-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifugalpumpe mit einem Zentrifugalpumpenausgangsraum
sowie mit einer zusätzlichen,
vorzugsweise als Vakuumpumpe ausgebildeten Entlüftungspumpe mit einem Entlüftungspumpeneingang
und einem Entlüftungspumpenausgang.
-
Derartige
Pumpen sind seit langem in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Jede
der bekannten Pumpen soll dabei das Problem lösen, dass eine Kreiselpumpe
bzw. Zentrifugalpumpe im einleitenden Betriebszustand nicht selbstansaugend ist.
-
Beispielsweise
ist in der
DE 19 60
076 A1 eine Zentrifugalpumpe offenbart, welche an deren Rückseite
eine Entlüftungspumpe
aufweist. Bei der vorbekannten Zentrifugalpumpe sind sowohl der
Einlass als auch der Auslaß der
Zentrifugalpumpe mit dem Einlass der Entlüftungspumpe über ein
Ventil verbunden. Zum Entlüften
wird das Ventil der bekannten Zentrifugalpumpe so geschaltet, dass
der Einlass der Zentrifugalpumpe direkt mit dem Einlass der Entlüftungspumpe
verbunden ist. Im normalen Betrieb wird dagegen das Ventil so geschaltet,
dass der Auslass der Zentrifugalpumpe mit der Entlüftungspumpe
verbunden ist. Die Entlüftungspumpe
ist also sowohl mit dem Einlass als auch mit dem Auslass der Zentrifugalpumpe
verbunden.
-
Das
bekannte Prinzip bei dem Entlüftungsvorgang
beruht hierbei darauf, dass der Einlass der Entlüftungspumpe mit dem Einlass
der zu entlüftenden
Zentrifugalpumpe verbunden wird. Nachteilig bei dieser vorbekannten
Ausführungsform
einer selbstentlüftenden
Zentrifugalpumpe ist, dass ein Ventil erforderlich ist, wodurch
der Aufbau komplex und potentiell fehleranfällig wird.
-
Aus
der
DE 85 28 001 U1 ist
eine gattungsgemäße Zentrifugalpumpe
vorbekannt, bei der eine Entlüftungspumpe über eine
Leitung mit dem Laufrad der Zentrifugalpumpe verbunden ist, so dass
eine Entlüftung
der Zentrifugalpumpe aus dem Verdichtungsraum der Zentrifugalpumpe
heraus erfolgt. Zur Durchführung
der Entlüftung
ist auch bei dieser vorbekannten Variante ein Ventil erforderlich.
Nachteilig an dieser bekannten Pumpe ist abermals das Erfordernis
eines Ventils. Zudem ist eine vollständige Neuauslegung der Zentrifugalpumpe
erforderlich, um den erforderlichen Kanal auszubilden. Eine Übernahme dieser
Entlüftungstechnologie
in vorhandene Pumpendesigns ist daher nicht ohne weiteres möglich.
-
Die
DE 38 42 349 C2 ,
DE 35 13 101 A1 ,
DE 33 39 679 A1 machen
andere Ausführungen
von selbstentlüftenden
Zentrifugalpumpen der gattungsgemäße Art vorbekannt, bei denen
eine Entlüftung am
Einlass der Zentrifugalpumpe erfolgt.
-
Schließlich betrifft
die deutsche Offenlegungsschrift 2130195 ein Pumpenaggregat mit
einer Schleuderpumpe und einer selbstansaugenden Pumpe. Bei dem
bekannten Pumpenaggregat wird zur Entlüftung eine Schneckenpumpe an
den Auslass der Schleuderpumpe mithilfe eines Ventils angeschlossen.
Bei dieser Schaltung des Ventils ist der gesamte Volumenstrom durch
die funktionsmäßig als Entlüftungspumpe
dienende Schneckenpumpe geführt.
Dies kann mit Nachteil zu Problemen führen, sobald die Schleuderpumpe
vollständig
entlüftet
ist und wieder zu fördern
beginnt, da in diesem Falle der gesamte Volumenstrom durch die Schleuderpumpe geführt wird.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Zentrifugalpumpe
der eingangs genannten Art anzugeben, welche besonders einfach aufgebaut
ist und welche sich bei Bedarf ohne aufwändige mechanische Umschaltvorgänge selbsttätig entlüften kann.
-
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einer Zentrifugalpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 gelöst,
bei welcher sowohl der Entlüftungspumpeneingang
als auch der Entlüftungspumpenausgang
jeweils über
eine Verbindungsleitung mit dem Zentrifugalpumpenausgangsraum, eine
Nebenleitung bildend verbunden sind.
-
Der
Vorteil dieser Anordnung gemäß der Erfindung
ist, dass eine Entlüftung
vom Eingangsraum der Zentrifugalpumpe, also von der Saugseite der Zentrifugalpumpe
durch die Flüssigkeitspumpe
aus erfolgt. Dadurch, dass die Entlüftungspumpe als Nebenleitung
ständig
dem Ausgangsraum der Zentrifugalpumpe parallel geschaltet ist, entfällt die
Notwendigkeit eines Ventils. Der Aufbau wird dadurch einerseits
besonders einfach, andererseits ist sichergestellt, dass im Betrieb
der Zentrifugalpumpe der Entlüftungsvorgang
bei Bedarf selbsttätig,
ohne zum Beispiel das Schalten eines Ventils, einsetzen kann. Mit
Vorteil kann die Entlüftung
mit der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe
besonders schnell erfolgen, da das in der Regel im Pumpenraum verbleibende
Restmedium in Richtung des Pumpenauslasses angesaugt wird.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung ist der Entlüftungspumpeneingang stromaufwärts von
dem Entlüftungspumpenausgang
in den Zentrifugalpumpenausgangsraum mündend angeordnet. Der durch
die Entlüftungspumpe
zusammen mit den Verbindungsleitungen ausgebildete Bypass entsteht
auf diese Weise in der Art, dass auch der Nebenstrom in Förderrichtung
der Zentrifugalpumpe entsteht. Außerdem ist es zweckmäßig und
daher von Vorteil, die Ansaugleitung der Entlüftungspumpe möglichst
nah zur zu entlüftenden
Zentrifugalpumpe zu platzieren.
-
Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist vorgesehen, dass sowohl der Entlüftungspumpeneingang als auch
der Entlüftungspumpenausgang
an einer, vorzugsweise rückwärtigen,
Gehäusewand
der Zentrifugalpumpe angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich mit Vorteil
ein besonders kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe. Insbesondere
ist es mit Vorteil möglich,
die Entlüftungspumpe
als eine zusammenhängende,
kompakte Einheit auszugestalten.
-
Die
erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe wird
noch verbessert, wenn die Zentrifugalpumpe und die Entlüftungspumpe
antriebsgekoppelt sind. Mit Vorteil kann auf diese Weise einerseits
vermieden werden, dass ein zusätzlicher
Antrieb für
die Entlüftungspumpe
erforderlich ist, andererseits ist es möglich, die Entlüftungspumpe – erforderlichenfalls über eine Übersetzung – stets
mitlaufen zu lassen.
-
Eine
besonders vorteilhafte, da kompakte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe
erhält
man, wenn die Entlüftungspumpe
im Gehäuse
der Zentrifugalpumpe angeordnet ist.
-
Bei
der bevorzugten Variante der Erfindung ist die Entlüftungspumpe
als Flüssigkeits-Ringpumpe ausgebildet.
Bekanntlich haben Flüssigkeits-Ringpumpen die Eigenschaft,
selbstentlüftend
zu sein. Sie sind daher besonders gut geeignet, ihrerseits als Entlüftungspumpe
für eine
Zentrifugalpumpe, welche per se nicht selbstentlüftend ist, zu dienen.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindungsleitungen
horizontal orientiert sind und eine Schwanenhalsform aufweisen. Durch
diesen Flüssigkeitsabschluss
ist sichergestellt, dass die gemäß der Erfindung
zur Entlüftung
dienende Pumpe stets vollständig
mit Flüssigkeit
gefüllt
ist. Entscheidend ist hierbei, daß der Bypass mit dem Ausgang
der Zentrifugalpumpe verbunden ist.
-
Eine
besonders günstige
Variante der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe
erhält
man, wenn dem Zentrifugalpumpenansaugraum ein Einlassrohr mit einer
Schwanenhalsform vorgeschaltet ist. Hierdurch wird mit Vorteil im
regulären
Betrieb der Pumpe sichergestellt, dass diese vollständig mit
Medium gefüllt
ist. Bei dem erfindungsgemäßen Entlüftungsprinzip
kann der Entlüftungsvorgang
von der Druckseite der Zentrifugalpumpe – also von deren Auslassbereich – aus mit
Vorteil soweit durchgeführt
werden, bis das Medium an der Seite des Zentrifugalpumpenansaugraums über den
Schwanenhals angehoben worden ist. Die Zentrifugalpumpe wird dann
den normalen Pumpbetrieb wieder aufnehmen.
-
Eine
mögliche
durch die permanent zugeschaltete Nebenleitung hervorgerufene ungünstige Auswirkung
auf die Pumpleistung der Zentrifugalpumpe wird in vorteilhafter
Ausgestaltung der Erfindung vermieden, indem in der Nebenleitung,
vorzugsweise in einer der Verbindungsleitungen (16, 17),
ein Ventil vorgesehen ist. Das Ventil kann beispielsweise im normalen
Betrieb der Zentrifugalpumpe die Nebenleitung schließend geschaltet
werden, um zu verhindern, daß im
normalen Betrieb unnötig Medium
durch die Nebenleitung strömt
und dadurch den Strömungswiderstand
auf der Druckseite der Zentrifugalpumpe in unerwünschter Weise erhöht.
-
Die
der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird gleichermaßen gelöst durch
ein Verfahren zum Entlüften
einer Zentrifugalpumpe mit einem Zentrifugalpumpenausgangsraum und
einem Zentrifugalpumpenansaugraum unter Verwendung einer zusätzlichen, vorzugsweise
als Vakuumpumpe ausgebildeten Entlüftungspumpe mit einem Entlüftungspumpeneingang
und einem Entlüftungspumpenausgang,
bei welchem erfindungsgemäß zum Entlüften sowohl
der Entlüftungspumpeneingang
als auch der Entlüftungspumpenausgang
jeweils mit dem Zentrifugalpumpenausgangsraum, eine Nebenleitung
bildend verbunden werden.
-
Eine
bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
der Entlüftungspumpeneingang
stromabwärts
von dem Entlüftungspumpenausgang
in den Zentrifugalpumpenausgangsraum mündend angeordnet wird.
-
Gemäß einer
anderen besonders kostengünstigen
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Zentrifugalpumpe mit der Entlüftungspumpe antriebsgekoppelt.
Hierdurch kann mit Vorteil ein zusätzlicher Antrieb für die Entlüftungspumpe
entfallen.
-
Die
Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme
auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten
den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
-
Funktionsmäßig gleiche
Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
Die
Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
-
1:
einen schematischen Axialschnitt einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe
und
-
2:
einen schematischen Radialschnitt einer gemäß der Erfindung bevorzugten
Entlüftungspumpe
für die
erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe.
-
In
der 1 ist eine erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe 1 zu
erkennen. Die Zentrifugalpumpe 1 besteht aus der Zentrifugalpumpeneinheit 2 sowie der
Flüssigkeits-Ringpumpe 3.
Die Zentrifugalpumpeneinheit 2 weist einen Einlassbereich 4,
ein Laufrad 5 sowie einen Auslassbereich 6 auf.
