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Baggerpumpen

Beschreibung von Baggerpumpen

Baggerpumpen sind hydraulische Maschinen, die zum Umpumpen von wasserverdünnten mechanischen Gemischen (Wasser-Feststoff-Gemeischen) über Druckrohrleitungen dienen. Die Baggerpumpen werden an Saugbaggern (schwimmende Geräte für den Aushub von Erde und Gesteinen, die sich unter Wasserschicht befinden) oder an Saugbaggeranlagen untergebracht. Mutterland der Baggerpumpen ist Frankreich. Gerade dort wurde 1859 die erste Baggerpumpe für den Saugbagger gebaut. Es war eine Pumpe des Kolbentyps. 5 Jahre später kamen zentrifugale  Baggerpumpen, bald wurden die Kolbenpumpen vollständig von ihnen verdrängt. Im Zarenrussland wurden die ersten Saugbagger Ende des 19. Jahrhunderts konstruiert  und gebaut. Der in der Fachliteratur über die Hydromechanisierung gängige Begriff  "Saugbagger" wurde durch den Begriff "Baggerpumpe" abgelöst. Bei den heutigen  Baggerpumpen handelt es sich in der Regel um einstufige (zentrifugale) Geräte mit einseitigem Ansaugen. Es gibt Baggerpumpen-Ausführungen jeweils mit horizontal oder  vertikal angeordneter Welle. Die zweite Variante wird jedoch äußerst selten und nur unter besonderen Bedingungen verwendet.

Die Baggerpumpe wird als Eingehäuse- oder Doppelgehäuse-Pumpe ausgeführt. Die Doppelgehäuse-Baggerpumpen dienen zum Umpumpen von schwierigen Förderstoffen. Dazu gehören abriebfeste Stoffe und solche, die große Fragmente enthalten. Für diesen Zweck werden deren Gehäuse mit Schutzummantelung versehen. Die wichtigste Baugruppe der Baggerpumpe ist das Laufrad, welches für die Energieübertragung an das strömende Wasser-Feststoff-Gemisch sorgt und dabei zur Minimierung von Verlusten beiträgt. Der Innenmantel dient bei Doppelgehäuse-Pumpen zum Schutz des Hauptaußenmantels vor den abriebfesten Teilchen im Fördermedium.

Anwendung von Baggerpumpen

Die Pumpen dieses Typs finden breite Anwendung auf verschiedensten Gebieten:

  • Entwässerung von Tagebauen und Baugruben;
  • technische Wasserbauarbeiten;
  • Bergbau;
  • Transport ausgehobener Erde;
  • Transport von Bodenschätzen;
  • Ascheentsorgung in Wärmekraftwerken;
  • Umpumpen von abriebfesten Gemischen mit einer Dichte von max. 1600 kg/m3 in den Aufbereitungsbetrieben;
  • Entschlackung;
  • Reinigung von Bohrspülungen;
  • Nutzung in Zementwerkenзаводах.

Konstruktive Besonderheiten von Baggerpumpen

Von der Bauart her besteht eine Baggerpumpe gewöhnlich aus der Pumpe selbst und aus einem Elektro- oder Dieselantrieb. Die besonderen konstruktiven Lösungen bei der Projektierung von Baggerpumpen sind bedingt durch einen hohen Anteil von festen Partikeln im Fördermedium und den von ihnen verursachten Abriebverschleiß der einzelnen Bauteile der Pumpe. Das heißt, es ist notwendig, die Beförderung von großen abrasiven Einschlüssen (z.B. von Geröll und Steinen) zu ermöglichen, die zusammen mit der Erde hineingeraten; für diesen Zweck wird der Durchgangsquerschnitt vergrößert. Aber die Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts senkt die Durchflussgeschwindigkeit, lässt die Pumpe langsamer arbeiten sowie vergrößert unvermeidlich die Abmessungen und die Masse der Pumpe. Damit die groben Einschlüsse unbehindert passieren können, wird die Anzahl von Schaufeln im Laufrad zwischen 2 und 4 sowie eine größere Laufradbreite gewählt. Der Wirkungsgrad von  Baggerpumpen ist im Vergleich zu den Klarwasserpumpen mit der gleichen Förderleistung weit niedriger.

