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Die Erfindung betrifft eine Pumpe zum Austragen von Flüssigkeiten aus einem Vakuumraum in einen Raum höheren Drucks mit einem Gehäuse mit etwa tangential angesetztem Druckstutzen, einem in dem Gehäuse drehenden Laufrad, dem die Flüssigkeit über einen Zulaufstutzen axial zuläuft, und mit an dem Laufrad angeordneten, sich zwischen diesem und der Gehäusewand erstreckenden Förderorgane.
Das Austragen von Flüssigkeit aus Vakuumräumen in einen Raum höheren Drucks spielt insbesondere in der chemischen Verfahrenstechnik eine bedeutende Rolle. Viele Prozesse lassen sich nur unter Vakuum abwickeln. Wenn diese Prozesse kontinuierlich geführt werden, muss auch für eine kontinuierliche Austragung der Flüssigkeit gesorgt werden, wobei das Austragen meist gegen Atmosphärendruck geschieht. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich dann, wenn die auszutragende Flüssigkeit eine Temperatur am Siedepunkt besitzt, also Dampfblasen mitgefördert werden.
Werden für solche Zwecke übliche Flüssigkeitspumpen, z. B. Kreiselpumpen (DE-AS 1032671, US-PS Nr. 3, 031, 974, Nr. 3, 078, 806) verwendet, so muss eine den Druckunterschied ausgleichende Zulaufhöhe vorgesehen werden.
Um diese grossen Zulaufhöhen zu verkürzen, werden Flüssigkeitsringpumpen angewendet. Hiebei sorgt der mit dem Laufrad umlaufende Flüssigkeitsring für eine stete Abdichtung des Unterdruckraums gegenüber dem Raum höheren Drucks. Dem diesen Flüssigkeitsring erzeugenden Laufrad sind ein oder mehr Schaufelräder, welche die eigentliche Förderung besorgen, zugeordnet. Da der Flüssigkeitsring mit dem Laufrad rotiert, erwärmt sich die Flüssigkeit auf Grund der Reibungskräfte mit der Folge, dass die Abdampfrate grösser wird, insbesondere wenn sich die Flüssigkeit ohnehin nahe dem Siedepunkt befindet.
Die Dampf- und Gasblasenbildung führt im übrigen zu der unerwünschten Kavitation. Die abgedampfte Flüssigkeit muss durch neue Flüssigkeit ersetzt und der Flüssigkeitsring durch Zufuhr von Förderflüssigkeit gekühlt werden mit der Folge, dass diese Pumpen stets eine nicht geringe Minimal-Zulaufmenge benötigen. Schliesslich erfordern diese Pumpen auch eine gewisse Zulaufhöhe von mehr als 0, 5 m.
Schliesslich sind diese Pumpen im Feinvakuumbereich (von einigen Torr bis zirka 10-2 Torr) nicht einsetzbar. Das gleiche gilt auch für solche bekannten Flüssigkeitspumpen, bei denen das Laufrad vom eigentlichen Gehäuse gebildet wird, das innenseitig mit Schaufeln ausgestattet ist, während innerhalb des umlaufenden Gehäuses eine feststehende Scheibe angedeutet ist, an deren einer Stirnseite der Zulauf ausmündet und an dessen Umfang der Ablauf (Druckseite) angeschlossen ist (FR-PS Nr. 995. 671). Im übrigen soll bei dieser Pumpe im Bereich des Laufrings bewusst eine Aufheizung des Fördermediums erreicht werden, um auf diese Weise die Entgasung desselben zu verbessern. Dadurch aber wieder wird die Kavitationsgefahr erhöht.
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B.Anwendungszweck bekannt.
Auch hiebei ist eine erhebliche Minimal-Zulaufmenge bei bestimmter Zulaufhöhe erforderlich, da sonst wegen Spaltundichtigkeiten Luft eindringt. Alle diese Pumpen dürfen nicht trocken laufen. Aus diesem Grund benötigen die Pumpen ferner ein Regelgetriebe oder eine Niveauregelung zur Einstellung der Fördermenge und weiterhin Rückschlagventile auf der Druckseite. Immerhin haben diese Pumpen den Vorteil, dass sie auch im Feinvakuum eingesetzt werden können, wobei ihre Lebensdauer allerdings nur dann befriedigend ist, wenn die Förderflüssigkeit Schmiereigenschaften besitzt.
