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Die Erfindung betrifft eine Förderpumpe zur Förderung von Emulsionen und Emulsionsgemi- schen, Dispersionen, Schlämmen od. dgl., die gleichzeitig mit der Förderung der Wirkung hoher
Scherkräfte ausgesetzt werden sollen.
In der Erdölindustrie besteht seit langem das Problem, die bei der Gewinnung, beim Transport und bei der Verarbeitung von Erdöl anfallenden Schlämme in eine Form zu bringen, die zu einer möglichst geringen Umweltbelastung führt. Es kann sich dabei um Deponie-Schlämme, Schlämme aus der Flutanlage und Schlämme aus Tankanlagen handeln. Diese Schlämme treten als Gemische in Form stabiler Emulsionen bzw. Dispersionen auf, wobei die Gemische aus mindestens zwei flüs- sigen Phasen, von denen mindestens eine feinverteilt und gegebenenfalls eine andere kontinuier- lich ist, und gegebenenfalls einer feinverteilten Feststoff-Phase aufgebaut sind.
Zur Aufarbeitung von Gemischen der oben erwähnten Art ist es gemäss nicht vorveröffentlich- ten Untersuchungen der Patentinhaberin von Vorteil, diese Gemische der intensiven Einwirkung hoher Scherkräfte auszusetzen. Dieser Einsatz hoher Scherkräfte ist auch auf andern Gebieten, beispielsweise in der Abwässeraufbereitung oder für die Aufarbeitung von Abfallgemischen aus der Fettverarbeitung und Seifenerzeugung, von Vorteil.
In der US-PS Nr. 3, 574, 136 ist eine Vorrichtung beschrieben, die eine Pumpe zur Förderung von Emulsionen, Schlämmen od. dgl. umfasst. Bei dieser Vorrichtung werden zum Auftrennen der
Emulsion bzw. des Schlammes od. dgl. Scherkräfte angewendet. Die Wirkungsweise ist derart, dass die Emulsion bzw. der Schlamm od. dgl. nach dem Austritt aus der Pumpe, u. zw. im Verlauf des weiteren Förderweges, in einer von der Pumpe unabhängigen Vorrichtung durch Anwendung von
Scherkräften aufgetrennt wird. Wie die Pumpe selbst beschaffen ist, darüber wird in der erwähn- ten US-PS Nr. 3, 574, 136 allerdings nichts Näheres gesagt. Die Anordnung ist allerdings überaus aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine weitgehende Vereinfachung des konstruktiven Aufwands zu erzielen.
Dies wird erfindungsgemäss bei einer Förderpumpe der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass die Pumpe mindestens einen Rotor aufweist, wobei zur Erzielung zusätzlicher Scherkräfte am Rotor mindestens ein Förderelement und am Stator bzw. Pumpengehäuse mindestens ein Fortsatz angebracht sind, welche im Bereich mindestens einer am Förderelement und/oder am Fortsatz vorgesehenen Durchbrechung unter Bildung mindestens eines Arbeitsspaltes ineinandergreifend relativ gegeneinander bewegbar sind.
Die erfindungsgemässe Förderpumpe gewährleistet, dass gleichzeitig mit einer gewünschten Förderung eine Aufarbeitung der Gemische z. B. im Sinne einer Phasentrennung erfolgen kann. Es werden dabei die Scherkräfte zum Auftrennen der Emulsion bzw. des Schlammes schon in der Förderpumpe selbst-und nicht wie bei der bekannten Anordnung in einer gesonderten Einrichtung-aufgebracht.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung hat es sich bewährt, wenn die zur Ausübung der Scherkräfte auf die aufzuarbeitenden Gemische vorgesehenen Arbeitsspalte eine Breite von 5 bis 10000 pm, vorzugsweise von 20 bis 1000 pm, insbesondere von 50 bis 500 pm, aufweisen.
Eine besonders günstige, vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das, vorzugsweise als Rotorflügel ausgebildete, Förderelement von mindestens einer Ausnehmung durchbrochen ist und dass mindestens ein der Ausnehmung entsprechender Fortsatz vorgesehen ist, so dass das Förderelement an dem Fortsatz unter Bildung mindestens eines Arbeitsspaltes vorbeibewegbar ist.
Eine verhältnismässig gute Scherwirkung bei Erhaltung einer hohen Förderleistung kann dadurch erzielt werden, dass die Fortsätze in Umfangsrichtung der Pumpe eine grössere Breite als die Förderelemente aufweisen.
Eine sehr robuste vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Arbeitsspalte in Axialrichtung der Pumpe verlaufend angeordnet ist.
In manchen Fällen ist es günstig, wenn mindestens ein Teil der Arbeitsspalte in Radialrichtung der Pumpe verlaufend angeordnet ist.
Eine Erhöhung der Scherkräfte kann dadurch erzielt werden, dass die Fortsätze als in Umfangsrichtung der Pumpe, vorzugsweise kreisförmig, gekrümmte Körper ausgebildet sind.
