Schleifpumpen und die Entwicklung von Druckkanalisationssystemen

Oct 09, 2023

Freispiegelkanalisationssysteme sind die von Kommunen vorrangig verwendete Methode, um Siedlungsabwasser zu einer Sammel- oder Behandlungsanlage zu transportieren. Freispiegelkanäle nutzen die Schwerkraft, um Flüssigkeiten durch Netzwerke aus großen, geneigten Rohren zur Hauptkanalisation zu befördern. In der gesamten Abwassertechnik benötigen Flüssigkeiten eine Mindestfließgeschwindigkeit, um Feststoffe in der Schwebe zu halten. Wenn sich Feststoffe in einem Abwassersystem absetzen, passieren schlimme Dinge wie Verstopfungen oder Geruchsprobleme.

Staaten und Kommunen veröffentlichen Entwurfskriterien, die die Standards für den erforderlichen Mindestdurchfluss sowie die Mindestrohrdurchmesser und Mindestgefälle zur Erreichung dieser Durchflüsse vorgeben. Für Auftragnehmer bedeutet dies, dass eine Hauptkanalisation tiefer verlegt werden muss als die Abflussleitungen der einzelnen daran angeschlossenen Quellen. Mithilfe von Hebestationen können Flüssigkeiten auf eine höhere Höhe gepumpt werden, sodass die Hauptkanalisation näher an der Oberfläche liegen kann. Der Bau und die Wartung von Liftstationen können jedoch teuer sein. Insgesamt erfordert der Bau der Kanalisationsinfrastruktur das Ausheben umfangreicher Gräben, was kostspielig ist und Auswirkungen auf die Umwelt hat. Diese Herausforderungen sind in Gebieten mit hohem Grundwasserspiegel oder hügeliger, felsiger oder flacher Landschaft schwieriger.

Druckkanalisationssysteme wurden in den frühen 1970er Jahren als Alternative für Anwendungen entwickelt, bei denen Schwerkraftkanalisationssysteme weniger machbar oder wirtschaftlich waren. Es bot eine Möglichkeit, schwieriges Gelände zu bewältigen und die Vorabkosten langsamer Bauprojekte oder -entwicklungen zu senken. Die Hauptunterschiede zwischen herkömmlichen Schwerkraftkanalisationssystemen und Druckkanalisationssystemen liegen im Rohrleitungsnetz und der Reduzierung der Feststoffgröße im Abwasser an jedem Wohnort. Druckkanalisationssysteme nutzen ein Netzwerk von Schleifpumpen, um Abwasser durch Rohre mit kleinem Durchmesser direkt zu einer Hauptkanalisation, einer Hebestation oder einem Aufbereitungssystem zu transportieren. Eine Mahlpumpe ist eine Tauchpumpe, die mithilfe eines Mahlmechanismus Partikel in einem Abfallstrom in eine feine Aufschlämmung zerkleinern soll. Um anspruchsvolles Gelände zu bewältigen, werden Rohre knapp unterhalb der Frostgrenze verlegt und folgen der natürlichen Landschaft. Die Pumpen müssen im Vergleich zu einem Schwerkraftsystem mit hohem Druck und begrenztem Durchfluss arbeiten.

Es gibt zwei Grundformen von Schleifpumpen, die in Druckkanalisationsanwendungen eingesetzt werden können: Exzenterschneckenpumpen und Zentrifugalpumpen. Bei einer Exzenterschneckenmühle erfolgt das Pumpen durch einen speziell geformten Edelstahlrotor, der sich in einem mehrlappigen Gummistator dreht. Durch die zwischen den beiden Komponenten entstehende Reibung entsteht der Druck, der zum Transport der Flüssigkeit verwendet wird. Zentrifugalmahlpumpen verwenden ein Wirbelrad, um Druck und Durchfluss zu erzeugen. Wenn sich das Laufrad dreht, erzeugt es einen Wirbel im Pumpengehäuse, der die Gülle aus der Spiralkammer nach außen zum Rohrleitungssystem befördert.

Ursprünglich waren Exzenterschneckenzerkleinerer aufgrund ihrer Fähigkeit, mit einem engen Durchflussbereich (10 bis 15 Gallonen pro Minute [gpm]) bei hohen Förderdrücken (bis zu 150 Fuß) zu pumpen, die Pumpe der Wahl für Druckkanalisationsanwendungen. Exzenterschneckenpumpen sind hinsichtlich des Drucks nicht selbstbegrenzend; Mit zunehmendem Systemvolumen steigt auch der Druck. Wenn der Systemdruck den Abschaltdruck der Pumpe übersteigt, versucht die Pumpe weiterhin, den Gegendruck zu überwinden, bis etwas ausfällt. Der Ausfall kann so einfach sein wie ein ausgelöster Thermosensor oder so schwerwiegend wie ein Leitungsbruch oder eine beschädigte Pumpe. Zumindest führt der erhöhte Druck zu erhöhtem Verschleiß. Da diese Pumpen durch Reibung arbeiten, unterliegen die Komponenten der Pumpe einem ständigen Verschleiß.