Für zähe Flüssigkeiten und dicke Suspensionen werden ferner Schleusen eingesetzt, die jedoch keine Förderwirkung besitzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Austragspumpe für unter Vakuum stehende Flüssigkeiten zu schaffen, bei der sich die Fördermenge selbsttätig und betriebssicher der zufliessenden Menge anpasst und die bei einer Zulaufmenge Null die statische Druckdifferenz hält und auch gashaltige und siedende Flüssigkeiten ohne Zulaufhöhe und ohne Kavitation kontinuierlich fördert.
Ausgehend von der eingangs beschriebenen Pumpe wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass jedes Förderorgan nach Art eines mit dem Saugraum des Laufrades dicht verbundenen Siphons mit einem die Flüssigkeit zunächst nach aussen führenden und dann nach innen zu einer Austrittsöffnung umlenkenden Förderkanal ausgebildet und der Saugraum des Laufrades mit dem Gaspolster des Vakuumraums verbunden und gegenüber nicht rotierenden Teilen des Pumpengehäuses abgedichtet ist.
Die siphonartige Gestaltung jedes einzelnen rotierenden Förderkanals sorgt dafür, dass die axial zulaufende Flüssigkeit, ähnlich wie in einem U-Rohr mit ungleichlangen Schenkeln, sich im Bereich der Umlenkung aufstaut, wobei sich in dem einen Abschnitt des Förderkanals - vergleichbar mit dem längeren
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Schenkel des U-Rohrs-ein bestimmter Flüssigkeitsstand einstellt. An dem andern Abschnitt des Förderkanals- vergleichbar mit dem kürzeren Schenkel eines U-Rohrs - läuft die Flüssigkeit ab, wobei die Differenzhöhe zwischen der Ablaufkante und dem Flüssigkeitsstand in dem andern Abschnitt des Förderkanals sich den jeweiligen Druckunterschieden zwischen Vakuumraum einerseits und dem die Flüssigkeit aufnehmenden Raum höheren Drucks anderseits ändert.
Die Zulaufmenge kann minimal sein, insbesondere ist eine praktisch tröpfehenförmige Förderung möglich. Da die Flüssigkeit in einem praktisch abgeschlossenen und lediglich über die Austrittsöffnungen zum Gehäuse offenen Förderkanal durch Rotation nach aussen unter Druck gesetzt wird, findet eine Druckerhöhung in radialer Richtung statt mit der Folge, dass in der geförderten Flüssigkeit vorhandene Dampfblasen kondensieren und Gasblasen absorbieren. Die gefürchtete Kavitation wird damit vermieden.
Im übrigen hat die erfindungsgemässe Pumpe den Vorteil, dass kein umlaufender Wasserring vorhanden ist, der sich aufheizen und damit zu einer höheren Abdampf- und Entgasungsrate führen könnte. Die Pumpe ist sowohl für Grobvakuum als auch für Feinvakuum verwendbar. Für die Inbetriebnahme braucht die Pumpe nur etwa zur Hälfte gefüllt werden, da sich dann automatisch die Förderkanäle von der Saugseite her füllen. Die Pumpe passt sich ferner automatisch an jede beliebige Zulaufmenge an.
Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jeder Förderkanal von einem an dem Laufrad etwa radial angesetzten rohrförmigen Teil und einem dessen Mündung übergreifenden haubenförmigen Teil gebildet. Diese Ausführung ist in fertigungstechnischer und betriebstechnischer Hinsicht besonders einfach und darüber hinaus funktionssicher. Gegenüber Verdrängerpumpen wird der erhebliche Vorteil erreicht, dass keine Spaltabdichtungsprobleme auftreten mit der Folge, dass die dort notwendigen engen Fertigungstoleranzen hier überhaupt keine Rolle spielen.
