BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine selbstansaugende mehrstufige Kreiselpumpe mit Spaltrohrmotor.
Man kennt bereits unterschiedliche selbstansaugende Pumpen, die jedoch noch verschiedene Nachteile haben. Beispielsweise sind Seitenkanalpumpen selbstansaugend; sie sind jedoch aufgrund ihrer konstruktiven Ausbildung schmutzempfindlich und haben einen schlechten Wirkungsgrad.
Die vorerwähnten Nachteile vermeidet man zu einem erheblichen Teil bei Kreiselpumpen, die mit einem Vorsaugbehälter ausgerüstet sind. Nachteilig ist dabei der zusätzliche Aufwand, der entsprechende Platzbedarf sowie das notwendige, vergleichsweise grosse Flüssigkeitsvolumen, das beim Vorsaugbenälter gebraucht wird. Das vergrösserte Flüssigkeitsvolumen ist dabei besonders nachteilig, wenn stark radioaktive Medien gefördert werden sollen. Bei entsprechenden Pumpen soll jede unnötige Ansammlung von radioaktiver Flüssigkeit vermieden oder wenigstens so klein wie möglich gehalten werden, um die Ausstrahlung auf die Umgebung so gering wie möglich zu halten.
Es besteht daher die Aufgabe, eine Pumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die einerseits selbstansaugend arbeitet, dabei jedoch die Nachteile von Vorsaugbehältern vermeidet und insbesondere zum Fördern von radioaktiven, stark korrosiven Medien, die gegebenenfalls Kristalle oder suspendierte Feststoffe und/oder Gase enthalten können, fördern kann.
Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe besteht bei der Kreiselpumpe der eingangs erwähnten Art in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Eine solche Kreiselpumpe arbeitet ohne Vorsaugbehälter selbstansaugend und man kann eine Saughöhe von etwa 4 bis 5 m erreichen; dabei ist eine solche Kreiselpumpe auch weitgehend unempfindlich gegenüber im Fördermedium enthaltenen Kristallen, Feststoffen, Gasen usw. Durch das Entfallen des Vorsaugbehälters entfällt auch beim Fördern von radioaktiven Flüssigkeiten eine grössere Ansammlung davon und die dadurch bedingte radioaktive Ausstrahlung.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform erhält man, wenn die Kreiselpumpe im Spaltrohrmotor als Vertikalpumpen-Motoraggregat ausgebildet ist. Dann ist das gesamte Aggregat sehr platzssparend im Grundriss, man kommt mit einem vergleichsweise kleinen Flüssigkeitsvolumen für den Ansaugvorgang aus und erhält eine sichere Entlüftung der Pumpe einschliesslich einer Evakuierung der Saugleitung.
Eine zweckmässige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass ausser der Selbstansaugstufe mindestens zwei, gegebenenfalls mehr Kreiselpumpenlaufräder vorgesehen sind. Dadurch erreicht man, dass die Pumpe auch bei relativ kleinen Fördermengen eine grosse Förderhöhe erbringen kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Pumpe besteht darin, dass das saugseitig erste Pumpenlaufrad einen im Vergleich zu den Durchtrittsquerschnitten des oder der nachfolgenden Pumpenlaufräder verbreiterten Durchtrittsquerschnitt für das Fördermedium hat. Der grössere Durchflussquerschnitt beim saugseitig ersten Pumpenlaufrad bewirkt einen vergleichsweise geringen Druckabfall bei der Geschwindigkeitsumsetzung und dementsprechend nach dem Gesetz von Beroulli einen vergleichsweise geringen Druckabfall. Die Gefahr des Abreissens der Förderflüssigkeit wird dementsprechend klein gehalten.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass die Pumpen-Motor-Einheit in einem fallenden Abschnitt eines siphonartigen Rohrleitungsaggregates angeordnet ist, bei dem die nach oben weisenden, U-förmigen Siphon-Leitungsschenkel mittels einer Verbindungsleitung, in der sich ein Verschlussventil befindet, kurzschliessbar sind, wobei sich die Pumpe in dem zur Druckleitung führenden Siphon-Leitungsschenkel befindet und die Saugleitung von der Unterseite der Pumpe zunächst nach oben vorzugsweise bis in die Höhe des Druckstutzens der Pumpe geführt ist, wo sich diese Leitung in den nach unten verlaufenden Saugleitungsteil und in die mit dem Verschlussventil versehene Verbindungsleitung aufteilt.
Mit einer solchen Anordnung der Pumpen-Motor-Einheit innerhalb des vorbeschriebenen Rohrleitungsaggregates kann man beim Stillsetzen der Pumpe das Verschlussventil öffnen und ein Überhebern der Förderflüssigkeit von der Druckseite zur Saugseite und damit ein teilweises oder ganzes Leerlaufen der Pumpe während ihres Stillstandes verhindern, und zwar ohne dass - vom vorerwähnten Verschlussventil abgesehen - besondere Ventile erforderlich wären.
Zusätzliche Weiterbildungen der Erfindung sind in weiteren abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung noch näher erläutert und beschrieben.
Es zeigen in unterschiedlichen Massstäben:
Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Kreiselpumpe, die Teil eines Rohrleitungsaggregates ist (vergl. Schnitt I-I in Fig. 4),
Fig. 2 eine etwa der Kreiselpumpe gemäss Fig. 1 entsprechende Darstellung in vergrössertem Massstab,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Selbstsaugstufe mit Mitteln zur Laufradzellenspülung, und
Fig. 4 und 5 in vergrössertem Massstab je einen Schnitt durch den Entmischungsraum entsprechend der Schnittlinie IV-IV in Fig. 2 mit Blick auf die Selbstansaugstufe.
Eine mehrstufige Kreiselpumpe 1 ist durch einen Spaltrohrmotor 2 angetrieben. Diese Teile werden nachstehend auch kurz Pumpe 1 , Motor 2 und Pumpen-Motor-Einheit 3 genannt. Die Pumpen-Motor-Einheit 3 ist als Vertikalpumpe ausgebildet (Fig. 1 und 2). Das Pumpengehäuse 4 weist einen Sauganschluss-Flansch 5 an seinem unteren Ende 6 auf. Die Pumpe 1 hat fünf Laufräder 7 bis 11. Es gehört mit zur Erfindung, dass das in Förderrichtung letzte Pumpenlaufrad 11 als Selbstansaugstufe mit Laufradzellenspülung ausgebildet ist, was nachstehend noch näher erläutert wird.
Diesem Selbstansaugstufen-Laufrad ist ein Entmischungsraum 12 zugeordnet. Von ihm aus führen interne Förderkanäle 13, 14 und 16 im Fördermediumaustritt aus der Pumpen-Motor-Einheit 3 heraus. Der Austritt 17 befindet sich im Druckstutzen 18 der Pumpen-Motor-Einheit 3.
Im Spaltrohrmotor 2 befindet sich in der üblichen Weise eine zum Stator 23 gehörige Statorwicklung 19. Diese Teile 19, 23 sind in der bei Spaltrohrmotoren üblichen Weise gegenüber dessen Innenraum 42 durch ein Spaltrohr 24 abgeschlossen. Der Motor-Rotor 21 des Spaltrohrmotors 2 sitzt auf einer Welle 22, die abschnittweise als Hohlwelle 22 a ausgebildet ist und den Motor 2 mit dem im ganzen mit 25 bezeichneten Pumpenläufer verbindet und diesen antreibt.
Zwischen dem Motor-Rotor 21 und dem Spaltrohr 24 befindet sich in der üblichen Weise ein Rotorspalt 20, der einerseits im Hinblick auf einen guten elektromagnetischen Wirkungsgrad in bekannter Weise klein gehalten wird, andererseits im Interesse einer Kühlung ein Durchfluss des Fördermediums von der Pumpe 1 in Richtung auf den Druckstutzen 18 erlaubt. In der Welle 22, die vom Bereich des Entmischungsraumes 12 bis zum Fördermedium-Austritt als Hohlwelle 22 a mit einer Wellenbohrung 15 ausgebildet ist, befinden sich interne Förderkanäle 14 und 16, die in dieser Ausführung als Radialbohrungen ausgebildet sind.
Weitere interne Förderkanäle, von denen in Fig. 2 einer (13) sichtbar ist, verbinden den Entmischungsraum 12 mit dem Spaltrohrmotor-Innenraum 42. Fördermedium kann dementsprechend gemäss den eingezeichneten Pfeilen Pf 1 ;sowohl vom Entmischungsraum 12 über den internen Förderkanal 14 unmittelbar in die Wellenbohrung 15 und von dort in den Fördermedium-Austritt 17 gelangen als auch über die internen Förderkanäle 13 in den unteren Motorinnenraum 42a, von dort durch den Rotorspalt zum oberen Motorinnenraum 42b und von dort durch den internen Förderkanal 16 ebenfalls in die Wellenbohrung 15. Die Lager 40 und 41 der Welle 22 befinden sich ebenfalls im Bereich des von Fördermedium durchflossenen bzw. mit Fördermedium gefüllten Motorinnenraumes, so dass eine Schmierung gewährleistet ist.
Da der Rotorspalt 20, wie bereits erwähnt, kleingehalten wird, strömt das Fördermedium im Bereich des Rotors 21 weitgehend durch die Bohrung 15 der Hohlwelle 22, an deren oberen Ende praktisch vollständig durch diese Hohlwelle 22a wenn man einmal von dem-durch das Lager 40 in den Fördermedium-Austritt 17 gelangenden Anteil absieht.