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Bei kleinem Laufraddurchmesser ist es vorteilhaft, wenn am Zylindermantel des Pumpenge- häuses radial ins Pumpeninnere ragende als Radialrippen ausgebildete Fortsätze angeordnet sind, die mit den Förderelementen des Pumpenrotors zwecks Bildung radial verlaufender Arbeitsspalte zusammenwirken.
Dabei wird ein besonders hoher Wirkungsgrad erzielt, wenn die Länge der Radialrippen der radialen Ausdehnung der Förderelemente entspricht.
Eine Erhöhung des Wirkungsgrades kann auch dadurch erzielt werden, dass die Pumpe als, vorzugsweise zwei-oder mehrstufige, Kreiselpumpe ausgebildet ist.
Die Scherwirkung und der Durchsatz können beträchtlich erhöht werden, wenn die Pumpe als, vorzugsweise zwei-oder mehrstufige, Kreiselpumpe ausgebildet ist.
Nach Möglichkeit soll der Antrieb der Förderpumpe mit einer Drehzahlregelung versehen sein.
Dadurch können Scherwirkung und Förderleistung den jeweiligen Betriebsverhältnissen gut ange- passt werden.
Eine Steigerung der Scherwirkung ist auch dadurch möglich, dass die Fortsätze auf einem gegenüber dem Pumpenrotor und gegenüber dem Pumpengehäuse drehbaren Bauteil angeordnet sind, wobei dieser Bauteil in einer der Antriebsrichtung des Pumpenrotors entgegengesetzten Drehrichtung antreibbar ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass an jeder der beiden Stirnseiten der Pumpe mindestens ein Pumpenrotor sowie mit diesem zusammenarbeitende Fort- sätze angeordnet sind. Hiebei sind die die Förderleistung und die Scherwirkung erbringenden Bauteile trotz hoher Nennleistung besonders gut zugänglich.
Eine Möglichkeit zur Unterdrückung von unerwünschten Schwingungen besteht darin, dass bei in gleichmässigen Abständen über den Umfang des Rotors angeordneten Förderelementen eine gleiche Anzahl von Fortsätzen bzw. Gruppen von Fortsätzen vorgesehen ist, die jedoch in Umfangsrichtung in verschiedenen Abständen angebracht sind.
Eine andere Möglichkeit zur Beseitigung von unerwünschten Schwingungen besteht darin, dass bei gleichmässig über den Umfang des Rotors angeordneten Förderelementen eine den Förderelementen ungleiche Zahl von Fortsätzen bzw. Gruppen von Fortsätzen vorgesehen ist, die jedoch in Umfangsrichtung in gleichen Abständen angebracht sind.
Besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Scherwirkung werden dadurch erreicht, dass die Fortsätze mit den Förderelementen zur Pumpenlängsachse schräge Arbeitsspalte bilden.
Eine sehr gute Anpassung der Scherwirkung und der Förderleistung an die jeweiligen Betriebsbedingungen kann dadurch erzielt werden, dass der Träger der Fortsätze und/oder der Träger der Förderelemente (Rotor) zwecks Veränderung der Breite der, vorzugsweise zur Längsachse der Pumpe schrägen, Arbeitsspalte in Axialrichtung relativ zueinander verschiebbar sind.
Die Scherwirkung kann in einfacher Weise günstig beeinflusst werden, wenn die am Rotor angebrachten Förderelemente im Bereich der Arbeitsspalte verdickt sind.
Besonders günstige Ergebnisse hinsichtlich der Dauer der Scherwirkung werden dadurch erreicht, dass die die Arbeitsspalte bildenden Flächen gegeneinander geneigt sind und beim Pumpvorgang in ihrer Breite zunehmende oder abnehmende Spalte bilden.
Die Konditionierwirkung kann dadurch noch weiters erhöht werden, dass die die Arbeitsspalte bildenden Flächen sägezahnförmig und/oder wellenförmig ausgebildet und/oder aufgerauht sind.
Die Lebensdauer der die Scherkräfte erzeugenden Teile kann dadurch erhöht werden, dass die die Arbeitsspalte bildenden Flächen aus hochverschleissfestem Material, z. B. Hartmetall, gebildet sind.
Besonders günstig ist es, wenn die Fortsätze und/oder die Förderelemente austauschbar befestigt sind.
Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen zeigen Fig. 1 einen Axialschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, die als einstufige Kreiselpumpe ausgebildet ist, Fig. 2 und 3 Details der Pumpe nach Fig. l, wobei in Fig. 2 eine Seitenansicht und in Fig. 3 ein Querschnitt durch die zusammenwirkenden Teile zur Erzeugung der Scherkräfte dargestellt sind, Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine gemäss der Erfindung ausgebildete zweistufige Kreiselpumpe, Fig. 5 einen teilweisen Längsschnitt durch eine gemäss
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der Erfindung ausgebildete zweiflutige Kreiselpumpe und Fig. 6 einen Axialschnitt einer Kreiselpumpe mit einstellbaren Arbeitsspalten.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Aufarbeitung von, insbesondere in Form stabiler
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--1-- aufweisendese --3-- angebrachte Fortsätze --4-- im Bereich einer am Förderelement vorgesehenen Durchbre- chung --5-- unter Bildung von Arbeitsspalten-S1, S2-- ineinandergreifend relativ gegeneinander bewegbar sind, wodurch die aufzuarbeitenden Gemische beim Pumpvorgang zusätzlich Scherkräften unterwerfbar sind. Dabei weisen die zur Ausübung der Scherkräfte auf die aufzuarbeitenden Gemi- sche vorgesehenen Arbeitsspalte eine Breite von 5 bis 10000 pm, vorzugsweise von 20 bis 1000 pm, insbesondere von 50 bis 500 pm auf.
