DE102007032228B4

DE102007032228B4 - Selbstansaugende Pumpenaggregation

Info

Publication number: DE102007032228B4
Application number: DE102007032228.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Hackert; Markus Pawlik
Original assignee: GEA Tuchenhagen GmbH
Current assignee: GEA Tuchenhagen GmbH
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2016-01-07
Anticipated expiration: 2027-07-12
Also published as: EP2171279A2; ES2648797T3; PL2171279T3; EP2171279B1; WO2009007075A2; WO2009007075A4; WO2009007075A3; DE102007032228A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbstansaugende Pumpenaggregation, die eine Hintereinanderschaltung einer als rotierende Verdrängerpumpe arbeitenden Flüssigkeitsringpumpe und einer normalsaugenden Zentrifugalpumpe darstellt, wobei die Zentrifugalpumpe in einem mit einer Einlassöffnung und einem Druckstutzen versehenen Gehäuse eine drehbar gelagerte Welle mit einem Laufrad aufweist, wobei das Gehäuse, in Strömungsrichtung gesehen, aus einem vorderen und einem hinteren Gehäuseteil besteht, wobei ein von einem Gehäusemantel der Verdrängerpumpe begrenzter erster Innenraum über die Einlassöffnung mit einem saugseitigen Innenraum der Zentrifugalpumpe verbunden und in dem Gehäusemantel eine Förderschnecke angeordnet ist, die auf der durch das Laufrad hindurch- und in den Gehäusemantel eingreifenden Welle befestigt ist, wobei eine flüssigkeitsführende Rückführleitung vorgesehen ist, die einen druckseitigen Bereich der Zentrifugalpumpe unmittelbar oder mittelbar mit dem ersten Innenraum verbindet, und wobei die inneren Flächen der Pumpenaggregation, die in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit stehen, glatt und gerundet und ohne Löcher, Risse, kleine Erhebungen, scharfe Kanten und Toträume ausgeführt sind. Die Erfindung entwickelt die selbstansaugende Pumpenaggregation der gattungsgemäßen Art derart weiter, dass die strömungstechnischen Bedingungen für die Strömung der Flüssigkeit zu und in der Rückführleitung verbessert werden, dass die Anordnung insgesamt kompakt und dass eine Vorfertigung der Rückführleitung und ihrer Anschlussstellen gegeben ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Rückführleitung (9) zentrifugalpumpenseitig über eine erste Anschlussstelle (9a) an einen, in Strömungsrichtung gesehen, dem Laufrad (4) nachgeordneten druckseitigen Innenraum (3; 3*, 3**) innerhalb des Gehäuses (2.1/2.2) angeschlossen ist, dass die erste Anschlussstelle (9a) an einen vom druckseitigen Innenraum (3) umfassten Ringkanal (3*; 3**) angeschlossen ist, und dass die erste Anschlussstelle (9a) an einer radial orientierten Ringfläche (2.2b), die Teil des hinteren Gehäuseteils (2.2) ist und den Ringkanal (3*; 3**) in axialer Richtung als hinterster, stirnseitiger Wandbereich begrenzt, vorgesehen ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine selbstansaugende Pumpenaggregation, die eine Hintereinanderschaltung einer als rotierende Verdrängerpumpe arbeitenden Flüssigkeitsringpumpe und einer normalsaugenden Zentrifugalpumpe darstellt, wobei die Zentrifugalpumpe in einem mit einer Einlassöffnung und einem Druckstutzen versehenen Gehäuse eine drehbar gelagerte Welle mit einem Laufrad aufweist, wobei das Gehäuse, in Strömungsrichtung gesehen, aus einem vorderen und einem hinteren Gehäuseteil besteht, wobei ein von einem Gehäusemantel der Verdrängerpumpe begrenzter erster Innenraum über die Einlassöffnung mit einem saugseitigen Innenraum der Zentrifugalpumpe verbunden und in dem Gehäusemantel eine Förderschnecke angeordnet ist, die auf der durch das Laufrad hindurch- und in den Gehäusemantel eingreifenden Welle befestigt ist, wobei eine flüssigkeitsführende Rückführleitung vorgesehen ist, die einen druckseitigen Bereich der Zentrifugalpumpe unmittelbar oder mittelbar mit dem ersten Innenraum verbindet, und wobei die inneren Flächen der Pumpenaggregation, die in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit stehen, hinsichtlich Formgestaltung und Oberflächengüte den hygienischen Anforderung aus den Bereichen der Nahrungsmittel- und Getränke-, der Pharmazie- und Biotechnologie-Prozesstechnik genügen, indem sie glatt und gerundet und, ohne Löcher, Risse, kleine Erhebungen, scharfe Kanten und Toträume ausgeführt sind.