Sofern die Pumpe zum Austragen von Flüssigkeiten mit Feststoffanteilen eingesetzt werden soll, ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass die Förderkanäle im Bereich ihres nahe der Gehäusewand der Pumpe umlaufenden, die Flüssigkeit umlenkenden Scheitels eine Öffnung geringer lichter Weite aufweisen, die gegebenenfalls auch verschliessbar ist. Die Feststoffanteile der Flüssigkeit lagern sich nämlich auf Grund der Zentrifugalkräfte im Bereich der Umlenkstelle ab und können durch die Öffnung geringer Weite in den Gehäuseraum austreten. Die lichte Weite wird dabei so gewählt, dass der im Bereich der Umlenkstelle vorhandene Flüssigkeitspolster nicht abläuft. Die Öffnungen können auch verschliessbar sein, um bei geringem Feststoffanteil nur von Zeit zu Zeit geöffnet werden zu müssen.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen beschrieben.
Hiebei zeigen : Fig. 1 eine Schemazeichnung des Arbeitsprinzips der Pumpe ; Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Pumpe ; Fig. 3 einen Schnitt III-III gemäss Fig. 2 ; Fig. 4 einen Axialschnitt IV-IV gemäss Fig. 5 einer andern Ausführungsform der Erfindung ; Fig. 5 einen Schnitt V-V gemäss Fig. 4 ; Fig. 6 einen Axialschnitt durch eine dritte Ausführungsform ; Fig. 7 einen Radialschnitt VII-VII gemäss Fig. 6, wobei in der oberen und unteren Hälfte der Darstellung je eine andere Ausführungsform wiedergegeben ist ; Fig. 8 eine Ausführungsform mit einer verschliessbaren umfangsseitigen Öffnung und Fig. 9 eine gegenüber Fig. 8 abgewandelte Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt ein Fliessbild mit einem Vakuumraum-l-und einem demgegenüber unter höherem Druck, z. B. unter Atmosphärendruck stehenden Raum--2--. Bei dem Raum --1-- kann es sich beispielsweise um einen Vakuumverdampfer od. dgl. handeln. Zwischen dem Vakuumraum --1-- und dem Raum --2-- ist die insgesamt mit --3-- bezeichnete Austragspumpe angeordnet. Sie besitzt ein Gehäuse --4-- mit einem Zulaufstutzen --5-- und einen schematisch angedeuteten Druckstutzen --6--. Die Pumpe weist ferner ein Laufrad --7-- auf, das über eine Welle --9-- von einem Antriebsmotor --8-- in Drehung versetzt wird.
Das Laufrad --7-- bzw. dessen Saugraum --11-- ist mittels einer Dichtung --20-- gegenüber den rotierenden Teilen des Gehäuses --4-- abgedichtet. Das Laufrad --7-- weist mehrere sich nach aussen erstreckende Förderkanäle --10-- auf, die im wesentlichen nach dem Prinzip eines U-Rohres aufgebaut sind.
Diese erstrecken sich von einem Saugraum --11-- des Laufrades --7-- zunächst mit einem Abschnitt --12-nach aussen, weisen dann eine Umlenkstelle --13-- und schliesslich einen sich wieder nach innen erstreckenden Abschnitt --14-- auf. Der Abschnitt --14-- schliesslich weist eine Austrittsöffnung --15-- auf.
Die in dem Vakuumraum --1-- enthaltene Flüssigkeit läuft bei Umlauf des Laufrades --7-- über den Zulaufstutzen --5-- dem Saugraum --11-- zu und wird auf Grund der Zentrifugalbeschleunigung in die
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gemäss dem Prinzip der kommunizierenden Röhren aus, wobei der Flüssigkeitsstand in dem Abschnitt - der Förderkanäle durch die Austrittsöffnung --15-- bestimmt ist, während der Flüssigkeitsstand im Abschnitt --12-- der Förderkanäle --10-- sich nach der Druckdifferenz zwischen dem Raum-l-und dem Raum --2-- unterschiedlich einstellt. Dieser Unterschied im Flüssigkeitsstand ist in den Zeichnungen mit h angegeben.
In jedem Fall aber ist sichergestellt, dass in den Förderkanälen --10-- stets Sperrflüssigkeit vorhanden ist, so dass ein Luftdurchtritt verhindert wird. Eine besonders gleichmässige und betriebssichere kontinuierliche Förderung wird dann erreicht, wenn der Saugraum --11-- mit dem Gaspolster des Vakuumraums --2-- über eine Leitung --16-- verbunden ist, so dass in beiden Räumen gleicher Gasdruck herrscht.
