Hartmetallbuchsen für Tauchpumpen zur Förderung sandiger und abrasiver partikelförmiger Medien

Wenn eine Tauchpumpe sandiges Wasser, Grubenwasser, schlammiges Abwasser, Bohrflüssigkeit oder eine andere partikelhaltige Flüssigkeit fördert, ist das sichtbarste Problem in der Regel der Abrieb.

Diese Sorge ist berechtigt, aber sie ist nur ein Teil des Problems.

Sand kann in den Laufspalt zwischen Welle und Buchse eindringen, den Schmierfilm stören, das Spiel vergrößern, Riefen in der Gegenhülse verursachen und die Stabilität der rotierenden Baugruppe beeinträchtigen. Mit zunehmendem Spiel können Vibrationen und Wellenbewegungen zunehmen, wodurch noch mehr Partikel eindringen können.

DeshalbHartmetallbuchsen für Tauchpumpensollten nicht als einfache Hartschalenhülsen behandelt werden.

Es handelt sich um Präzisionsverschleißteile. Ihre Aufgabe ist es, die Welle oder Hülse zu schützen, ein kontrolliertes Laufspiel aufrechtzuerhalten, eine stabile Rotation zu gewährleisten und sicher positioniert zu bleiben, während sich abrasive Partikel durch oder um die Pumpe bewegen.

Bei Langsun Carbide ist mein Ausgangspunkt nicht:

"Ist Wolframcarbid „Hart genug für Sand?“

Wolframcarbid ist äußerst verschleißfest. Die wichtigere Frage lautet:

„Kann das gesamte Buchsensystem das Eindringen von Partikeln, die Schmierung, das Spiel, die Ausrichtung und die Korrosion während des gesamten erwarteten Wartungsintervalls kontrollieren?“

Nicht alle Tauchpumpen fördern Sand auf die gleiche Weise

Der Begriff „Tauchpumpe“ umfasst verschiedene Gerätetypen. Käufer sollten die Pumpenkategorie bestimmen, bevor sie die Buchse auswählen.

Pumpentyp	Typisches Medium	Buchsen-Herausforderung
Tauchbohrloch- oder Brunnenpumpe	Grundwasser, das Sand, Feinschlamm oder Brunnenbaurückstände enthält	Wassergeschmierte Lager müssen kleine Partikel tolerieren, ohne die Wellenstabilität zu beeinträchtigen.
Tauchpumpe zur Entwässerung oder Wasserhaltung	Bauwasser, Grubenwasser, Regenwasser und abgesetzte Feststoffe	Zeitweise hoher Feststoffgehalt, häufiges Anfahren und möglicher trockener oder teilweise untergetauchter Betrieb
Tauch-Schlammpumpe	Abraum, Mineralschlämme, Sand-Wasser-Gemische, Schlamm oder Baggergut	Hohe Feststoffkonzentration, Erosionsgeschwindigkeit, große Partikel und starke mechanische Belastung
Elektrische Tauchpumpe für Öl und Gas	Die produzierten Flüssigkeiten enthielten Formationssand, Ablagerungen, Kohlenwasserstoffe, Gas und Chemikalien.	Abrieb, Korrosion, Gasinterferenzen, Hitze, lange Betriebszeiten und schwierige Bergung
Tauchpumpe für Abwasser	Abwasser, das Sand, Fasern und Schwebstoffe enthält	Abrieb muss zusammen mit Verstopfung, Schmutzdurchgang und Laufradkonstruktion berücksichtigt werden.

Eine für eine Tiefbrunnenpumpe entwickelte Buchse sollte nicht einfach auf eine schwere Tauchpumpe für Schlamm übertragen werden. Fördermedium, Belastungen, Schmierung, Partikelgröße und Ausfallrisiken sind unterschiedlich.

Warum sandige und partikelförmige Medien problematisch für Buchsen sind

1. Partikel gelangen in den Laufspalt.

Der Abstand zwischen Welle bzw. Hülse und Buchse muss Rotation, Flüssigkeitsfilmbildung, thermische Ausdehnung und Fertigungstoleranzen ermöglichen.

Durch dieselbe Öffnung können auch feine Partikel eindringen.

Sobald Partikel in die Grenzfläche gelangen, können sie Folgendes tun:

● Gleiten Sie entlang der Lauffläche

● Rollen Sie zwischen den beiden Komponenten

● Eingesperrt und zerquetscht werden

● In feinere, abrasive Fragmente zerlegen

● Nuten in die Welle oder Buchse einarbeiten

● Sammeln sich während des Herunterfahrens an

2. Sand kann den Flüssigkeitsfilm in eine abrasive Suspension verwandeln.

Viele Buchsen von Tauchpumpen werden durch die Förderflüssigkeit geschmiert. Enthält diese Flüssigkeit harte Partikel, kann dieselbe Flüssigkeit, die für Kühlung und Schmierung sorgt, auch abrasive Partikel direkt in den Lagerspalt transportieren.