STAND DER TECHNIK
Eine selbstansaugende Pumpenaggregation der gattungsgemäßen Art ist in der EP 1 191 228 A2 beschrieben. Bei dieser bekannten Pumpenaggregation wird eine zum Ansaugen einer Flüssigkeit notwendige Evakuierung des saugseitigen Bereichs der normalsaugenden Zentrifugalpumpe, wie sie beispielsweise aus der DE 103 14 425 A1 bekannt ist, durch eine der Zentrifugalpumpe vorgeordnete rotierende Verdrängerpumpe bewerkstelligt. Die als sog. Flüssigkeitsringpumpe ausgebildete rotierende Verdrängerpumpe ist, bei hinreichender Flüssigkeitsvorlage in ihrem Gehäuse, in der Lage, Gas zu fördern und kann somit eine vorgeordnete Prozessanordnung evakuieren und Flüssigkeit oder eine aus Flüssigkeit und Gas bestehende Zweiphasenströmung ansaugen. Sobald Flüssigkeit angesaugt ist und in die Verdrängerpumpe und damit in die nachgeordnete Zentrifugalpumpe eintritt und letztere flutet, übernimmt die Zentrifugalpumpe im Wesentlichen die Förderung der Flüssigkeit oder ggf. der Zweiphasenströmung entsprechend ihrer durch die Strömungsverluste in der vorgeordneten Verdrängerpumpe beeinflussten Förderkennlinie.
Die Verdrängerpumpe benötigt zur ständigen Betriebsbereitschaft vor einer ggf. notwendig werdenden Evakuierung der saugseitig angeschlossenen Prozessanordnung stets die erwähnte hinreichende Flüssigkeitsvorlage, damit die von ihrer Förderschnecke gebildete Förderkammer im Bedarfsfall den notwendigen Gastransport sicherstellen kann. Diese Flüssigkeitsvorlage wird neben der Versorgung über die Saugleitung der Pumpenaggregation zusätzlich auch gespeist und aufrechterhalten durch eine in der EP 1 191 228 A2 beschriebene Rückführleitung für Flüssigkeit, die eine Verbindung herstellt zwischen dem Druckstutzen der Zentrifugalpumpe einerseits und andererseits dem Gehäuse oder dem Saugstutzen der Verdrängerpumpe oder der an letztere angeschlossenen Saugleitung.
Da über die Rückführleitung die Flüssigkeitsvorlage der Verdrängerpumpe gespeist werden soll, ist es wünschenswert und vorteilhaft, wenn diese Rückführleitung vorrangig mit Flüssigkeit beaufschlagt wird. Die Fluidförderung in der Rückführleitung ist jedoch zwangsläufig ein Abbild dessen, was an der Anschlussstelle der Rückführleitung am Druckstutzen der Zentrifugalpumpe an Fluid jeweils zur Verfügung steht. Abhängig von den jeweiligen Prozessbedingungen wird von der Pumpenaggregation und damit auch von der Zentrifugalpumpe im Bereich des vorg. Druckstutzens von ausschließlich Flüssigkeit bis zu ausschließlich Gas jede Zweiphasenströmung, gebildet aus Flüssigkeit und Gas in jeweils gegebenen Anteilen, gefördert, sodass die bekannte Rückführleitung auch zwangsläufig von dieser jeweiligen Zweiphasenströmung beaufschlagt ist.
Es ist bekannt, dass es in einer von einer Zweiphasenströmung gebildeten Rohrströmung, wie sie sich im Druckstutzen der Zentrifugalpumpe der bekannten Pumpenaggregation auszubilden beginnt, zu einer Separierung des Gases von der Flüssigkeit kommt, wobei die Gasblasen bevorzugt im axialen Bereich der Rohrströmung anzutreffen sind. Eine diesbezüglich hinreichende Separierung erfordert jedoch eine bestimmte Verweilzeit der Zweiphasenströmung in der Rohrleitung und damit einen bestimmten Mindestströmungsweg. Steht dieser Mindestströmungsweg zur Verfügung, dann kann es gelingen, an der Anschlussstelle der vorg. Rückführleitung vorrangig Flüssigkeit aus der Rohrleitung, die die Rückführleitung speist, abzuzweigen.
Da bei der bekannten Pumpenaggregation die Rückführleitung am Druckstutzen der Zentrifugalpumpe angeschlossen ist und dieser bereits relativ kurz hinter dem Pumpengehäuse endet, in dem durch Strömungsturbulenzen und turbulenten Queraustausch eher eine intensive Durchmischung von Gas und Flüssigkeit anzunehmen ist, die in den Druckstutzen fortwirkt, kann die vorstehend kurz umrissene Lösung nach dem Stand der Technik ( EP 1 191 228 A2 ) von der vorg. Separierung nicht profitieren.
Eine Verlagerung der Anschlussstelle der Rückführleitung, in Strömungsrichtung gesehen, über den Druckstutzen hinaus in den Bereich einer nachgeordneten Druckleitung ist zwar prinzipiell ohne Weiteres möglich, jedoch bedeutet dies, dass die Anschlussstelle der Rückführleitung erst im Zuge der Montage der Pumpenaggregation in der Prozessanlage vor Ort und nicht mehr durch Vorfertigung beim Hersteller erfolgen kann, und dass die Rückführleitung unter Umständen eine entsprechende Verlängerung erfährt, die strömungstechnisch nachteilig ist.
