HK39685A - Self-priming rotary pump, particularly for bringing liquids to their boiling point - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiselpumpe mit einer saugseitig angeordneten ersten normalsaugenden Kreiselpumpenstufe, einem axial auf Wellenhöhe liegenden Pumpenansaugstutzen und mindestens einer nachgeschalteten selbstansaugenden mit Hilfsflüssigkeit arbeitenden Kreiselpumpenstufe.

Pumpen dieser Art sind bekannt (DEB-1528826), insbesondere zur Förderung von Medien nahe an ihrem Siedepunkt, so z.B. Flüssiggasen, wo jeder Strömungsverlust auf der Pumpensaugseite vermieden werden muss, um Kavitation in der ersten Pumpenstufe zu verhindern. Der axial auf Wellenhöhe liegende Saugstutzen soll scharfe Umleitungen des einströmenden Mediums innerhalb der Pumpe, vor der ersten Stufe, vermeiden. Von dem Saugstutzen ausgehend soll die Saugleitung ebenfalls ohne grosse Richtungsänderungen zu dem leer zu pumpenden Behälter oder Tank geführt werden, um auch hier in der Zuführung die Strömungsverluste möglichst gering zu halten.

Waren diese Pumpen bisher meist so aufgestellt, dass sie geodätisch unter dem zu entleerenden Behälter installiert waren, d.h. dass sie stets mit Zulauf arbeiten konnten, so brauchte auf die Selbstansaugefähigkeit und Abfallsicherheit dieser Pumpe kein besonderer Wert gelegt zu werden. Lediglich die unter ungünstigen Betriebsverhältnissen auf Pumpensaugseite ausgasenden Flüssigkeitsanteile mussten durch die selbstansaugende(n) Kreiselstufe bzw. -Stufen abgesaugt und mitgefördert werden können.

Infolge schärferer Sicherheitsbestimmungen geht man neuerdings jedoch häufig dazu über, die Behälter bzw. Tanks für z.B. Flüssiggase unterirdisch zu verlegen und steht so vor der Notwendigkeit, entweder eine entsprechend lange, sicher gekapselte, unzugängliche und konstruktiv aufwendige Tauchpumpe einzubauen, oder aber eine Pumpe im Saugbetrieb oberhalb des Behälters aufzustellen und diese dann entsprechend selbstansaugend und abfallsicher auszuführen. Die bisher bekannten Pumpen erfüllen diese letzten Forderungen nur sehr mangelhaft, da sie generell nach dem Stillstand und Abschalten bis zur Unterkante Saugstutzen leerlaufen und die dann in der Pumpe verbleibende Restflüssigkeit nicht mehr ausreicht, um bei Wiederinbetriebnahme eine sichere Entlüftung der Saugleitung und damit ein Wiederansaugen zu gewährleisten. Eine weitere Anforderung an die Förderung, insbesondere von Flüssiggasen, ist häufig die Abgabe blasen- bzw. gasfreien Mediums. Bei Pumpen, insbesondere wenn sie im Saugbereich unter schwierigen Saugbedingungen arbeiten müssen, lässt sich eine zumindest teilweise Verdampfung des Fördermediums im Saugbereich der Pumpe nicht verhindern, auch wenn diese Pumpen hinsichtlich des Saugvermögens optimal gestaltet sind. Durch den Druckanstieg in der Pumpe wird zwar ein Teil des in der Saugleitung bzw. im Ansaugbereich der Pumpe ausgegasten Mediums wieder verflüssigt, sicherheitshalber muss jedoch bei solchen Pumpen noch ein Gasabscheider nachgeschaltet werden, um auch sicherzustellen, dass garantiert blasen- und gasfreies Medium von der Pumpe geliefert wird.

