Vertikale selbstregelnde Kreiselpumpe
Die Erfindung betrifft eine vertikale selbstregelnde Kreiselpumpe. Solche Pumpen werden auch zur Förderung von flüssigen Metallen eingesetzt, insbesondere von flüssigem Quecksilber bei der Chlor-Elektrotyse, wobei man bestrebt ist, den druckseitigen Förderstrom in Abhängigkeit von dem auf der Saugseite zufliessenden Strom selbsttätig zu regeln. Bei derartigen Kreiselpumpen ist eine Regelung des druckseitigen Förderstromes in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsstrom, der auf der Saugseite zufliesst, notwendig, um bei diskontinuierlichem Zufluss ein Trockenlaufen der Kreiselpumpe und damit eine Beschädigung durch den Trockenlauf zu verhindern.
Weiterhin ist es notwendig, durch Reduzierung des Flüssigkeitsstromes, der der Pumpe auf der Saugseite zufliesst, was durch eine Erhöhung der Viskosität des Fördergutes bei längeren Umwälzzeiten innerhalb des Verfahrens bedingt ist, auch den druckseitig von der Pumpe abgehenden Förderstrom entsprechend zu reduzieren. Die Anpassung dieses druckseitigen Förderstromes an den der Pumpe auf der Saugseite zufliessenden Flüssigkeitsstrom muss möglichst unmittelbar und das über längere Zeiträume erfolgen.
Es ist bekannt, in Anlagen, in denen vertikale Kreiselpumpen zur Förderung von Quecksilber eingesetzt sind, die Regelung entsprechend dem sich ändernden Zufluss manuell durchzuführen. Dies geschieht einmal durch unmittelbare Drosselung des druckseitigen Förderstromes der Pumpe in der Druckleitung mittels eines Schiebers oder Ventiles, oder durch mittelbare Einwirkung auf den Förderstrom durch eine Umführung und durch Drosselung in dieser Umführungsleitung, die die Druckseite der Pumpe mit der Saugseite verbindet, Auch in diesem Falle ist ein zusätzliches Regelorgan (Schieber oder Ventil) notwendig.
Es ist weiterhin bekannt, die Regelung gleicher Art nicht manuell, sondern über Steuergeräte durchzuführen, die in Abhängigkeit vom saugseitigen Flüssigkeitsspiegel betätigt werden. Die Drosselung selbst kann hierbei elektrisch oder pneumatisch ausgelöst werden.
Die Regelgeräte sind entweder elektrisch oder pneumatisch angetrieben.
Weiterhin bestünde die Möglichkeit, dem saugseitigen Behälter eine sehr grosse Oberfläche zu erteilen und dadurch Schwankungen im Zufluss durch das erhöhte Volumen des saugseitigen Vorratsbehälters weitgehend abzufangen.
Die Nachteile der bekannten Regelungsarten sind:
Zur manuellen Regelung ist Bedienungspersonal notwendig, die Regelung kann nicht kontinuierlich in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstrom, der zufliesst, durchgeführt werden, sondern ist in gewissen Zeitabständen möglich. Ein Einbau von Schiebern in die Druckleitung bzw. in die Umführungsleitung ist notwendig. Da es sich bei dem geförderten Gut meist um Quecksilber handelt, macht die Abdichtung der Wellendurchführung an diesen Regelarmaturen besondere Vorkehrungen notwendig, und ausserdem wird die Betriebssicherheit der Anlage mit dem Einbau eines zusätzlichen Bedienungselementes jeweils reduziert.
Ein weiterer Punkt, der sich ungünstig auf den Betrieb der Anlage auswirkt, ist, dass das Volumen der Rohrleitung, das aus anlagebedingten Gründen so klein wie möglich gehalten werden muss, vergrössert wird.