Der durchflossene Teil einer Baggerpumpe schließt ein oder zwei Gehäuse (Innen- und Außengehäuse) ein, darin ist ein zentrifugales Laufrad geschlossenen Typs untergebracht. Da die abrasiven Einschlüsse von Wasser-Feststoff-Gemischen zum vorzeitigen Verschleiß des Gehäusedeckels führen können, wird zwischen dem Laufrad und dem Deckel eine Scheibe eingebaut, die vor Beschädigung und Verschleiß schützt.  Der Hubteil einer Baggerpumpe stellt eine Welle dar, die in Kugellagern läuft. Auf der Welle wird ein Laufrad konsolenartig befestigt. Die Stelle, wo die Welle aus dem Gehäuse heraustritt, wird hermetisch abgedichtet.






Der Hauptteil ist ein Laufrad, das aus zwei Scheiben besteht (geschlossener Typ). Zwischen den Scheiben sind Schaufeln angeordnet. Das Rad erzeugt beim Rotieren in seinem Mittelteil Unterdruck und sorgt damit für das Ansaugen des Fördermediums. Das Wasser-Feststoff-Gemisch gelangt über den Eintrittsstutzen auf das Rad, in dessen Bereich auf jedes Trübeteilchen Zentrifugalkräfte einwirken, von denen das Fördermedium in die Förderohrleitung abgestoßen wird.






Zweckbestimmung von Baggerpumpen

Je nach Fördermedium und den Einsatzbedingungen werden die Baggerpumpen in folgende Gruppen unterteilt:

  • Sandpumpen;
  • Erdpumpen;
  • Trübepumpen;
  • Entladungspumpen;
  • Schlammpumpen.

Das Abpumpen von Trübe (ein Gemisch aus Erde und Wasser) im Bergbau (bei der Gewinnung von Bodenschätzen) sowie im verarbeitendem Gewerbe stellt oft ein Problem dar, für dessen Lösung Baggerpumpen mit Erfolg eingesetzt werden. Das Komplizierte beim Umgang mit derartigen Medien besteht darin, dass  die Ausrüstungen und Werkzeuge, die mit der geförderten Flüssigkeit in Kontakt treten, einem starken abrasiven Verschleiß ausgesetzt sind. Zur Verschleißminderung werden die Baggerpumpen aus harten und verschleißfesten Legierungen hergestellt und die Verschleißteile leicht auswechselbar gemacht. Die Funktionsbauteile der Pumpe werden durch robuste gepanzerte Scheiben geschützt. Außerdem können die Baggerpumpen mit Spülungssystemen ausgestattet werden, um die Verstopfung zu verhindern.

Verschleiß der Bauteile einer Baggerpumpe

Trotz der getroffenen Vorsorgemaßnahmen sind die Baggerpumpen einem starken Verschleiß ausgesetzt: durch Wasserstrahlen, Kavitation und mechanische Einwirkungen. Der Wasserstrahlen-Verschleiß gilt als Hauptursache für den Verschleiß von trübeleitenden Bauteilen einer Baggerpumpe. Dessen Intensität hängt von der Beschaffenheit der Trübe und der Teilchen des gewonnenen Materials sowie von der  Verschleißfestigkeit der trübeleitenden Bauteile der Pumpe ab. Der Wasserstrahlen-Verschleiß kann generell oder lokal sein. Der generelle Verschleiß äußert sich in einer relativ gleichmäßigen Verringerung der Dicke von Bauteilen und kommt vor allem an den Oberflächen von gepanzerten Scheiben, seitlichen und radialen Verkleidungen  sowie von Rohrstutzen vor. Der lokale Verschleiß, dessen Intensität weit höher ist, befällt jene Stellen, an denen Wirbel und Kavitationszonen entstehen.

Der kavitationsbedingter Verschleiß stört in der Regel die Betriebsweise der Pumpe und  erhöht das Vakuum in der Ansauglinie. Unglatte Fugen zwischen den einzelnen Bauteilen, nach dem Elektroschweißen zurückgebliebene Pickel sowie verschleißbedingte Unebenheitenей begünstigen die Kavitation, die wegen zunehmender Schwingungen zum Verschleiß so gut wie aller Bauteile führt: der Antriebswelle, der Traglager und sogar des Fundaments. Um die Entstehung von Kavitation zu verringern, werden in die Erdentnahmevorrichtung Ejektor-Aufsatzstücke eingesetzt.

