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Titelgeschichte Magnetic

Titelgeschichte Magnetic drive pumps Powering the hydrogen revolution Lucas Prats Gonzalez und Jens Steinkamp Hermetisch dicht Durch die Verwendung einer hermetisch dichten Magnetkupplung wird die zu fördernde Flüssigkeit sicher in der Pumpe eingeschlossen. Dies verhindert jegliche Leckage und schließt gleichzeitig Verunreinigung von außen aus. Für die alkalische Wasser-Elektrolyse werden Pumpen benötigt, die eine alkalische Elektrolytlösung, typischerweise Kaliumhydroxid (KOH) oder Natriumhydroxid (NaOH), zirkulieren. Bei der PEM-Elektrolyse übernehmen Pumpen den Fluss von ultrareinem Wasser. Unter den verschiedenen verfügbaren Pumpentypen erweisen sich Magnetkupplungspum­ Abb. 1: Schnittbild einer magnet gekuppelten Kreiselpumpe Während die Welt nach nachhaltigen Energielösungen sucht, entwickelt sich Wasserstoff zu einem Schlüsselakteur im Übergang zu einer grüneren Zukunft. Zentral für diesen Wandel ist die Wasserstoffproduktion durch Elektrolyse, die unter anderem durch folgende Verfahrensweisen pen in Blockbauweise als besonders geeignet für diese Anwendungen, da sie einen sicheren und effizienten Betrieb bei geringem Platzbedarf ermöglichen. Was aber macht Magnetkupplungspumpen für die Wasserstoffproduktion so unverzichtbar? erreicht werden kann: alkalische Wasser-Elektrolyse und Protonenaustauschmembran (PEM) Elektrolyse. Beide Verfahren erfordern den Einsatz effizienter und zuverlässiger Pumpen, um den Fluss spezifischer Flüssigkeiten zu steuern, die für den Elektrolyseprozess essenziell sind. • Bei einer Magnetkupplungspumpe ist die Antriebswelle, die die mechanische Energie vom Antrieb auf die Pumpenhydraulik überträgt, keine einzelne Welle mit einer Stopfbuchspackung oder einer mechanischen Dichtung darauf. Stattdessen wird die Energie mithilfe einer Magnetkupplung berührungslos von der Antriebswelle auf die Pumpenwelle übertragen. Die Antriebswelle verbindet den Motor mit dem äußeren Magnetträger, während die Pumpenwelle den inneren Magnetträger und das Laufrad aufnimmt. Beide Magnetträger sind innen und außen mit Permanentmagneten bestückt. Durch die Drehung des äußeren Magnetträgers wird der innere Magnetträger über magnetische Kräfte synchron mitgedreht; die mechanische Antriebsenergie wird übertragen. Abb. 2: Magnetgekuppelte Kreiselpumpen für die Produktion von Wasserstoff durch PEM-Elektrolyse 6 GREEN EFFICIENT TECHNOLOGIES 2024

Titelgeschichte Zwischen den Magnetträgern ist der so genannte Spalttopf verbaut, der das Fördermedium von seiner Umgebung trennt. Die Lagerung der Pumpenwelle erfolgt über flüssigkeitsgeschmierte, wartungsfreie Gleitlager innerhalb des Hydrauliksystems der Pumpe. Zwischen der gepumpten Flüssigkeit und der Umgebung gibt es keine dynamischen Dichtungen, aus denen Leckagen austreten können. Lediglich zwei statische Dichtungen werden zwischen Pumpengehäuse und Gehäusedeckel sowie zwischen Gehäusedeckel und Spalttopf bei der Magnetkupplungspumpe verwendet. Ideal für ultrareines Wasser Durch das Elektropolieren der medienberührten Teile der Pumpe sowie die Verwendung von Gleitlagern aus Siliziumkarbid wird eine Verschmutzung durch Ionen oder abrasive Stoffe verhindert. Dies ist für Anwendungen mit ultrareinem Wasser unabdingbar, da es die Integrität und Effizienz des elektrolytischen Prozesses sicherstellt und Verunreinigungen verhindert, die die Leistung und Lebensdauer des Elektrolyseprozesses beeinträchtigen könnten. Wartungsfreie Blockbauweise In der Wasserstoffproduktion sind neben großen Elektrolyse-Anlagen auch Containerlösungen sehr verbreitet. Dabei werden komplette Wasserstoffproduktionssysteme in standardisierte Containermodule integriert, was sie zu einer praktischen, flexiblen und kosteneffizienten Möglichkeit macht, Wasserstofferzeugungskapazitäten schnell und sicher einzusetzen. Diese dezentrale Produktion von Wasserstoff hat den Vorteil, dass betriebsbereite Einheiten schnell beim Kunden eingesetzt werden können. Dies erfordert Anlagen mit geringer Komplexität, wenig bis gar keinem erforderlichen Zubehör und einem möglichst geringen Wartungsaufwand während des Betriebs. Zudem stellt sich die Herausforderung der Installation auf engstem Raum, vor allem bei großen Pumpen und Motoren. Eine hermetisch dichte Magnetkupplung in Blockbauweise erfüllt all diese Anforderungen - aufgrund ihrer ausgefeilten Konstruktion mit höchster Betriebssicherheit sind keine Instrumentierung, keine Überwachung und keine Versorgungseinrichtungen erforderlich. Bei der Blockbauweise ist der Motor über einen Adapterflansch mit der Zwischenlaterne der Pumpe verbunden, und der Magnettreiber ist direkt auf der Motorwelle montiert. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer herkömmlichen Kupplung oder eines Lagerträgers, was neben dem geringen Platzbedarf diverse Vorteile mit sich bringt. Zum einen werden Ausrichtungsfehler vermieden, welche zu Ineffizienzen, erhöhtem Verschleiß und mög lichen Systemausfällen führen kön nen. Zum anderen führen die nicht vorhandenen Wälzlager bei diesem Aufbau zu einem geringeren Geräuschpegel der Pumpen. Die kompakte Bauweise der Pumpe in Blockbauweise sorgt dafür, dass Motor und Pumpe starr miteinander verbunden sind. Durch diese Anordnung werden die auf die Grundplatte wirkenden Torsionskräfte deutlich reduziert, was die Verwendung von schlankeren Grundplatten ermög licht. Aufgrund der berührungslosen Übertragung des Drehmoments und der hochbeständigen Gleitlager­ • Durch elektrochemisches Polieren (Elektropolieren) werden die Eigenschaften von metallischen Oberflächen entscheidend verbessert, was sich positiv auf die Haltbarkeit der einzelnen Bauteile auswirkt. Das Verfahren reduziert die Mikrorauigkeit des Materials und beseitigt damit deutlich die Gefahr des Anhaftens von Produktrückständen. Entscheidend für den Elektrolyseprozess ist insbesondere der Effekt, dass das Lösen von Ionen in die Flüssigkeit verhindert wird. Abseits dessen kann es zum Entgraten, Polieren oder Passivieren eingesetzt werden. Ziel ist es, eine metallurgisch saubere Oberfläche ohne Fehlstellen zu erhalten. Dabei ist das Elektropolieren dem mechanischen Polieren technisch überlegen, da es ohne Fremdpartikel arbeitet und die Oberflächen passiviert, was sie optimal korrosionsbeständig macht. Abb. 3: Elektropoliertes Pumpenlaufrad GREEN EFFICIENT TECHNOLOGIES 2024 7