Die Druckschrift DE 79 24 976 U1 offenbart eine normalsaugende, mit einem Saugkrümmer ausgestattete Kreiselpumpe. Die dort beschriebene Einrichtung zur Verbesserung des Kavitationsverhaltens zeichnet sich dadurch aus, dass bei mit Saugkrümmern ausgestatteten Kreiselpumpen ein druckseitig entnommener Förderflüssigkeitsstrom in tangentialer Richtung zur Saugleitung und im Drehsinn des Pumpenlaufrades in den saugseitigen Strömungsraum durch mehrere über den Umfang verteilte Öffnungen eintritt. Die Einspeisung des Förderflüssigkeitsstromes erfolgt automatisch bevorzugt mittels eines in einer Verbindungsleitung zwischen Druck- und Saugseite angeordneten an sich bekannten Regelventils bei beginnendem Teillastbetrieb der Kreiselpumpe. Die Rückführung von Flüssigkeit aus dem Druckbereich in den Saugbereich der Zentrifugalpumpe soll das Teillast-Kavitationsverhalten günstig beeinflussen, indem eine unzulässige Druckabsenkung in besonders kritischen Bereichen im saugseitigen Strömungsraum der Zentrifugalpumpe verhindert wird. Die bekannte Einrichtung befasst sich konkret und ausschließlich mit der Ausgestaltung der Anschlussstelle der Verbindungsleitung am saugseitigen Strömungsraum. Die Anschlussstelle an der Druckseite wird nicht näher beschrieben.
In der Druckschrift JP S58-8 292 A ist eine selbstansaugende Zentrifugalpumpe beschrieben, die aus einer normalsaugenden Zentrifugalpumpe in Verbindung mit einer in Form einer Flügelzellenpumpe ausgebildeten rotierenden Verdrängerpumpe (als Vakuumpumpe bezeichnet) besteht. Ein Rotor der Vakuumpumpe und ein Laufrad der Zentrifugalpumpe werden von einer gemeinsamen Antriebswelle angetrieben, wobei der Rotor wahlweise und unter bestimmten Betriebsbedingungen über eine Kupplung an die Antriebswelle angekoppelt oder von dieser entkoppelt werden kann. Die Druckschrift offenbart weiterhin zwei Anschlussstellen an einem Ringkanal der Zentrifugalpumpe. Die, bezogen auf die Zeichnungslage des Meridianschnitts durch die Pumpen, oben liegende Anschlussstelle ist mit einer ersten Verbindungsleitung verbunden, die andererseits zu einem Sauganschluss der Vakuumpumpe führt. Die erste Verbindungsleitung setzt sich über einen Druckanschluss der Vakuumpumpe fort und mündet in einen Druckstutzen der Zentrifugalpumpe ein. Über die erste Verbindungsleitung wird das Gehäuse der Zentrifugalpumpe entlüftet, sodass letztere über ihren Saugstutzen Wasser ansaugen kann. Die erste Verbindungsleitung dient ausschließlich der Förderung von Luft. Falls die Zentrifugalpumpe vollständig mit Wasser befüllt ist, wird die Vakuumpumpe abgeschaltet und letztere wirkt somit als Ventil, das die Förderung in der ersten Verbindungsleitung unterbricht. Die, bezogen auf die Zeichnungslage des Meridianschnitts durch die Pumpen, unten liegende Anschlussstelle ist mit einer zweiten Verbindungsleitung verbunden, die andererseits an die Kupplung angeschlossen ist. Sobald die Zentrifugalpumpe vollständig mit Wasser befüllt ist, strömt Wasser unter Druck von der unten liegenden Anschlussstelle über die zweite Verbindungsleitung zur Kupplung und diese entkoppelt dadurch den Rotor der Vakuumpumpe von der Antriebswelle, wodurch die Abschaltung der Vakuumpumpe erfolgt.
Die Druckschrift CH 89 302 A offenbart eine Einrichtung zum Entlüften einer Kreiselpumpe (Wasserpumpe) mittels einer Entlüftungspumpe. Beide Pumpen werden von einer gemeinsamen Welle permanent angetrieben. Die Saugseite der Entlüftungspumpe steht durch einen ersten Kanal mit der Saugseite der Kreiselpumpe in Verbindung. Ein zweiter Kanal verbindet die jeweiligen Druckseiten der beiden Pumpen, wobei der zweite Kanal in einer Anschlussstelle am Ringkanal der Kreiselpumpe ausmündet. Beim Inbetriebsetzen der Kreiselpumpe fördert die Entlüftungspumpe die Luft nach der Druckseite der Kreiselpumpe, wobei die Druckseite als Ringkanal ausgebildet sein kann. Nachdem die Kreiselpumpe vollständig mit Wasser befüllt ist, entleert sich die Entlüftungspumpe selbsttätig. Damit die Entlüftungspumpe nicht wieder über den die Druckseiten der Pumpen verbindenden zweiten Kanal mit Wasser gefüllt wird, ist in dem zweiten Kanal, und zwar an der Anschlussstelle zum Ringkanal, ein Rückschlagventil p angeordnet. Der zweite Kanal dient somit der Förderung von Luft von der Entlüftungspumpe zur Anschlussstelle am Ringkanal. Die Durchströmung des zweiten Kanals von der Anschlussstelle zur Entlüftungspumpe mit Wasser wird durch das Rückschlagventil verhindert.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine selbstansaugende Pumpenaggregation der gattungsgemäßen Art derart weiterzuentwickeln, dass die strömungstechnischen Bedingungen für die Strömung von Flüssigkeit zu und in der Rückführleitung verbessert werden, dass die Anordnung insgesamt kompakt und dass eine Vorfertigung der Rückführleitung und ihrer Anschlussstellen gegeben ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe wird durch eine selbstansaugende Pumpenaggregation mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Der grundlegende erfinderische Lösungsgedanke besteht darin, die Rückführleitung zentrifugalpumpenseitig über eine erste Anschlussstelle an einen druckseitigen Innenraum innerhalb des Gehäuses der Zentrifugalpumpe anzuschließen, der, in Strömungsrichtung gesehen, dem Laufrad nachgeordnet ist und somit über einen statischen Druck verfügt, der deutlich über dem statischen Druck im ersten Innenraum der Verdrängerpumpe liegt. Diese Druckdifferenz stellt einen Fluidtransport zwischen der Anschlussstelle an der Zentrifugalpumpe und der Anschlussstelle an der Verdrängerpumpe sicher. Die Rückführleitung gestaltet sich durch die vorgeschlagene Maßnahme relativ kurz, wobei jede der beiden Anschlussstellen der Rückführleitung im Zuge der Fertigung der Pumpenaggregation vorgefertigt werden können.
