Pumpenmotoren für industrielle und kommunale Wasser- und Abwasserbetriebe

Bestimmte industrielle und kommunale Pumpanwendungen erfordern einen Motor, der so konzipiert ist, dass er vollständig eingetaucht ist (Nassgrube) oder in einer Umgebung mit ständigem Luftaustausch (Trockengrube) betrieben werden kann. Eine Tauchmotorlösung ermöglicht den Betrieb der Pumpanwendung, während sie vollständig in Flüssigkeit eingetaucht ist, oder in Bereichen, die anfällig für tägliche (sogar stündliche) intermittierende Überschwemmungen sind. Nicht jeder Motor kann vollständig untergetaucht funktionieren. Hierzu sind spezielle Funktionen erforderlich, um die Leistung sowohl bei nassen als auch bei trockenen Grubenanwendungen sicherzustellen.

Eine grundlegende elektrische Sicherheitsregel besagt, dass sich Wasser und Strom nicht vermischen; Allerdings müssen Wechselstrom-Induktionsmotoren in oder unter Wasser funktionieren, um Pumpen, Mischer und Belüfter in industriellen Wasser- und Abwasseranwendungen zu betreiben. Tauchmotoren müssen speziell entwickelt und hergestellt werden, um zu verhindern, dass Wasser/Abwasser mit irgendeinem Teil des Stromkreises in Kontakt kommt, und gleichzeitig eine lange Lebensdauer in diesen rauen Anwendungen zu gewährleisten.

Die Einsatzorte dieser Motoren sind äußerst anspruchsvoll und Reparaturen und Wartung können schwierig und zeitaufwändig sein. Anwendungen wie Güllegruben mit kiesigem, sandigem Abwasser; Regenwasserentwässerungssysteme; und in den meisten Fällen erfordern Reinwasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen, dass die Tauchproduktlinie so konzipiert und gebaut ist, dass sie den härtesten Unterwasserbedingungen standhält.

Motorenhersteller bieten in diesem Marktsegment im Allgemeinen zwei Arten von Motoren an, die für den Betrieb in Nassgruben- und Trockengrubenumgebungen geeignet sind: Tauchmotoren und Tauchmotoren.

Tauchmotoren sind normalerweise für den kontinuierlichen Betrieb in Wasser/Abwasser und bis zu 15 Minuten in trockener Luft für Nassgrubenanwendungen ausgelegt. Sie können auch für den kontinuierlichen Betrieb in Luft für Trockengrubenanwendungen ausgelegt werden. Tauchmotoren werden direkt am Pumpengehäuse montiert, sodass die gepumpte Flüssigkeit immer die äußere Dichtung am Antriebsende schmiert. Sie können in Tiefen von nur 160 Fuß eingesetzt werden und sind sowohl für gefährliche (Underwriters Laboratories [UL] Division 1) als auch für ungefährliche Standorte erhältlich.

Zu den typischen Konstruktionsmerkmalen von Tauchmotoren gehören eine vollständig geschlossene, nicht belüftete (TENV) Gusseisenkonstruktion, Welle und Hardware aus rostfreiem Stahl für Korrosionsbeständigkeit, doppelt montierte innere und äußere Wellendichtungen, die durch eine ölgefüllte Kammer getrennt sind, und ein Feuchtigkeitserkennungssystem und Thermostate gemäß UL Division 1. Sie sind sowohl für die vertikale als auch für die horizontale Montage geeignet. Tauchmotoren sind im Allgemeinen ab Lager lieferbar, viele werden jedoch auf Bestellung gefertigt. Tandemdichtungen an Tauchmotoren für Nassgruben- und Trockengrubenanwendungen müssen im nassen Zustand betrieben werden (geschmiert durch die gepumpte Flüssigkeit).

