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NFM / Welding Engineers Inc., ein führender Hersteller von Extrusionssystemen für die Gummi- und Kunststoffindustrie, beauftragte Milton Roy mit der Entwicklung einer Lösung für einen in China ansässigen Endverbraucher, um ein hochviskoses Polymerprodukt zu pumpen und zu dosieren. Milton Roy hat daraufhin die Megaroyal®-Pumpe so angepasst, dass sie sich nahtlos in die Anwendung des Anwenders einfügt.
NFM Welding Engineers mit Hauptsitz in Ohio (USA) kann Unternehmen, die in der Kunststoffgranulatherstellung tätig sind, komplette schlüsselfertige Extrusionssysteme liefern. In dem Bemühen, eine Anfrage eines seiner Kunden in China zu erfüllen, zog das Ingenieurbüro das Fachwissen von Milton Roy hinzu, um eine Pumpe in den Prozess des Kunden zu integrieren, die in der Lage ist, eine besonders viskose Polymermischungslösung zu pumpen. Liem Chau, Global Product Manager bei Milton Roy, erklärt: "Wir mussten eine Lösung finden, die genügend Leistung bietet, um ein extrem viskoses Produkt (über 10.000 Centipoise) bei hohen Temperaturen einzuspritzen." Um mit der rasant steigenden Nachfrage auf dem asiatischen Kunststoffgranulatmarkt Schritt halten zu können, müssen die Hersteller hohe Produktionsraten aufrechterhalten, was bedeutet, dass sie effiziente Pumpen mit hohen Förderleistungen benötigen.
Das Verfahren des Kunden umfasste eine Polymerlösung, die aus einem unter Druck stehenden Tank zugeführt und auf 90°C (194°F) erhitzt wurde. Es werden Pumpen benötigt, um das Produkt durch ein Vorwärmsystem in einen Puffertank und anschließend in die Extrusionsmaschine zu spritzen. Anschließend wird das Produkt mit Wasser gekühlt und mit einer rotierenden, messerscharfen Klinge in Pellets geschnitten. Für diese spezielle Anwendung schlug Milton Roy die Triplex-Monoblockpumpe Megaroyal vor, die aufgrund ihrer Übereinstimmung mit der Norm API 675 häufig in der Öl- und Gasindustrie sowie in der chemischen Industrie eingesetzt wird. "2019 lieferte Milton Roy vier Megaroyal-Pumpen an diese Produktionsstätte", rät Liem Chau. "Die Pumpen müssen in diesem geschäftskritischen Prozess ununterbrochen in Betrieb sein, und schon der kleinste Produktionsausfall würde das Geschäft zum Scheitern bringen. Die isolierte Pumpe erfüllt die Anforderungen des Kunden, indem sie eine hohe Förderleistung von 2245 GPH (8,5 m3/h) bietet und gleichzeitig Schwankungen im Förderdruck standhält."
Die in die Megaroyal-Pumpe eingebaute Doppelmembran-PTFE-Dosiertechnologie ist dieselbe Technologie, die seit über 20 Jahren in der Primeroyal®-Pumpenserie verwendet wird, wodurch Milton Roy echtes Fachwissen und Einblicke in den Dosierprozess gewonnen hat. Die Megaroyal-Pumpe kann Fördermengen von bis zu 220 GPM (50 m3/h) liefern und Förderdrücken von bis zu 252 bar (3655 psi) standhalten. Die Endverbraucher wollen die Produktion an der Nachfrage ausrichten und wünschen sich daher eine hohe Flexibilität durch einen Motor mit variabler Drehzahl, der die Produktionszeiten im Verhältnis 1:5 verkürzen kann. Die Megaroyal-Pumpe ist mit drei verschiedenen Dosierkopfgrößen erhältlich.
