DE102013018731A1 - Pump device and method of operation - Google Patents
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Abstract
Biogasanlage mit einer Pumpenvorrichtung, Pumpenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Pumpenvorrichtung mit wenigstens einer Rotationspumpeneinrichtung, insbesondere für eine Biogasanlage, zur Förderung eines Arbeitsfluids, welches einen Flüssigkeitsanteil und einen Feststoffanteil umfasst. Rotationspumpeneinrichtung weist eine Saugseite und eine Druckseite aufweist und umfasst eine Gehäuseeinrichtung. Die Gehäuseeinrichtung weist einen Einlass für das Arbeitsfluid (3) auf der Saugseite und einen Auslass für das Arbeitsfluid (3) auf der Druckseite auf. Ferner ist zwischen dem Einlass und dem Auslass ein Förderbereich vorgesehen ist, wobei in dem Förderbereich eine Rotationseinrichtung mit einer Schaufeleinrichtung angeordnet ist, die das Arbeitsfluid von dem Einlass durch den Förderbereich zu dem Auslass fördert. Der Auslass für das Arbeitsfluid ist an der Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung im Wesentlichen seitlich nach außen geführt und die Rotationseinrichtung ist dazu ausgebildet und geeignet, das Arbeitsfluid an der Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung seitlich nach außen in den Auslass zu fördern. Dabei ist der Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung in axialer Richtung eine Abscheideeinrichtung angeordnet und die Rotationseinrichtung weist im axial äußeren Bereich an der Druckseite eine Öffnung zum Abscheiden von Arbeitsfluid mit einem wesentlichen Gasanteil in die Abscheideeinrichtung auf.Biogas plant with a pump device, pump device and method for operating a pump device with at least one rotary pump device, in particular for a biogas plant, for conveying a working fluid, which comprises a liquid content and a solids content. The rotary pump device has a suction side and a pressure side and comprises a housing device. The housing means has an inlet for the working fluid (3) on the suction side and an outlet for the working fluid (3) on the pressure side. Furthermore, a delivery region is provided between the inlet and the outlet, wherein in the delivery region a rotation device with a blade device is arranged, which conveys the working fluid from the inlet through the delivery region to the outlet. The outlet for the working fluid is guided substantially laterally outwards on the pressure side of the rotary pump device, and the rotary device is designed and suitable for conveying the working fluid on the pressure side of the rotary pump device laterally outwards into the outlet. In this case, the pressure side of the rotary pump device in the axial direction, a separation device is arranged and the rotation device has in the axially outer region on the pressure side an opening for the separation of working fluid with a substantial proportion of gas in the separator.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpenvorrichtung, welche sich insbesondere für den Einsatz an bzw. in einer Biogasanlage eignet. Dabei umfasst die Pumpenvorrichtung wenigstens eine Rotationspumpeneinrichtung, mit welcher ein Arbeitsfluid gefördert werden kann. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Pumpenvorrichtung und eine Biogasanlage mit einer solchen Pumpenvorrichtung.The present invention relates to a pump device, which is particularly suitable for use on or in a biogas plant. In this case, the pump device comprises at least one rotary pump device with which a working fluid can be conveyed. The present invention further relates to a method for operating such a pump device and a biogas plant with such a pump device.
In Biogasanlagen werden eine oder mehrere Pumpen oder auch komplexe Pumpensysteme verwendet, um ein Arbeitsfluid beispielsweise von einem Vorratsbehälter in einen Fermenterbehälter zu pumpen oder auch um das Arbeitsfluid von einem Fermenterbehälter in einen anderen zu pumpen.In biogas plants, one or more pumps or even complex pumping systems are used to pump a working fluid, for example, from a storage tank into a fermenter tank, or to pump the working fluid from one fermentor tank to another.
Das Arbeitsfluid in einer Biogasanlage umfasst in der Regel einen Flüssigkeitsanteil und einen Feststoffanteil, wobei das Arbeitsfluid je nach Menge des Feststoffanteils unterschiedliche Fließeigenschaften aufweist. Die Fließeigenschaften des Arbeitsfluids hängen auch wesentlich von der Lösung des Feststoffanteils im Arbeitsfluid ab.The working fluid in a biogas plant usually comprises a liquid content and a solids content, wherein the working fluid has different flow properties depending on the amount of solids. The flow properties of the working fluid also depend substantially on the solution of the solids content in the working fluid.
Das Arbeitsfluid in einer Biogasanlage kann zudem unter Umständen auch nicht unerheblich mit Gas beladen sein. Dabei ist das Gas in Form von kleinen Gasbläschen in dem Arbeitsfluid enthalten. Ein solches gashaltiges Arbeitsfluid ist für den normalen Betrieb einer Biogasanlage in der Regel unkritisch, zumal Gas beim Betrieb einer Biogasanlage ein gewünschtes Produkt ist.In addition, the working fluid in a biogas plant may under certain circumstances also be loaded with gas to a negligible extent. The gas is contained in the form of small gas bubbles in the working fluid. Such a gas-containing working fluid is generally not critical for the normal operation of a biogas plant, especially since gas is a desired product when operating a biogas plant.
Beim Pumpen bzw. Umpumpen von dem Arbeitsfluid kann das in dem Arbeitsfluid enthaltende Gas jedoch unter bestimmten Umständen Schwierigkeiten bereiten. Bei Einsaugen des Arbeitsfluids insbesondere in eine Rotationspumpe kommt durch es die Rotation des Laufrades in dem Förderbereich zu einem lokalen Druckabfall, wodurch sich die kleinen Gasbläschen in dem Arbeitsfluid entspannen und sich dadurch spontan erheblich ausdehnen.However, when pumping or pumping over the working fluid, the gas contained in the working fluid may present difficulties under certain circumstances. When the working fluid is drawn in, in particular into a rotary pump, the rotation of the impeller in the delivery region causes a local pressure drop, as a result of which the small gas bubbles in the working fluid relax and thereby expand considerably spontaneously.