Der Verschleiß wird durch hohen Druck, hohen Durchfluss, lange Laufzeiten oder die Zugabe körniger Partikel wie Sand und Schmutz zum Abfallstrom beschleunigt. Der Pumpenstator einer Exzenterschneckenschleifmaschine ist sowohl das Bauteil mit dem höchsten Verschleiß als auch eine der teureren Komponenten, die ausgetauscht werden müssen, was eine Reparatur oder einen vorzeitigen Ausfall kostspielig macht.

Lange Zeit boten die Hersteller von Zentrifugal-Mahlpumpen die standardmäßige einstufige Mühle für Druckkanalisationsanwendungen an. Diese Pumpen könnten bei manchen Anwendungen ausreichen und einen höheren Durchfluss bieten als eine Exzenterschneckenmühle (55-60 gpm bzw. 15 gpm), waren aber auf eine Förderhöhe von etwa 100 Fuß (vs. 150 Fuß) beschränkt. Der Vorteil einer Kreiselpumpe bestand in der Eigenschaft, entlang einer Pumpenkurve zu laufen. Die Pumpe kann im Leerlauf bei abgeschalteter Förderhöhe sicher betrieben werden, ohne dass es zu Schäden kommt. Im Gegensatz zur Exzenterschneckenpumpe wartet die Kreiselpumpe einfach darauf, dass sich der Systemdruck stabilisiert, und nimmt dann den normalen Pumpvorgang wieder auf.

Aufgrund dieser Vorteile wurde die einstufige Kreiselpumpe als gute Alternative auf dem Markt im Vergleich zu den Exzenterschneckenpumpen bei Anwendungen mit geringerer Förderhöhe akzeptiert; Dies hinterließ jedoch eine Lücke bei den Anwendungen mit höheren Förderhöhen. Um dem Marktbedarf nach einem Zentrifugalzerkleinerer mit größerer Förderhöhe gerecht zu werden, wurden zweistufige Zentrifugalzerkleinererpumpen speziell für Druckkanalisationsanwendungen entwickelt. Der Einbau eines Laufrads der zweiten Stufe ermöglichte eine Verdoppelung des Förderdrucks, da etwas Durchfluss geopfert wurde. Das Ergebnis dieser Innovation war eine Kreiselpumpe, die bei einem Förderdruck von 200 Fuß betrieben werden kann und in Situationen mit niedrigem Druck fast 30 GPM pumpen kann. Aufgrund ihres höheren Durchflusses kann eine Zentrifugalmahlpumpe im Betrieb unter normalen Bedingungen eine 2-Zoll-Leitung reinigen, im Gegensatz zu Exzenterschneckenmahlwerken, bei denen zwei bis drei Pumpen gleichzeitig laufen müssen, um eine 2-Zoll-Leitung zu reinigen. Das Reinigen der Leitungen ist wichtig, um Gerüche zu minimieren und Verstopfungen vorzubeugen. Die Kosten für den Betrieb einer zweistufigen Zentrifugalmühle sind oft geringer, da aufgrund des höheren Durchflusses kürzere Laufzeiten erforderlich sind.

Das Schöne an Druckkanalsystemen ist ihre Austauschbarkeit und Flexibilität. Mühlenpumpen sind auf Kompatibilität ausgelegt. Solange also genügend Durchfluss in ein System gelangt, funktioniert dieses System ordnungsgemäß, unabhängig von der verwendeten Mühlenpumpentechnologie. Dadurch besteht die Möglichkeit, entweder Zentrifugal- oder Exzenterschnecken-Mahltechnologien oder beide Technologien zusammen in einem einzigen System zu verwenden. Diese Schleifstationen für Privathaushalte können zur Entwicklung von Volldruck-Abwassersystemen oder zusammen mit Schwerkraft-Abwassersystemen als Werkzeug für schwer zugängliche Stellen oder einmalige Modernisierungen, wie den Austausch eines Klärsystems, verwendet werden.

Hersteller von Zentrifugal- und Exzenterschneckenpumpen bieten Upgrade-Einheiten an, mit denen Benutzer ihr Produkt problemlos in eine vorhandene Station integrieren können, um die Pumpen- oder Systemleistung mit minimalen Material- und Arbeitskosten zu verbessern.

Systeme verändern sich ständig; Die Kapazität wird im Laufe der Zeit schwanken, da die Zuflüsse je nach Faktoren der Installationsumgebung zunehmen oder abnehmen können. In manchen Fällen kann eine Modernisierung der Pumpentechnologie bestehende Probleme in einem System lösen, beispielsweise die Erhöhung der Flüssigkeitsgeschwindigkeit. Dies kann dazu beitragen, eine Leitung sauber zu halten und die Verweilzeit der Abwasserflüssigkeit zu verkürzen, was zur Geruchskontrolle beiträgt und Korrosion verhindert.

Mackenzie May ist Produktmanagerin bei Crane Pumps & Systems. Weitere Informationen finden Sie unter kranepumps.com.