Erfindungsgemäss wird der Mangel an ausreichender Selbstansaugefähigkeit und Abfallsicherheit dadurch beseitigt, dass zwischen zwei Pumpenstufen ein Flüssigkeitsvorratsraum mit für den Ansaugvorgang ausreichender Grösse angeordnet ist, der in seinem geodätisch oberen Teil mit der vorhergehenden Kreiselpumpenstufe und in seinem geodätisch unteren Teil mit einer folgenden Kreiselpumpenstufe verbunden ist, wobei zwischen dem Flüssigkeitsvorratsraum und der vorhergehenden Kreiselpumpenstufe eine Dichtung zur Abdichtung des Wellenspaltes angeordnet ist. Dadurch erreicht man, dass, wenn beim Stillsetzen der Pumpe Flüssigkeit aus der Druckleitung durch die Pumpe und die Saugleitung in den saugseitigen Tank oder Behälter zurückströmt, genügend Flüssigkeit in der Pumpe zurückbehalten wird, um ein Wiederansaugen beim Wiedereinschalten zu ermöglichen. In dem eingebauten Flüssigkeitsvorratsraum kann nämlich die Flüssigkeit nur aus dem geodätisch oberen Teil ablaufen bis zur Unterkante des Übertritts zur vorhergehenden Stufe. Auch ein Zurückströmen entlang des Wellenspaltes wird verhindert durch die vorgesehene Dichtung in diesem Bereich zwischen dem Flüssigkeitsvorratsraum und der vorhergehenden Pumpenstufe.

In weiterer Ausführung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, den Flüssigkeitsvorratsraum zwischen der normalsaugenden ersten Stufe und der ersten folgenden selbstansaugenden Kreiselpumpenstufe anzuordnen, wodurch man erreicht, dass ein möglichst grosser Flüssigkeitsanteil beim Abfallen der Pumpe, d.h. beim Zurückströmen der Flüssigkeit aus der Druckleitung durch die Pumpe in den saugseitigen Behälter, in der Pumpe selbst zurückgehalten wird, da in den dem Vorratsraum nachfolgenden selbstansaugenden Kreiselstufen ebenfalls ein, wenn auch nur geringer, Anteil Flüssigkeit zurückbleibt. Diese Flüssigkeit wird beim Wiederanstellen der Pumpe dann binnen kurzer Zeit in die letzte selbstansaugende Stufe gefördert, die bekanntlich allein das Ansaugen übernimmt und steht dieser Stufe dann als Betriebsflüssigkeit für den Ansaugvorgang zur Verfügung.

Der zwischen zwei Pumpenstufen angeordnete Flüssigkeitsvorratsraum lässt sich erfindungsgemäss nun auch noch zu den weiteren Zwecken der Flüssigkeitsgastrennung während des Fördervorgangs benutzen, wobei man ihn dann zweckmässigerweise zwischen der ersten und der zweiten selbstansaugenden Kreiselstufe anordnet und im Bereich des geodätisch höchsten Punktes dieses Flüssigkeitsvorratsraumes einen Anschluss für eine Entnahmeleitung vorsieht. Die Anordnung des Flüssigkeitsvorratsraumes an dieser Stelle hat den Vorteil, dass ein grosser Teil des auf der Saugseite der Pumpe und in der Saugleitung möglicherweise ausgegasten Flüssigkeitsanteiles infolge Verdichtung durch die vollbeaufschlagte Stufe und die erste selbstansaugende Stufe bereits wieder kondensiert ist und an dieser Stelle nur noch ein Rest vergastes Medium in dem Förderstrom enthalten ist. Dieser Restanteil von gasförmigem Medium kann dann über die im höchsten Punkt des Flüssigkeitsvorratsraumes vorgesehene Entnahmeleitung in den saugseitigen Tank oder Behälter zurückgeführt werden, so dass von den dem Flüssigkeitsvorratsraum folgenden Stufen, nur noch gasfreie Flüssigkeit gefördert wird und den Pumpendruckstutzen verlässt. Durch entsprechend optimal bemessenen Querschnitt der vom Flüssigkeitsvorratsraum zum Behälter bzw. Tank zurückführenden Leitung lässt sich auch ein möglicherweise mit dem Gas zurückströmender Flüssigkeitsanteil auf ein Minimum reduzieren, so dass der Pumpenwirkungsgrad dadurch nur unwesentlich oder überhaupt nicht spürbar beinflusst wird.