Wird diese Regelung nicht manuell, sondern automatisch über ein Messinstrument durchgeführt, tritt ein zusätzlicher Installations,aufwand in bezug auf Stromzuführung bzw. Luftzuführung auf. Ausserdem müssen Vorkehrungen getroffen wreden, das Messinstrument vor den über dem Fördermedium stehenden aggressiven Dämpfen zu schützen.
Eine weitere Forderung hinsichtlich der Sicherheit des Betriebes der Anlage ist, insbesondere im Falle der Chlor-Elektrolyse, dass sowohl diese Messinstrumente als auch die Betätigungsmotoren für die Regelarmaturen in explosionsgeschützter Ausführung ausgeführt werden.
Weiterhin ist bei automatischer Regelung zu berücksichtigen, dass der Gesamtwirkungsgrad der An lage, bedingt durch den Energieaufwand zur Betätigung der Regelarmaturen, niedriger liegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mit den bekannten Regelungsarten parallel laufenden Nachteile auszuschalten, den Gesamtwirkungsgrad der Anlage zu erhöhen und den Unsicherheitsgrad der Anlage sowohl hinsichtlich Explosionsgefahr als auch Betriebssicherheit zu reduzieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die inneren Verluste der Kreiselpumpe in Abhängigkeit des saugseitigen Flüssigkeitsspiegels und damit in Abhängigkeit vom auf der Saugseite zufliessenden Fördermedium erhöht oder vermindert werden. Damit wird bezweckt, den druckseitigen Förderstrom sinngemäss zu verkleinern oder zu vergrössern.
Diese Erhöhung bzw. Reduzierung der inneren Verluste der Pumpe geschieht zweckmässig durch axiale Verschiebung des Laufrades zum Gehäuse und zum Wellenführungsrohr, womit eine unterschiedliche Überdeckung bzw. Freigabe der Dichtspalte zwischen Laufrad, Gehäuse bzw. Wellenführungsrohr erzielt wird. Vorteilhaft wird diese axiale Verschiebung durch den Auftrieb des in die Flüssigkeit eintauchenden rotierenden Teiles der Pumpe erreicht. Dieser Auftrieb kann durch einen Schwimmer zusätzlich erhöht werden, wobei die Dimensionierung des Schwimmers oder auch des Gegengewichtes, der bzw. das Verstellmöglichkeiten aufweist, entsprechend dem spez. Gewicht des Fördergutes dimensioniert ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Kreiselpumpenaggregat und
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Kreiselpumpe für getrennte Motorenanordnung.
Die im Wellenführungsrohr 1 stehende Flüssigkeit erzeugt einen Auftrieb, der auf die unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 2 liegenden Teile, nämlich die Welle 3 (teilweise), das Laufrad 4, den Schwimmer 5 (teilweise) wirkt. Steigt der Flüssigkeitsspiegel im Wellenführungsrohr 1 um einen gewissen Betrag an, wird der Auftrieb auf die bereits genannten Teile erhöht. Die Welle 3 mit sämtlichen auf ihr festverbundenen Teilen, nämlich dem Laufrad 4, dem Schwimmer 5, den Rollenlager-Innenringen 6 und 7, dem Motorläufer 8, dem Lüfterflügel 9, bewegt sich in axialer Richtung nach oben. Durch diese Axialverschiebung des kompletten Läufers nach oben kommt das Laufrad 4 zum Gehäuse 27 in eine Optimalstellung. Der Laufradaustritt 11 liegt zum Spiraleneintritt 12 genau mittig.
Die Spalt überdeckung des Laufrades 4 mit dem Wellenführungsrohr 1 an der Stelle 13 ist ebenfalls optimal, das bedeutet, die inneren Verluste der Pumpe sind minimal, die Förderleistung ist am höchsten.
Diese axiale Verschiebung der Welle mit allen Anbauten nach oben wird durch das Kugellager 14 begrenzt, und zwar durch den Innenring des Kugellagers 14, welches selbst wieder über das Lagergehäuse 15, den Motorschild 16 fest gegen das Motorgehäuse 17 und das Wellenführungsrohr 1 verspannt ist. Hierbei läuft der auf der Welle 1 angeordnete untere Begrenzungsring 18 gegen den Innenring des Kugellagers 14.