Der Einlassbereich 4, dass Laufrad 5 sowie der
Auslassbereich 6 sind über
ein Gehäuse 7 miteinander
verbunden.
-
Eine
Achse der Pumpenwelle der Zentrifugalpumpeneinheit 2 ist
in der 1 mit dem Bezugszeichen 19 versehen.
-
Zwischen
dem Laufrad 5 und dem Auslassbereich 6 befindet
sich der Ringkanal 8 der Zentrifugalpumpeneinheit 2.
Die Zentrifugalpumpeneinheit 2 hat ein Pumpengehäuse 7 bestehend
aus dem Vorderteil 7a sowie eine Rückwand 7b. Das Vorderteil 7a und
die Rückwand 7b sind
nicht dasselbe Bauteil. Die Zentrifugalpumpe 1 ist mit
einem an der Rückwand 7b befestigten
Halter 10 an einem Antriebsmotor (nicht dargestellt) direkt
befestigt.
-
Die
Flüssigkeits-Ringpumpe 3 ist
mit ihrem Gehäuse 11 zwischen
dem Vorderteil 7a und der Rückwand 7b des Gehäuses 7 der
Zentrifugalpumpeneinheit 2 formschlüssig befestigt. Das Gehäuse 11 der
Flüssigkeits-Ringpumpe 3 schließt dabei
den Ringkanal 8 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 innenseitig
vom Vorderteil 7a des Gehäuses 7 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 dichtend
ab. Zur Abdichtung dient ein Dichtungselement 12.
-
Zwischen
Rückwand 7b und
Gehäuse 11 ist das
Laufrad 13 der Flüssigkeits-Ringpumpe 3 gelagert.
An der Rückseite 13a des
Gehäuses 11 der Flüssigkeits-Ringpumpe 3 befinden
sich der Entlüftungspumpeneingang 14 sowie
der Entlüftungspumpenausgang 15,
(2). Der Entlüftungspumpeneingang 14 ist über eine
Verbindungsleitung 16 mit dem Auslassbereich 6 der
Zentrifugalpumpeneinheit 2 verbunden. Ebenso ist der Entlüftungspumpenausgang 15 über eine
Verbindungsleitung 17 mit dem Auslassbereich 6 der
Zentrifugalpumpeneinheit 2 verbunden.
-
Die 2 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung der Flüssigkeits-Ringpumpe 3 aus 1. Der
Schnitt ist so gewählt,
dass die Schnittebene der 2 senkrecht
zu der Schnittebene der 1 steht. Die 2 zeigt
insbesondere die Anordnung des Laufrad 13 der Flüssigkeits-Ringpumpe 3 relativ
zum dem Entlüftungspumpeneingang 14 sowie
dem Entlüftungspumpenausgang 15.
Das Laufrad 13 teilweise umgebend ist ein Flüssigkeits-Ringkanal 18.
Wie in der 2 zu erkennen, entsteht zwischen
dem Laufrad 13 am Innenrand und dem Flüssigkeits-Ringkanal 18 am
Außenrand
ein Volumeneinschluss, welcher sich in Umlaufrichtung des Laufrad 13 vom
Entlüftungspumpeneingang 14 zum
Entlüftungspumpenausgang 15 hin
stetig verjüngt.
Durch diesen Verdichtungsvorgang entsteht in an sich bekannter Weise ein
Druckunterschied zwischen Entlüftungspumpeneingang 14 und
Entlüftungspumpenausgang 15,
welches die Pumpwirkung der Flüssigkeits-Ringpumpe 3 erzeugt.
-
Im
normalen Betriebszustand der Zentrifugalpumpe 1 sind der
Einlassbereich 4, der Ringkanal 8 sowie der Auslassbereich 6 vollständig mit
Medium gefüllt.
Es befindet sich in der Zentrifugalpumpeneinheit 2 in den
genannten Bereichen im wesentlichen keine Luft.
-
In
diesem Betriebszustand, welcher in der Regel nach erfolgreich erfolgtem
Anlaufen der Zentrifugalpumpe 2 beim normalen Pumpbetrieb vorherrscht,
wird über
das Laufrad 5 das zu fördernde Medium
aus dem Einlassbereich 4 durch den Ringkanal 8 befördert. Auf
diese Weise wird das Medium von dem Einlassbereich 4 zu
dem Auslaßbereich 6 gefördert und
im Diffusor 6 dessen Druck wird erhöht.
-
Die
ebenfalls in Betrieb befindliche Flüssigkeits-Ringpumpe 3 zirkuliert
währenddessen
kontinuierlich das im Auslassbereich 6 vorhandene Medium über die
Verbindungsleitung 16 zu dem Entlüftungspumpeneingang 14.
Dort wird das Medium durch das Laufrad 13 der Flüssigkeits-Ringpumpe 3 in
den Zwischenraum zwischen dem Flüssigkeits-Ringkanal 18 und
dem Laufrad 13 in Richtung des Entlüftungspumpenausgangs 15 befördert. Vom
Entlüftungspumpenausgang 15 zirkuliert
das Medium über
die Verbindungsleitung 17 zurück in den Auslassbereich 6 der Zentrifugalpumpeneinheit 2.
-
Auf
diese Weise bildet die Verbindungsleitung 16 mit dem Entlüftungspumpeneingang 14,
dem Laufrad 13 der Flüssigkeits-Ringpumpe 3 sowie
dem Entlüftungspumpenausgang 15 mit
der Verbindungsleitung 17 eine Nebenleitung bzw. einen
Bypass, deren bzw. dessen Ein- und Ausgang sich im Auslassbereich 6 der
Zentrifugalpumpeneinheit 2 befinden.
-
In
einem Betriebszustand, in welchem sich Luft in irgendeinem der Bestandteile
des aus Einlassbereich 4, Bereich des Laufrads 5,
Ringkanal 8 und Auslassbereich 6 gebildeten Systems
befindet, ist die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe 1 wie
nachfolgend beschrieben. Ein derartiger Betriebszustand tritt beispielsweise
auf, wenn die Zentrifugalpumpe 1 aus einem Ruhezustand
heraus angefahren wird. Andererseits kann der beschriebene Betriebszustand
beispielsweise auch im laufenden Betrieb der Zentrifugalpumpe 1 entstehen.
-
In
diesem Betriebszustand ist die Zentrifugalpumpeneinheit 2 nicht
mehr in der Lage, den Druck vom Einlassbereich 4 zum Auslassbereich 6 hin
zu erhöhen.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass aufgrund
der in der Saugleitung der Zentrifugalpumpeneinheit 2 vorhandenen
Luft kein Medium mehr durch die Zentrifugalpumpeneinheit 2 strömt.
-
Sofern
noch eine Restmenge Medium in dem Ringkanal 8 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 oder
in anderen niederdruckseitigen Bereichen der Zentrifugalpumpeneinheit 2 verblieben
ist, wird diese angetrieben durch des Laufrad 5 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 weiterbefördert über den
Ringkanal 8 und schließlich
in den Auslassbereich 6 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 befördert.