Tauchmotoren sind für den kontinuierlichen Betrieb in Luft in Trockengrubenumgebungen oder anderen Anwendungen konzipiert, bei denen die Möglichkeit einer Überschwemmung besteht, die normalerweise jedoch nicht auftreten würde. Eintauchmotoren werden typischerweise über einen Lagerrahmen, eine Flanschmontage oder eine direkt gekoppelte Anordnung an der Pumpe montiert, wie es bei Standard-Industriepumpenmotoren der Fall ist. Sie können bis zu zwei Wochen lang ununterbrochen unter Wasser in einer maximalen Tiefe von 30 Fuß betrieben werden. Tauchmotoren eignen sich normalerweise nicht für explosionsgefährdete Bereiche und wurden ursprünglich als Alternative zu Tauchmotoren entwickelt, die kontinuierlich in der Luft arbeiten.

Tauchmotoren verfügen typischerweise entweder über eine vollständig geschlossene, nicht belüftete (TENV) oder vollständig geschlossene, gebläsegekühlte (TEBC) Gusseisenkonstruktion, Raumheizungen, Thermostate und speziell entwickelte Dichtungssysteme. Das TEBC-Design verwendet einen separaten Gebläsemotor, der einen externen Lüfter für eine Kühlung mit konstanter Geschwindigkeit antreibt. Sie sind in erster Linie für die vertikale, in der Welle nach unten gerichtete Montage mit C-förmigen oder P-förmigen Endhalterungen als Standard vorgesehen, obwohl sie unter bestimmten Bedingungen auch horizontal montiert werden können. Im Gegensatz zu Tauchmotoren können Wellendichtungen bei Tauchmotoren im trockenen Zustand betrieben werden (kein Kontakt mit der gepumpten Flüssigkeit erforderlich). Eintauchmotoren sind in der Regel keine Lagerbestände und werden auf Bestellung gefertigt.

Bei der Bestimmung der besten Lösung für eine bestimmte Pumpenanwendung oder -umgebung müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Zu den Schlüsselfaktoren gehören die Art der Flüssigkeit, die Eintauchtiefe, Dauer und Häufigkeit, die erforderliche Montagekonfiguration, Zertifizierungsanforderungen und Wartungsfreundlichkeit.

Tauchmotor-/Pumpenbaugruppen werden hauptsächlich für Wasser- und Abwasseraufbereitungsanwendungen eingesetzt. Während die Hersteller von Tauchmotoren eine Vielzahl von Tandem-Gleitringdichtungsflächentypen (Kohlenstoffkeramik, Siliziumkarbid usw.) oder Schlammdichtungen für den Umgang mit unterschiedlichen Feststoff- und Flüssigkeitsviskositäten anbieten, ist ihre Verwendung in erster Linie auf Wasser oder ähnliche Flüssigkeiten und Umgebungsflüssigkeiten beschränkt Temperaturen bis zu 194 F (90 C). Eintauchmotoren bieten mehr Flexibilität bei der Art der zu pumpenden Flüssigkeit, da die Motordichtungen nicht in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit stehen. Weder der Tauchmotor noch der Tauchmotor sind typischerweise für stark korrosive Umgebungen geeignet.

Motorenhersteller verwenden hauptsächlich Graugusskonstruktionen und niedriglegierte Edelstahlteile, wodurch diese Motortypen für den direkten Kontakt mit aggressiven Chemikalien oder anderen aggressiven Flüssigkeiten ungeeignet sind. Hersteller von Pumpenausrüstungen verwenden in der Regel Tauchpumpen, deren Motoren in stark korrosiven Umgebungen über der potenziellen Überschwemmungsebene montiert sind, um einen direkten Kontakt zwischen den Motoren und der Flüssigkeit zu vermeiden.

Tauchmotoren sind normalerweise für den Dauerbetrieb in Flüssigkeiten in einer maximalen Tiefe von 160 Fuß und für 15 Minuten beim Betrieb in Luft ausgelegt. Hersteller können Tauchmotoren auch so konstruieren, dass sie kontinuierlich in Luft betrieben werden, indem sie die Baugröße im Verhältnis zur Ausgangsleistung (PS oder Kilowatt) erhöhen, um die erforderliche Wärmeableitung zu erreichen, wenn sie kontinuierlich in Luft betrieben werden, anstatt in Flüssigkeiten eingetaucht zu werden. Motoren, die für den kontinuierlichen Betrieb in Luft ausgelegt sind, können auch kontinuierlich in Flüssigkeiten betrieben werden, was sie zu einer idealen Lösung für Trockengrubenumgebungen macht, die häufigen Überschwemmungen ausgesetzt sind oder über längere Zeiträume überschwemmt werden können.

