Hochdruckpumpenanlage zur Erzeugung eines hochgespannten ll1ediums In der Technik kommt. es häufig vor, dass man ein strömendes iIedium, zum Beispiel Wasser, welches in grösserer Menge und ge ringem Druck anfällt, in ein solches Medium umzuwandeln hat, das bei geringer Menge, aber höherem Druck anstehen soll.
Die bisher hierfür bekannten Einrichtungen befriedigen einerseits wegen des zu grossen apparativen Aufwandes, anderseits wegen des zu schlech ten Wirkungsgrades der ganzen Anlage nicht.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hoch druekpumpenanlage für die Erzeugung von hochgespanntem Medium, wobei .die- von einer Druckquelle kommende Mitteldruekleitung an eine Turbine angeschlossen ist, die unmittel bar oder über ein Getriebe mit einer Hoeh- druelzpumpe gekuppelt ist, die zweckmässig eine Kreiselpumpe ist.. Dabei kann die Turbine mit der Kreiselpumpe zu einer Baueinheit ver schmolzen werden, so dass sich ein geringer Platzbedarf ergibt.
Die Erfindung ist an Hand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausfüh rungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig.1 eine von dem Mitteldruckwasser angetriebene Turbine mit danebenliegender Iloehclruckpumpe, 2.
eine Anlage mit einer mit der Turbine kombinierten IIoehdrmekpumpe und innen liegendem Pumpenteil, Fig.3 eine Abwandlung der Ausbildung nach der Fig. 2, Fig.4 eine Ausbildung, die mit verschie denen Mitteln in den beiden Stufen arbeitet, und Fig. 5 bis 7 drei Ausführungsformen von Überströmventilen, um bei Nullförderung der Anlagen nach den Fig.1 bis 4 eine unzu lässige Erwärmung der Anlagen zu verhin dern.
Bei einer Anordnung nach Fig.1 wird das von einer Pumpe oder sonstigen Druckquelle kommende Mitteldruekwasser durch eine Mit- teldruekleitung 1 einer Wasserturbine 2 zu- geführt, die mit einer Hochdruckpumpe 4, auf der gleichen -Welle 6 angeordnet ist. und diese antreibt. Das Abwasser der Turbine 2 gelangt durch die Leitung 5 wieder zum An- saugbehälter zurück.
Von der Leitung 1 ist eine Leitung 7 abgezweigt, die zu dem An saugstutzen der Hochdruckpumpe 4 geführt ist. Das von der Pumpe 4 erzeugte Hochdruck wasser wird durch eine Leitung 8 der Ver- braucherstelle zugeführt. Die bei laufendem Aggregat und abgesperrter Hochdruckleitung ; in der Kreiselpumpe 4 entstehende Wärme wird von dem Abwasser der Turbine 2 auf genommen und ist daher unschädlich.
Die Kreiselpumpe 4 ist hierzu in der Ab wasserleitung 5 der Turbine 2 angeordnet. Bei der Ausführung nach der Fig.2 ist in dem Mitteldruckrohr 9 eine Welle 10 ge lagert, welche die kombinierten Pumpen- und Turbinenschaufeln 11, 12 trägt, zwischen denen in dem Mitteldruckrohr 9 die Leit- schaufeln 14, 15 liegen. Die beiden Schaufel gruppen 11, 12 und 14, 15 sind durch Trenn ringe mit Labyrinthdichtung voneinander ge trennt.
Es ergibt sich somit in dem Rohr 9 ein äusserer Durchgang für das Mitteldruck wasser, der über die Turbinenlauf- und Leit- schaufeln 12, 13 führt. und an einen Auslass 16 angeschlossen ist, und ein innerer Durch gang über die Pumpenlauf- und Leitschaufeln 11, 14, an die sich die Hochdruckleitung 17 anschliesst.
Besondere Vorkehrungen zum Schutz der Anlage bei Nullförderung sind auch hier nicht notwendig, da die Pumpe 11, 14 durch das sie umströmende, dem Antrieb der Turbine 12,15 dienendeMitteldruekwasser ausreichend gekühlt wird.
Bei der Abwandlung nach der Fig.3 ist auf die Leiträder verzichtet, an deren Stelle gegenläufige Laufräder verwendet werden. Da die Energieübertragung von dem Tur binenteil auf den Pumpenteil innerhalb eines jeden Laufrades erfolgt und somit keine ein Drehmoment übertragende Welle notwendig ist, können diese gegenläufigen Laufräder 18 mit der Turbinen- und Pumpensehaufelung 22, 23, die durch den labyrinthgediehteten Ring 20 unterteilt sind, auf einer gemeinsamen festen Achse 19 mit Abstandshülsen aufge reiht sein.