-
Aufgrund
des durch den beschriebenen Effekt im Auslassbereich 6 der
Zentrifugalpumpeneinheit 2 vorhandenen Mediums ist die
Flüssigkeits-Ringpumpe 3 in
der Lage, Medium, welches aus dem Auslassbereich 6 der
Zentrifugalpumpeneinheit 2 stammt, durch den Entlüftungspumpeneingang 14 über die
Verbindungsleitung 16 und durch den Entlüftungspumpenausgang 15 über die
Verbindungsleitung 17 zurück in den Auslassbereich 6 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 zu
zirkulieren. Diese kontinuierliche Zirkulation des im Auslassbereich 6 der
Zentrifugalpumpeneinheit 2 vorhandenen Restmediums erzeugt
eine Sogwirkung im Bereich der Flüssigkeitspumpe, wie dies für sich genommen
bei Flüssigkeits-Ringpumpen
bekannt ist. Das erzeugte Vakuum in der Flüssigkeitsringpumpe befördert jegliche
in dem Einlassbereich 4 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 vorhandene
Luft aus dem Bereich des Laufrads 5 und dem Ringkanal 8 der
Zentrifugalpumpeneinheit 2 durch die Flüssigkeits-Ringpumpe 3 in
den Auslassbereich 6 der Zentrifugalpumpeneinheit 2. Die
Luft tritt dabei durch die Spüllöcher 9 im
Laufrad und die vorhandene Spalte 20 zwischen der Zwischenwand 11 und
des Laufrades 5 bzw. seiner Welle in die Ringpumpe über. Dieser
Vorgang erfolgt solange, bis der Einlassbereich 4 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 vollständig von
Luft befreit ist.
-
Sobald
keine Luft mehr in dem aus dem Einlassbereich 4, dem Bereich
des Laufrads 5, dem Ringkanal 8 und dem Auslassbereich 6 der
Zentrifugalpumpeneinheit 2 gebildeten System vorhanden ist,
beginnt die Zentrifugalpumpeneinheit 2 der Zentrifugalpumpe 1 wieder
gemäß dem oben
beschriebenen normalen Betriebszustand Medium zu fördern.
-
Besonders
effektiv wird der beschriebene erfindungsgemäße Entlüftungsvorgang gestaltet, wenn dem
Einlassbereich 4 der Zentrifugalpumpeneinheit 2 ein
in der 1 nicht dargestellter sogenannter "Schwanenhals", also ein gekrümmter Rohrbereich, der
zusätzlich
im gefüllten
Zustand einen Abriss der Flüssigkeitssäule verhindert,
angeordnet ist. In diesem Falle beginnt die Zentrifugalpumpeneinheit 2 den
normalen Pumpbetrieb wiederaufzunehmen, sobald das Medium über den "Schwanenhals" angehoben worden
ist.
-
Die
vorgeschlagene Zentrifugalpumpe 1 hat einerseits die gleichen
vorteilhaften Eigenschaften einer herkömmlichen Zentrifugalpumpe.
Diese Vorteile werden bei der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe 1 vorteilhaft
mit den günstigen
Eigenschaften in Bezug auf die Fähigkeit,
selbsttätig
anzufahren, kombiniert. Auf der anderen Seite werden die bekannten
Nachteile einer Flüssigkeits-Ringpumpe, nämlich dass
diese einen hohen Geräuschpegel
bei geringer Effizienz aufweisen, vermieden, da die eigentliche
Pumpleistung von der Zentrifugalpumpeneinheit 2 aufgebracht
wird. Bei der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe 1 erhält man somit
die Kombination der vorteilhaften Eigenschaften einer Zentrifugalpumpe 2 mit
denen einer Flüssigkeits-Ringpumpe 3.
-
- 1
- Zentrifugalpumpe
- 2
- Zentrifugalpumpeneinheit
- 3
- Flüssigkeits-Ringpumpe
- 4
- Einlassbereich
- 5
- Laufrad
- 6
- Auslassbereich,
Diffusor
- 7
- Gehäuse
- 7a
- Vorderteil
- 7b
- Rückwand
- 8
- Ringkanal
- 9
- Spüllöcher
- 10
- Halter
- 11
- Gehäuse (Flüssigkeits-Ringpumpe),
Zwischenwand
- 12
- Dichtungselement
- 13
- Laufrad
(Flüssigkeits-Ringpumpe)
- 13a
- Rückseite
des Laufrads 13
- 14
- Entlüftungspumpeneingang
- 15
- Entlüftungspumpenausgang
- 16
- Verbindungsleitung
- 17
- Verbindungsleitung
- 18
- Flüssigkeits-Ringkanal
- 19
- Mittellinie
der Pumpenwelle
- 20
- Spalt