Da alle in direktem Kontakt mit der geförderten Flüssigkeit stehenden Flächen der Pumpenaggregation in Zeitabständen einer automatischen Reinigung im Durchfluss unterzogen werden müssen (sog. CIP-Reinigung (cleaning in place)), sind die Bedingungen für die Reinigung der Rückführleitung in der erfindungsgemäßen Anordnung besonders günstig, da die durch das Laufrad im Gehäuse der Zentrifugalpumpe erzeugten Turbulenzen die Reinigungswirkung auch innerhalb der Rückführleitung intensivieren.
Es hat sich als besonders zielführend herausgestellt, die erste Anschlussstelle an einen Ringkanal anzuschließen, der integraler Teil des druckseitigen Innenraums ist, und die erste Anschlussstelle an einer radial orientierten Ringfläche, die Teil des hinteren Gehäuseteils ist und den Ringkanal in axialer Richtung als hinterster, stirnseitiger Wandbereich begrenzt, vorzusehen. In diesem Ringkanal, der als spiralförmiger Ringkanal oder auch als schaufelloser Ringraum mit konstantem Durchtrittsquerschnitt ausgebildet sein kann, wird die Strömung verzögert, wodurch sich ein Teil der kinetischen Energie der das Laufrad verlassenden Strömung in statischen Druck umwandelt, sodass der statische Druck im Ringkanal insgesamt ansteigt. Letzterer wird, in hinreichender Höhe gegenüber dem statischen Druck in der Verdrängerpumpe, zum Flüssigkeitstransport in der Rückführleitung benötigt. Durch die Platzierung der ersten Anschlussstelle an der vorstehend beschriebenen radialen Ringfläche wird der Sachverhalt genutzt, dass sich bevorzugt Flüssigkeit in diesem Bereich befindet und dort „geerntet” werden kann, da Gasbestandteile diesen, in axialer Richtung gesehen, hintersten, stirnseitigen Wandbereich des Ringkanals meiden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die erste Anschlussstelle derart in Bezug auf den Druckstutzen positioniert ist, dass eine Anordnungsebene, die durch einen radialen Richtungsvektor geht, der durch den Mittelpunkt der ersten Anschlussstelle verläuft, von der Längsachse des Druckstutzens senkrecht durchdrungen wird. Die so definierte Lage der ersten Anschlussstelle bedeutet, dass eine Stelle im Ringkanal unmittelbar vor Eintritt der Strömung in den Druckstutzen der Zentrifugalpumpe ausgewählt ist, an der der maximal mögliche statische Druck innerhalb des Gehäuses der Zentrifugalpumpe vorliegt. Eine weitere statische Drucksteigerung kann allenfalls noch durch eine diffusorartige Erweiterung des Druckstutzens oder der nachgeordneten Druckleitung erreicht werden.
Ein weiterer Vorschlag sieht vor, dass die Rückführleitung über eine zweite Anschlussstelle mit dem ersten Innenraum der Verdrängerpumpe in Verbindung steht, wobei die zweite Anschlussstelle am Gehäusemantel oder am einen Saugstutzen aufnehmenden Gehäusedeckel oder am Saugstutzen jeweils der Verdrängerpumpe oder an einer zur Verdrängerpumpe führenden Saugleitung angeordnet ist.
Eine extrem kurze Rückführleitung mit entsprechend geringen Strömungsverlusten wird mit einer weiteren Ausführungsform realisiert, bei der die Rückführleitung über eine zweite Anschlussstelle mit dem ersten Innenraum der Verdrängerpumpe in Verbindung steht, wobei die zweite Anschlussstelle an einem vorderen Gehäuseteil der Zentrifugalpumpe angeordnet ist.
Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die zweite Anschlussstelle in der Anordnungsebene und seitlich neben dem Saugstutzen oder seitlich neben der Einlassöffnung zur Zentrifugalpumpe, bezogen auf die Drehachse der Pumpenaggregation, auf der Seite der ersten Anschlussstelle angeordnet ist. Dadurch ist zumindest bei der ersten Variante eine axiale Komponente der aus der Rückführleitung austretenden Strömung gleichgerichtet mit der axialen Strömungsrichtung der Hauptströmung innerhalb der Verdrängerpumpe.