Ihre Anzahl richtet sich nach der Höhe des zu erzeugenden Druckes.
Die Achse 19 ist von Rippen 2'1 in dem Mitteldruekrohr 9 gehalten, wobei an den durch die 'Trennringe 2t0 bestimmten innern Pumpendurchgang die Hochdruckleitung 17 angeschlossen ist, während; der äussere Durch gang zu einem Rückführstutzen 16 führt.
Die Anlagen nach den Fig. 2 und 3 kön nen durch die mögliche VieLstufigkeit und die erzielbaren hohen Drehzahlen klein ge halten werden, so dass es möglich ist, sie in ein Wasserleitungsrohr einzubauen; man er hält hierbei durch entsprechende Ausgestal- tung der Auslässe ein Niederdruekwasser, das die Turbine durchströmt hat, und ein Hoch druckwasser, welches durch die Kreiselpumpe erzeugt ist.
Die gleiche Anordnung kann auch getrof fen werden bei dem Betrieb von Gasen unter 1@litteldruek, wobei man in ähnlicher konstruk tiver Ausbildung Niederdriiekgas in grösserer Menge und Hochdruckgas in geringerer Menge, welches durch das Kreiselgebläse erzeugt ist, erhält.
Auch kann mit zwei verschieden strömen den Medien gearbeitet werden, derart, dass zum Beispiel das Mitt.eldruckmedium eine Flüssigkeit, während das andere Medium ein Gas, zum Beispiel Luft, ist..
Fig.4 zeigt. eine Ausbildung, die bezüg lich der kombinierten Turbinen-Pumpenaus- führung derjenigen nach der Fig. 2 entspricht. Es ist dabei die das Mitteldi¯ueh-wasser füh rende Leitung 25 nur an den Pumpenteil<B>11,</B> 14 angeschlossen, den es durch das Auslass- rohr 2:6 verlässt. Der Hoehdruekteil 12, 17 ist- auf der Einlässseite an einen die Mittel druckleitung bildenden Saugstutzen 2'8 und an der Abgabeseite an einen Hochdruck stutzen 29 angeschlossen.
Wenn auch bei diesen Einrichtungen auf die an sieh auftretende Erwärmung der Me dien bei Nullförderung dadurch Rücksicht ge nommen ist, dass eine intensive Kühlung durch das stets durchtretende Medium für den An trieb der Turbine vorhanden ist, so kann es doch vorkommen, dass diese Kühlung unzu reichend ist. Um bei der Nullförderung mit Sicherheit eine ausreichende Kühlung sicher zustellen, ist ein Cberströmventil in die Hoch druckleitung eingeschaltet, das von dem Wirk druck eines in der Leitung angeordneten Ven- turirohres gesteuert ist.
So ist nach der Fig.5 in der Förderlei- tung 31 ein Venturirohr 32 eingeschaltet, von dessen engster Stelle eine Zweigleitung 33 ausgeht. In Förderrichtung vor dem Venturi- rohr ist von der Förderleitung 31 ein Aus lassstutzen 34 abgezweigt, dessen Auslass 35 von einem Ventilteller 3'Ü beherrscht ist. Der Ventilteller<B>36</B> ist durch eine Kolbenstange mit zwei Kolben 38, 39 gekuppelt, die von Zylindergehäusen 40, 41 aufgenommen sind.
Die beiden Zylindergehäuse 40, 41 stehen mit einander in freier Verbindung, wobei das Gehäuse 41 auf der einen Seite des Kolbens 39 an die Zweigleitung 33 und, an der andern Seite des Kolbens 39 an eine von der Förder- leitunä, vor dem Venturirohr 3?. ausgehende Nebenleitung angeschlossen ist. Der Kolben 39 ist auf der Unterseite durch eine Feder 43 belastet, welche dem Gewichtsausgleich dient.
Bei entsprechender Bemessung des Ventil tellers 36 und der Kolben 38, 39 wird erreicht, dass bei Absperrung der iFörderleitung oder deren Drosselung hinter dem. Venturirohr 32 über den Ventilteller eine von der Pumpe zu viel geförderte Flüssigkeitsmenge ausfliesst, die ausreicht, um eine unzulässige Erwärmung der Flüssigkeit und der Pumpe auszuschliessen.
