Claims (1)
PATENTANSPRUCH Kreiselpumpen-Turbinen-Aggregat, insbesondere für Meerwasserentsalzungsanlagen, mit einer der Druckerzeugung dienenden Kreiselpumpe und einer auf gleicher Welle angeordneten Turbine zur Rückgewinnung der in der rückströmenden Flüssigkeit enthaltenen Energie, gekennzeichnet durch eine Pelton-Turbine (2) und eine zusätzliche, der Rückforderung der Flüssigkeit zu ihrem Ursprungsort dienende Kreiselpumpe (3), wobei die Rotore der der Druckerzeugung dienenden Kreiselpumpe (1), der Pelton-Turbine (2) und der der Rückforderung dienende Kreiselpumpe (3) auf einer gemeinsamen Welle (4) sitzen und samt ihren Statoren in einer gemeinsamen Druckhülle angeordnet sind.
PATENT CLAIM Centrifugal pump-turbine unit, in particular for seawater desalination plants, with a centrifugal pump serving to generate pressure and a turbine arranged on the same shaft for recovering the energy contained in the returning liquid, characterized by a Pelton turbine (2) and an additional one, the recovery of the Liquid to its point of origin serving centrifugal pump (3), wherein the rotors of the pressure generating centrifugal pump (1), the Pelton turbine (2) and the recovery serving centrifugal pump (3) are seated on a common shaft (4) and together with their stators are arranged in a common pressure envelope.
Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpen-Turbinen-Aggregat, insbesondere für Meerwasserentsalzungsanlagen, mit einer der Druckerzeugung dienenden Kreiselpumpe und einer auf gleicher Welle angeordneten Turbine zur Rückgewinnung der in der rückströmenden Flüssigkeit enthaltenen Energie.The invention relates to a centrifugal pump-turbine unit, in particular for seawater desalination plants, with a centrifugal pump serving to generate pressure and a turbine arranged on the same shaft for recovering the energy contained in the returning liquid.
In Meerwasserentsalzungsanlagen nach dem Prinzip der umgekehrten Osmose werden normalerweise Kreiselpumpen zur Druckerhöhung eingesetzt, deren Druckdifferenz nur zu einem kleinen Teil im Modul abgebaut werden kann. Oftmals wird die restliche Druckdifferenz dann mittels einer Drossel soweit reduziert, dass der noch verbleibende Druck genügt, um die Flüssigkeit ins Meer zurückzufordern.In seawater desalination plants based on the principle of reverse osmosis, centrifugal pumps are normally used to increase the pressure, the pressure difference of which can only be reduced to a small extent in the module. The remaining pressure difference is then often reduced by means of a throttle to such an extent that the remaining pressure is sufficient to force the liquid back into the sea.
Es sind auch bereits kombinierte Aggregate bekannt, bei denen die Druckreduzierung durch eine mit der Kreiselpumpe auf gleicher Welle angeordnete Turbine vorgenommen wird. Es werden hierbei vornehmlich rückwärtslaufende Pumpen als Turbinen eingesetzt (EPA 0 008 260). Der Vorteil dieser Aggregate besteht darin, dass die abzubauende Druckdifferenz klar festgelegt werden kann und keine weiteren Fördereinrichtungen notwendig sind. Nachteilig ist allerdings der sehr geringe Wirkungsgrad der Turbine, was bei diesen Anlagen stark ins Gewicht fällt.Combined units are also already known, in which the pressure reduction is carried out by a turbine arranged on the same shaft as the centrifugal pump. In this case, reverse-running pumps are primarily used as turbines (EPA 0 008 260). The advantage of these units is that the pressure difference to be reduced can be clearly defined and no further conveying equipment is required. The disadvantage, however, is the very low efficiency of the turbine, which is very important in these systems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad der angesprochenen Kreiselpumpen-Turbinen-Aggregate nennenswert zu erhöhen. Dies wird erfindungsgemäss erreicht durch die Verwendung einer Pelton-Turbine und einer zusntrli.*- ■- 1er Rückforderung ''er Flüssigkeit zu ihrem Ursprungsort dienenden Kreiselpumpe, wobei die der Druckerzeugung dienende Kreiselpumpe, die Pelton-Turbine und die der Rückforderung dienende Kreiselpumpe mit einer gemeinsamen Welle versehen und in einer gemeinsamen Druckhülle angeordnet sind.The object of the invention is to significantly increase the efficiency of the centrifugal pump-turbine units mentioned. This is achieved according to the invention by using a Pelton turbine and a zusntrli provided a common shaft and are arranged in a common pressure envelope.