Ein stabiler Flüssigkeitsfilm verringert die direkte Reibung, macht die Partikel aber nicht unschädlich.

3. Verschleiß verändert das Spiel

Wenn sich die Buchsenbohrung vergrößert oder der Durchmesser der Gegenwellenhülse abnimmt, erhöht sich das Laufspiel.

Übermäßiger Freiraum kann zu Folgendem führen:

● Größere Wellenbewegung

● Höhere Vibration

● Reduzierte radiale Unterstützung

● Ungleichmäßiger Verschleiß benachbarter Bühnen

● Robbennot

● Interne Rezirkulation

● Weiterer Partikeleintritt

4. Große Partikel können Aufprallschäden verursachen.

Feiner Sand verursacht hauptsächlich Abrieb. Größere, kantige oder unregelmäßige Partikel können ebenfalls auf den Buchseneingang, Kanten, Nuten oder freiliegende Ecken treffen.

Eine sehr harte, aber nicht ausreichend zähe Hartmetallsorte kann dem Polierverschleiß widerstehen und dennoch bei Stößen absplittern.

5. Sand kann sich absetzen, wenn die Pumpe stoppt.

Grobe Partikel können sich während des Stillstands in Lagerzonen, Stufenspalten und unteren Pumpenabschnitten ablagern. Beim nächsten Anfahren kann es daher vorkommen, dass die Welle bereits von Ablagerungen umgeben ist.

Grundfos empfiehlt bei sandempfindlichen Grundwasseranwendungen ein kontrolliertes Hochfahren und Durchflussmanagement, da ein aggressives Anfahren den angesammelten Sand und Schlamm aufwirbeln kann.

Warum Wolframkarbid für abrasive Pumpenbuchsen verwendet wird

Hartmetall Es handelt sich um einen Verbundwerkstoff. Harte WC-Körner sorgen für Abriebfestigkeit, während ein metallisches Bindemittel – üblicherweise Kobalt oder Nickel – die Körner zusammenhält und zur Zähigkeit beiträgt.

Diese Kombination ermöglichtWolframkarbidbuchsenum die Bohrungsgeometrie beizubehalten und Riefenbildung bei stark abrasivem Betrieb besser zu widerstehen als viele herkömmliche Metallbuchsen.

Wichtigste Vorteile

● Hohe Abriebfestigkeit:verlangsamt die durch harte Partikel verursachte Bohrungsaufweitung

● Hohe Druckfestigkeit:unterstützt geladene laufende Schnittstellen

● Dimensionsstabilität:hilft dabei, das vorgesehene Verhältnis zwischen Welle und Buchse aufrechtzuerhalten.

● Beständigkeit gegen erosive Spülung:schützt Eingänge und exponierte Strömungsflächen

● Individuelle Qualitätsoptionen:Bindemittel und Korngröße können hinsichtlich Verschleiß, Zähigkeit oder Korrosionsbeständigkeit angepasst werden.

● Präzisionsbearbeitung:Bohrungen, Außendurchmesser, Planflächen, Fasen und Nuten können gemäß den Zeichnungsanforderungen geschliffen werden.

In den von Hyperion veröffentlichten Richtlinien für Hartmetall wird erläutert, dass ein geringerer Bindemittelgehalt und feinere WC-Körner im Allgemeinen die Härte und Verschleißfestigkeit erhöhen, während größere Körner und ein höherer Bindemittelgehalt im Allgemeinen die Zähigkeit steigern.

Dieser Kompromiss ist besonders wichtig bei Tauchpumpen, wo die Buchse sowohl einem kontinuierlichen Feinabrieb als auch gelegentlichen Stößen oder Wellenbewegungen ausgesetzt sein kann.

Warum Härte allein den Verschleiß durch sandige Pumpen nicht behebt

Etablierte Hersteller von Tauchpumpen nutzen verschiedene Strategien zur Sandbewältigung.

Franklin Water verwendet bei Pumpen, die für sandiges Wasser bestimmt sind, keramische Wellenhülsen, Gummilager für den Auslass, schwimmende Stufenkonstruktionen und abriebfeste Materialien.

Pentair beschreibt Konstruktionen mit harten Keramik-Verschleißoberflächen, schwimmenden Laufrädern und geschlossenen Lagerzonen, die Druckbarrieren gegen das Eindringen von Sand bilden.

Diese Konstruktionen veranschaulichen ein wichtiges ingenieurtechnisches Prinzip:

Die Sandbeständigkeit ergibt sich aus dem Zusammenspiel von Material, Geometrie, Strömungsweg, Schmierung, Spiel und Wellenlagerung – nicht allein aus der Materialhärte.

