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Ein Fachbeitrag von Nadia Qaud

Wussten Sie, dass Sulzer seine erste Wasserpumpe im Jahr 1834 produzierte? Anstatt, wie vom Kunden bestellt, nur eine Feuerspritze zu liefern, entwickelte das neu gegründete Unternehmen Gebrüder Sulzer einen kompletten Feuerlöscher mit Schlauch und Pumpe. Vorausschauend denken und innovative Massstäbe setzen – seit 185 Jahren ist das die Devise von Sulzer.

Einsatzbereiche von Sulzer Pumpen

Der Einsatzbereich von Kreiselpumpen für Wasser wurde seit der Unternehmensgründung von der Be- und Entwässerung auf Trink- und Abwassertransport sowie Entsalzungsanlagen ausgeweitet. Danach wurden Pumpen zur Unterstützung der Energieerzeugung in Kraftwerken entwickelt. Zu Beginn waren Speicher- und Wasserkraftwerke Abnehmer von Pumpen. In Kraftwerken mit fossiler oder atomarer Verbrennung, Gas- und Dampfkraftwerken kommen Zentrifugalpumpen wegen ihrer Verlässlichkeit zum Einsatz. Marktführend sind die Pumpen von Sulzer in der Öl- und Gasgewinnung und in der Petrochemie: Sei es als Pipeline-, Injektions-, Multiphasen- oder Subsea-Pumpe. Mit dem Aufkommen von nachhaltigen Energieerzeugungsverfahren werden Sulzer-Pumpen in Solarkraftwerken oder bei der Energierückgewinnung eingesetzt. In der allgemeinen Industrie (Papier, Getränke, Nahrungsmittel, Düngemittel, etc.) werden die robusten und energiesparenden Pumpen von Sulzer den höchsten Anforderungen gerecht.

Geschichte der Pumpenfabrikation bei Sulzer

Im fabrikmässigen Stil hat Sulzer Zentrifugalpumpen seit den 1860er Jahren produziert (Abb. 1 und 1a). Sulzer-Pumpen wurden zu Beginn meist als Abwasserpumpen verwendet, aber auch in der Erzaufbereitung und als Sole-Umlaufpumpen bei Kälteanlagen.

Abb. 1 Zentrifugalpumpen-Werkstatt in Oberwinterthur

Pumpen zur Be- und Entwässerung

Zentrifugalpumpen zur Bewässerung im grossen Stil wurden erstmals 1892 eingesetzt. Damals wurde in Ägypten im Auftrag der Raffinerie Say die erste Großanlage mit einer Pumpleistung von insgesamt 6.500 m3 je Stunde gebaut. Für diese Wassermengen wurde damals bereits ein Spiralgehäuse mit eingegossenen Leitrippen verwendet. Zuerst hatten die Pumpen Riemenantrieb, später folgten Grossanlagen mit direkter Kupplung der Pumpen an Dampfmaschinen, Dieselmotoren oder Elektromotoren.

Abb. 1a Zentrifugalpumpe aus dem Jahr 1862.

Von 1890 an fertigte Sulzer Entwässerungspumpen für das Nildelta in Ägypten und für andere Länder. An die Pumpstation Codigoro in Oberitalien zum Beispiel lieferte das Unternehmen fünf Axialpumpen mit senkrechter Welle für eine Fördermenge von jeweils 28.800 m3/h und einer Förderhöhe von 4 bis 5 m.

Die Ausführung von Kanalisationspumpen mit senkrechter Welle beseitigte die Ansaugschwierigkeiten. Die Hydraulik optimierte Sulzer schon im letzten Jahrhundert stetig. Dank doppelt gekrümmter Laufräderschaufeln konnte die Drehzahl der Pumpen gesteigert werden.

Abb. 2 Zentrifugalpumpen für Bewässerungsprojekte in Ägypten (1892 – 1906).

Hochdruck dank elektrischem Antrieb

Mit dem Einbau von Elektromotoren zur Kraftübertragung stiegen die Förderhöhen. Sulzer machte den ersten praktischen Versuch mit Elektromotoren 1894 mit dem Einbau in einer mehrstufigen Pumpe. Auf einer senkrechten Welle sassen drei hintereinander geschaltete Laufräder, mit Zwischenscheiben voneinander getrennt. Diese Pumpe wurde für die erste hydraulische Kraftspeicherungsanlage der Welt konzipiert.