In den nachfolgend beschriebenen Darstellungen einiger praktischer Ausführungsformen sind die in Fig. 1 enthaltenen Bezugszeichen für die wesentlichen Teile der Pumpe übernommen. Bei der in den Fig. 2 und 3 wiedergegebenen Ausführungsform ist das Gehäuse --4-- der Pumpe --3-- aus zwei Schalen --41,
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Auf der Welle --9-- ist das Laufrad --7-- mittels einer Schraube --17-- befestigt. Das Laufrad --7-- weist ferner eine die Welle-9--umfassende Nabe-18-auf, der ferner eine Dichtung --19-- zum Abdichten des Pumpenraumes gegenüber der Antriebsseite zugeordnet ist. Das Laufrad weist axial einen Saugraum - auf, in den der den Gehäuseteil --42-- durchgreifende Zulaufstutzen --5-- hineingeführt ist.
Das Laufrad --7-- der Pumpe ist mittels der Dichtung --20-- gegenüber dem andern Gehäuseteil --42-- abgedichtet. Der Saugraum --11-- des Laufrades --7-- ist über die Leitung --16-- an den Gaspolster des in Fig. 2 nicht dargestellten Vakuumraumes angeschlossen.
Bei dem wiedergegebenen Ausführungsbeispiel weist das Laufrad --7-- insgesamt sechs sich nach
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dargestellt sind. In der ersten Ausführungsform besteht jeder Förderkanal aus einem an den Saugraum - anschliessenden sich nach aussen erstreckenden rohrförmigen Abschnitt --101-- und einem diesen von aussen her übergreifenden haubenförmigen Abschnitt --102--, wobei dieser Abschnitt beispielsweise mittels eines Gewindes --103-- an einem entsprechenden zylindrischen Ansatz --104-- des Laufrades befestigt sein kann. Der haubenförmige Abschnitt --102-- weist mehrere Austrittsöffnungen --105-- in Form von Bohrungen auf.
Im rechten oberen Teil der Darstellungen in Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform für einen Förderkanal --10-- wiedergegeben. Auch hier weist das Laufrad --7-- einen sich radial nach aussen erstreckenden rohrförmigen Teil --106-- und einen diesen von aussen her übergreifenden haubenförmigen Teil --107-- auf, wobei dieser allerdings nur über einzelne Distanzstege-108-an dem rohrförmigen Teil - befestigt ist, so dass eine Austrittsöffnung in Form eines offenen Rings --109-- entsteht.
Sofern die Pumpe zum Fördern von mit Feststoffanteilen versetzten Flüssigkeiten dient, kann der haubenförmige Teil --102--, der mit seinem Scheitel --110-- nahe der Wandung des Gehäuses --4-- umläuft, eine Öffnung --111-- von geringer lichter Weite aufweisen, so dass die Feststoffteilchen nach aussen austreten und von der Aussenseite der umlaufenden Förderkanäle --10-- zum Druckstutzen --6-- ausgetragen werden.
Bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform ist das Gehäuse --4-- in gleicher Weise ausgebildet wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Lediglich die Druckausgleichsleitung --16-ist durch den Zulaufstutzen geführt und erstreckt sich mit einem rohrförmigen Teil --21-- in axialer Richtung bis in den Saugraum --11-- des Laufrades --7-- der Pumpe --3--. Das Laufrad --7-- besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Scheiben --71, 72--, die durch Schrauben --73-- miteinander verbunden sind. Die Scheiben --71, 72-- sind durch an der Stirnfläche mindestens einer Scheibe angeordnete Leisten --112-- auf Abstand gehalten.
Beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel weisen die Leisten --112-- ein wellenartiges Profil auf, das aus zwei gradlinigen Abschnitten --113, 114--, die über ein dem Saugraum zugekehrtes Verbindungsstück --115-- in Verbindung stehen, sowie einem bogenförmigen Abschnitt --116-- mit einem wieder nach innen geführten Schenkel --117-- besteht. Zwischen diesen Leisten und Stirnflächen der beiden Laufradscheiben --71, 72-- entstehen somit die Förderkanäle von in diesem Fall rechteckigem Querschnitt. Zwischen dem nach innen gekehrten Schenkel --117-- und dem benachbarten radialen Abschnitt --113-- kann die Flüssigkeit austreten. Die wellenförmigen Leisten können entweder als Profilteile zwischen den beiden Laufradseheiben-71, 72-- eingespannt oder aber an der Stirnfläche einer der Laufradscheiben angegossen sein.