Dadurch kann es zu größeren Gasansammlungen im Förderbereich der Pumpe kommen, wodurch die Förderleistung der Pumpe erheblich eingeschränkt sein kann. Im schlimmsten Fall kann ein weiterer Betrieb der Pumpe durch die Gasansammlung sogar unmöglich sein.This can lead to larger accumulations of gas in the delivery area of the pump, whereby the delivery rate of the pump can be considerably reduced. In the worst case, further operation of the pump due to gas accumulation may even be impossible.
Gas weist nur 1/1000 der Dichte einer Flüssigkeit auf und durch die Druckabnahme im Eingang der Pumpe derart expandieren, dass der Förderbereich unter Umständen komplett durch das sich ausdehnende Gas zugesetzt werden kann.Gas has only 1/1000 of the density of a liquid and by the pressure decrease in the inlet of the pump expand so that the delivery area may possibly be completely added by the expanding gas.
Somit kann die Förderleistung der Pumpe durch das sich beim Ansaugen in die Pumpe ausdehnende Gas stark eingeschränkt werden.Thus, the capacity of the pump can be severely limited by the expanding gas in the pump when sucking.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Biogasanlage mit einer Pumpenvorrichtung, eine Pumpenvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Pumpenvorrichtung zur Verfügung zu stellen, wobei eine zufriedenstellende Förderleistung auch bei einem gasbeladenen Arbeitsfluid ermöglicht wird.It is therefore the object of the present invention to provide a biogas plant with a pump device, a pump device and a method for operating a pump device, wherein a satisfactory flow rate is made possible even with a gas-laden working fluid.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Pumpenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Verfahren ist Gegenstand von Anspruch 25. Die erfindungsgemäße Biogasanlage ist Gegenstand von Anspruch 28. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen.This object is achieved by a pump device with the features of
Die erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung mit wenigstens einer Rotationspumpeneinrichtung ist insbesondere für den Einsatz in oder an einer Biogasanlage geeignet und dient zur Förderung eines Arbeitsfluids, welches wenigstens einen Flüssigkeitsanteil und wenigstens einen Feststoffanteil umfasst. Die Rotationspumpeneinrichtung weist wenigstens eine Saugseite und wenigstens eine Druckseite auf und umfasst zudem wenigstens eine Gehäuseeinrichtung. An der Gehäuseeinrichtung sind wenigstens ein Einlass für das Arbeitsfluid auf der Saugseite und wenigstens ein Auslass für das Arbeitsfluid auf der Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung vorgesehen, wobei zwischen dem Einlass und dem Auslass wenigstens ein Förderbereich vorgesehen ist. In dem Förderbereich ist wenigstens eine Rotationseinrichtung mit wenigstens einer Schaufeleinrichtung angeordnet, die das Arbeitsfluid von dem Einlass durch den Förderbereich zu dem Auslass fördert. Der Auslass für das Arbeitsfluid an der Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung ist im Wesentlichen seitlich nach außen geführt und die Rotationseinrichtung ist dazu geeignet und ausgebildet, das Arbeitsfluid an der Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung seitlich nach außen in den Auslass zu fördern. An der Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung ist in axialer Richtung wenigstens eine Abscheideeinrichtung angeordnet. Zudem ist an der Rotationseinrichtung im axial äußeren Bereich an der Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung wenigstens eine Öffnung zum Abscheiden von Arbeitsfluid in die Abscheideeinrichtung vorgesehen. Dabei weist das abzuscheidende Arbeitsfluid insbesondere einen wesentlichen Gasanteil auf.The pump device according to the invention with at least one rotary pump device is particularly suitable for use in or on a biogas plant and serves to convey a working fluid which comprises at least one liquid fraction and at least one solid fraction. The rotary pump device has at least one suction side and at least one pressure side and also comprises at least one housing device. At least one inlet for the working fluid on the suction side and at least one outlet for the working fluid on the pressure side of the rotary pump device are provided on the housing device, wherein at least one delivery region is provided between the inlet and the outlet. At least one rotating device is arranged in the conveying region with at least one blade device, which conveys the working fluid from the inlet through the conveying region to the outlet. The outlet for the working fluid at the pressure side of the rotary pump device is guided substantially laterally outwards and the rotation device is suitable and designed to convey the working fluid on the pressure side of the rotary pump device laterally outward into the outlet. At least one separating device is arranged in the axial direction on the pressure side of the rotary pump device. In addition, at least one opening for separating working fluid into the separation device is provided on the rotation device in the axially outer region on the pressure side of the rotary pump device. In this case, the working fluid to be separated in particular has a significant proportion of gas.
Als Arbeitsfluid wird im Sinne der Erfindung wird insbesondere jedes Fluid verstanden, welches im Rahmen des Betriebes einer Biogasanlage gefördert wird. Dazu zählt bevorzugt auch ein Biomassegemisch bzw. ein Substratgemisch, welches in der Biogasanlage fermentiert wird.As working fluid within the meaning of the invention, in particular any fluid is understood, which in the context of the operation of a biogas plant is encouraged. This preferably also includes a biomass mixture or a substrate mixture which is fermented in the biogas plant.
Erfindungsgemäß dichtet die Abscheideeinrichtung insbesondere den Förderbereich an der Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung in axialer Richtung ab. Der seitlich nach außen geführte Auslass der Rotationspumpeneinrichtung kann insbesondere auch axial und/auch tangential nach außen weggeführt sein.According to the invention, the separating device in particular seals the delivery region on the pressure side of the rotary pump device in the axial direction. The outlet of the rotary pump device, which is guided laterally outward, can in particular also be led away to the outside axially and / or tangentially.
Die erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung mit wenigstens einer Rotationspumpeneinrichtung bietet viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil ist, dass durch die Abscheideeinrichtung an der Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung in Verbindung mit der speziell ausgestalteten Rotationseinrichtung eine Rotationspumpe zur Verfügung gestellt wird, bei der ein Abfall der Förderleistung der Rotationspumpe durch sich im Förderbereich ansammelndes Gas effektiv vermieden werden kann.The pump device according to the invention with at least one rotary pump device offers many advantages. A significant advantage is that a rotary pump is made available by the separation device on the pressure side of the rotary pump device in conjunction with the specially designed rotation device, in which a drop in the capacity of the rotary pump can be effectively avoided by accumulating in the delivery area gas.