Die erste Hochdruck-Zentrifugalpumpe wurde 1896 lanciert. Das städtische Wasserwerk in Genf (Abb. 3) bestellte daraufhin eine großse mehrstufige Pumpe, die mit einem Elektromotor von 1’000 PS direkt gekuppelt war und 1’350 m3 Wasser pro Stunde auf 140 m hob. Der erste «Jet d’eau» im Genfer See diente damals dem Ablass von Überdruck aus dieser Anlage.

Abb. 3 Zentrifugalpumpe für die Trinkwasserversorgung der Stadt Genf von 1897.

Bohrlochpumpen für Brunnen und Minen

Um ganz ohne einen Brunnenschacht auszukommen, wurden seit 1910 Bohrlochpumpen gebaut, die in kurzer Zeit große Verbreitung fanden und auch in Bergwerken eingesetzt wurden. Während die erste Pumpe eine Wellenlänge von 24 m hatte, waren 1930 schon Ausführungen mit 170 m Wellenlänge und einer Antriebsleistung von 800 PS in Betrieb. Zu dieser Zeit begann Sulzer bereits mit dem Bau von Unterwasser-Elektropumpen, bei welchen der Motor auf der Pumpe saß und die vertikale Welle ganz entfiel.

Ein ganz großes Marktpotential, das früher komplett von Kolbenpumpen beherrscht wurde, erschloss sich der Hochdruck-Zentrifugalpumpe mit der Bestellung der Wasserhaltung für das spanische Blei- und Silberbergwerk Horcajo im Jahre 1898 für 390 m Tiefe. Diese Anlage arbeitete mit mehreren, in verschiedenen Sohlen übereinander angeordneten Pumpen, die eine Förderwassersäule kraftschlüssig miteinander verband. Die Minenpumpen waren bereits direkt mit Elektromotoren gekuppelt (Abb. 4).

Abb. 4 Minenentwässerungspumpe mit Elektromotor von 1902.

Geniale Konstruktion zur Entlastung

Ein weiterer großer Fortschritt im konstruktiven Aufbau der mehrstufigen Pumpe vollzog sich 1905 mit der Einführung der Entlastungsscheibe. Anfangs hatte man die Axialkräfte mit paarweise angeordneten Laufrädern zum größten Teil ausgeglichen. Entlastungskolben und Kugel- oder Kammlager nahmen die Restkräfte auf. Die Entlastungsscheibe erlaubte es, nur gleichgerichtete Laufräder auf der Welle anzuordnen und den Axialschub vollständig aufzuheben.

Speicherpumpen für Wasserkraft

Mit dem Ausbau von Wasserkraftwerken an Flüssen gewann die Kraftspeicherung erhöhte Bedeutung. Um die Leistungsfähigkeit eines Elektrizitätswerkes zu steigern, baute man Hochbehälter. Sulzer erstellte für das Elektrizitätswerk Olten-Aarburg 1904 die erste große Speicherpumpenanlage mit einer Hochdruckpumpe von 800 PS. Erwähnenswert ist die Installation von Riesenpumpen für die Speicheranlage Niederwartha bei Dresden mit Einheitsleistungen von 27’000 PS im Jahr 1929. 1957 wurde in Wales das damals größte Pumpspeicherwerk der Welt installiert. Es kamen vier vertikale, zweistufige doppelflutige Pumpen mit je 69,7 MW Antriebsleistung zum Einsatz.

Abb. 5 Größte Kesselspeisepumpe der Welt mit Turbinenantrieb: 2006 in Neurath, Deutschland, installiert.

Mit Volldampf voraus

Mit der wachsenden Größe der Dampfkraftwerke wurden ab 1912 Zentrifugalpumpen zur Kesselspeisung eingesetzt. Diese Pumpen waren auf Temperaturen bis zu 200⁰ C und einen Betriebsdruck von über 100 bar ausgelegt. Im Jahr 1975 installierte Sulzer im niederländischen Maasbracht die damals grösste Kesselspeisepumpe Europas. Die größte Kesselspeisepumpe mit Turbinenantrieb (47.5 MW) wurde 2006 nach Neurath in Deutschland geliefert (Abb. 5).