Um den Abscheideeffekt in dem Flüssigkeitsvorratsraum zu erhöhen, wird vorgeschlagen, diesen Raum durch entsprechende Gestaltung und den Einbau von Rippen speziell als Flüssigkeitsgas-Abscheide- und -Trennbehälter auszubilden. Diese Einbauten haben darüber hinaus zusätzlich den Vorteil, dass sie auch beim Abfallen der Pumpe, d.h. beim Zurückströmen der Flüssigkeit nach dem Abschalten aus der Druckleitung durch die Pumpe in den saugseitigen Behälter zurück, den Rückfluss des Mediums bremsen und dadurch ein besonders grosser Teil von Flüssigkeit in dem Pumpenteil, der dem Flüssigkeitsvorratsraum nachgeschaltet ist, zurückhalten.

Besonders geeignet für die Verwendung in einer solchen Pumpe, haben sich selbstansaugende Kreiselpumpenstufen in Form von Seitenkanaistufen erwiesen, da sie eine optimale Selbstansaugefähigkeit besitzen. Die axiale Erstreckung des Flüssigkeitsvorratsraumes sollte in diesem Fall etwa der axialen Erstreckung einer Seitenkanalstufe entsprechen, da dadurch ausreichend Flüssigkeit zum Wiederansaugvorgang in der Pumpe zurückgehalten wird.

Um die optimale Ansaugfähigkeit zu gewährleisten wird schliesslich vorgeschlagen, dass der Saugschlitz der dem Flüssigkeitsvorratsraum folgenden Seitenkanalpumpenstufe im geodätisch unteren Bereich des Flüssigkeitsvorratsraumes angeordnet ist, damit der gesamte Flüssigkeitsvorrat des Vorratsraumes auch bei Wiederinbetriebnahme der Pumpe den selbstansaugenden Stufen als Hilfs- bzw. Betriebsflüssigkeit für den Ansaugvorgang zur Verfügung steht.

Zweckmässigerweise ist der Flüssigkeitsvorratsraum mit einer Einrichtung zur selbsttätigen Kontrolle des Flüssigkeitsstandes im Flüssigkeitsvorratsraum verbunden, die ein Signal abgibt oder die Inbetriebnahme der Pumpe verhindert, wenn der Flüssigkeitsvorratsraum keine ausreichende Flüssigkeitsmenge enthält. Ferner kann es zweckmässig sein, wenn ein Zeitrelais vorgesehen ist, das die Pumpe nach dem Einschalten dann wieder abschaltet, wenn innerhalb einer bestimmten vorgegebenen Zeitspanne das Ansaugen nicht stattgefunden hat. Diese Massnahmen ergeben eine Sicherung der Pumpe gegen Trokkenlauf.

Anhand der beigefügten Zeichnungen sei die Erfindung beispielsweise erläutert.

• Fig. 1 zeigt den Längsschnitt durch eine 5-stufige Kreiselpumpe, wobei der Flüssigkeitsvorratsraum hinter der ersten normalsaugenden Kreiselpumpenstufe angeordnet ist.
• Fig. zeigt ebenfalls den Längsschnitt durch eine 5-stufige Kreiselpumpe, bei der jedoch der Flüssigkeitsvorratsraum hinter der ersten selbstansaugenden Kreiselpumpenstufe angeordnet ist.
• Fig.3 zeigt eine perspektivische Darstellung der Pumpenanordnung.