Insbesondere bei Arbeitsfluiden, welche durch eine Biogasanlage gefördert werden, kann es durch die spezielle Zusammensetzung des Arbeitsfluids zu einer nicht unerheblichen Gasbeladung des Fluids kommen. Je höher der Druck auf das Arbeitsfluid ist, umso kleiner sind solche Gasblasen. Das heißt, es können viele kleine Gasbläschen im Arbeitsfluid enthalten sein.Particularly in the case of working fluids which are conveyed through a biogas plant, the special composition of the working fluid can lead to a not inconsiderable gas loading of the fluid. The higher the pressure on the working fluid, the smaller are those gas bubbles. That is, many small gas bubbles may be contained in the working fluid.
Diese Gasbeladung ist im Normalfall unkritisch für den Betrieb einer Biogasanlage. Bei der Durchförderung des Arbeitsfluids durch den Förderbereich der Rotationspumpeneinrichtung von der Saugseite zur Druckseite kann es jedoch je nach den Fließeigenschaften des zu fördernden Arbeitsmediums zu einem Druckabfall kommen, der unter Umständen dazu, dass die vielen kleinen Gasbläschen sich plötzlich entspannen bzw. sich vergrößern. Da Gas nur etwa 1/1000 der Dichte einer Flüssigkeit hat, kann in der Rotationspumpe kein Druck mehr aufgebaut werden. Die Gasansammlung versperrt dann den Zutritt zum Förderbereich und kann nicht durch die Rotationspumpeneinrichtung abgeführt werden kann. Dies kann je nach Gasansammlung auch dazu führen, dass das Durchfördern von Flüssigkeiten durch die Rotationspumpe nicht mehr bzw. nur noch eingeschränkt möglich ist und der Förderprozess zum Erliegen kommt.This gas loading is normally not critical for the operation of a biogas plant. However, depending on the flow characteristics of the working medium to be pumped, a pressure drop may occur during the conveyance of the working fluid through the conveying region of the rotary pump device from the suction side to the pressure side, which under certain circumstances may cause the many small gas bubbles to suddenly relax or increase in size. Since gas has only about 1/1000 of the density of a liquid, no pressure can be built up in the rotary pump. The gas accumulation then blocks access to the delivery area and can not be removed by the rotary pump device. Depending on the accumulation of gas, this can also lead to the fact that the conveyance of liquids through the rotary pump is no longer or only to a limited extent possible and the delivery process comes to a standstill.
Durch die spezielle Ausgestaltung der Rotationseinrichtung mit der Öffnung in Verbindung mit der Abscheideeinrichtung an der Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung kann sich das im Förderbereich ansammelnde Gas in axialer Richtung zur Druckseite hin entweichen. Dies erfolgt u. a. schon durch die Zentrifugalkraft, die durch die Rotationseinrichtung bereitgestellt wird. Zudem kann das Abführen des Gases aus dem Förderbereich in anderen Ausgestaltungen auch noch aktiv unterstützt werden.Due to the special design of the rotation device with the opening in connection with the separation device on the pressure side of the rotary pump device, the gas accumulating in the delivery region can escape in the axial direction to the pressure side. This is done u. a. even by the centrifugal force provided by the rotator. In addition, the removal of the gas from the delivery area can also be actively supported in other embodiments.
Bevorzugt ist die Rotationseinrichtung als halb offenes oder geschlossenes Radialstromlaufrad ausgebildet. Dabei weist beispielsweise ein halb-offene Radialstromlaufrad einen sogenannten Tellerboden auf, an dem die Schaufeleinrichtung aufgenommen ist. Die Schaufeleinrichtungen sind insbesondere als Druckschaufeln ausgebildet. Ein solches geschlossenes Radialstromlaufrad kann z. B. als Kanalradpumpe mit einem Tellerboden und Tellerdeckel ausgeführt sein.Preferably, the rotation device is designed as a semi-open or closed radial flow impeller. In this case, for example, a semi-open radial flow impeller on a so-called plate floor on which the blade device is received. The vane devices are designed in particular as pressure vanes. Such a closed Radialstromlaufrad can z. B. be designed as a channel wheel pump with a plate bottom and plate cover.
Besonders bevorzugt ist die Öffnung in einer der Druckseite zugewandten Tellereinrichtung des Radialstromlaufrades angeordnet. Bei einem halb-offenen Radialstromlaufrad ist dementsprechend die einzige Tellereinrichtung der Druckseite der Rotationseinrichtung zugewandt. Auf der Unterseite der Tellereinrichtung sind die Druckschaufeln dann angebracht, die sich in Richtung der Saugseite in den Förderbereich erstrecken.Particularly preferably, the opening in a pressure side facing plate means of the radial flow impeller is arranged. In the case of a semi-open radial flow impeller, accordingly, the single plate device faces the pressure side of the rotation device. On the underside of the plate device, the pressure vanes are then attached, which extend in the direction of the suction side in the conveying region.
In vorteilhaften Weiterbildungen ist die Erfindung bzw. sind die Erfindungen in der radial inneren Hälfte der Tellereinrichtung angeordnet. Dabei ist insbesondere eine Anordnung der Öffnung bzw. der Öffnungen bevorzugt, die sich möglichst weit im Zentrum der Tellereinrichtung bzw. der Rotationseinrichtung befindet.In advantageous developments, the invention or the inventions are arranged in the radially inner half of the plate device. In particular, an arrangement of the opening or the openings is preferred, which is located as far as possible in the center of the plate device or the rotating device.