Mit zunehmender Abnahme der von der Pumpe geförderten Flüssigkeitsmenge in der Förderleitung hinter dem Ventur irohr stellt sieh unter dem Kolben 39 infolge der Verbin dung mit. der engsten Stelle des Venturirohres infolge des Wirkdruckes ein gegenüber dem Druck in der Leitung 4'2 geringerer Druck ein, so dass der Kolben 39 mehr oder weniger nach unten geht und dabei den Durchgang über den Ventilteller 3,6 mehr oder weniger bzw. völlig abschliesst.
Bei der Abwandlung nach der Fig. 6 ist der Auslass 35 des Stutzens 34 von einem Ringschieber 44 gesteuert, der mit dem Kolben 39 gekuppelt ist. Der Ringschieber 44 ist so ausgebildet, dass er bei der Bewegung nach oben den Auslass 35 abschliesst. In die Lei tung 33 ist ein Drosselventil 45 eingeschaltet, durch das in der Leitung 33 ein erhöhter Strömungswiderstand getroffen werden kann, um ein weiches Arbeiten des Kolbens 39 zu erreichen.
Die Bemessung ist so getroffen, dass bei fehlender Strömung oder nur gerin ger Strömung in dem Venturirohr der Ring ; sehieber 44 den Auslass 35 mehr oder weniger freigibt, doch wird mit zunehmender Strö mung, das heisst Entnahme an der Förder leitung durch den Wirkdruck des Venturi- rohres die Oberseite des Kolbens 39 entlastet, der dann in obere Entstellung geht, in wel- eher der Ringschieber 44 den Auslass 35 ab schliesst.
Auch hier kann zur Einregelung der Kol ben 39 durch eine einstellbare Feder 46 be lastet sein.
Nae.h der Fig. 7 ist. der Kolben 39 durch eine Membrane 39a. ersetzt, und der Auslass 35 ist von einem mit der Membran 3-9a durch die Stange 3-7 gekuppelten Doppelsitzventil 47 beherrscht. Die Arbeitsweise dieser Aus bildung entspricht derjenigen nach der Fig. 6, wobei die Einregelung ebenfalls durch eine einstellbare Belastungsfeder 46 erfolgt.
High-pressure pump system for generating a high-tension medium In technology comes. It often happens that a flowing medium, for example water, which arises in large quantities and at low pressure, has to be converted into such a medium which should be present in the case of a small quantity but higher pressure.
The previously known devices are not satisfactory on the one hand because of the excessive expenditure on equipment, on the other hand because of the too bad th efficiency of the entire system.
The present invention relates to a high pressure pump system for the generation of high pressure medium, whereby the medium pressure line coming from a pressure source is connected to a turbine which is coupled directly or via a gear to a high pressure pump, which is expediently a centrifugal pump. The turbine can be fused with the centrifugal pump to form a structural unit, so that little space is required.
The invention is explained in more detail with reference to the Ausfüh approximately examples shown schematically in the drawing. They show: FIG. 1 a turbine driven by the medium-pressure water with an adjacent ileal pressure pump, FIG.
a system with a combined with the turbine IIoehdrmek pump and internal pump part, Fig. 3 a modification of the design according to Fig. 2, Fig. 4 a design that works with different means in the two stages, and Fig. 5 to 7 three embodiments of overflow valves in order to prevent inadmissible heating of the systems with zero delivery of the systems according to FIGS.
In an arrangement according to FIG. 1, the medium-pressure water coming from a pump or other pressure source is fed through a medium-pressure line 1 to a water turbine 2 which is arranged with a high-pressure pump 4 on the same shaft 6. and drives it. The wastewater from the turbine 2 returns through the line 5 to the suction tank.
From the line 1, a line 7 is branched off, which is led to the suction port of the high pressure pump 4. The high pressure water generated by the pump 4 is fed through a line 8 to the consumer point. With the unit running and the high-pressure line shut off; The heat generated in the centrifugal pump 4 is absorbed by the wastewater from the turbine 2 and is therefore harmless.
The centrifugal pump 4 is arranged in the water line 5 from the turbine 2 for this purpose. In the embodiment according to FIG. 2, a shaft 10 is mounted in the medium pressure pipe 9, which shaft carries the combined pump and turbine blades 11, 12, between which the guide vanes 14, 15 are located in the medium pressure pipe 9. The two blade groups 11, 12 and 14, 15 are separated from one another by separating rings with a labyrinth seal.
An outer passage for the medium-pressure water, which leads over the turbine blades and guide blades 12, 13, is thus produced in the pipe 9. and is connected to an outlet 16, and an inner passage via the pump impeller and guide vanes 11, 14, to which the high-pressure line 17 is connected.
Special precautions to protect the system in the event of zero delivery are not necessary here either, since the pump 11, 14 is sufficiently cooled by the medium-pressure water flowing around it and serving to drive the turbine 12, 15.