In den Fig. 6 und 7 sind zwei ähnliche
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Ausführungsformen beschrieben. Auch hier besteht das Laufrad wieder aus zwei Scheiben --73, 74--, wobei an der Stirnfläche --75-- der einen Laufradscheibe --74-- die Förderkanäle --10-- bildende Leisten angegossen sind. Diese Leisten bestehen bei der in Fig. 7 oben wiedergegebenen Ausführungsform aus einem gekrümmten Abschnitt --118--, der vom Saugraum --11-- bis an die äussere Peripherie reicht, und aus einem demgegenüber kürzeren, jedoch parallel verlaufenden Abschnitt --119--, der von einem nach innen sich erstreckenden Schenkel --120-- übergriffen ist.
Bei der unteren Darstellung in Fig. 7 ist dieser sich nach innen erstreckende Schenkel --120-- wieder in einem Bogen zu einem Abschnitt --121-- nach aussen geführt, so dass zwischen den beiden gekrümmten Abschnitten --118 und 121-- ein Austrittskanal gebildet wird. Die beiden Laufradscheiben --73, 74-- sind wieder durch Schrauben --76-- miteinander verbunden. Die Fig. 8 und 9 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen das Laufrad --7-- aus drei scheibenförmigen Teilen --77, 78 und 79-- gebildet ist.
Zwischen der einen äusseren Laufradscheibe --77-und der mittleren Laufradscheibe --78-- ist der in Fig. 1 mit --12-- bezeichnete, sich vom Zulaufraum - nach aussen erstreckende Abschnitt des Förderkanals gebildet, während zwischen der andern äusseren Laufscheibe --79-- und der mittleren Laufscheibe --78-- der andere Abschnitt --14-- gebildet ist.
Die mittlere Laufradscheibe --78-- weist einen kleineren Durchmesser auf als die beiden äusseren Laufradscheiben --77, 79-- mit der Folge, dass an der Peripherie ein Überströmkanal --80-- entsteht.
Dieser Überströmkanal --80-- ist bei der in Fig. 8 wiedergegebenen Ausführungsform gegenüber dem Pumpenraum durch einen verschiebbaren Ring --81-- verschlossen. Dieser Ring --81-- kann, wie dies in Fig. 8 oben angedeutet ist, auf die äussere Laufradscheibe --79-- aufgeschoben werden, so dass der Überströmkanal --80-- nach aussen offen ist und sich dort eventuell ansammelnde Feststoffe austreten können. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Austragung des sich in der Laufradscheibe --79-sammelnden Produktes über ein Schöpfrohr --82--.
Auch bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform besteht das Laufrad --7-- aus drei Scheiben - -83, 84, 85--, die im wesentlichen ähnlich ausgebildet sind wie bei der Ausführungsform gemäss Fig. 8.
Als umfangsseitiger Verschluss für den Überströmkanal --80-- dient hiebei eine Art elastischer O-Ring, der den an dieser Stelle entsprechend angephasten Laufradscheiben dichtend anliegt. Die Elastizität dieses O-Rings kann so ausgelegt sein, dass er sich bei bestimmter Druckerhöhung in den Förderkanälen abhebt, so dass Feststoffpartikel austreten können, also eine Selbstreinigung stattfindet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Pumpe zum Austragen von Flüssigkeiten aus einem Vakuumraum in einen Raum höheren Drucks mit einem Gehäuse mit etwa tangential angesetztem Druckstutzen, einem in dem Gehäuse drehenden Laufrad, dem die Flüssigkeit über einen Zulaufstutzen axial zuläuft, und mit an dem Laufrad angeordneten, sich zwischen diesem und der Gehäusewand erstreckenden Förderorganen, dadurch ge- kennzeichnet, dass jedes Förderorgan nach Art eines mit dem Saugraum (11) des Laufrades (7) dicht verbundenen Siphons mit einem die Flüssigkeit zunächst nach aussen führenden und dann nach innen zu einer Austrittsöffnung (15) umlenkenden Förderkanal (10) ausgebildet ist und der Saugraum (11) des Laufrades (7) mit dem Gaspolster des Vakuumraumes (1)
verbunden und gegenüber nicht rotierenden Teilen des Pumpengehäuses abgedichtet ist.