Meilensteine in der Entwicklungsgeschichte von Pumpen

Injektionspumpen kommen im Öl- und Gasbereich zum Einsatz. 1975 installierte Sulzer in Algerien zum ersten Mal 13 Duplex-Injektionspumpen. Nach Saudi Arabien wurden 1977 die zwei grössten Injektionspumpen mit je 15,7 MW geliefert, bereits 1981 getoppt mit zwei 18,8 MW Pumpen, die in Alaska, USA, zum Einsatz kamen. 2002 betrug die Leistung der grössten Injektionspumpen schon 27 MW.

Abb. 6 Subsea-Pumpe im Prüfstand bei Sulzer in Leeds, Grossbritannien im Jahr 2012.

Im Golf von Mexiko wurden 2001 erstmalig Hochdruck-Injektionspumpen mit einem Druck von 605 bar für die Ölförderung eingesetzt; 2011 lieferte das Unternehmen Pumpen mit 800 bar und 2018 sogar mit 1000 bar dorthin. Die zwei grössten Offshore-Mehrphasenpumpen für Öl-Gas-Wasser-Gemische wurden in der Nordsee im Jahr 1999 mit einer Leistung von 4,5 MW installiert. Im Jahr 2000 gingen die zwei größten Mehrphasenpumpen mit 6,0 MW nach Russland. Und 2012 kam eine Sulzer Mehrphasenpumpe mit 3,2 MW unter dem Meeresspiegel zum Einsatz (Abb. 6).

Pipelines für Öl oder Wasser

Pipelinepumpen sind ein weiteres Gebiet, in dem Sulzer marktführend ist. Im Jahr 1985 stattete Sulzer die längste Pipeline in Kanada und USA mit 100 Pumpen aus. In Russland wurden im Jahr 2008 die grössten Pipelinepumpen der Welt mit 14,5 MW installiert. Im gleichen Jahr wurde die längste Rohölpipeline in Kanada mit Sulzer Pumpen versehen.

Entwicklungsoptimierung und Datenerfassung für Pumpen

Weniger spektakulär, aber genauso wichtig ist die Entwicklung von neuen Laufrädern, die Optimierung der Hydraulik von Pumpen oder Optionen für die Prozessoptimierung. Die Verwendung des bestgeeigneten Pumpenmaterials, angepasst an das zu pumpende Medium, ist bei Sulzer von jeher ein wesentlicher Bestandteil bei der Auslegung von Pumpen. Bereits in den 1920er Jahren produzierte Sulzer Säurepumpen für die Herstellung von Salpetersäure, für die V2A-Material (Chrom-Nickel-Stahl) zur Verwendung kam.

Sulzer ließ 1996 das erste verstopfungsfreie Laufrad für Abwasserpumpen patentieren. CFD-Berechnungen kamen bei Sulzer früh zum Einsatz. Das erste, mit Hilfe von CFD optimierte Laufrad wurde 2009 patentiert. Im Jahr 2013 hat Sulzer das erste CFD-optimierte Mehrkanal-Laufrad auf den Markt gebracht.

Die integrierte Entgasung, 1995 erstmalig am Markt eingeführt, ist bei vielen industriellen Prozessen ein wesentliches Entscheidungskriterium für Sulzer Pumpen.

Den Sprung in die Sphären der Industrie 4.0 ist Sulzer im Jahr 2018 gelungen. Mit Blue Box  hat Sulzer ein innovatives, cloudbasiertes Softwaretool zur Datenerfassung lanciert, das alle wichtigen Pumpen- und Prozessdaten erfassen kann. Die Blue Box-Software ist in der Lage, Daten von Pumpen- und Pipelineausrüstungen zu analysieren – ganz gleich, von welchem Hersteller sie stammen. Diese Auswertungen verhelfen den Betreibern die Anlagen zu optimieren, effizienter zu betreiben und besser zu warten.

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