In bevorzugten Weiterbildungen ist die Förderrichtung durch den Förderbereich im Wesentlichen von axial nach radial gerichtet. Dabei ist unter radial insbesondere auch eine seitliche bzw. tangentiale Ausrichtung zu verstehen. In anderen Ausgestaltungen, insbesondere wenn die Rotationseinrichtung als geschlossenes Radialstromlaufrad ausgebildet ist, kann die Förderrichtung z. B. auch von tangential nach tangential verlaufen.In preferred developments, the conveying direction through the conveying region is directed essentially from axially to radially. In this case, radial and in particular also a lateral or tangential orientation is to be understood. In other embodiments, in particular when the rotation device is designed as a closed radial flow impeller, the conveying direction z. B. also extend from tangential to tangential.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen ist die Rotationspumpeneinrichtung derart angeordnet, dass im installierten Zustand der Rotationspumpeneinrichtung der Förderbereich im Wesentlichen von unten nach oben verläuft. In allen Ausgestaltungen ist die Wirkungsweise der Pumpenvorrichtung unabhängig von der Einbaulage der Rotationspumpeneinrichtung.In particularly preferred embodiments, the rotary pump device is arranged such that in the installed state of the rotary pump device, the conveyor region extends substantially from bottom to top. In all embodiments, the operation of the pump device is independent of the installation position of the rotary pump device.
In vorteilhaften Weiterbildungen weist die Rotationseinrichtung wenigstens eine Laufradrückenschaufel auf. Eine derartige Laufradrückenschaufel bietet viele Vorteile. Zum einen baut die Laufradrückenschaufel einen Gegendruck zu der Fliehkraft auf, die durch die Druckschaufeln der Schaufeleinrichtung erzeugt wird. Dadurch können einige Komponenten der Rotationspumpeneinrichtung wie z. B. Gleitringdichtung eines Antriebes entlastet werden. Zudem wird durch die Laufradrückenschaufel auch erreicht, dass ein Großteil des durch die Öffnungen in die Abscheideeinrichtung dringenden flüssigen Arbeitsfluids wieder radial nach außen abtransportiert wird. Dabei kann die Schaufeleinrichtung derart in dem Gehäuse angeordnet sein, dass das flüssige Arbeitsfluid radial nach außen in den tangentialen Abführbereich des Auslasses geführt wird.In advantageous developments, the rotation device has at least one impeller back vane. Such an impeller back bucket offers many advantages. On the one hand, the impeller back bucket builds up a counterpressure to the centrifugal force, which is generated by the pressure vanes of the blade device. As a result, some components of the rotary pump device such. B. mechanical seal of a drive are relieved. In addition, it is also achieved by the impeller back vane that a large part of the liquid working fluid passing through the openings into the separation device is transported away again radially outward. In this case, the blade device can be arranged in the housing such that the liquid working fluid is guided radially outwardly into the tangential discharge area of the outlet.
In vorteilhaften Weiterbildungen umfasst die Abscheideeinrichtung wenigstens eine Unterdruckkammer. Bei einer solchen Unterdruckkammer kann ein Unterdruck auf die Öffnung bzw. die Öffnungen im axialen Bereich an der Druckseite der Schaufeleinrichtung angelegt werden. Dadurch kann das Abführen des Gases aus dem Förderbereich unterstützt werden, wodurch eine besonders effektive Abfuhr des angesammelten Gases aus dem Förderbereich ermöglicht wird.In advantageous developments, the separation device comprises at least one vacuum chamber. In such a vacuum chamber, a negative pressure can be applied to the opening or the openings in the axial region on the pressure side of the blade device. Thereby, the discharge of the gas can be supported from the delivery area, whereby a particularly effective removal of the accumulated gas from the delivery area is made possible.
Um beim Absaugen des Gases aus dem Förderbereich nicht größere Mengen an flüssigem Arbeitsfluid wegzusaugen, umfasst die Abscheideeinrichtung in bevorzugten Ausgestaltungen wenigstens eine Trennplatteneinrichtung, die zwischen der Unterdruckkammer und der Schaufeleinrichtung angeordnet ist. Dabei ist die Trennplatteneinrichtung insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, im Wesentlichen nur gasförmiges Fluid durchzulassen.In order not to suck away larger quantities of liquid working fluid during the extraction of the gas from the delivery area, the separation device comprises in preferred embodiments at least one separating plate device which is arranged between the vacuum chamber and the blade device. In this case, the separating plate device is particularly suitable and designed to pass substantially only gaseous fluid.
Weiterhin ist bevorzugt, dass wenigstens eine Antriebseinrichtung zum Rotieren der Rotationseinrichtung an der Rotationspumpeneinrichtung vorgesehen ist, die wenigstens eine Antriebswelle umfasst. Dabei tritt die Antriebswelle bevorzugt in axialer Richtung von der Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung mit der Rotationseinrichtung in Wirkverbindung. Die Antriebseinrichtung umfasst insbesondere einen Motor, der die Drehung der Rotationseinrichtung bewirkt. Zudem können auch noch andere Kontroll- und Steuerelemente an der Antriebseinrichtung vorgesehen sein.Furthermore, it is preferred that at least one drive device for rotating the rotation device is provided on the rotation pump device, which comprises at least one drive shaft. In this case, the drive shaft preferably comes into operative connection in the axial direction from the pressure side of the rotary pump device with the rotation device. The drive device in particular comprises a motor which causes the rotation of the rotation device. In addition, other control and control elements may be provided on the drive device.
Besonders bevorzugt ist die Welle der Antriebseinrichtung durch wenigstens eine Öffnung in der Trennplatteneinrichtung geführt, wobei zwischen der Welle und der Trennplatteneinrichtung vorzugsweise wenigstens ein geringer Spalt frei bleibt. Wird ein Unterdruck auf die Öffnungen in der Rotationseinrichtung angelegt, wird das angesammelte Gas zusammen mit einem gewissen Anteil von flüssigem Arbeitsfluid in Richtung der Unterdruckkammer gezogen. Ein Großteil des flüssigen Arbeitsfluids wird durch die Laufradrückenschaufel axial nach außen befördert, wodurch in Verbindung mit dem kleinen Spalt im Zentrum der Trennplatteneinrichtung im Wesentlichen nur der Gasanteil durch die Öffnung in der Trennplatteneinrichtung in die Unterdruckkammer gesaugt wird. Je nach angesetztem Unterdruck und Menge des flüssigen Arbeitsfluids können aber auch Flüssiganteile in die Unterdruckkammer gelangen.Particularly preferably, the shaft of the drive device is guided through at least one opening in the separating plate device, wherein preferably at least a small gap remains free between the shaft and the separating plate device. If a negative pressure is applied to the openings in the rotating device, the accumulated gas is drawn together with a certain proportion of liquid working fluid in the direction of the vacuum chamber. Much of the liquid working fluid is conveyed axially outwardly by the impeller vane, which in combination with the small gap in the center of the separator plate means, substantially only the gaseous portion is drawn into the vacuum chamber through the opening in the separator plate means. Depending on the applied negative pressure and amount of the liquid working fluid but also liquid components can get into the vacuum chamber.
Um einen Unterdruck an den axialen Bereich der Rotationseinrichtung mit der Öffnung anzulegen, ist in besonders bevorzugten Ausgestaltungen der Abscheideeinrichtung wenigstens eine Unterdruckpumpeneinrichtung zugeordnet. Dabei ist diese Unterdruckpumpeneinrichtung vorzugsweise der Unterdruckkammer zugeordnet. Eine solche Unterdruckpumpeneinrichtung kann z. B. als Flüssigkeitsringpumpe oder auch als Seitenkanalverdichter ausgebildet sein. Je nach Art und Arbeitsweise der verwendeten Unterdruckpumpe können eventuell explosive Gasgemische entstehen. Bei der Auswahl der Unterdruckpumpeneinrichtung ist deshalb darauf zu achten, dass eine Unterdruckpumpeneinrichtung benutzt wird, bei der entweder kein explosionsfähiges Gasgemisch entstehen kann, oder dass die nötigen Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, um Gefahren durch ein explosionsfähiges Gasgemisch zu vermeiden.In order to apply a negative pressure to the axial region of the rotation device with the opening, in a particularly preferred embodiment of the separation device at least one vacuum pump device is associated. In this case, this vacuum pump device is preferably associated with the vacuum chamber. Such a vacuum pump device may, for. B. be designed as a liquid ring pump or as a side channel compressor. Depending on the type and mode of operation of the vacuum pump used, potentially explosive gas mixtures may arise. When selecting the vacuum pump device is therefore important to ensure that a vacuum pump device is used, in which either no explosive gas mixture can occur, or that the necessary safety precautions are taken to avoid hazards due to an explosive gas mixture.
Um das abgesaugte Gas bzw. das abgesaugte Arbeitsfluid mit einem wesentlichen Gasanteil sicher aus dem Förderbereich abzuführen, umfasst die Abscheideeinrichtung in vorteilhaften Weiterbildungen wenigstens eine Abscheidebehältereinrichtung mit wenigstens einem Aufnahmebereich für abgesaugtes Arbeitsfluid. Eine solche Abscheidebehältereinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Gasanteil von dem flüssigen Arbeitsfluid abgetrennt werden kann. So kann einerseits das flüssige Arbeitsfluid zur weiteren Verwendung in der Biogasanlage in den Arbeitskreislauf zurückgeführt werden. Weiterhin kann der entnommene Gasanteil aus dem System abgeführt oder sogar einem Gasspeicher zugeführt werden und geht der Bilanz der Biogasanlage so nicht verloren.In order to remove the extracted gas or the extracted working fluid safely with a substantial proportion of gas from the delivery area, the separation device comprises in advantageous developments at least one separation vessel device with at least one receiving area for extracted working fluid. Such a separation tank device is preferably designed such that the gas fraction can be separated from the liquid working fluid. On the one hand, the liquid working fluid can be returned to the working cycle for further use in the biogas plant. Furthermore, the withdrawn gas content can be removed from the system or even fed to a gas storage and the balance of the biogas plant is not lost.
Bevorzugt geht die Abscheidebehältereinrichtung mit der Unterdruckpumpeneinrichtung in Wirkverbindung, wobei die Unterdruckpumpe vorzugsweise der Abscheidebehältereinrichtung nachgeschaltet ist. Dadurch wird es möglich, dass die Unterdruckpumpeneinrichtung das sich im Förderbereich ansammelnde Gas durch den Behälter der Abscheidebehältereinrichtung und durch die Unterdruckpumpeneinrichtung durchzieht und anschließend eventuell gesammelt wird.Preferably, the separator container device is operatively connected to the vacuum pump device, wherein the vacuum pump is preferably connected downstream of the separator container device. This makes it possible for the vacuum pump device to pass through the gas accumulating in the delivery region through the container of the separator vessel device and through the vacuum pump device and then possibly collect it.
Dabei ist besonders bevorzugt, dass die Wirkrichtung der Unterdruckpumpe umkehrbar ist. Dabei kann die Unterdruckpumpe z. B. in verschiedene Richtungen betrieben werden. Vorzugsweise wird die Arbeitsrichtung der Unterdruckpumpeneinrichtung aber beibehalten, wobei durch eine spezielle Ventilsteuerung entweder ein Unterdruck oder ein Druck an die Abscheidebehältereinrichtung ungelegt wird.It is particularly preferred that the direction of action of the vacuum pump is reversible. In this case, the vacuum pump z. B. operated in different directions. Preferably, however, the working direction of the vacuum pump device is maintained, whereby by means of a special valve control, either a negative pressure or a pressure is applied to the separator tank device.
Weiterhin kann der Abscheidebehältereinrichtung besonders bevorzugt auch wenigstens eine Ventileinrichtung zugeordnet sein, die vorzugsweise als Rückschlagventileinrichtung ausgebildet ist. Dabei ist die Ventileinrichtung insbesondere zwischen dem Unterdruckbehälter und der Abscheidebehältereinrichtung vorgesehen. So kann gewährleistet werden, dass kein Arbeitsfluid zurück in den Unterdruckbehälter gedrückt wird, wenn die Unterdruckpumpeneinrichtung keinen Unterdruck auf die Abscheidebehältereinrichtung, sondern einen Druck auf die Abscheidebehältereinrichtung anlegt. Furthermore, the separation container device can be particularly preferably also associated with at least one valve device, which is preferably designed as a check valve device. In this case, the valve device is provided in particular between the vacuum container and the separator container means. Thus, it can be ensured that no working fluid is pressed back into the vacuum container when the vacuum pump device applies no negative pressure to the separator tank means, but a pressure on the separator tank means.
Vorzugsweise ist der Abscheidebehältereinrichtung wenigstens eine Füllstandeinrichtung zugeordnet, mit welcher die Menge des in der Abscheidebehältereinrichtung befindlichen Fluids ermittelt werden kann. Dabei ist diese Füllstandeinrichtung insbesondere als Schwimmereinrichtung ausgebildet. Dabei kann die Füllstandeinrichtung vorzugsweise auch ein Abschlussventil umfassen oder als solches ausgebildet sein. Dann verschließt die Füllstandeinrichtung automatisch den Zugang zu der Unterdruckpumpeneinrichtung, sobald ein kritischer Füllstand in der Abscheidebehältereinrichtung erreicht wird. So kann keine Flüssigkeit durch eine Fehlfunktion oder Fehlbedienung in die Unterdruckpumpeneinrichtung gelangen.Preferably, the separation tank device is associated with at least one level device with which the amount of fluid in the separation tank device can be determined. In this case, this level device is designed in particular as a float device. In this case, the level device may preferably also include a shut-off valve or be designed as such. Then, the level device automatically closes the access to the vacuum pump device as soon as a critical level is reached in the separator tank device. So no liquid can get into the vacuum pump device by a malfunction or incorrect operation.
Bevorzugt ist, dass der Füllstandeinrichtung wenigstens eine Sensoreinrichtung zugeordnet ist. Dadurch wird es möglich, dass durch die Füllstandeinrichtung in Verbindung mit dem Sensor automatisch ein maximales Level des Fluids in der Abscheidebehältereinrichtung angezeigt wird. Dabei kann z. B. eine als Schwimmereinrichtung ausgebildete Füllstandeinrichtung bei steigendem Fluidpegel in der Abscheidebehältereinrichtung immer weiter nach oben aufschwimmen. Bei einem gewissen maximalen Füllstand drückt die Schwimmereinrichtung dann z. B. gegen einen Drucksensor. Durch ein solches Signal kann dann z. B. auch der Betrieb der Unterdruckpumpe abgestellt werden.It is preferred that the level device is associated with at least one sensor device. This makes it possible for the level device in conjunction with the sensor to automatically display a maximum level of the fluid in the separator container device. It can be z. B. a trained as a float device leveling device with increasing fluid level in the separator tanker float further and further upwards. At a certain maximum level, the float device then presses z. B. against a pressure sensor. By such a signal can then z. B. also the operation of the vacuum pump are turned off.
In anderen bevorzugten Ausgestaltungen ist der Rotationseinrichtung wenigstens eine Einzugsschneckeneinrichtung vorgeschaltet. Die Einzugsschneckeneinrichtung dient insbesondere dazu, einen gleichmäßigen Einzug von Arbeitsfluid in die Rotationseinrichtung zu gewährleisten. So wird der Rotationseinrichtung immer ausreichend Arbeitsfluid zur Verfügung gestellt.In other preferred embodiments, the rotation device is preceded by at least one intake screw device. The intake auger device serves in particular to ensure a uniform intake of working fluid into the rotating device. Thus, the rotating device is always provided sufficient working fluid.
In zweckmäßigen Weiterbildungen ist wenigstens eine Trägereinrichtung vorgesehen, welche wenigstens eine Behältereinrichtung mit wenigstem einem ersten Zulauf für das zu fördernde Arbeitsfluid und wenigstens einen Ablauf umfasst, wobei an dem Ablauf wenigstens eine Rotationspumpeneinrichtung anbringbar ist.In expedient developments, at least one carrier device is provided which comprises at least one container device with at least one first inlet for the working fluid to be delivered and at least one outlet, wherein at least one rotary pump device can be attached to the outlet.
Besonders bevorzugt weist die Trägereinrichtung wenigstens einen zweiten Zulauf auf, an dem die Abscheidebehältereinrichtung der Rotationspumpeneinrichtung anschließbar ist. Dadurch wird es möglich, dass beim Absaugen des Gases aus dem Förderbereich abgeschiedenes flüssiges Arbeitsfluid zunächst in die Abscheidebehältereinrichtung und anschließend zurück in die Trägereinrichtung überführt wird, wodurch das abgeführte flüssige Arbeitsfluid wieder der Rotationspumpeneinrichtung zugeführt werden kann.Particularly preferably, the carrier device has at least one second inlet, to which the separator container device of the rotary pump device can be connected. This makes it possible for liquid working fluid separated off from the delivery region during the extraction of the gas to be transferred first into the separator container device and then back into the carrier device, whereby the discharged liquid working fluid can be returned to the rotary pump device.
Damit keine ständige Verbindung zwischen der Abscheidebehältereinrichtung und der Trägereinrichtung besteht, ist in bevorzugten Weiterbildungen wenigstens zwischen der Trägereinrichtung und der Abscheidebehältereinrichtung wenigstens eine Verschlusseinrichtung vorgesehen. Eine solche Verschlusseinrichtung kann z. B. als Verschlussschieber ausgebildet sein, der zwischen die Abscheidebehältereinrichtung und die Trägereinrichtung geflanscht ist. Ein solcher Schieber kann motorisch oder auch händisch bedienbar sein. Dabei kann der Schieber vorzugsweise pneumatisch, hydraulisch oder über eine Getriebeeinrichtung bewegt werden.So that there is no permanent connection between the separator container device and the carrier device, at least one closure device is provided in preferred developments at least between the carrier device and the separator container device. Such a closure device can, for. B. may be formed as a closure slide, which is flanged between the Abscheidebehältereinrichtung and the support means. Such a slide can be operated by motor or by hand. In this case, the slider can preferably be moved pneumatically, hydraulically or via a transmission device.