Es wird in diesem Zusammenhang weiterhin vorgeschlagen, um eine Beeinflussung der Hauptströmung innerhalb der Verdrängerpumpe zu minimieren, dass die zweite Anschlussstelle im wandnahen Bereich des Gehäusemantels in die Verdrängerpumpe einmündet.
Um die Rotationskomponente der Hauptströmung innerhalb der Verdrängerpumpe zu unterstützen, sieht ein weiterer Vorschlag vor, dass die zweite Anschlussstelle mit einer tangentialen Richtungskomponente und in Drehrichtung der Pumpenaggregation in die Verdrängerpumpe einmündet.
Es ist bekannt, dass bei Förderung im Wesentlichen durch die Zentrifugalpumpe, d. h. im Betriebszustand der regulären Flüssigkeitsförderung, bei der die Funktion der Rückführleitung nicht erforderlich ist, die über die Rückführleitung von der Zentrifugalpumpe zur Verdrängerpumpe wirksame Bypass-Rückströmung einen nachteiligen Einfluss auf die Kennlinie und damit auf den Wirkungsgrad der Pumpenaggregation hat. Um diesen Nachteil zu vermeiden, sieht ein weiterer Vorschlag vor, dass in der Rückführleitung ein Absperrventil angeordnet ist, welches in einer bevorzugten Ausführungsform fernsteuerbar ist.
Diesbezüglich wird weiterhin vorgeschlagen, um das Schließen der Rückführleitung zu automatisieren, dass das fernsteuerbare Absperrventil über eine Steuerleitung mit einem Signalgeber verbunden ist, der ein Steuersignal aus einer die Flüssigkeitsförderung in der Pumpenaggregation kennzeichnenden physikalischen Größe generiert.
Der vorg. Signalgeber kann in vielfältigen Ausprägungen zum Einsatz kommen, wobei er stets eine physikalische Größe nutzt, die in der Pumpenaggregation den Wechsel der Gas- oder Zweiphasenförderung zur Flüssigkeitsförderung signifikant abbildet. In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass der Signalgeber ein Druckaufnehmer in der Saugleitung oder im Saugstutzen oder in der Flüssigkeitsringpumpe oder im Druckstutzen oder in der Druckleitung ist. Er kann aber auch als Differenzdruckaufnehmer ausgebildet sein, der die Druckdifferenz misst zwischen Druck- und Saugstutzen oder zwischen Druck- und Saugleitung. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, ihn als Durchflussmesser auszubilden, der in der Saugleitung oder in der Druckleitung angeordnet ist. Auch ein Flüssigkeitssensor an einer Stelle zwischen der Saug- und der Druckleitung liefert das notwendige Steuersignal. Schließlich kann der Signalgeber auch ein Leistungsaufnehmer sein, der die Antriebsleistung eines Motors der Pumpenaggregation erfasst.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein Ausführungsbeispiel der selbstansaugenden Pumpenaggregation gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen
1 in perspektivischer Darstellung die selbstansaugende Pumpenaggregation gemäß der Erfindung;
2 einen Meridianschnitt durch die Pumpenaggregation gemäß 1 entsprechend einem dort mit A-A gekennzeichneten Schnittverlauf;
3 eine Ansicht der Pumpenaggregation gemäß 1 entsprechend einer dort mit „Z” gekennzeichneten Blickrichtung und
4 einen Querschnitt durch die Zentrifugalpumpe der Pumpenaggregation gemäß 1 entsprechend einem in 2 mit B-B gekennzeichneten Schnittverlauf.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine selbstansaugende Pumpenaggregation 1 (1 bis 3) ist von einer normalsaugenden Zentrifugalpumpe (Kreiselpumpe) 2 und einer dieser, in Strömungsrichtung gesehen, vorgeordneten rotierenden Verdrängerpumpe 20, die im Ausführungsbeispiel als sog. Flüssigkeitsringpumpe ausgeführt ist, gebildet. Die Verdrängerpumpe 20 ist gehäuseseitig von einem Gehäusemantel 20.1 (2 und 1) und einem Gehäusedeckel 20.2 mit einem zentrisch an letzterem angeordneten Saugstutzen 20.2a begrenzt, wobei der Gehäusemantel 20.1 an seinem dem Gehäusedeckel 20.2 abgewandten Ende mit einem vorderen Gehäuseteil 2.1 der Zentrifugalpumpe 2 fest verbunden ist. Die Verbindung zwischen Gehäusemantel 20.1 und vorderem Gehäuseteil 2.1 erfolgt in der Regel stoffschlüssig durch Schweißen; eine Gusskonstruktion, bestehend aus dem Gehäusemantel 20.1 und dem vorderen Gehäuseteil 2.1 ist gleichermaßen möglich.
Eine Symmetrieachse a₂ des Gehäusemantels 20.1 ist gegenüber einer Drehachse a₁ der Pumpenaggregation 1 (siehe 1 und 3), bezogen auf die Zeichnungslage der Pumpenaggregation 1, die auch der üblichen Einbaulage entspricht, um eine vertikale Exzentrizität e nach unten versetzt. Dadurch ist eine in der Verdrängerpumpe 20 befindliche Förderschnecke 21, die auf einem Wellenfortsatz 8b einer ein Laufrad 4 der Zentrifugalpumpe 2 tragenden Welle 8 angeordnet ist, um diese vertikale Exzentrizität e innerhalb des Gehäusemantels 20.1 nach oben verschoben. Der Wellenfortsatz 8b schließt sich an eine Nabe 8a der Welle 8 an, wobei auf der Nabe 8a das Laufrad 4 befestigt ist, und er greift durch das vordere Gehäuseteil 2.1 hindurch- und in den Gehäusemantel 20.1 ein. Ein vom Gehäusemantel 20.1, dem Gehäusedeckel 20.2 und dem vorderen Gehäuseteil 2.1 innenseits begrenzter erster Innenraum 20.3 ist über eine konzentrisch im vorderen Gehäuseteil 2.1 und damit konzentrisch zur Drehachse a₁ angeordnete Einlassöffnung 2.1b (2) mit einem saugseitigen Innenraum 2.1c der Zentrifugalpumpe 2 fluiddurchlässig verbunden.
Der Aufbau der Zentrifugalpumpe 2 ist beispielsweise aus der DE 103 14 425 B4 bekannt. Ein aus dem vorderen 2.1 und einem hinteren Gehäuseteil 2.2 bestehendes Gehäuse 2.1/2.2 der Zentrifugalpumpe 2 ist über einen Befestigungsflansch 7 fliegend an einem Motor 6 befestigt (1 und 2). An das vordere Gehäuseteil 2.1 sind, in Richtung der Drehachse a₁ gesehen, die Einlassöffnung 2.1b und, umfangsseits tangential ausmündend, ein Druckstutzen 5 angeschlossen, der über eine konische Erweiterung 5a in einem Anschlussstutzen 5b endet.
Aus dem in 1 mit A-A gekennzeichneten Schnittverlauf resultiert der Meridianschnitt gemäß 2. Das vordere und das hintere Gehäuseteil 2.1, 2.2 sind in ihrem radialen Erstreckungsbereich mit jeweils engem Ringspalt an das Laufrad 4 angepasst. An den ringförmig umlaufenden Laufradaustrittsquerschnitt schließt sich außenseits ein schaufelloser Ringraum 3a an, der in radialer Richtung zunächst beiderseits von dem vorderen und dem hinteren Gehäuseteil 2.1, 2.2 ein Stück begrenzt ist und anschließend außenseits von einer nicht bezeichneten Übergangsfläche des vorderen Gehäuseteils 2.1 berandet ist. Diese Übergangsfläche setzt sich anschließend in einer äußeren Ringkanal-Gehäusewand 2.1a fort, wobei diese beispielsweise die Form eines Zylindermantels aufweist, d. h. einen konstanten Krümmungsradius, einen Außenradius R_a, besitzt (4). Das hintere Gehäuseteil 2.2 ist im Bereich des Laufrades 4 als radial sich erstreckende Scheibe ausgebildet. Im Außenbereich dieser Scheibe schließt sich eine hauptsächlich axial orientierte, vom Laufrad 4 in axialer Richtung fortstrebende, die Drehachse a₁ umschließende innere Ringkanal-Gehäusewand 2.2a an, deren örtlicher Krümmungsradius r_i (4) zur Realisierung beispielsweise eines spiralförmigen Verlaufs über den Umfang veränderlich ist.
Die äußere und die innere Ringkanal-Gehäusewand 2.1a, 2.2a bilden somit zwischen sich einen Ringkanal 3* aus, der bei sich stetig veränderndem Durchtrittsquerschnitt (Krümmungsradius r_i) als spiralförmiger Ringkanals 3** ausgeführt sein kann. Gleichwohl ist mit der gezeigten Anordnung auch ein Ringkanal 3* mit einem über den Umfang konstanten Durchtrittsquerschnitt realisierbar. Der (spiralförmige) Ringkanal (3**), 3* schließt sich seitlich an den schaufellosen Ringraum 3a an; zusammen bilden diese einen druckseitigen Innenraum 3 der Zentrifugalpumpe 2.
4 zeigt, wie sich der spiralförmige Ringkanal 3**, über den Umfang gesehen, stetig erweitert. Beginnend an der hintersten Durchdringungsstelle des Druckstutzens 5 mit dem vorderen Gehäuseteil 2.1, und zwar in einer Drehrichtung n gesehen, nimmt der Durchtrittsquerschnitt des spiralförmigen Ringkanals 3** von einem Minimumquerschnitt an stetig zu, bis zu einer Stelle, wo in 4 die waagerechte Mittellinie eine Senkrechte mit der Längsachse des Druckstutzens 5 bildet. Bis zu dieser Stelle ist die innere Ringkanal-Gehäusewand 2.2a stetig gekrümmt. Im Anschluss daran schließt sich ein nicht bezeichneter ebener Wandbereich an, der im Bereich des spiralförmigen Ringkanals 3** einen Durchtrittsquerschnitt sicherstellt, der mindestens dem Durchtrittsquerschnitt des Druckstutzens 5 entspricht.