Die Erfindung stand zunächst vor dem Problem, dass sich der Einsatz der integrierten Pelton-Turbine insofern negativ bemerkbar macht, als die Pelton-Turbine einen drucklosen Ablauf haben muss, weil sonst deren einwandfreie Funktion nicht gewährleistet ist. Die Flüssigkeit muss also in einen Tiefbehälter ablaufen und von dort zu ihrem Ursprungsort, beispielsweise ins Meer, zurückgefördert werden. Durch die Anordnung einer zusätzlichen, der Rückforderung dienenden Kreiselpumpe auf gleicher Welle und in der gleichen Druckhülle werden nicht nur die bei getrennter Anordnung notwendigen verschiedenen elektrischen Verblockungen überflüssig gemacht, sondern es werden auch umfangreiche Abdichtungen zwischen Pumpe und Pelton-Turbine, Pelton-Turbine und Atmosphäre vermieden. Es wird also der Vorteil des hohen Wirkungsgrades der Pelton-Turbine in Verbindung mit der Vermeidung von Reibleistung an einer Wellenabdichtung genutzt, ohne dass ein Zusatzaggregat benötigt wird, das sowohl elektrisch betrieben als auch zusätzlich gegenüber dem Kreiselpumpen-Turbinen-Aggregat verriegelt werden müsste.The invention was initially faced with the problem that the use of the integrated Pelton turbine has a negative impact in that the Pelton turbine must have an unpressurized outlet, because otherwise its proper functioning cannot be guaranteed. The liquid must therefore drain into a deep tank and be pumped back from there to its place of origin, for example into the sea. By arranging an additional centrifugal pump for reclaiming on the same shaft and in the same pressure shell, not only are the various electrical interlockings that are necessary with a separate arrangement superfluous, but there are also extensive seals between the pump and Pelton turbine, Pelton turbine and atmosphere avoided. The advantage of the high efficiency of the Pelton turbine in connection with the avoidance of friction on a shaft seal is therefore used without requiring an additional unit that is both electrically operated and also locked to the centrifugal pump-turbine unit.
Beim erfindungsgemässen Kreiselpumpen-Turbinen-Aggregat ist sichergestellt, dass der die rückströmende Flüssigkeit aufnehmende Tiefbehälter von der Pumpe leergesaugt wird, wenn das Aggregat arbeitet. Die Förderverhältnisse sind bei richtiger Abstimmung im übrigen grundsätzlich gleich, da sich die Drehzahl immer gleichsinnig mit der Frequenz oder in Anpassung an einen eventuell benutzten Dieselantrieb ändert. Es ist somit sichergestellt, dass kein Wasser in das Pel-ton-Turbinengehäuse eindringen kann, was ja zu einem Wasserschlag und zu einem Verlust der Turbinenschaufeln führen könnte.In the case of the centrifugal pump-turbine unit according to the invention, it is ensured that the deep tank receiving the returning liquid is sucked empty by the pump when the unit is working. If the adjustment is correct, the delivery conditions are basically the same, since the speed always changes in the same direction as the frequency or in adaptation to a diesel drive that may be used. This ensures that no water can penetrate into the Pel-ton turbine housing, which could lead to water hammer and the loss of the turbine blades.
In der Zeichnung ist ein der Erfindung entsprechendes Kreiselpumpen-Turbinen-Aggregat beispielsweise dargestellt. Das Aggregat wird gebildet von einer der Druckerzeugung dienenden mehrstufigen Kreiselpumpe 1, einer Pelton-Turbine 2 und einer der Rückforderung der Flüssigkeit dienenden Spiralgehäuse-Kreiselpumpe 3. Den Kreiselpumpen 1 und 3 und der Pelton-Turbine 2 gemeinsam ist eine Welle 4. Die drei Gehäuse sind derart miteinander verbunden, dass sie eine gemeinsame Druckhülle bilden.In the drawing, a centrifugal pump-turbine unit corresponding to the invention is shown as an example. The unit is formed by a multi-stage centrifugal pump 1 serving to generate pressure, a Pelton turbine 2 and a volute casing centrifugal pump 3 serving to reclaim the liquid. The centrifugal pumps 1 and 3 and the Pelton turbine 2 share a shaft 4. The three casings are connected to each other in such a way that they form a common pressure envelope.
In der Zeichnung ist durch Pfeile das Fliessschema der Flüssigkeit von ihrem Eintritt in die der Druckerzeugung dienende Kreiselpumpe 1 bis zu ihrem Austritt aus der die Rückforderung übernehmenden Kreiselpumpe 3 dargestellt. Von der Kreiselpumpe 1 wird die Flüssigkeit zu einem Modul 5 gefördert, wo ein Teil als Produkt ausscheidet, während der andere Teil zur Pelton-Turbine 2 weiterströmt. Die in letzterem Teil enthaltene Druckenergie wird von der Pelton-Tur-bine 2 in mechanische Energie zum Antrieb des Kreiselpumpen-Turbinen-Aggregates umgewandelt. Von der Pelton-Tur-bine 2 fliesst die Flüssigkeit in einen drucklosen Tiefbehälter 6 ab. Aus dem Tiefbehälter 6 wird die Flüssigkeit schliesslich durch die ständig mitlaufende Spiralgehäusepumpe 3 an ihren Ursprungsort zurückgefördert.In the drawing, the flow diagram of the liquid is shown by arrows from its entry into the centrifugal pump 1 serving to generate pressure to its exit from the centrifugal pump 3 taking over the recovery. From the centrifugal pump 1, the liquid is conveyed to a module 5, where a part separates as a product, while the other part flows on to the Pelton turbine 2. The pressure energy contained in the latter part is converted by the Pelton turbine 2 into mechanical energy to drive the centrifugal pump turbine unit. The liquid flows from the Pelton turbine 2 into an unpressurized deep tank 6 . Finally, the liquid is pumped back from the deep tank 6 to its place of origin by the volute casing pump 3, which is constantly running.
22
55
1010
1515
2020
2525
3030
3535
4040
4545
5050
1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings