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.
Vertical self-regulating centrifugal pump
The invention relates to a vertical self-regulating centrifugal pump. Such pumps are also used for pumping liquid metals, in particular liquid mercury in chlorine electrotysis, the aim being to automatically regulate the delivery flow on the pressure side as a function of the flow flowing on the suction side. In centrifugal pumps of this type, the delivery flow on the pressure side must be regulated as a function of the liquid flow flowing in on the suction side in order to prevent the centrifugal pump from running dry and thus being damaged by dry running in the event of a discontinuous inflow.
Furthermore, by reducing the flow of liquid that flows into the pump on the suction side, which is due to an increase in the viscosity of the material to be conveyed during longer circulation times within the process, the flow rate leaving the pump on the pressure side must also be reduced accordingly. The adjustment of this delivery flow on the pressure side to the flow of liquid flowing into the pump on the suction side must take place as directly as possible and over longer periods of time.
It is known, in systems in which vertical centrifugal pumps are used to convey mercury, to carry out the regulation manually in accordance with the changing inflow. This happens on the one hand by direct throttling of the pressure-side delivery flow of the pump in the pressure line by means of a slide or valve, or by indirect action on the delivery flow through a bypass and throttling in this bypass line, which connects the pressure side of the pump with the suction side, also in this one An additional control element (slide or valve) is necessary.
It is also known not to carry out the regulation of the same type manually, but rather via control devices which are actuated as a function of the liquid level on the suction side. The throttling itself can be triggered electrically or pneumatically.
The control devices are driven either electrically or pneumatically.
Furthermore, there would be the possibility of giving the suction-side container a very large surface and thereby largely absorbing fluctuations in the inflow due to the increased volume of the suction-side storage container.
The disadvantages of the known types of regulation are:
Operating personnel are required for manual control; the control cannot be carried out continuously depending on the flow of liquid, but is possible at certain time intervals. It is necessary to install gate valves in the pressure line or in the bypass line. Since the conveyed goods are mostly mercury, the sealing of the shaft bushing on these control valves requires special precautions, and the operational safety of the system is reduced by installing an additional control element.
Another point that has an unfavorable effect on the operation of the system is that the volume of the pipeline, which must be kept as small as possible for reasons related to the system, is increased.
If this control is not carried out manually, but rather automatically using a measuring instrument, additional installation work with regard to power supply or air supply occurs. In addition, precautions must be taken to protect the measuring instrument from the aggressive vapors above the conveyed medium.
Another requirement with regard to the safety of the operation of the system, especially in the case of chlorine electrolysis, is that both these measuring instruments and the actuating motors for the control fittings are designed in explosion-proof design.
With automatic control it must also be taken into account that the overall efficiency of the system is lower due to the energy required to operate the control valves.
The invention is based on the object of eliminating the disadvantages running in parallel with the known types of regulation, increasing the overall efficiency of the system and reducing the degree of uncertainty of the system both with regard to the risk of explosion and operational safety. According to the invention, this object is achieved in that the internal losses of the centrifugal pump are increased or reduced as a function of the liquid level on the suction side and thus as a function of the conveying medium flowing in on the suction side. The purpose of this is to reduce or increase the delivery flow on the pressure side accordingly.
This increase or reduction in the internal losses of the pump is expediently done by axially displacing the impeller to the housing and to the shaft guide tube, which results in a different coverage or release of the sealing gap between the impeller, housing and shaft guide tube. This axial displacement is advantageously achieved by the buoyancy of the rotating part of the pump immersed in the liquid. This buoyancy can be additionally increased by a float, the dimensioning of the float or the counterweight, which has adjustment options, according to the spec. Weight of the conveyed good is dimensioned.
Embodiments of the invention are shown in FIGS. 1 and 2 and are explained in more detail below. It shows
Fig. 1 shows a longitudinal section through a centrifugal pump unit and
2 shows a longitudinal section through a centrifugal pump for a separate motor arrangement.
The liquid standing in the wave guide tube 1 generates a buoyancy which acts on the parts lying below the liquid level 2, namely the shaft 3 (partially), the impeller 4, the float 5 (partially). If the liquid level in the wave guide tube 1 rises by a certain amount, the buoyancy on the parts already mentioned is increased. The shaft 3 with all parts firmly connected to it, namely the impeller 4, the float 5, the roller bearing inner rings 6 and 7, the motor rotor 8, the fan blade 9, moves in the axial direction upwards. This axial displacement of the complete rotor upwards brings the impeller 4 to the housing 27 in an optimal position. The impeller outlet 11 lies exactly in the middle of the spiral inlet 12.
The gap overlap between the impeller 4 and the shaft guide tube 1 at the point 13 is also optimal, which means that the internal losses of the pump are minimal and the delivery rate is highest.
This axial upward displacement of the shaft with all attachments is limited by the ball bearing 14, namely by the inner ring of the ball bearing 14, which is itself clamped firmly against the motor housing 17 and the shaft guide tube 1 via the bearing housing 15, the motor shield 16. Here the lower limiting ring 18 arranged on the shaft 1 runs against the inner ring of the ball bearing 14.
When the liquid level 2 in the wave guide tube 1 falls below a certain level, the buoyancy is reduced. The shaft 3 with the parts attached to it thus moves in the axial direction downwards. The impeller 4 is deflected downward by this axial displacement from the throttle gap 13 formed by the shaft guide tube 1 and the impeller 4; the throttle gap between impeller 4 and housing 27 remains in function. On the other hand, the throttle gap 13 between the shaft guide tube 1 and the impeller 4 loses its effect, the liquid flows back to the suction side of the impeller 4 instead of into the double spiral 19.
In addition, there is a displacement of the impeller outlet 11 against the spiral inlet 12, which is limited by an upper limiting ring 22, which is arranged on the shaft 3, in cooperation with the ball bearing 14, in accordance with the limitation of the axial displacement upwards, which also increases the delivery rate reduced by the pump. The pump thus conveys significantly less liquid compared to the optimal position in which the impeller 4 is in the floated state. Appropriate dimensioning and number of relief bores 20 in impeller 4 can support or reduce the buoyancy of the delivery liquid. This allows the height of the upper and lower liquid level in the wave guide tube 1 to be determined.
Further corrections can be made in that the float 5 can be fastened to the shaft 3 at different heights by means of the adjusting screw 21.
The invention naturally also applies to the embodiment shown in FIG. 2, which - in contrast to the embodiment shown in FIG. 1 - allows a separate arrangement of the motor. The function is identical to that described; The end shield 16 and 23 and the motor housing 17 in FIG. 1 are exchanged for the bearing lantern 24 in FIG. 2, the motor rotor 8, the stator package 24 and the fan blade 9 in FIG. 1 are omitted. For this purpose, the coupling in FIG. It is driven by the separate motor, the stub shaft 26 of which can be seen in FIG.
The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that the use of the buoyancy of the liquid in the shaft guide tube 1 makes it possible to regulate the delivery flow on the pressure side. There is no need to use additional fittings and control devices to keep the flow rate constant on the pressure side. No sensitive measuring elements need to be introduced into the space inside the wave guide tube 1. In addition, there are no sliding surfaces in this room that could give rise to possible disturbances. With a corresponding number of relief bores 20 in the impeller 4 and by setting the float 5 via the adjusting screw 21 on the shaft 3, one and the same pump can be used to keep the liquid level constant at various heights on the suction side.