Regenwassermanagement: New Orleans, Louisiana

Das Projekt:

U.S. Army Corp of Engineers, Aufrüstung von Pumpstationen
New Orleans, Louisiana

New Orleans ist im Norden vom Lake Pontchartrain und im Süden vom Golf von Mexiko umgeben; außerdem fließt der Mississippi River mitten durch die Stadt. Ohne Pumpstationen könnte das Gebiet bereits bei weniger als 3 cm Niederschlag überflutet werden.

Seit dem Wirbelsturm Katrina im Jahr 2005 wurden Milliarden in den Neubau und in die Renovierung von Pumpstationen investiert, um weitere Flutkatastrophen zu verhindern. Philadelphia Gear by Timken setzt 130 Jahre Kraftübertragungserfahrung ein, um maßgeschneiderte Lösungen für mehr als 200 Pumpstationen zu entwickeln, die die 1,3 Millionen Einwohner der Region schützen.

Die Herausforderungen

Philadelphia Gear-Systeme übertragen Kraft zwischen einem Antrieb – wie einem Elektromotor, Benzin- oder Dieselmotor – und einer Pumpe. Die Beförderung von Regenwasser erfordert einen hohen Energieeinsatz bei hohen Geschwindigkeiten, dann eine Reduzierung der Leistung bei niedrigeren Geschwindigkeiten, damit das Wasser sicher dorthin geleitet werden kann, wo es hingehen soll.

Die großen Pumpstationen von New Orleans sind alle unterschiedlich konfiguriert, je nach Topographie, Pumpanforderungen und der zum Zeitpunkt der ursprünglichen Installation verfügbaren Technologie. Dies erfordert für jedes Zahnradantriebssystem maßgeschneiderte Konstruktionen. Die üblichen Herausforderungen sind:

Nr. 1: Hohe Betriebsdrücke. In vielen Fällen bedeutet die geringe Höhe von New Orleans, dass die Stationen Wasser gegen die Schwerkraft pumpen müssen, um es horizontal oder vertikal nach oben zu befördern. Dies erhöht das Drehmoment, die Vibrationen und den Verschleiß.

Nr. 2: Extreme Anforderungen an Lebensdauer und Laufzeiten. Die Pumpen laufen nicht ständig, sondern nur bei starken Regenfällen und Stürmen, die zu Überschwemmungen führen würden. Die Betreiber müssen jedoch die Sicherheit der Stadtbevölkerung gewährleisten und gleichzeitig eine Rendite erwirtschaften. Daher müssen Zahnradantriebe überdimensioniert sein, um 50 bis zu möglicherweise 70 Jahre lang zu funktionieren.

Nr. 3: Korrosion und vorzeitiger Ausfall, wenn Zahnradantriebe selbst überflutet werden. Innerhalb von 24 Stunden nach dem Trocknen eines vorher überfluteten Zahnradantriebes können Korrosionsschäden auftreten.

Die Lösungen:

Philadelphia Gear rüstete erstmals in den 1920er Jahren Pumpstationen in New Orleans aus und unterstützte von den 1960er bis in die 1980er Jahre und erneut unmittelbar nach Katrina die Modernisierung des Pumpennetzes der Stadt. Heute entwirft das Unternehmen originale, kundenspezifische Zahnradantriebe für neue Pumpeninstallationen und rüstet bestehende Zahnradantriebe um, um die sich fortlaufend weiterentwickelnden Konstruktionskriterien des U.S. Army Corp of Engineers zu erfüllen.

„Wir haben noch alle unsere Originalzeichnungen und technischen Daten von vor 100 Jahren“, so Gayle Quinlan, Direktorin für den Vertrieb von Erstausrüstungen für den Wasserwirtschaftsmarkt. „Wir sind der einzige Lieferant von Zahnradantrieben, der diese Art von Informationen abrufen und für die Entwicklung von Aufrüstungen auf Grundlage der neuesten Motor- und Pumpenanforderungen nutzen kann.“

Quinlan zählt die folgenden Beispiele zu den wichtigsten Beiträgen von Philadelphia Gear zum Hochwasserschutz in New Orleans:

Nr. 1: Maßgeschneiderte Reduziergetriebe für das Projekt Harahan Pump to the River. Vor der Fertigstellung dieses Projekts im Jahr 2017 musste das Regenwasser in den an den Fluss angrenzenden Stadtvierteln 11 km zurücklegen, bevor es in den Lake Pontchartrain gepumpt werden konnte. Das U.S. Army Corp of Engineers gab ein effizienteres System in Auftrag, das erstmals das Wasser direkt über einen Deich in den Fluss pumpen sollte. Das System kann innerhalb von 24 Stunden bis zu 23 Zentimeter Niederschlag bewältigen.

Philadelphia Gear entwickelte drei doppelt untersetzte Winkelgetriebe mit redundanten Schmier-, Überwachungs- und Messsystemen, um das System bei Anlagenausfällen zu schützen, und leistete während einer längeren Anlaufphase technische Unterstützung.