In the modification according to FIG. 3, the idlers are dispensed with, in their place counter-rotating impellers are used. Since the energy transfer from the turbine part to the pump part takes place within each impeller and therefore no torque-transmitting shaft is necessary, these opposing impellers 18 with the turbine and pump heaps 22, 23, which are divided by the labyrinth-stretched ring 20, can open a common fixed axis 19 be lined up with spacer sleeves.
Their number depends on the amount of pressure to be generated.
The axis 19 is held by ribs 2'1 in the central pressure pipe 9, the high pressure line 17 being connected to the inner pump passage determined by the separating rings 2t0, while; the outer passage leads to a return port 16.
The systems according to FIGS. 2 and 3 can be kept small due to the possible diversity and the achievable high speeds, so that it is possible to install them in a water pipe; By appropriately designing the outlets, you get low-pressure water that has flowed through the turbine and high-pressure water that is generated by the centrifugal pump.
The same arrangement can also be made when operating gases below 1 @ litteldruek, with low-pressure gas in larger quantities and high-pressure gas in smaller quantities, which is generated by the centrifugal fan, being obtained in a similar constructive design.
It is also possible to work with two differently flowing media, such that, for example, the medium-pressure medium is a liquid, while the other medium is a gas, for example air.
Fig.4 shows. a design which, with regard to the combined turbine-pump design, corresponds to that according to FIG. The line 25 carrying the middle water is only connected to the pump part 11, 14, which it leaves through the outlet pipe 2: 6. The high pressure part 12, 17 is connected on the inlet side to a suction nozzle 2'8 which forms the medium pressure line and to a high pressure nozzle 29 on the delivery side.
Even if in these facilities the heating of the media occurring at zero delivery is taken into account that intensive cooling is provided by the constantly passing medium for driving the turbine, it can happen that this cooling is inadequate is sufficient. In order to ensure sufficient cooling with certainty in the case of zero delivery, an overflow valve is switched on in the high-pressure line, which is controlled by the effective pressure of a vent pipe arranged in the line.
Thus, according to FIG. 5, a Venturi tube 32 is switched on in the delivery line 31, from whose narrowest point a branch line 33 extends. In the conveying direction upstream of the Venturi tube, an outlet nozzle 34 branches off from the conveying line 31, the outlet 35 of which is dominated by a valve disk 3'Ü. The valve disk <B> 36 </B> is coupled by a piston rod with two pistons 38, 39, which are received in cylinder housings 40, 41.
The two cylinder housings 40, 41 are freely connected to one another, the housing 41 on one side of the piston 39 to the branch line 33 and, on the other side of the piston 39 to one of the delivery lines, in front of the Venturi tube 3? . outgoing branch line is connected. The piston 39 is loaded on the underside by a spring 43, which serves to counterbalance the weight.
With an appropriate dimensioning of the valve disk 36 and the piston 38, 39 it is achieved that when the delivery line is shut off or its throttling behind the. Venturi tube 32 an excessive amount of liquid delivered by the pump flows out via the valve disk, which amount is sufficient to rule out impermissible heating of the liquid and the pump.
With increasing decrease in the amount of liquid delivered by the pump in the delivery line behind the Venturi tube, see below the piston 39 as a result of the connec tion with. At the narrowest point of the Venturi tube, as a result of the differential pressure, a pressure lower than the pressure in the line 4'2, so that the piston 39 more or less goes down and thereby more or less or completely closes the passage via the valve disk 3, 6 .
In the modification according to FIG. 6, the outlet 35 of the connecting piece 34 is controlled by an annular slide 44 which is coupled to the piston 39. The ring slide 44 is designed in such a way that it closes the outlet 35 when it moves upward. In the Lei device 33, a throttle valve 45 is switched on, through which an increased flow resistance can be met in the line 33 in order to achieve a smooth operation of the piston 39.
The dimensioning is such that if there is no flow or there is only little flow in the Venturi tube, the ring; valve 44 more or less clears the outlet 35, but with increasing flow, that is, withdrawal from the delivery line, the pressure of the Venturi tube relieves the upper side of the piston 39, which then goes into the upper distortion Ring slide 44 closes the outlet 35.
Here too, the Kol ben 39 can be loaded by an adjustable spring 46 to regulate.
Near the Fig. 7 is. the piston 39 by a membrane 39a. is replaced, and the outlet 35 is dominated by a double seat valve 47 coupled to the diaphragm 3-9a through the rod 3-7. The operation of this training corresponds to that of FIG. 6, the adjustment also being carried out by an adjustable loading spring 46.