Tauchmotoren sind für den kontinuierlichen Betrieb in Luft und typischerweise bis zu zwei Wochen ausgelegt, wenn sie in einer maximalen Tiefe von 30 Fuß in Flüssigkeit eingetaucht werden. Aufgrund der begrenzten Tiefe und der begrenzten Betriebszeit unter Wasser werden Tauchmotoren für Gebiete empfohlen, in denen Überschwemmungen selten und von kurzer Dauer sind.

Tauchmotoren werden normalerweise in einer vertikalen Konfiguration mit der Welle nach unten montiert, können aber aufgrund ihrer TENV-Konstruktion auch horizontal montiert werden, wenn sie gemäß den Anweisungen des Herstellers ausgerichtet sind, um die ordnungsgemäße Funktion des Feuchtigkeitserkennungssystems sicherzustellen.

Eintauchbare TEBC-Motoren, bei denen sich der externe Gebläsemotor auf derselben Achse wie die primäre Motorwellenverlängerung befindet, müssen in einer vertikalen Konfiguration mit der Welle nach unten montiert werden, um einen ordnungsgemäßen Betrieb des Gebläsemotors zu gewährleisten, bis er durch den vom Benutzer bereitgestellten Schwimmerschalter offline geschaltet wird und der Primärmotor kann durch die Flüssigkeit gekühlt werden. Da TENV-Tauchmotoren keinen externen Gebläsemotor benötigen, können sie entweder in vertikaler oder horizontaler Konfiguration montiert werden.

Für Tauchmotoranwendungen, die eine horizontale Montagekonfiguration erfordern, die normalerweise als TEBC bereitgestellt wird, empfehlen die Hersteller, den Motor als TENV-Design bereitzustellen, um die Notwendigkeit einer externen Kühlung des Motors während des Dauerbetriebs an der Luft zu vermeiden. Dies erfordert normalerweise eine größere als die Standardrahmengröße für die Ausgangsleistung. Wenn es aufgrund von Platz- oder Größenbeschränkungen nicht möglich ist, das TEBC-Design als TENV bereitzustellen, sollte der Motorhersteller bezüglich anderer Optionen für die externe Kühlung des Primärmotors konsultiert werden.

Ein Vorteil der Spezifizierung von Tauchmotoren gegenüber Standard-TEFC-Motoren in Tauchpumpenanwendungen ist die Möglichkeit, die Anzahl der Komponenten und die Komplexität zu reduzieren, die für die Montage des TEFC-Motors über dem Überschwemmungsgebiet erforderlich sind.

Das potenzielle Vorhandensein brennbarer Gase oder Flüssigkeiten sowie brennbarer Stäube kann sich auf die Konstruktion von Motoren auswirken, die in Wasser- und Abwasseranwendungen eingesetzt werden. Methangas entsteht durch die Zersetzung von Feststoffen. Es ist potenziell explosiv und erfordert möglicherweise, dass ein Motor über eine UL-Zertifizierung der Division 1, Klasse I, Gruppe D oder eine andere ähnliche Zertifizierung für Gefahrenbereiche verfügt.

Es liegt in der Verantwortung des Benutzers, die Zertifizierungsanforderungen für den explosionsgefährdeten Bereich des Motors anzugeben. Typische Referenzen für diese Anforderungen sind der National Fire Protection Association (NFPA) 70, National Electrical Code (NEC), der die Gefahreneinstufung des Raums oder der Hülle definiert, oder NFPA 820, der Standard für Brandschutz in Abwasseraufbereitungs- und -sammelanlagen, der definiert die Gefährdung und Klassifizierung für die Prozessbereiche.