Das Pumpengehäuse 4, das Gehäuse 26 des Entmischungsraumes 12 sowie das Motorgehäuse 27 bilden einen rohrartigen Gesamtkörper, der nach aussen hermetisch dicht abgekapselt ist, und am Druckstutzen 18 dieser geschlossenen Pumpen-Motor-Einheit 3 setzt eine Druckleitung 39 an. Die Pumpen-Motor-Einheit 3 bildet dementsprechend eine Inline-Pumpe .
Wie gut aus Fig. 2 erkennbar, ist der lichte Querschnitt Q 7 des dem Sauganschluss-Flansch 5 benachbarten, untersten Pumplaufrades 7 merkbar grösser als der Durchtrittsquerschnitt Q 8 des nachfolgenden Pumpenlaufrades 8 bzw. der weiteren Laufräder 9, 10 usw., wodurch, wie bereits erwähnt, ein geringerer Druckabfall beim saugseitigen Pumpenlaufrad 7 erreicht wird.
Das dem Antrieb benachbarte, in Förderrichtung also letzte Pumpenlaufrad ist als Selbstansaugstufe ausgebildet und innerhalb des Entmischungsraumes 12 angeordnet, der den übrigen Laufrädern 7 bis 10 nachgeschaltet ist. Dabei ist bei dieser Selbstansaugstufe 11 eine Laufradzellspülung vorgesehen. Das Prinzip einer Selbstansaugstufe mit Laufradzellspülung ist an sich bekannt und schematisch in Fig. 3 dargestellt. M ist der Gehäusemantel, L das Laufrad, welches sich gemäss Pfeil Pf 2 dreht, Z sind die einzelnen Laufradzellen. Charakteristisch für die Laufradzellen-Spülung ist nun, dass äm Umfang des Laufrades L eine feststehende Führungsfläche F vorgesehen ist, die in eine ebenfalls feststehende Fangdüse D übergeht.
Durch die Führungsfläche F wird Fördermedium entsprechend den Strömungslinien S in den Bereich des Laufrades bzw. den einzelnen an der Führungsfläche vorbeistreichenden Laufradzellen Z hineingelenkt, wobei im Fördermedium befindliches Gas, Gasflüssigkeitsschaum oder dergleichen erfasst und unter Vermischung zu der Fangdüse D und von dort zum Druckstutzen befördert wird, von wo das Gas oder dergleichen nach oben abziehen kann.
Sich trennende Flüssigkeit kann wieder in den vorbeschriebenen Vorgang des Laufradzellen-Spülens eintreten.
Diese bei einstufigen Pumpen mit Spiralgehäuse an sich bekannte, vom Prinzip der Wasserstrahlpumpe Gebrauch machende Arbeitsweise wird nun gemäss der Erfindung in Verbindung mit einer mehrstufigen Kreiselpumpe 1 realisiert, wobei sich an die normalen Pumpenlaufräder 7 bis 10 der Entmischungsraum 12 anschliesst, in dem eine Selbstansaugstufe 11 untergebracht ist (Fig. 2 u. 4). 26 ist das im wesentlichen zylindrische Gehäuse des Entmischungsraumes 12, in dem sich, konzentrisch um die Selbstansaugstufe 11, ein Leitapparat 46 mit entsprechenden Leitschaufeln 47 befindet. Zentral erkennt man die hier noch nicht hohle Welle 22. Nun ist am Umfang des als Selbstansaugstufe 11 vorgesehenen Laufrades in einem Bereich eine feststehende Führungsfläche 48 vorgesehen, die sich in einer ebenfalls feststehenden Fangdüse 49 fortsetzt.
Wie bereits im Prinzip in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben, ergibt sich dann folgende Arbeitsweise: Bei der im ganzen mit 50 bezeichneten Selbstansaugvorrichtung wird ein Spülstrom 51, wie er durch die Strömungslinien 52 in Fig. 4 dargestellt ist, vom als Selbstsaugstufe 11 ausgebildeten Laufrad infolge der Schleppwirkung von dessen Schaufelenden 53 erzeugt.
Durch die im Gehäuse 26 des Entmischungsraumes 12 feststehende Führungsfläche 48 wird der Spülstrom in die bei der Führungsfläche 48 vorbeistreichenden Laufradzellen 63 hineingelenkt. Ein evtl. in diesem als Selbstansaugstufe 11 ausgebildeten Laufrad vorhandenes Flüssigkeitsgasgemisch wird durch diesen Spülstrom 51 erfasst, ähnlich dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe, und dann einem Diffusor zugeführt.
Dieser wird durch die Fangdüse 49 gebildet, die ebenfalls fest im Entmischungsraum-Gehäuse 26 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen oberhalb der Selbstansaugstufe 11 der Entmischungsraum 12 vorgesehen. Von ihm aus kann dann Luft oder dergleichen Gas nach oben durch die internen Förderkanäle 13, 14, 16 bzw. die Wellenbohrung 15 durch den Motor 2 hindurch zum Druckstutzen 18 der Pumpen-Motor-Einheit entweichen. Im Spülstrom 51 enthaltenes Fördermedium kann dabei insbesondere im Entmischungsraum sich von dem vorerwähnten Gas trennen, nach unten fallen und erneut am Spülvorgang teilnehmen. Dabei ergibt sich bei der vorbeschriebenen Anordnung in vorteilhafter Weise, dass der Spaltrohrmotorinnenraum als Vorratsbehälter für Fördermedium und gleichzeitig als Entmischungsraun für die Selbstansaugstufe dient.
Jeder Selbstansaugstufe muss ein Entmischungs- oder Abscheideraum zugeordnet sein. Bei der vorerwähnten Anordnung ist der Entmischungsraum 12 praktisch durch den Spaltrohrmotorinnenraum 42 vergrössert, ohne dass dadurch der Platzbedarf der gesamten Pumpen-Motor-Einheit praktisch vergrössert zu werden braucht. Hinzu kommt, dass durch die Lage der internen Förderkanäle 13, 14, durch einen Deckelflansch 43, der das Motorgehäuse 27 mit dem Entmischungsraum Gehäuse 26 verbindet, durch die untere Stirnseite 44 des Rotors 21 od. dgl. Umlenkflächen (vgl. z. B. die Stirnfläche 44 a des Lagers 40 gewissermassen zusätzliche Prall- und Umlenkflächen für in einem Gas-Fördermedium-Gemisch vorhandene Flüssigkeitsteilchen vorhanden sind.
Dementsprechend wird durch die Nachschaltung des Spaltrohrmotors 2 bzw. seines Innenraumes 42 hinter den Entmischungsraum 12 dieser nicht nur vom Volumen sondern auch von seiner Funktionstüchtigkeit her verbessert.
Aus Fig. list gut erkennbar, dass die Pumpen-Motor-Einheit in einem fallenden Abschnitt 30 eines syphonartigen Rohrleitungsaggregats 31 angeordnet ist. Die beiden nach oben weisenden U-förmigen Syphon-Leitungsschenkel 32,33 sind oben mittels einer Verbindungsleitung 34 kurzzuschliessen, wenn ein in dieser Verbindungsleitung 34 vorgesehenes Verschlussventil 38 geöffnet ist. Dieses ist als Magnetventil 54 ausgebildet. Eine Saugleitung 35 ist bei diesem Rohrleitungs-Aggregat so angeordnet, dass sie von einer Saugstelle 55 zunächst nach oben bis in die Höhe des Druckstutzens 18 der Pumpen-Motor-Einheit 3 geführt ist, wo sich diese Saugleitung 35 in den zum Sauganschluss Flansch 5 führenden Syphon-Leitungsschenkel 33 und in die Verbindungsleitung 34 aufteilt.
Ist die Pumpen-Motor-Einheit 3 innerhalb des vorbeschriebenen Rohrleitungsaggregates 31 einmal mit Flüssigkeit gefüllt und betriebsbereit, kann sie selbstansaugen. Vorteilhaft ist auch, dass die Flüssigkeitsfüllung in der Pumpen Motor-Einheit 3 auch bereits in der Anlaufzeit die Kühlung und Schmierung sicherstellt. Im Betriebszustand ist das Magnetventil 54 der Verbindungsleitung 34 geschlossen. Bei Betriebsaufnahme saugt die Pumpe 1 dann über den einen Leitungsschenkel 33 des syphonartigen Rohrleitungsaggregates 31 sowie über die abwärts zur Saugstelle 55 führende Leitung 35 Fördermedium an. Wie bereits erwähnt, sind Saughöhen von etwa 4 bis 5 m erreichbar.
Beim Stillsetzen der Pumpe 1 wird das Verschlussventil 38 geöffnet, so dass eine direkte Verbindung zwischen der Druckleitung 39 und der Saugleitung 35 entsteht, während sich die Pumpen Motor-Einheit zusammen mit den Leitungsabschnitten 32 und 33 innerhalb eines unten geschlossenen, syphonartigen Rohrleitungssystems befinden. Ein Überhebern der Flüssigkeit, die sich in der Pumpen-Motor-Einheit 3 bzw. dem Rohrleitungs-Seitenschenkel 33 befindet, wird vermieden. Für den nächsten Anlaufvorgang ist die Pumpe also mit Flüssigkeit gefüllt und ein Selbstansaugen möglich. Dazu sind, abgesehen von dem vorerwähnten Verschlussventil 38 in der Verbindungsleitung 34, an der Pumpe oder in der Saugleitung 35, also an weniger gut zugänglichen Stellen, keinerlei zusätzliche Ventile nötig.
Auch ist bei dieser Anordnung die Entlüftung sowohl des Rohrleitungssystemes an sich als insbesondere der Pumpen-Motor-Einheit sichergestellt.
Die Gleitlager 40, 41, in denen die Welle 22 lagert, bestehen aus einem verschleissfesten Werkstoff auf der Basis von Siliciumkarbid. Dadurch kann der Verschleiss solcher Gleitlager 40,41 weitestgehend verhindert werden, insbesondere wenn im Fördermedium Feststoffe und/oder Suspensionen enthalten sind. Durch entsprechende Unempfindlichkeit der Pumpen-Motor-Einheit 3 gegen verunreinigte Fördermedien ist ein störungsfreier Betrieb über längere Zeiträume gewährleistet, was derartigen Pumpen häufig erwünscht ist.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung ist, dass in Förderrichtung gesehen - hinter einem Radiallaufrad 7, 8, 9 oder 10 oder einem Satz von Radiallaufrädern 7 bis 10 ein Entmischungsraum mit einem darin umlaufenden, als Selbstansaugstufe ausgebildeten Laufrad 11 mit Laufradzellenspülung vorgesehen sind; ferner ist die Nachschaltung des Spaltrohrmotors 2 eine wichtige kombinatorische Weiterbildung, weil dadurch der Spaltrohrmotorinnenraum 42 mit als Vorratsbehälter bzw. Abscheideraum für die Selbstansaugstufe 11 mit herangezogen wird.
Die erfindungsgemässe Pumpe besitzt gegenüber Seitenkanalpumpen einen verbesserten Wirkungsgrad bei reiner Flüssigkeitsförderung sowie eine geringere Verschleiss- und Schmutzempfindlichkeit. Sie eignet sich insbesondere gut zum Fördern gas- und feststoffhaltiger Medien. Durch den Einsatz eines Spaltrohrmotors 2 erreicht man absolute Dichtheit gegen die Atmosphäre, weshalb die Pumpen-Motor-Einheit 3 auch gut zum Fördern von radioaktiven Medien geeignet ist. Dabei kommt die Pumpen-Motor-Einheit 3 auch mit einem relativ geringen Flüssigkeitsvolumen aus, was bei den letztgenannten Fördermedien erwünscht ist. Infolge der vertikalen Anordnung (Fig. 1) oder wenigstens einer etwa vertikalen Anordnung der Pumpen-Motor-Einheit 3 bleiben Entlüftungsprobleme vermieden.
Unter dem Begriff Inline-Pumpe versteht man in Fachkreisen eine Pumpe, deren Druck- und Saugstutzen direkt in eine gerade Rohrleitung eingebaut werden können. Solche Pumpen sind an sich bekannt. Bei der vorliegenden Motor Pumpeneinheit 3 bzw. bei dieser Pumpe in Verbindung mit dem zugehörigen Rohrleitungsaggregat 31 (vergleich insbesondere Fig. 1 und 2) ergibt sich bei einer solchen Inline Pumpe noch der besondere Vorteil, dass Gas besonders leicht nach oben abgeführt werden kann.
Eine abgewandelte, vorteilhafte Ausführungsform der
Pumpe 1 weist in ihrer Selbstansaugstufe 11 nicht nur eine, sondern mehrere Selbstansaugvorrichtungen 50, 50 a usw.
auf. Für zwei sich gegenüberliegende Selbstansaugvorrichtungen 50, 50 a ist dies in Fig. 5 beispielhaft dargestellt. Man bildet die Pumpe mit einer, zwei und gegebenenfalls mehreren Selbstansaugvorrichtungen 50, 50 a usw. je entsprechend der Pumpen-Grösse und der Saughöhe aus. Auch bei grösseren Pumpen 1 mit passend dazu dimensionierten Spaltrohrmotor steht dann ein entsprechend bemessener Spaltrohrmotorinnenraum 42, ein entsprechender Entmischungsraum 12 usw. zur Verfügung, wobei im Vergleich zur Grösse der Motor-Pumpen-Einheit immer noch eine kompakte Bauweise erhalten bleibt und unnötig grosse Flüssigkeitsräume vermieden werden können.
DESCRIPTION
The invention relates to a self-priming multi-stage centrifugal pump with a canned motor.
Different self-priming pumps are already known, but they still have different disadvantages. For example, side channel pumps are self-priming; however, due to their constructive design, they are sensitive to dirt and have a poor efficiency.
The aforementioned disadvantages are largely avoided in centrifugal pumps that are equipped with a pre-suction tank. The disadvantage here is the additional effort, the corresponding space requirement and the necessary, comparatively large volume of liquid that is used in the pre-suction container. The increased liquid volume is particularly disadvantageous when heavily radioactive media are to be pumped. With appropriate pumps, any unnecessary accumulation of radioactive liquid should be avoided or at least kept as small as possible in order to keep the radiation to the environment as low as possible.
It is therefore the task of creating a pump of the type mentioned at the outset, which on the one hand works self-priming, but at the same time avoids the disadvantages of pre-suction containers and in particular for conveying radioactive, highly corrosive media, which may contain crystals or suspended solids and / or gases , can promote.
The inventive solution to this problem consists in the centrifugal pump of the type mentioned in the characterizing features of claim 1.
Such a centrifugal pump works without priming tank and you can reach a suction height of about 4 to 5 m; such a centrifugal pump is also largely insensitive to crystals, solids, gases, etc. contained in the pumped medium. The omission of the pre-suction container means that there is no larger accumulation of it and the radioactive radiation caused by it, even when pumping radioactive liquids.
A particularly advantageous embodiment is obtained when the centrifugal pump in the canned motor is designed as a vertical pump motor unit. Then the entire unit is very space-saving in its layout, you need a comparatively small volume of liquid for the suction process and you get a safe ventilation of the pump including an evacuation of the suction line.
An expedient development of the invention consists in that, in addition to the self-priming stage, at least two, possibly more, centrifugal pump impellers are provided. This means that the pump can achieve a large delivery head even with relatively small delivery rates.
A preferred embodiment of the pump consists in that the first pump impeller on the suction side has a cross-section for the pumped medium that is widened compared to the passage cross sections of the subsequent pump impeller or the following. The larger flow cross-section of the first pump impeller on the suction side causes a comparatively small pressure drop when converting the speed and accordingly a comparatively small pressure drop according to Beroulli's law. The risk of the fluid being torn off is accordingly kept low.
A particularly advantageous embodiment of the invention consists in that the pump-motor unit is arranged in a falling section of a siphon-like pipeline assembly, in which the upward-facing, U-shaped siphon line leg by means of a connecting line, in which a closure valve is located, can be short-circuited, the pump being located in the siphon line leg leading to the pressure line and the suction line being led from the bottom of the pump upwards, preferably up to the level of the pressure port of the pump, where this line extends into the downward-running suction line part and divided into the connecting line provided with the closing valve.
With such an arrangement of the pump-motor unit within the above-described pipeline unit, the shut-off valve can be opened when the pump is stopped and over-lifting of the pumped liquid from the pressure side to the suction side and thus preventing partial or complete emptying of the pump during its standstill, without that - apart from the aforementioned shut-off valve - special valves would be required.
Additional developments of the invention are listed in further dependent claims.
The invention is explained and described in more detail below on the basis of exemplary embodiments in conjunction with the drawing.
They show on different scales:
1 is a side view, partly in section, of a centrifugal pump which is part of a pipeline assembly (see section I-I in FIG. 4),
2 is an illustration corresponding to the centrifugal pump according to FIG. 1 on an enlarged scale,
Fig. 3 is a schematic representation of a self-suction stage with means for impeller cell flushing, and
4 and 5, on an enlarged scale, each a section through the separation chamber according to section line IV-IV in FIG. 2 with a view of the self-priming stage.
A multi-stage centrifugal pump 1 is driven by a canned motor 2. These parts are also referred to below as pump 1, motor 2 and pump-motor unit 3. The pump-motor unit 3 is designed as a vertical pump (FIGS. 1 and 2). The pump housing 4 has a suction connection flange 5 at its lower end 6. The pump 1 has five impellers 7 to 11. It is part of the invention that the last pump impeller 11 in the conveying direction is designed as a self-priming stage with impeller cell flushing, which will be explained in more detail below.
A separation chamber 12 is assigned to this self-suction stage impeller. From there, internal delivery channels 13, 14 and 16 lead out of the pump-motor unit 3 in the delivery medium outlet. The outlet 17 is located in the pressure port 18 of the pump-motor unit 3.
In the canned motor 2 there is a stator winding 19 belonging to the stator 23 in the usual way. These parts 19, 23 are closed off in the usual way in the case of canned motors with respect to the interior 42 thereof by a canned pipe 24. The motor rotor 21 of the canned motor 2 is seated on a shaft 22, which is designed in sections as a hollow shaft 22 a and connects the motor 2 with the pump rotor designated as a whole and drives it.
Between the motor rotor 21 and the can 24 there is a rotor gap 20 in the usual way, which on the one hand is kept small in a known manner with regard to good electromagnetic efficiency, and on the other hand in the interest of cooling a flow of the pumped medium from the pump 1 in Direction to the pressure port 18 allowed. In the shaft 22, which is designed as a hollow shaft 22 a with a shaft bore 15 from the area of the separation chamber 12 to the outlet of the medium to be conveyed, there are internal delivery channels 14 and 16, which are designed as radial bores in this embodiment.