Die äußere axiale Begrenzung des (spiralförmigen) Ringkanals (3**) 3* wird realisiert über eine sich an die innere Ringkanal-Gehäusewand 2.2a anschließende, in einer radial orientierten, von der Drehachse a₁ sich in radialer Richtung entfernenden radialen Ringfläche 2.2b, die Teil des hinteren Gehäuseteil 2.2 ist (2). Die radiale Ringfläche 2.2b setzt sich über die äußerste radiale Erstreckung der äußeren Ringkanal-Gehäusewand 2.1a in radialer Richtung nach außen fort. Auch an die äußere Ringkanal-Gehäusewand 2.1a schließt sich eine nicht bezeichnete, radial orientierte, mit der radialen Ringfläche 2.2b korrespondierende und lösbar verbundene Ringfläche an, die außenseits die radiale Ringfläche 2.2b umfasst. Beide radiale Ringflächen verfügen über mehrere, über ihren Umfang verteilt angeordnete, miteinander korrespondierende Durchgangsbohrungen, über die das vordere und das hintere Gehäuseteil 2.1, 2.2 miteinander verbunden sind.
Eine Rückführleitung 9 (2, 3, 1) ist zentrifugalpumpenseitig über eine erste Anschlussstelle 9a an den druckseitigen Innenraum 3 innerhalb des Gehäuses 2.1/2.2 angeschlossen. Die erste Anschlussstelle 9a wird dabei im Ringkanal 3* oder im spiralförmigen Ringkanal 3** vorgesehen. Dabei ist die erste Anschlussstelle 9a an der radialen Ringfläche 2.2b, die Teil des hinteren Gehäuseteils 2.2 ist und den Ringkanal 3*, 3** in radialer Richtung stirnseitig begrenzt, angeschlossen. Es werden beste Ergebnisse erzielt, wenn die erste Anschlussstelle 9a derart in Bezug auf den Druckstutzen 5 positioniert ist, dass eine Anordnungsebene E (s. auch 4), die durch einen radialen Richtungsvektor geht, der durch den Mittelpunkt der ersten Anschlussstelle 9a verläuft, von der Längsachse des Druckstutzens 5 senkrecht durchdrungen wird.
Die Rückführleitung 9 steht über eine zweite Anschlussstelle 9b mit dem ersten Innenraum 20.3 in Verbindung, wobei die zweite Anschlussstelle 9b am Gehäusemantel 20.1 oder am Gehäusedeckel 20.2 oder am Saugstutzen 20.2a oder an einer Saugleitung 24 angeordnet ist.
Eine alternative Ausführungsform mit sehr kurzer Rückführleitung 9 sieht vor, dass letztere über eine zweite Anschlussstelle 9b an dem vorderen Gehäuseteil 2.1 der Zentrifugalpumpe 2 angeordnet ist.
Bei den beiden vorg. Grundsatzlösungen hinsichtlich der Anordnung der zweiten Anschlussstelle 9a ist weiterhin vorgesehen, dass letztere jeweils in der Anordnungsebene E und seitlich neben dem Saugstutzen 20.2a oder seitlich neben der Einlassöffnung 2.1b, bezogen auf die Drehachse a₁ der Pumpenaggregation 1, auf der Seite der ersten Anschlussstelle 9a angeordnet ist. Dabei mündet die zweite Anschlussstelle 9b gemäß einem weiteren Vorschlag im wandnahen Bereich des Gehäusemantels 20.1 in die Verdrängerpumpe 20 ein, wobei sie darüber hinaus auch noch mit einer tangentialen Richtungskomponente und in Drehrichtung n der Pumpenaggregation 1 orientiert sein kann.
Zwecks einfacher Montage ist die Rückführleitung 9 zwischen den beiden Anschlussstellen 9a, 9b geteilt und die Enden sind mit einer Verschraubung 26 miteinander verbunden. Zum Zwecke des Absperrens der Rückführleitung 9 ist in dieser ein Absperrventil 22 angeordnet, das in einer bevorzugten Ausführungsform fernsteuerbar ist. Das fernsteuerbare Absperrventil 22 ist über eine Steuerleitung 27 mit einem Signalgeber 23 verbunden (2 bis 4), der ein Steuersignal aus einer die Flüssigkeitsförderung in der Pumpenaggregation 1 kennzeichnenden physikalischen Größe generiert. Dabei ist der Signalgeber 23 ein Druckaufnehmer in der Saugleitung 24 oder im Saugstutzen 20.2a oder in der Flüssigkeitsringpumpe 20 oder im Druckstutzen 5 oder in einer Druckleitung 25. Der Signalgeber ist alternativ als ein Differenzdruckaufnehmer ausgebildet, der die Druckdifferenz misst zwischen Druck- und Saugstutzen 5, 20.2a oder zwischen Druck- und Saugleitung 25, 24. Weiterhin ist der Signalgeber 23 alternativ ein Durchflussmesser in der Saugleitung 24 oder in der Druckleitung 25 oder er ist ein Flüssigkeitssensor an einer Stelle zwischen der Saug- und der Druckleitung 24, 25. Eine weitere Alternative besteht darin, als Signalgeber einen Leistungsaufnehmer zu nutzen, der die Antriebsleistung des Motors 6 der Pumpenaggregation 1 erfasst.