Wolframcarbid kann die Verschleißgrenzfläche verbessern, aber die Pumpe benötigt dennoch eine zuverlässige Methode zur Partikelabscheidung.

Wann sollte eine Tauchpumpe eine Hartmetallbuchse verwenden?

Eine Hartmetallbuchse ist eine vielversprechende Option, wenn eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt sind:

1. Metallische Hülsen weisen Riefen auf oder verlieren an Durchmesser.Das derzeitige Verschleißmaterial gewährleistet nicht die erforderliche Geometrie.

2. Die Zunahme des Rotorspiels beeinträchtigt die Rotorstabilität.Nach dem Verschleiß der Buchse können Vibrationen, Dichtungsprobleme oder wiederholter Wellenkontakt auftreten.

3. Feiner Sand oder harte Mineralpartikel sind ständig vorhanden.Die Grenzfläche erfährt ein anhaltendes abrasives Gleiten.

4. Bergung und Reparatur sind teuer.Tiefbohr- oder Bohrlochgeräte profitieren von langlebigeren Verschleißflächen.

5. Die Buchse muss ein enges Funktionsmaß beibehalten.Leckagen, Stützwirkung, Ausrichtung oder Stufeneffizienz hängen von einem stabilen Spalt ab.

6. Die Flüssigkeit ist außerdem ätzend.Gegebenenfalls ist ein geeignetes WC-Ni- oder korrosionsbeständiges Bindemittel erforderlich.

7. Die Baugruppe kann Hartmetall ordnungsgemäß aufnehmen.Ausrichtung, Passform, Kühlung und Kantenschutz werden kontrolliert.

Ein praktischer siebenstufiger Auswahlprozess

1. Ermitteln Sie die genaue Funktion der Buchse.Prüfen Sie, ob es sich um ein Radiallager, eine Führungsbuchse, eine Verschleißhülse, eine Dichtungsbuchse oder ein Motorlagerbauteil handelt.

2. Charakterisieren Sie das partikuläre Medium.Zusammensetzung, Größenverteilung, Konzentration, Form, Härte und Absetzverhalten erfassen.

3. Definieren Sie den Schmier- und Partikelweg.Ermitteln Sie, ob Partikel ausgeschlossen, durchgespült oder am Lager vorbeigeführt werden.

4. Berechnen Sie das Budget für den Betriebsraum.Berücksichtigen Sie Abmessungen, Einbauänderungen, Rundlaufabweichungen, Durchbiegungen, Ausrichtung, Wärmeausdehnung und Verschleißzugabe.

5. Klassenstufe und Ordner auswählen.Ausgewogenheit zwischen Abriebfestigkeit, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Herstellbarkeit.

6. Überprüfen Sie die Gegenwelle und das Gehäuse.Die Hartmetallbuchse kann auf einer verschlissenen Welle oder in einem beschädigten Gehäuse keinen Halt finden.

7. Planinspektion und -austausch.Vor der Installation müssen Verschleißgrenzen, Messpunkte, Ersatzteilmengen und Wartungsintervalle festgelegt werden.

Ich glaube nicht, dass die zuverlässigste Pumpe für sandiges Wasser einfach diejenige mit der härtesten Buchse ist.

Das zuverlässigste Design ist dasjenige, das folgende Fragen eindeutig beantwortet:

● Wo kann der Sand eindringen?

● Wohin kann es gelangen?

● Was hält die Lagerfläche geschmiert?

● Welche Wellenbewegung muss die Buchse aushalten?

● Welche Oberfläche soll sich zuerst abnutzen?

● Wie wird der Verschleiß gemessen?

● Wann wird die Buchse ausgetauscht?

Wolframkarbid ist wertvoll, weil es den Geometrieverlust verringert. Dieser Vorteil kommt besonders dann zum Tragen, wenn der Strömungsweg, das Spiel, die Wellenlagerung und die Einbauweise der Pumpe die bestimmungsgemäße Funktion des Karbids ermöglichen.

Ein härteres Material kann nicht verhindern, dass ein schlecht ausgebildeter Bohrloch übermäßig viel Sand fördert. Es kann weder einen verstopften Schmierweg wiederherstellen noch eine verbogene Welle begradigen. Es kann eine ungestützte Hartmetallschneide nicht vor wiederholtem Kiesaufprall schützen.

Bei Langsun Carbide betrachten wir die Buchse daher als Teil des kompletten Rotations- und Fluidfördersystems.

Diese Vorgehensweise ist zwar weniger komfortabel als die Angabe anhand von Durchmesser und Gewicht allein, führt aber zu einer verlässlicheren Material- und Designempfehlung.

Häufig gestellte Fragen

Sind WolframkarbidbuchseIst es für sandiges Wasser geeignet?