Die Megaroyal-Pumpe ist mit einem internen Nachfüllventil ausgestattet, das das Hydrauliköl automatisch steuert, um eine konstante und genaue Durchflussmenge zu gewährleisten. Dieses System gewährleistet auch im Falle eines blockierten Saugventils eine zuverlässige Leistung. "Unsere Pumpen verfügen über ein internes Druckbegrenzungsventil zum Schutz der Pumpe und sind mit einem hydraulisch gesteuerten Ventil ausgestattet, das die Membrane vor einem Bruch schützt", erklärt Liem Chau. Wir verwenden auch ein Doppelmembran-Lecksuchsystem. Im unwahrscheinlichen Fall eines Membranlecks stellt ein Drucksensor einen Druckanstieg fest und sendet ein Warnsignal an den Kontrollraum. Die Pumpe läuft bis zum Ende der Produktionscharge weiter, auch wenn die Membran beschädigt ist." Die Doppelmembran der Megaroyal-Pumpe ist hermetisch abgedichtet, um die Möglichkeit externer Leckagen zu verhindern. Deshalb ist dieses Modell perfekt für giftige, gefährliche und radioaktive Produkte geeignet.
Die Flüssigkeit, die gepumpt werden muss, ist für den Endverbraucher besonders wichtig. Die hohe Viskosität der Flüssigkeit in Verbindung mit der Notwendigkeit, eine bestimmte Temperatur aufrechtzuerhalten, erhöht die Komplexität des Prozesses zusätzlich. Kühlt die Flüssigkeit ab, erhöht sich die Viskosität, und die Pumpe liefert nicht mehr die richtige Fördermenge, was zu einem Engpass in den Rückschlagventilen führen kann. Da das Produkt extrem zähflüssig ist, wurden der Querschnitt des Bereichs und die Größe der Rückschlagventile vergrößert, um Reibungsverluste zu verringern und eine kavitationsfreie Förderung zu gewährleisten. Gaëtan Spude, F&E-Manager bei Milton Roy, erklärt: "Mit einem hohen Dampfdruck von 14,7 bar (213 psi) und einem minimalen Ansaugdruck von 17 bar (246,5 psi) ist die Lücke zwischen NPSHa und NPSHr, d. h. zwischen dem im System verfügbaren Ansaugdruck und dem für die Pumpe erforderlichen Ansaugdruck, relativ gering. Die Viskosität führt schnell zu Reibungsverlusten, so dass die Querschnittsfläche vergrößert werden muss. Andererseits ist es wichtig, die Kompressibilität der Flüssigkeit zu berücksichtigen. Eine Überdimensionierung der Querschnittsfläche und des Flüssigkeitsvolumens in der Dosierpumpe würde schnell zu einem Verlust der Förderleistung führen. Gaëtan Spude fährt fort: "Wenn eine Flüssigkeit um 10 % komprimiert wird, ist der Druckverlust viel höher als 10 %. Das Volumen, das dem Über-/Unterdruckeffekt ausgesetzt ist, ist viel größer als die Kapazität der Pumpe, die wie ein Multiplikator wirkt. Daher mussten wir den richtigen Kompromiss finden zwischen der Vermeidung übergroßer Querschnittsflächen, um ein Absinken der Fördermenge zu verhindern, und ausreichend großen Querschnittsflächen, um Kavitation in der Pumpe zu vermeiden. Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir CFD-Berechnungen (Computational Fluid Dynamics) durchgeführt. Gleichzeitig begrenzt die Megaroyal-Pumpe die Reibungsverluste in den Rohrleitungen, die durch die Phasenverschiebung zwischen den drei Plungern einer Triplex-Pumpe entstehen. Milton Roy sah sich mit der Herausforderung konfrontiert, die Kompressibilität mit der Viskosität in Einklang zu bringen.
Einer der Vertriebspartner von Milton Roy, Industrial Pump & Equipment Corp. (IPEC) und Vertriebsingenieure in den USA arbeiteten mit NFM Welding Engineers zusammen, um die Pumpe auf der Grundlage eines Standardmodells von Megaroyal anzupassen. Der Endnutzer war von der Lösung begeistert. NFM Welding Engineers arbeitet derzeit an einer neuen Produktionslinie mit demselben Pumpenmodell von Megaroyal. "Die vier Pumpen haben gut funktioniert. Bei der ersten Installation konnten wir auch die Genauigkeit unserer Berechnungen vor Ort überprüfen", sagt Gaëtan Spude. "Die Ergebnisse vor Ort zeigten, dass wir die geforderten Durchflussmengen erreicht hatten. Wir schlugen eine Pumpe mit einer Geschwindigkeit von 117 Hüben pro Minute vor und rechneten damit, die angestrebte Durchflussmenge mit 94 Hüben pro Minute zu erreichen, und genau das ist passiert."
LE JOURNAL DES FLUIDES | MÄRZ 2021