ursprünglichen Installation ausgebaut und die Buchsen zur Inspektion entfernt werden.

Bei der Inspektion wurde nur geringer Verschleiß festgestellt, was darauf hindeutet, dass die Lager eindeutig noch viele Jahre alt waren. Der Kunde entschied sich für den Austausch der Buchsen, da die Pumpe bereits ausgebaut war. Die Kosten für den Austausch der Buchsen waren viel geringer als für den Ausbau der Pumpe. Darüber hinaus wurden die Wellen und Zapfen mit Wolframkarbid neu beschichtet. Diese Arbeit kostete etwa 60.000 US-Dollar und war der einzige Wartungsaufwand für die Pumpenbuchsen in den fünf Jahren seit ihrer Installation.

„Wir haben auch festgestellt, dass Graphitmetallisierung sehr einfach zu verarbeiten ist“, sagt ein Servicemanager bei JCI. „Sie bieten viele verschiedene Qualitäten mit unterschiedlicher Härte und chemischer Beständigkeit an, die für ein sehr breites Anwendungsspektrum geeignet sind. Wir rufen ihre technische Abteilung an und geben ihnen die Spezifikationen für eine neue Anwendung, und sie empfehlen das am besten geeignete Material. Sie stellen es uns entweder zur Verfügung mit vollständig bearbeiteten und einbaufertigen Buchsen oder Materialblöcken, die wir in unserer Werkstatt nach den endgültigen Spezifikationen bearbeiten. Dadurch ist es möglich, das halbfertige Material vorrätig zu halten, damit wir es in unserer Maschinenwerkstatt schnell fertigstellen können, um die Anforderungen unserer Kunden zu erfüllen . Das Ergebnis ist, dass unser Lagerbestand viel kleiner ist.“