Besonders bevorzugt ist wenigstens eine Steuereinrichtung vorgesehen, die zur Steuerung und in Verbindung mit verschiedenen Sensoren auch zur Regelung von beispielsweise der Rotationspumpeneinrichtung, der Antriebseinrichtung und auch der Abscheidebehältereinrichtung, der Verschlusseinrichtung sowie der Unterdruckpumpeneinrichtung geeignet ist.Particularly preferably, at least one control device is provided, which is suitable for controlling and in connection with various sensors also for controlling, for example, the rotary pump device, the drive device and also the separator container device, the closure device and the vacuum pump device.
In bevorzugten Weiterbildungen steht die Steuereinrichtung insbesondere mit der Sensoreinrichtung der Füllstandeinrichtung und der Verschlusseinrichtung in Wirkverbindung. Dabei besteht vorzugsweise auch eine Wirkverbindung mit der Unterdruckpumpeneinrichtung, damit beim Erreichen eines maximalen Füllstandes des Fluids in der Abscheidebehältereinrichtung die Unterdruckpumpeneinrichtung zunächst automatisch abgeschaltet wird, wonach sich die Verschlusseinrichtung zwischen Abscheidebehältereinrichtung und Trägereinrichtung öffnet. Anschließend kann die Wirkrichtung der Unterdruckeinrichtung umgekehrt werden, wodurch das Arbeitsfluid aus der Abscheidebehältereinrichtung zurück in die Trägereinrichtung gefördert wird. Eine solche Arbeitsweise kann zweckmäßig auch von Hand durchgeführt werden.In preferred developments, the control device is in particular in operative connection with the sensor device of the filling level device and the closure device. In this case, there is preferably also an operative connection with the vacuum pump device, so that upon reaching a maximum fill level of the fluid in the separator container device, the vacuum pump device is first automatically switched off, after which the closure device opens between the separator container device and the carrier device. Subsequently, the direction of action of the vacuum device can be reversed, whereby the working fluid is conveyed from the separator container back into the carrier device. Such a procedure may conveniently be carried out by hand.
Vorzugsweise ist der Trägereinrichtung wenigstens eine Zulaufvorteilereinrichtung vorgeschaltet. Dadurch wird es möglich, dass verschiedene Komponenten und auch verschiedene Zuleitungen auch aus verschiedenen Vorratsbehältern oder Bereichen einer Biogasanlage an die Zulaufverteilereinrichtung angeschlossen werden und anschließend in die Trägereinrichtung eingeleitet werden.Preferably, the carrier device is connected upstream of at least one feed-advancing device. This makes it possible that different components and also different supply lines from different storage tanks or areas of a biogas plant to the Zulaufverteilereinrichtung be connected and then introduced into the carrier device.
Dabei ist der Zulaufverteilereinrichtung in besonders bevorzugten Ausgestaltungen wenigstens eine Substratverkleinerungseinrichtung zugeordnet, welche das zu fördernde Arbeitsfluid vor der Zufuhr in die Rotationspumpeneinrichtung homogenisiert. Dabei ist insbesondere ein Aufschluss bzw. eine Zerfaserung von dem Feststoffanteil in dem Arbeitsfluid bevorzugt.In this case, the feed distribution device in particularly preferred embodiments is associated with at least one substrate reduction device which homogenizes the working fluid to be conveyed before it is fed into the rotary pump device. In particular, a digestion or a defibration of the solids content in the working fluid is preferred.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Betreiben einer Pumpenvorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde. Dabei wird eine Rotationspumpeneinrichtung betrieben, um ein Arbeitsfluid zu fördern. Die Unterdruckpumpe der Abscheideeinrichtung wird aktiviert, wenn ein Leistungsabfall der Rotationspumpeneinrichtung durch sich ansammelndes Gas im Förderbereich detektiert wird. Durch das Aktivieren der Unterdruckpumpe wird der Gasstau im Förderbereich effektiv beseitigt, wodurch eine optimale Förderleistung der Rotationspumpeneinrichtung wieder gewährleistet ist.The inventive method is suitable for operating a pump device, as described above. In this case, a rotary pump device is operated to promote a working fluid. The vacuum pump of the separator is activated when a power drop of the rotary pump device is detected by accumulating gas in the delivery area. By activating the vacuum pump, the gas flow in the delivery area is effectively eliminated, whereby an optimal delivery rate of the rotary pump device is ensured again.
Bevorzugt wird die Unterdruckpumpe wieder abgeschaltet, wenn sich die Leistung der Rotationspumpeneinrichtung wieder normalisiert hat.Preferably, the vacuum pump is switched off again when the power of the rotary pump device has returned to normal.
Auch das erfindungsgemäße Verfahren hat viele Vorteile. Dabei kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein effektiver Pumpenbetrieb gewährleistet werden, wobei die Abscheideeinrichtung aktiv nur in Betrieb genommen wird, wenn auch wirklich ein Gasstau im Förderbereich entstanden ist.The method according to the invention also has many advantages. In this case, an effective pump operation can be ensured by the method according to the invention, wherein the separation device is actively taken only in operation, even if a gas flow is really created in the delivery area.
Besonders bevorzugt wird die Unterdruckpumpe wieder abgeschaltet, wenn die Füllstandeinrichtung der Abscheidebehältereinrichtung einen maximalen Füllstand angibt. Dadurch wird unter anderem erreicht, dass kein flüssiges Arbeitsfluid aus Versehen in die Unterdruckpumpe gesaugt werden kann.Particularly preferably, the vacuum pump is switched off again when the level device of the separator tank device indicates a maximum level. This ensures, inter alia, that no liquid working fluid can be sucked by mistake in the vacuum pump.
In zweckmäßigen Weiterbildungen wird nach der Detektion eines maximalen Füllstands die Verschlusseinrichtung zwischen der Abscheidebehältereinrichtung und der Trägereinrichtung geöffnet und/oder die Wirkrichtung der Unterdruckpumpeneinrichtung wird umgekehrt. Dadurch wird es ermöglicht, dass das flüssige Arbeitsfluid aus der Abscheidebehältereinrichtung wieder zurück in die Trägereinrichtung geführt wird, wodurch das flüssige Arbeitsfluid wieder der Rotationspumpeneinrichtung zugeführt werden kann.In expedient developments, after the detection of a maximum fill level, the closure device between the separator container device and the carrier device is opened and / or the direction of action of the vacuum pump device is reversed. This makes it possible for the liquid working fluid to be led out of the separator container device back into the carrier device, whereby the liquid working fluid can be returned to the rotary pump device.