Further internal delivery channels, one of which (13) is visible in FIG. 2, connect the separation chamber 12 to the canned motor interior 42. Accordingly, the medium can be conveyed according to the arrows Pf 1; both from the separation room 12 via the internal delivery channel 14 directly into the Shaft bore 15 and from there into the delivery medium outlet 17 as well as via the internal delivery channels 13 into the lower motor interior 42a, from there through the rotor gap to the upper motor interior 42b and from there through the internal delivery channel 16 also into the shaft bore 15. The bearings 40 and 41 of the shaft 22 are also located in the region of the motor interior through which the pumped medium flows or filled with the pumped medium, so that lubrication is ensured.
Since the rotor gap 20, as already mentioned, is kept small, the pumped medium flows in the area of the rotor 21 largely through the bore 15 of the hollow shaft 22, at the upper end of which it is practically completely through this hollow shaft 22a as soon as one passes through the bearing 40 the portion coming out of the delivery medium outlet 17.
The pump housing 4, the housing 26 of the separation chamber 12 and the motor housing 27 form a tubular overall body which is hermetically sealed from the outside, and a pressure line 39 attaches to the pressure port 18 of this closed pump-motor unit 3. The pump-motor unit 3 accordingly forms an inline pump.
2, the clear cross section Q 7 of the lowest pump impeller 7 adjacent to the suction connection flange 5 is noticeably larger than the passage cross section Q 8 of the subsequent pump impeller 8 or of the further impellers 9, 10 etc., which means how already mentioned, a lower pressure drop in the suction-side pump impeller 7 is achieved.
The pump impeller adjacent to the drive, that is to say the last in the conveying direction, is designed as a self-priming stage and is arranged within the separation chamber 12 which is connected downstream of the other impellers 7 to 10. An impeller cell flush is provided in this self-priming stage 11. The principle of a self-priming stage with impeller cell flushing is known per se and is shown schematically in FIG. 3. M is the casing shell, L the impeller, which rotates according to arrow Pf 2, Z the individual impeller cells. It is characteristic of the impeller cell flushing that a fixed guide surface F is provided around the circumference of the impeller L, which merges into a likewise fixed catch nozzle D.
The conveying medium is directed through the guide surface F in accordance with the flow lines S into the area of the impeller or the individual impeller cells Z passing the guiding surface, gas, gas liquid foam or the like located in the conveying medium being detected and conveyed to the catch nozzle D and from there to the pressure port from where the gas or the like can withdraw upward.
Liquid that separates can re-enter the above-described process of rinsing the impeller cells.
This method, which is known per se in single-stage pumps with a spiral housing and makes use of the principle of the water jet pump, is now implemented in accordance with the invention in connection with a multi-stage centrifugal pump 1, the separation chamber 12 connecting to the normal pump impellers 7 to 10, in which a self-priming stage 11 is housed (Fig. 2 and 4). 26 is the essentially cylindrical housing of the separation chamber 12, in which a guide apparatus 46 with corresponding guide vanes 47 is located, concentrically around the self-priming stage 11. The shaft 22, which is not yet hollow, can be seen in the center. A fixed guide surface 48 is now provided on the circumference of the impeller provided as the self-suction stage 11, which continues in a likewise fixed collecting nozzle 49.
As already described in principle in connection with FIG. 3, the following procedure then results: In the case of the self-priming device, designated as a whole by 50, a flushing stream 51, as represented by the flow lines 52 in FIG. 4, is generated by the impeller designed as a self-suction stage 11 generated due to the drag effect of the blade ends 53 thereof.
The flushing flow is directed into the impeller cells 63 passing by the guide surface 48 through the guide surface 48 fixed in the housing 26 of the separation chamber 12. Any liquid gas mixture present in this impeller, which is designed as a self-priming stage 11, is detected by this flushing stream 51, similar to the principle of a water jet pump, and then fed to a diffuser.
This is formed by the trap nozzle 49, which is also fixed in the separation chamber housing 26. In the exemplary embodiment, the separation chamber 12 is provided essentially above the self-priming stage 11. From it, air or the like gas can then escape upwards through the internal delivery channels 13, 14, 16 or the shaft bore 15 through the motor 2 to the pressure port 18 of the pump-motor unit. Conveying medium contained in the flushing stream 51 can separate from the aforementioned gas, in particular in the separation chamber, fall down and participate in the flushing process again. The arrangement described above advantageously results in the canned motor interior serving as a storage container for the conveying medium and, at the same time, as a separation chamber for the self-priming stage.