In den Figuren ist die Pumpenwelle mit 1 bezeichnet und trägt einmal das voll beaufschlagte normalsaugende Kreiselrad 2 in der ersten Pumpenstufe, das speziell für ein optimales Saugvermögen, d.h. für einen möglichst niedrigen NPSH-Wert der Pumpe ausgelegt ist, ohne auf Wirkungsgrad und Förderhöhe bei diesem ersten Rad besonderen Wert zu legen. Mit 3 sind die Flügelräder der folgenden Seitenkanalstufen bezeichnet. 4 ist das Pumpensauggehäuse mit dem Saugstutzen 5 und dem axial auf Wellenhöhe angeordneten Einlauf 6. Das Pumpengehäuse der normalsaugenden ersten Stufe ist mit 7 bezeichnet, die Gehäuseteile der folgenden Seitenkanalpumpenstufen mit 8 bzw. 9. Am Pumpendruckgehäuse 10 befindet sich der Druckstutzen 11. Anschliessend an das Druckgehäuse 10 folgt noch das Gleitringdichtungs- oder Dichtungsgehäuse 12.

In Fig. 1 ist nun hinter der ersten vollbeaufschlagten Kreiselpumpenstufe der Flüssigkeitsvorratsraum 13 vorgesehen, dessen Übertritt zur ersten vollbeaufschlagten Kreiselpumpenstufe im geodätisch oberen Bereich des Flüssigkeitsvorratsraumes angeordnet ist, oberhalb der Trennwand 14, die den Flüssigkeitsvorratsraum von der ersten vollbeaufschlagten Kreiselpumpenstufe trennt. Weiter sind zwischen dem den ersten Vorratsraum bildenden Gehäusetei) 15 im Bereich der Welle zwischen diesem Gehäuseteil und Welle 1 Wellendichtung 16 vorgesehen, die ein Übertreten von Flüssigkeit im Bereich der Nabe aus dem Flüssigkeitsvorratsraum oder den nachgeschalteten Pumpenstufen in die erste Pumpenstufe verhindern.

In Fig. 2 ist der Flüssigkeitsvorratsraum 13 hinter der ersten selbstansaugenden und vor der zweiten selbstansaugenden Seitenkanalkreiselpumpenstufe angeordnet, die Verbindung vom Flüssigkeitsvorratsraum zur vorhergehenden Kreiselpumpenstufe erfolgt wieder im geodätisch oberen Bereich des Flüssigkeitsvorratsraumes und zwar oberhalb der Trennwand 14, während zwischen Welle und Nabenteil des Gehäuses 15 wiederum eine Wellendichtung 16 angeordnet ist. Darüber hinaus sind im Flüssigkeitsvorratsraum 13 Rippen 17 vorgesehen, die eine Trennung zwischen Gas und Flüssigkeit im Vorratsraum bewirken sollen, wobei zusätzlich am geodätisch höchsten Punkt des Vorratsraumes noch eine Entnahmeöffnung 18 angeordnet ist; zur Rückführung der im Raum 13 befindlichen Gasanteile in den saugseitigen Behälter oder Tank aus dem die Pumpe ansaugt. Die selbstansaugenden Pumpenstufen sind in beiden Beispielen als Seitenkanalkreiselpumpen ausgeführt und der Saugschlitz 19 der dem Flüssigkeitsvorratsraum folgenden Seitenkanalstufe ist im geodätisch tiefsten Punkt des Flüssigkeitsvorratsraumes zu erkennen.

Zu erwähnen ist noch, dass die Pumpenwelle in einem Gleitlager 20 und einem Kugellager 21 gelagert wird.

In Fig. 3 erkennt man auf der Grundplatte 22 die Pumpe mit dem Ansaugstutzen 6, dem Gehäuseteil 7 der ersten Pumpenstufe, dem Gehäuseteil 15 des Flüssigkeitsvorratsraums und den Gehäuseteilen 8 und 9 der folgenden selbstansaugenden Stufe. Die Pumpe wird angetrieben von einem Elektromotor 23. An den oberen bzw unteren Teil des Gehäuseteils 15 des Flüssigkeitsvorratsraumes ist über Anschlüsse 24, 25 ein Gerät 26 zur Bestimmung des Flüssigkeitsstandes im Flüssigkeitsvorratsraum angeschlossen, dessen elektrische Energie von einer Batterie 27 geliefert wird. Derartige Geräte zur Feststellung des Flüssigkeitsstandes sind bekannt und bedürfen daher hier keiner Erläuterung. Das Gerät ist so eingestellt, dass es ein Signal abgibt, wenn beim Einschalten der Pumpe der Flüssigkeitsstand im Flüssigkeitsvorratsraum unterhalb einer bestimmten Grenze liegt, die erreicht werden muss, wenn die im Flüssigkeitsvorratsraum enthaltene Flüssigkeit für den Ansaugvorgang ausreichen soll. Wenn diese Signal erscheint, wird entweder das Laufen des Pumpenmotors 23 selbsttätig verhindert und/oder es wird die Bedienungsperson auf den unzureichenden Flüssigkeitsstand in der Pumpe aufmerksam gemacht, damit sie für eine Auffüllung sorgen kann.