Tauchpumpenmotoren mit einem Arbeitszyklus von 15 Minuten in der Luft können in potenziell explosiven Gasen oder Dämpfen betrieben werden, wenn der Nassbrunnen entwässert wird, wenn die Pumpenmotorbaugruppe in den Brunnen abgesenkt wird und ein Durchfluss erforderlich ist, um Feststoffe aus dem Auslass zu entfernen für den richtigen Sitz, wenn die Abschaltsteuerung für niedrigen Füllstand ausfällt oder wenn Sensoren für niedrigen Füllstand an der Unterseite der Pumpenbaugruppe positioniert sind. Eintauchmotoren werden in der Regel nicht in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt und sind daher nicht für diese Bereiche zertifiziert. Dies liegt vor allem an der Art der Kabelkastenverbindung und der Art der Gebläsemotoren, die für TEBC-Konstruktionen verwendet werden.

Tauchmotoren für Nassgruben- oder Trockengrubenanwendungen, die ordnungsgemäß eingesetzt werden und über ordnungsgemäß installierte Überwachungsgeräte verfügen, erfordern keine regelmäßige Inspektion der Motordichtungen. Das Feuchtigkeitserkennungssystem und der Wärmeschutz warnen im Voraus vor drohenden Ausfällen und ermöglichen dem Benutzer die Planung eines Wartungsprogramms, bevor es zu Ausfällen kommt. Bestimmte Tauchmotorkonstruktionen mit UL Division 1-Zertifizierung ermöglichen den Austausch der Kabelsteckerbaugruppe und der unteren/äußeren Dichtung bei Tandemdichtungskonstruktionen, ohne dass die UL-Zulassung ungültig wird.

Andere Arten von Reparaturen oder Modifikationen erfordern möglicherweise die Rücksendung des Geräts an ein autorisiertes Servicecenter. Vor Reparatur- oder Änderungsarbeiten an Motoren, die für explosionsgefährdete Bereiche zertifiziert sind, sollte der Hersteller konsultiert werden.

Da Tauchmotoren, die für Trockengrubenanwendungen konzipiert sind, auch unter Wasser kontinuierlich betrieben werden können, sind keine zusätzlichen Inspektionen oder Wartungsverfahren erforderlich, um die Motoren nach Abklingen der Überschwemmung wieder in Betrieb zu nehmen.

Eintauchmotoren sind in der Regel für einen Betrieb von bis zu 14 Tagen ausgelegt, wenn sie in einer maximalen Tiefe von 30 Fuß eingetaucht werden. Wenn der Motor eingetaucht wird, unterbricht ein Schwimmerschalter bei TEBC-Konstruktionen die Stromversorgung zum externen Gebläsemotor und der Motor wird dann durch die Flüssigkeit gekühlt. Jedes Mal, wenn der Motor (TEBC oder TENV) in einer überfluteten Umgebung betrieben wird, muss er zerlegt und gemäß den Empfehlungen des Herstellers gewartet werden. Zu den typischen Artikeln, die überprüft und/oder ausgetauscht werden müssen, gehören Lager, O-Ringe an Halterungen, Wellendichtungen und Schmiermittel.

Wenn der Gebläsemotor bei TEBC-Ausführungen untergetaucht ist, muss er ebenfalls gewartet werden. Hersteller bieten in der Regel standardmäßig einen waschwassertauglichen Gebläsemotor (Schutzart IP 55) an, der normalerweise ausgetauscht werden sollte, bevor der TEBC-Motor wieder in Betrieb genommen wird. Motorhersteller können als Upgrade eine Tauchgebläsemotorkonstruktion anbieten. Diese Tauchgebläsemotoren müssen in der Regel von einer zugelassenen Reparaturwerkstatt überprüft und nachgearbeitet werden, bevor sie wieder in Betrieb genommen werden können.

Bob Perdue ist Produktmanager – Spezialprodukte für die NEMA Motors Division von ABB