A separation or separation room must be assigned to each self-priming stage. In the above-mentioned arrangement, the separation chamber 12 is practically enlarged by the canned motor interior 42 without the space requirement of the entire pump-motor unit needing to be practically increased as a result. In addition, due to the position of the internal delivery channels 13, 14, through a cover flange 43, which connects the motor housing 27 to the separation chamber housing 26, through the lower end face 44 of the rotor 21 or the like, deflection surfaces (cf. e.g. the end face 44 a of the bearing 40, so to speak, additional baffle and deflection surfaces are present for liquid particles present in a gas-medium mixture.
Accordingly, by inserting the canned motor 2 or its interior 42 behind the separation chamber 12, the latter is improved not only in terms of volume but also in terms of its functionality.
It can be clearly seen from FIG. 1 that the pump-motor unit is arranged in a falling section 30 of a siphon-like pipeline assembly 31. The two upward-facing U-shaped siphon line legs 32, 33 are to be short-circuited at the top by means of a connecting line 34 when a closure valve 38 provided in this connecting line 34 is opened. This is designed as a solenoid valve 54. A suction line 35 is arranged in this pipeline unit in such a way that it is first led from a suction point 55 up to the height of the pressure port 18 of the pump motor unit 3, where this suction line 35 leads into the flange 5 leading to the suction connection Siphon leg 33 and divided into the connecting line 34.
Once the pump-motor unit 3 within the above-described pipeline assembly 31 is filled with liquid and ready for operation, it can self-prime. It is also advantageous that the liquid filling in the pump motor unit 3 ensures cooling and lubrication even during the start-up time. In the operating state, the solenoid valve 54 of the connecting line 34 is closed. When operation begins, the pump 1 then sucks in the conveying medium via the one line leg 33 of the siphon-like pipeline assembly 31 and via the line 35 leading down to the suction point 55. As already mentioned, suction heights of around 4 to 5 m can be achieved.
When the pump 1 is stopped, the shut-off valve 38 is opened, so that a direct connection is established between the pressure line 39 and the suction line 35, while the pump motor unit together with the line sections 32 and 33 are located within a siphon-like piping system which is closed at the bottom. A lifting of the liquid, which is located in the pump-motor unit 3 or the pipeline side leg 33, is avoided. For the next start-up, the pump is filled with liquid and self-priming is possible. Apart from the aforementioned shut-off valve 38 in the connecting line 34, on the pump or in the suction line 35, that is to say at locations that are less accessible, no additional valves are required for this.
With this arrangement, the ventilation of both the piping system itself and, in particular, the pump-motor unit is ensured.
The slide bearings 40, 41, in which the shaft 22 is supported, consist of a wear-resistant material based on silicon carbide. As a result, the wear of such plain bearings 40, 41 can be largely prevented, in particular if solids and / or suspensions are contained in the pumped medium. Corresponding insensitivity of the pump-motor unit 3 to contaminated fluids ensures trouble-free operation over longer periods of time, which is often desirable for such pumps.
An essential aspect of the invention is that seen in the direction of conveyance - behind a radial impeller 7, 8, 9 or 10 or a set of radial impellers 7 to 10 there is provided a separation chamber with an impeller 11 with impeller cell flushing which is designed as a self-priming stage; Furthermore, the subsequent connection of the canned motor 2 is an important combinatorial development, because the canned motor interior 42 is thereby also used as a storage container or separating space for the self-priming stage 11.
Compared to side channel pumps, the pump according to the invention has an improved efficiency with pure liquid delivery and a lower sensitivity to wear and dirt. It is particularly well suited for pumping media containing gases and solids. Through the use of a canned motor 2, absolute tightness against the atmosphere is achieved, which is why the pump-motor unit 3 is also well suited for conveying radioactive media. The pump-motor unit 3 also manages with a relatively small volume of liquid, which is desirable for the latter media. As a result of the vertical arrangement (FIG. 1) or at least an approximately vertical arrangement of the pump-motor unit 3, ventilation problems are avoided.
In specialist circles, the term inline pump is a pump whose pressure and suction connection can be installed directly in a straight pipe. Such pumps are known per se. In the present motor pump unit 3 or in this pump in connection with the associated pipeline unit 31 (compare in particular FIGS. 1 and 2), there is the particular advantage of such an inline pump that gas can be discharged particularly easily upwards.
A modified, advantageous embodiment of the
In its self-priming stage 11, pump 1 has not only one but several self-priming devices 50, 50 a, etc.
on. This is shown by way of example in FIG. 5 for two self-priming devices 50, 50 a located opposite one another. The pump is designed with one, two and possibly several self-priming devices 50, 50 a, etc., depending on the pump size and the suction head. Even in the case of larger pumps 1 with a suitably dimensioned canned motor, a suitably dimensioned canned motor interior 42, a corresponding separation chamber 12, etc. is then available, a compact design still being maintained in comparison with the size of the motor-pump unit and unnecessarily large liquid spaces being avoided can be.