Das, vorzugsweise als Rotorflügel ausgebildete, Förderelement --2-- ist von einer Ausneh- mung --5-- durchbrochen und der Stator --3- hat mindestens einen der Ausnehmung entsprechen- den Fortsatz --4--, so dass das Förderelement an dem Fortsatz unter Bildung mindestens eines Ar- beitsspaltes-S1, S2-- vorbeibewegbar ist.
Dabei können die Fortsätze in Umfangsrichtung der Pumpe eine grössere Breite als die Förder- elemente aufweisen. Die Arbeitsspalte-S1, S2-- sind in Axialrichtung der Pumpe verlaufend ange- ordnet. Die Arbeitsspalte können aber auch in Radialrichtung der Pumpe verlaufend angeordnet sein. Die Fortsätze --4-- können als in Umfangsrichtung der Pumpe, vorzugsweise kreisförmig, gekrümmte Körper ausgebildet sein. Eine andere konstruktive Möglichkeit besteht darin, dass am
Zylindermantel des Pumpengehäuses radial ins Pumpeninnere ragende als Radialrippen ausgebil- dete Fortsätze angeordnet sind, die mit den Förderelementen des Pumpenrotors zwecks Bildung ra- dial verlaufender Arbeitsspalte zusammenwirken (nicht dargestellt). Dabei kann die Länge der
Radialrippen der radialen Ausdehnung der Förderelemente entsprechen.
Gemäss einer vorzugsweisen Ausführungsform kann die Pumpe als, vorzugsweise zwei-oder mehrstufige Kreiselpumpe ausgebildet sein, wie dies in Fig. 4 angedeutet ist. Die Pumpe kann aber auch eine zwei-oder mehrflutige Kreiselpumpe sein, wie dies in Fig. 5 angedeutet ist. Sowohl bei der Pumpe nach Fig. 4 als auch bei der Pumpe nach Fig. 5 sind einer Laufschaufel jeweils zwei Fortsätze --4'-- zugeordnet. Der Antrieb der Förderpumpe soll nach Möglichkeit mit einer Drehzahlregelung versehen sein.
Besonders hohe Scherkräfte können dann erzielt werden, wenn die Fortsätze auf einem gegen- über dem Pumpenrotor und gegenüber dem Pumpengehäuse drehbaren Bauteil angeordnet sind, wobei dieser Bauteil in einer der Antriebsrichtung des Pumpenrotors entgegengesetzten Drehrichtung antreibbar ist.
Eine vorzugsweise Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass bei in gleichmässigen Abständen über den Umfang des Rotors angeordneten Förderelementen eine gleiche Anzahl von Fortsätzen bzw. Gruppen von Fortsätzen vorgesehen ist, die jedoch in Umfangsrichtung in verschiedenen Abständen angebracht sind.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist bei gleichmässig über den Umfang des Rotors angeordneten Förderelementen eine den Förderelementen ungleiche Zahl von Fortsätzen bzw. Gruppen von Fortsätzen vorgesehen, die jedoch in Umfangsrichtung in gleichen Abständen angebracht sind. Durch die beiden letztgenannten Massnahmen können störende Schwingungen weitgehend vermieden werden.
Die Fortsätze --4"-- bei der in Fig. 6 dargestellten Kreiselpumpe bilden mit den Förderelementen --2"-- zur Pumpenlängsachse schräge Arbeitsspalte. Dabei sind der Träger --3"-- der Fort- sätze --4"-- und/oder der Träger --1"-- der Förderelemente --2"-- (Rotor) zwecks Veränderung der Breite der zur Längsachse der Pumpe schrägen Arbeitsspalte-SI", S2"-- - wie mit den Pfei- len-FjjUnd F -angedeutet-in Axialrichtung relativ zueinander verschiebbar.
Die am Rotor angebrachten Förderelemente können im Bereich der Arbeitsspalte verdickt sein.
Die Scherwirkung kann dadurch beeinflusst werden, dass die die Arbeitsspalte bildenden Flächen gegeneinander geneigt sind und beim Pumpvorgang in ihrer Breite zunehmende oder abnehmende Spalte bilden.
Eine Erhöhung der Scherwirkung tritt dann auf, wenn die die Arbeitsspalte bildenden Flächen sägezahnförmig und/oder wellenförmig ausgebildet und/oder aufgerauht sind. Dabei ist es
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