Ausserdem ist das Gerät 26 so eingerichtet, dass selbsttätig bei Ablauf einer bestimmten Zeitperiode - beispielsweise 30 Sekunden - nach dem Anlaufen der Pumpe überprüft wird, ob die Pumpe angesaugt hat. Wenn das Ansaugen nicht stattgefunden hat, wird die Pumpe selbsttätig abgeschaltet.

Entsprechendes gilt, wenn die Pumpe während des Betriebs abfällt, d.h. keine Flüssigkeit angesaugt wird.

Claims (8)

1. Kreiselpumpe mit einer saugseitig angeordneten ersten normalsaugenden Kreiselpumpenstufe (2), einem axial auf der Höhe der horizontalen Welle (1) liegenden Pumpensaugstutzen (5) und mindestens einer nachgeschalteten selbstansaugenden mit Hilfsflüssigkeit arbeitenden Kreiselpumpenstufe (3), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Pumpenstufen ein Flüssigkeitsvorratsraum (13) mit für den Ansaugvorgang ausreichender Grösse angeordnet ist, der in seinem geodätisch oberen Teil mit der vorhergehenden Kreiselpumpenstufe (2) und in seinem geodätisch unteren Teil mit einer folgenden Kreiselpumpenstufe (3) verbunden ist, wobei zwischen dem Flüssigkeitsvorratsraum (13) und der vorhergehenden Kreiselpumpenstufe (2) eine Dichtung (16) zur Abdichtung des Wellenspaltes angeordnet ist.

2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsvorratsraum (13) zwischen der normalsaugenden ersten Stufe (2) und der folgenden ersten selbstansaugenden Kreiselpumpenstufe (3) angeordnet ist.

3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsvorratsraum (13) zwischen der ersten und der zweiten selbstansaugenden Stufe (3) und dass im Bereich des geodätisch höchsten Punktes des Flüssigkeitsvorratsraumes ein Anschluss (18) für eine Entnahmeleitung angeordnet ist.

4. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsvorratsraum (13) durch entsprechende Gestaltung und den Einbau von Rippen (17) als Flüssigkeits/ Gas-Abscheide- bzw. Trennbehälter ausgebildet ist.

5. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die selbstansaugenden Kreiselpumpenstufen (3) als Seitenkanalstufen ausgebildet sind und die axiale Erstreckung des Flüssigkeitsvorratsraumes (13) etwa der axialen Erstreckung einer Seitenkanalstufe entspricht.

6. Kreiselpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugschlitz (19), der dem Flüssigkeitsvorratsraum (13) folgenden Seitenkanalpumpenstufe (3) im geodätisch unteren Bereich des Flüssigkeitsvorratsraumes angeordnet ist.

7. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsvorratsraum (13) mit einer Einrichtung (26) zur Feststellung des Flüssigkeitsstandes im Flüssigkeitsvorratsraum verbunden ist, die zur Abgabe eines Signals eingerichtet ist, wenn der Flüssigkeitsstand im Flüssigkeitsvorratsraum eine vorbestimmte Höhe unterschreitet.

8. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe mit einer Einrichtung (26) zur Feststellung der Flüssigkeitsfüllung im Flüssigkeitsvorratsraum (13) verbunden ist, die zur Abgabe eines Signals eingerichtet ist, wenn die Pumpe innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls nicht angesaugt hat.