Beim Absinken des Flüssigkeitsspiegels 2 im Wellenführungsrohr 1 unter ein gewisses Niveau, wird der Auftrieb reduziert. Die Welle 3 mit den auf ihr befestigten Teilen bewegt sich damit in axialer Richtung nach unten. Das Laufrad 4 wird durch diese Axialverschiebung nach unten aus dem vom Wellenführungsrohr 1 und dem Laufrad 4 gebildeten Drosselspalt 13 ausgelenkt; der Drosselspalt zwischen Laufrad 4 und Gehäuse 27 bleibt hierbei in Funktion. Dagegen verliert der Drosselspalt 13 zwischen Wellenführungsrohr 1 und Laufrad 4 seine Wirkung, die Flüssigkeit strömt anstatt in die Doppelspirale 19 auf die Saugseite des Laufrades 4 zurück.
Ausserdem findet eine Verschiebung des Laufradaustrittes 11 gegen den Spiraleintritt 12 statt, die durch einen oberen Begrenzungsring 22, der auf der Welle 3 angeordnet ist, in Zusammenarbeit mit dem Kugellager 14, entsprechend der Begrenzung der Axialverschiebung nach oben, begrenzt wird, was ausserdem die Förderleistung der Pumpe reduziert. Die Pumpe fördert also wesentlich weniger Flüssigkeit verglichen mit der Optimalstellung, in der sich das Laufrad 4 im aufgeschwommenen Zustand befindet. Durch entsprechende Dimensionierung und Anzahl der Entlastungsbohrungen 20 im Laufrad 4 lässt sich die Auftriebskraft der Förderflüssigkeit unterstützen oder reduzieren. Damit lässt sich die Höhe des oberen und unteren Flüssigkeitsspiegels im Wellenführungsrohr 1 festlegen.
Weitere Korrekturen können dadurch vorgenommen werden, dass der Schwimmer 5 durch die Stellschraube 21 in unterschiedlicher Höhe auf der Welle 3 befestigt werden kann.
Die Erfindung gilt natürlich genauso für die in Fig. 2 dargestellte Ausführung, die - abweichend von der in Fig. 1 gezeigten Ausführung - eine getrennte Anordnung des Motors zulässt. Die Funktion ist mit der beschriebenen identisch; Lagerschild 16 und 23 sowie Motorgehäuse 17 in Fig. 1 werden gegen die Lagerlaterne 24 in Fig. 2 ausgewechselt, der Motorläufer 8, das Ständerpaket 24 und der Lüfterflügel 9 in Fig. 1 entfallen. Dafür wird die Kupplung in Fig. 2 auf der Welle 3 befestigt. Der Antrieb erfolgt durch den getrennten Motor, dessen Wellenstumpf 26 in Fig. 2 ersichtlich ist.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Verwendung des Auftriebes der Flüssigkeit im Wellenführungsrohr 1 eine Regelung des druckseitigen Förderstromes erreicht werden kann. Ein Verwenden von zusätzlichen Armaturen und Regelgeräten, um den Förderstrom auf der Druckseite konstant zu halten, entfällt. In dem Raum innerhalb des Wellenführungsrohres 1 brauchen keine empfindlichen Messelemente eingebracht zu werden. Ausserdem sind keine gleitenden Flächen in diesem Raum vorhanden, die zu eventuellen Störungen Anlass geben könnten. Durch entsprechende Anzahl von Entlastungsbohrungen 20 im Laufrad 4 und durch Einstellung des Schwimmers 5 über die Stellschraube 21 auf der Welle 3 kann ein und dieselbe Pumpe eingesetzt werden, um den Flüssigkeitsspiegel saugseitig in den unterschiedlichsten Höhen konstant zu halten.