Der mechanische Verschleiß von Baggerpumpen entsteht wegen solcher Erscheinungen wie die Reibung und das Stoßen harter Steine des Wasser-Stoff-Gemisches gegen die Bauteile der Pumpe. Das passiert typischerweise bei der Durchführung von Arbeiten auf den geröllreichen Böden. Beim Verschleiß beliebigen Typs verschlechtern sich die Leistungsparameter der Pumpe und sinkt die Zufuhr. Der Zufuhreinbruch kann 20 bis 30% betragen. Danach ist die Pumpe unbedingt dringend zu reparieren. Für jeden Bauteil der Baggerpumpe ist jeweils ein Verschleißtyp besonders typisch.

Die Bauteile von Baggerpumpen werden aus verschiedenen legierten Stahlsorten mit nachfolgender Wärmebehandlung hergestellt. Damit erlangen zusätzliche mechanische  und Verschleißfestigkeit. Als Zuschlagstoffe zu den Stahlsorten, aus denen die Bauteile von Baggerpumpen gefertigt werden, nutzt man Chrom, Silizium, Mangan, Nickel, Wolfram und Vanadium. Gusseisen dient nur selten zur Herstellung von Teilen, die mit Sand, Geröll und groben Einschlüssen in Berührung kommen, weil Gusseisen den Stoßbelastungen kaum widerstehen kann. Das einfache graue Gusseisen besitzt 10 bis 15 mal geringere Verschleißfestigkeit gegenüber den speziellen Stahllegierungen. Eine der zukunftsträchtigen Richtungen bei der konstruktiven Vervollkommnung von  Baggerpumpen ist das Gummieren – die Gummiverkleidung der Pumpen-Bauteile. Das Gummi versagt jedoch beim Zusammenstoß mit groben Fragmenten. Deshalb wird es empfohlen, gummiverkleidete Baggerpumpen ausschließlich für die Beförderung von Trüben einzusetzen, in denen nur kleinkörnige feste Komponenten enthalten sind.

Im Allgemeinen können zur Verschleißminderung von Baggerpumpen folgende Methoden angewendet werden:

  • die Verbesserung von Trübe-Strömungsverhältnissen beim Durchfließen der Baggerpumpe;
  • der Schutz der vorhandenen Spalte in der Baggerpumpe gegen das Eindringen von festen Fraktionen;
  • die Erhöhung der Verschleißfestigkeit von Werkstoffen, aus denen die Pumpen-Bauteile hergestellt werden;
  • die Benutzung von Schutzeinlagen;
  • die Vervollkommnung von konstruktiven Lösungen bei der Projektierung von Baggerpumpen.

Auswahl von Baggerpumpen

Die ausschlaggebenden Parameter bei der Pumpenauswahl sind: die Durchflussrate, der Förderdruck, die Förderleistung und der Wirkungsgrad. Bei den Baggerpumpen spielt auch die Zufuhrweise eine große Rolle: optimale Zufuhrgröße ist ein wichtiges Kriterium, von dem die Lebensdauer und die Energieeffizienz der Pumpe abhängt. Bei der Projektierung ist auch eine Analyse des beförderten Wasser-Feststoff-Gemisches (d.h. der Trübe), deren Eigenschaften und der Korngrößenzusammensetzung von festen Partikeln erforderlich. Die Langlebigkeit des durchflossenen Systems einer Baggerpumpe wird ihrerseits durch die Konzentration von Feststoffen und die Partikelgröße bestimmt. Die strömenden Wasser-Feststoff-Gemische verhalten sich je nach dem Eigenschaftenmix unterschiedlich. Dementsprechend unterscheidet sich auch die Art des abrasiven Verschleißes in den Durchfluss-Systemen von Baggerpumpen. In den meisten Fällen ist es äußerst schwer, eine vollständige Prozessrechnung unter Berücksichtigung aller Faktoren zu erstellen. Deshalb werden bei der Auswahl von  Baggerpumpen einige dafür extra erarbeitete Normativvorschriften genutzt. Sie sind universell verwendbar speziell bei Pumpenausrüstungen, die mit Fördermedien arbeiten, die sich durch einen hohen Anteil von festen Einschlüssen auszeichnen.