Ja. Wolframcarbid bietet in sandigem Wasser eine hohe Abriebfestigkeit und Formstabilität. Die endgültige Eignung hängt von Partikelgröße, Konzentration, Wellenbewegung, Schmierung, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Spiel und Einbau ab.

Können Hartmetallbuchsen direkt im gepumpten Wasser laufen?

Sie können in Pumpenkonstruktionen eingesetzt werden, bei denen die Prozessflüssigkeit das Lager schmieren soll. Der Pumpenkonstrukteur muss sicherstellen, dass Durchfluss, Kühlung, Partikeldurchlass und Materialpaarung geeignet sind.

Ist die härteste Hartmetallsorte immer die beste Wahl für Sand?

Nein. Ein sehr hartes, feinkörniges Material ist zwar abriebfest, aber möglicherweise weniger widerstandsfähig gegenüber Stößen, Vibrationen, dünnen Kanten oder Belastungen beim Einbau. Bei der Materialwahl muss ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Verschleißfestigkeit und Zähigkeit gefunden werden.

Wann sollte WC-Ni verwendet werden?

WC-Ni oder ein anderes korrosionsbeständiges Bindemittel kann in Betracht gezogen werden, wenn sandiges Wasser auch Säuren, Chloride, Salze, Chemikalien aus dem Prozesswasser oder andere Medien enthält, die ein Kobaltbindemittel angreifen können.

Author | Allen

Allen ist Internationaler Marketingdirektor bei NINGBO LANGSUN TUNGSTEN CARBIDE CO., LTD. Mit über 5 Jahren Erfahrung im Bereich industrieller Verschleißteile und Wolframcarbid-Anwendungen arbeitet er mit Kunden in den Bereichen Öl und Gas, Ventil- und Durchflussregelung, Metallbearbeitung, chemische Verarbeitung, Pumpen, Oberflächenbehandlung, Bergbau und Mineralverarbeitung zusammen.

Sein Schwerpunkt liegt darauf, OEMs, Geräteherstellern, Ingenieurbüros und Beschaffungsteams bei der Auswahl zuverlässiger Wolframkarbid-Verschleißteile zu helfen, basierend auf realen Arbeitsbedingungen, Materialeigenschaften, Herstellbarkeit und Qualitätskontrollanforderungen.

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Referenzen

1. Franklin Water, „J-Class TRI-SEAL Tauchbrunnenpumpe“. Die Produktinformationen beschreiben ein schwimmendes Stufensystem für den Einsatz in abrasivem Sand, zusammen mit einer keramischen Wellenhülse und einem Gummilager am Auslass.

2. Pentair Sta-Rite, „HS-Serie Edelstahl-Tauchpumpen mit 4 Zoll Hub“. Die Quelle beschreibt harte Keramik-Verschleißflächen, schwimmende Stufen und eine geschlossene Wellenlager-Druckzone, die das Eindringen von Sand und den abrasiven Verschleiß reduzieren sollen.

3. Grundfos, „Wassergewinnung aus sandempfindlichen Grundwasserleitern“. Die Quelle empfiehlt einen kontrollierten Anlauf des Frequenzumrichters sowie sandbeständige Lager- und Dichtungsanordnungen, wenn Tauchwasserentnahmesysteme mit einem hohen Sand- und Schluffgehalt konfrontiert sind.

4. Grundfos, „Wirbellaufrad“. Die Quelle erklärt, dass Wirbellaufräder dort geeignet sein können, wo das gepumpte Abwasser einen hohen Sandanteil aufweist, weist aber gleichzeitig auf ihren geringeren Wirkungsgrad im Vergleich zu einigen Kanallaufradkonstruktionen hin.

5. HOMA Pumpen, „Abrieb“. Die Quelle identifiziert durch Feststoffe verursachten mechanischen Verschleiß und stellt fest, dass Sand eine häufige Ursache für Abrieb bei Abwasser- und Regenwasserpumpen ist.

6. Hyperion Materials & Technologies, „WC-Co-Sorten“. Die Quelle erklärt, wie die WC-Korngröße und der Kobaltgehalt Härte, Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit beeinflussen.

7. Hyperion Materials & Technologies, „Hartmetallsorten mit korrosionsbeständigem Bindemittel“. Die Quelle erläutert den Bindemittelverbrauch bei Nasskorrosion und die Rolle von nickelhaltigen oder anderen korrosionsbeständigen Bindemittelsystemen.

8. CERATIZIT, „Hartmetall“. Die Quelle erklärt die zweiphasige Struktur von Hartmetall, wobei WC für Härte und das metallische Bindemittel für Zähigkeit sorgt.

9. SKF, „Montage von Buchsen“. Die Quelle betont saubere, gratfreie Wellen und Gehäuse, korrekte Montageverfahren und die Vermeidung von abrasiven Verunreinigungen.