Die erfindungsgemäße Biogasanlage umfasst wenigstens einen Fermenter und wenigstens eine Pumpenvorrichtung der zuvor beschriebenen Art.The biogas plant according to the invention comprises at least one fermenter and at least one pumping device of the type described above.
Auch die erfindungsgemäße Biogasanlage bietet viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil ist, dass durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung an bzw. in der Biogasanlage Funktionsstörungen der Anlage durch Gasansammlungen in der Rotationspumpe vermieden werden können.The biogas plant according to the invention also offers many advantages. A significant advantage is that by using the pump device according to the invention on or in the biogas plant malfunction of the system can be avoided by gas accumulations in the rotary pump.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.Further advantages and features of the present invention will become apparent from the embodiments, which are explained below with reference to the accompanying figures.
In den Figuren zeigen:In the figures show:
In
Neben dem Fermenterbehälter
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung
Die Zulaufverteilereinrichtung
Auf der Trägereinrichtung
In dieser Darstellung erkennt man noch einen kleinen Teil der Unterdruckleitung
An die Abscheidebehältereinrichtung
Die Rotationspumpeneinrichtung
In
Die Trägereinrichtung
Der Rotationspumpeneinrichtung
Die als „A” und „B” markierten Ausschnitte werden in den
Die Rotationspumpeneinrichtung
Die Schaufeleinrichtung
Die Einzugsschneckeneinrichtung
Durch den Sog auf der Saugseite
Um dieses überschüssige Gas aus dem Förderbereich
Durch diese Öffnungen
Um ein besonders gutes Abführen von dem Gas aus dem Förderbereich
Die Trennplatteneinrichtung
Beim Absaugen des Gases aus dem Förderbereich
In
Man erkennt ferner, dass auf der axial äußeren Seite
An der Unterdruckkammer
Der Bereich „B” in
Die Abscheidebehältereinrichtung
In der Abscheidebehältereinrichtung
Weiterhin umfasst die Schwimmereinrichtung
Wird ein maximaler Füllstand erreicht, kann automatisch oder auch händisch die Unterdruckpumpeneinrichtung
Um ein Rücklaufen bzw. Rückdrücken von Arbeitsfluid
Um mit der Unterdruckpumpeneinrichtung
In
Die Rotationseinrichtung
In Rotationseinrichtung
In
In
Diese Laufradrückenschaufeln
In
Zur besseren Übersicht ist die Rotationseinrichtung
In anderen Ausgestaltungen ist auch der Einsatz von anderen Rotationseinrichtungen
Es kann auch vorteilhaft sein, wenn der Einlass
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Pumpenvorrichtungpump device
- 22
- RotationspumpeneinrichtungRotary pump device
- 33
- Arbeitsfluidworking fluid
- 44
- Flüssiganteilliquid fraction
- 55
- FeststoffanteilSolids
- 66
- Saugseitesuction
- 77
- Druckseitepressure side
- 88th
- Gehäuseeinrichtunghousing means
- 99
- Einlassinlet
- 1010
- Auslassoutlet
- 1111
- FörderbereichFörderbereich
- 1212
- Rotationseinrichtungrotation means
- 1313
- Schaufeleinrichtungscoop means
- 1414
- Abscheideeinrichtungseparating
- 1515
- äußerer Bereichouter area
- 1616
- Öffnungopening
- 1717
- RadialstromlaufradRadial flow impeller
- 1818
- Tellereinrichtungdishes ordering
- 1919
- innere Hälfteinner half
- 2020
- Förderrichtungconveying direction
- 2121
- LaufradrückenschaufelImpeller rear vane
- 2222
- UnterdruckkammerVacuum chamber
- 2323
- Trennplatteseparating plate
- 2424
- Antriebseinrichtungdriving means
- 2525
- Antriebswelledrive shaft
- 2626
- Öffnungopening
- 2727
- Spaltgap
- 2828
- UnterdruckpumpeneinrichtungVacuum pump device
- 2929
- AbscheidebehältereinrichtungAbscheidebehältereinrichtung
- 3030
- Aufnahmebereichreception area
- 3131
- Ventileinrichtungvalve means
- 3232
- RückschlagventileinrichtungCheck valve means
- 3333
- Füllstandeinrichtunglevel facility
- 3434
- Schwimmereinrichtungfloat device
- 3535
- Sensoreinrichtungsensor device
- 3636
- EinzuschneckeneinrichtungEinzuschneckeneinrichtung
- 3737
- Trägereinrichtungsupport means
- 3838
- Behältereinrichtungcontainer means
- 3939
- erster Zulauffirst feed
- 4040
- Ablaufprocedure
- 4141
- zweiter Zulaufsecond inlet
- 4242
- Verschlusseinrichtungclosure device
- 4343
- ZulaufverteilereinrichtungIntake manifold
- 4444
- SubstratzerkleinerungseinrichtungSubstrate comminution device
- 4545
- Sensorsensor
- 4646
- Flanschflange
- 4747
- Substratmühlesubstrate mill
- 4848
- Anschlussconnection
- 4949
- Schieberpusher
- 5050
- ZulaufIntake
- 5151
- Druckschaufelpressure shovel
- 5252
- GleitringdichtungMechanical seal
- 5353
- UnterdruckleitungVacuum line
- 5454
- Gasanschlussgas connection
- 5555
- ZweiwegeventilTwo-way valve
- 5656
- Anzeigeeinrichtungdisplay
- 5757
- Aufnahmeadmission
- 5858
- Bohrungdrilling
- 5959
- axial äußerer Bereichaxially outer region
- 6060
- Abschlussventiloff valve
- 100100
- Biogasanlagebiogas plant
- 101101
- Fermenter(behälter)Fermenter (tank)
- 102102
- Fermenterdachfermenter roof
- 103103
- Foliendachmembrane roof
- 104104
- Vorratsbehälterreservoir
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