Claims

Selbstansaugende Pumpenaggregation (1), die eine Hintereinanderschaltung einer als rotierende Verdrängerpumpe (20) arbeitenden Flüssigkeitsringpumpe und einer normalsaugenden Zentrifugalpumpe (2) darstellt, wobei die Zentrifugalpumpe (2) in einem mit einer Einlassöffnung (2.1b) und einem Druckstutzen (5) versehenen Gehäuse (2.1/2.2) eine drehbar gelagerte Welle (8) mit einem Laufrad (4) aufweist, wobei das Gehäuse (2.1/2.2), in Strömungsrichtung gesehen, aus einem vorderen (2.1) und einem hinteren Gehäuseteil (2.2) besteht, wobei ein von einem Gehäusemantel (20.1) der Verdrängerpumpe (20) begrenzter erster Innenraum (20.3) über die Einlassöffnung (2.1b) mit einem saugseitigen Innenraum (2.1c) der Zentrifugalpumpe (2) verbunden und in dem Gehäusemantel (20.1) eine Förderschnecke (21) angeordnet ist, die auf der durch das Laufrad (4) hindurch- und in den Gehäusemantel (20.1) eingreifenden Welle (8) befestigt ist, wobei eine flüssigkeitsführende Rückführleitung (9) vorgesehen ist, die einen druckseitigen Bereich der Zentrifugalpumpe (2) unmittelbar oder mittelbar mit dem ersten Innenraum (20.3) verbindet, und wobei die inneren Flächen der Pumpenaggregation, die in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit stehen, glatt und gerundet und ohne Löcher, Risse, kleine Erhebungen, scharfe Kanten und Toträume ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (9) zentrifugalpumpenseitig über eine erste Anschlussstelle (9a) an einen, in Strömungsrichtung gesehen, dem Laufrad (4) nachgeordneten druckseitigen Innenraum (3; 3*, 3**) innerhalb des Gehäuses (2.1/2.2) angeschlossen ist, dass die erste Anschlussstelle (9a) an einen vom druckseitigen Innenraum (3) umfassten Ringkanal (3*; 3**) angeschlossen ist, und dass die erste Anschlussstelle (9a) an einer radial orientierten Ringfläche (2.2b), die Teil des hinteren Gehäuseteils (2.2) ist und den Ringkanal (3*; 3**) in axialer Richtung als hinterster, stirnseitiger Wandbereich begrenzt, vorgesehen ist.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anschlussstelle (9a) derart in Bezug auf den Druckstutzen (5) positioniert ist, dass eine Anordnungsebene (E), die durch einen radialen Richtungsvektor geht, der durch den Mittelpunkt der ersten Anschlussstelle (9a) verläuft, von der Längsachse des Druckstutzens (5) senkrecht durchdrungen wird.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (9) über eine zweite Anschlussstelle (9b) mit dem ersten Innenraum (20.3) in Verbindung steht, wobei die zweite Anschlussstelle (9b) • am Gehäusemantel (20.1) oder • am einen Saugstutzen (20.2a) aufnehmenden Gehäusedeckel (20.2) oder • am Saugstutzen (20.2a) oder • an einer Saugleitung (24) angeordnet ist.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (9) über eine zweite Anschlussstelle (9b) mit dem ersten Innenraum (20.3) in Verbindung steht, wobei die zweite Anschlussstelle (9b) an einem vorderen Gehäuseteil (2.1) der Zentrifugalpumpe (2) angeordnet ist.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anschlussstelle (9b) in der Anordnungsebene (E) und seitlich neben dem Saugstutzen (20.2a) oder seitlich neben der Einlassöffnung (2.1b), bezogen auf die Drehachse (a₁) der Pumpenaggregation (1), auf der Seite der ersten Anschlussstelle (9a) angeordnet ist.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anschlussstelle (9b) im wandnahen Bereich des Gehäusemantels (20.1) in die Verdrängerpumpe (20) einmündet.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anschlussstelle (9b) mit einer tangentialen Richtungskomponente und in Drehrichtung (n) der Pumpenaggregation (1) in die Verdrängerpumpe (20) einmündet.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführleitung (9) ein Absperrventil (22) angeordnet ist.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (22) fernsteuerbar ist.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das fernsteuerbare Absperrventil (9) über eine Steuerleitung (27) mit einem Signalgeber (23) verbunden ist, der ein Steuersignal aus einer die Flüssigkeitsförderung in der Pumpenaggregation (1) kennzeichnenden physikalischen Größe generiert.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (23) • ein Druckaufnehmer ist – in der Saugleitung (24) oder – im Saugstutzen (20.2a) oder – in der Flüssigkeitsringpumpe (20) oder – im Druckstutzen (5) oder – in einer Druckleitung (25) • oder ein Differenzdruckaufnehmer ist, der die Druckdifferenz misst zwischen – Druck- und Saugstutzen (5, 20.2a) oder – zwischen Druck- und Saugleitung (25, 24), • oder ein Durchflussmesser ist – in der Saugleitung (24) oder – in der Druckleitung (25) • oder ein Flüssigkeitssensor ist an einer Stelle zwischen der Saug- und der Druckleitung (24, 25) • oder ein Leistungsaufnehmer ist, der die Antriebsleistung eines Motors (6) der Pumpenaggregation (1) erfasst.