Nr. 2: Nach dem Wirbelsturm Katrina: Einsatz von unter Wasser betreibbaren Hochleistungs-Zahnradantrieben. Die mit Philadelphia-Antrieben ausgerüsteten Pumpen der Station 19, die 16 Jahre zuvor gebaut worden waren, waren die letzten, die nach dem Sturm noch in Betrieb waren. „Sie liefen mit unseren Antrieben drei Wochen lang unter Wasser, um die Stadt trocken zu legen“, erinnert sich Quinlan. „Da sie sich an einem der niedrigsten natürlichen Abflusspunkte befanden, waren sie einem hohen Druck ausgesetzt; trotzdem funktionierten sie problemlos.“

Philadelphia Gear half bei der Trockenlegung und Inspektion der Antriebe und brachte sie später wieder in einen neuwertigen Zustand. Sie sind auch heute noch in Betrieb und hielten im Jahr 2021 dem Wirbelsturm Ida stand.

Nr. 3: Systemerweiterungen zur Unterstützung großer Aufrüstungsprojekte. Die Elmwood Pump Station, eine der ältesten und größten Pumpstationen von New Orleans, wurde 2019 modernisiert. Philadelphia Gear rüstete alle Getriebe, Lager und Schmiersysteme auf, um die neuen Anforderungen an die Motorleistung und die Übersetzungsverhältnisse aller acht Pumpen zu erfüllen.

Ingenieure des Unternehmens unterstützen die U.S. Army Corp of Engineers weiterhin bei der Sicherung von Pumpstationen gegen katastrophale Sturmschäden. „Wir machen Aufrüstungen als Ergebnis ihrer Aufrüstungen“, so Quinlan. „Wenn sie die Abflussleitungen verlängern, ist eine größere Pumpleistung erforderlich, was wiederum stärkere Motoren und andere Getriebe erfordert. In der Regel können wir Aufrüstungen innerhalb des bestehenden Konstruktionsraumes vornehmen.“

Die Vorteile

Nr. 1: Zuverlässigkeit. Quinlan, die im nächsten Jahr in den Ruhestand gehen will, hat vor kurzem die originalen Zahnradantriebe in einer Pumpstation überprüft, die vor ihrer Geburt gebaut wurde. Die Antriebe liefen noch einwandfrei, aber eine Aufrüstung war bereits geplant. Zahnradantriebe für die Wasserwirtschaft werden routinemäßig so konstruiert, dass sie bis zu 70 Jahre lang störungsfrei arbeiten.

Nr. 2: Effizienz.Während eines Wirbelsturms zählt jede Sekunde. Die Pumpen müssen das Wasser schnell befördern, um Überschwemmungen zu verhindern und den Straßenzugang für die Einsatzkräfte aufrechtzuerhalten. „Mit winkligen, horizontalen und vertikalen Antrieben können wir Kraft in jede Richtung lenken und so die Konstruktion und den Betrieb effizienter gestalten“, erläutert Quinlan. „Wir sind nicht durch Leistung oder Richtung eingeschränkt. Das ist in unserem Geschäft einzigartig.“

Nr. 3: Kosteneffizienz. Effiziente und zuverlässige Zahnradantriebe senken die Wartungskosten und helfen, teure Hochwasserschäden zu vermeiden. Da die Antriebe von Philadelphia Gear auch nach jahrzehntelangem Betrieb noch einwandfrei laufen, sind Reparaturen und Aufrüstungen eine wirtschaftliche Alternative zum Kauf neuer Anlagen.

Die Ergebnisse

Philadelphia Gear arbeitet weiterhin mit der U.S. Army Corp of Engineers an der Aufrüstung von Pumpstationen. Bei einem so ausgedehnten und kapitalintensiven Pumpstationennetz erfordern Aufrüstungsprojekte Zeit, Ressourcen und beträchtliche finanzielle Mittel.

In einigen Fällen, in denen andere Getriebelieferanten Aufrüstungsprojekte durchführten, beauftragte das U.S. Army Corp of Engineers am Ende Philadelphia Gear mit einer erneuten Überarbeitung der Anlagen.

„Es gab einen Fall, in dem wir eine Anlage ersetzen, die erst seit drei Jahren im Einsatz war“, sagt Quinlan. „Das Army Corps of Engineers hat uns angerufen, weil man dort weiß, dass wir die Historie und die Fähigkeiten haben, es richtig zu machen. Und mit unseren zusätzlichen Kompetenzen im Bereich Elektrotechnik haben wir den Umfang dessen, was wir für das Army Corps und unseren kommunalen Kundenstamm tun können, erweitert.“

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Erfahren Sie hier mehr über das Fachwissen von Philadelphia Gear im Bereich Wassermanagement.

Gayle Quinlan erläutert, wie Philadelphia Gear-Antriebe von Timken zum Erhalt eines der größten aquatischen Feuchtgebiete der Welt beitragen: Die Everglades in Florida.