DE10203072A1 - Dichtungslose Pumpen für die Förderung von Produkten mit hoher Temperatur - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Pumpen, bei denen Pumpenimpeller und hydraulischer Antrieb in einem Gehäuseverbund untergebracht sind, der sich dadurch auszeichnet, dass er besonders geeignet ist für die Förderung von Produkten mit hoher Temperatur, keine Dichtungen zur Umwelt aufweist und ohne Spalttopf auskommt und mit in den der Leitung fließenden Produkten oder deren Komponenten angetrieben wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Pumpen mit integriertem hydraulischen Antrieb, der sich dadurch auszeichnet, dass er besonders geeignet ist für die Förderung von Produkten mit hoher Temperatur, keine Dichtungen zur Umwelt aufweist und ohne Spalttopf auskommt.
• Auf dem Markt sind gegenwärtig drei Typen von Pumpen zur Förderung von Flüssigkeiten mit hoher Temperatur verfügbar. Es handelt sich hierbei um Pumpen konventioneller Bauart mit Wellendichtung, Sperrsystem und thermisch isoliertem Motor, die sogenannten Spaltrohrmotorpumpen, bei denen der Motor mit der Pumpe eine gekapselte Einheit bildet und Pumpen die über einen magnetgekuppelten Antrieb mittels Spalttopf verfügen und hermetisch abgeschlossen sind. Diese drei Systeme weisen alle Nachteile auf, die im folgenden abgehandelt werden.
• Gegenwärtig werden die Pumpen, mit denen Hochtemperatur-Thermostatölen bei Temperaturen über 200°C gefördert werden, mit außenliegenden - siehe Abb. 1a - Elektromotoren angetrieben, die durch lange Wellen, thermische Abschirmungen und Fremdbelüftung vor zu hoher Temperatur geschützt werden müssen. Die vorgenannten Maßnahmen erfordern bei langen Wellen eine genaue Ausrichtung von Pumpenwelle und antreibendem Elektromotor. Eine erste Ausrichtung findet ohne Beheizung statt und nach dem Aufheizen und einem thermischen Ausgleich, der nach einiger Zeit stattgefunden hat, ist eine weitere Ausrichtung in heißem Zustand erforderlich. Dies stellt eine erhebliche potentielle Gefahr für Leib und Leben der Monteure dar, da die Pumpenwellendurchführung plötzlich undicht werden kann und austretende heiße Flüssigkeit einerseits das Wartungspersonal verbrüht oder andererseits sich entzündet und zu schwersten Verbrennungen führt. Die Gefahr ist nicht zu unterschätzen, da in nicht vollständig fluchtender Ausrichtung trotz flexibeler Kupplungen, eine erhebliche einseitige Kraft auf die Wellenpackung oder Dichtung ausgeübt wird. An der Durchführung der rotierenden Wellen oder - stümpfe durch die Pumpendeckel sind Lippen-, Gleitring-, Stopfbuchs- oder andere Dichtungen mit Elastomeren zum Schutz bzw. zur Abdichtung gegen das Austreten von Produkt angebracht, die durch besonders aufwändige konstruktive Maßnahmen wie gekühlte und in Kreislauf geführte Sperrflüssigkeiten oder inerte Gase vor thermischer Überlastung geschützt werden. Bei Ausfall des Kühl- bzw. Kreislaufsystems treten dann unzulässige Temperaturen auf, die zu Verhärtung und Verlust der elastischen Eigenschaften des Sperrkörpers führen. Diese Dichtungen unterliegen auf die Dauer hohen thermischen und mechanischen Belastungen und müssen zum einen zur Gewährleistung der Dichtigkeit ständig überwacht oder mit einer Sperrflüssigkeit beaufschlagt und zum anderen in regelmäßigen Abständen gewechselt werden, da die Verschleißerscheinungen und die Abnutzung zu einer schleichenden Undichtigkeit und dem Austreten von Produkt führen. Insbesondere bei Reaktionen die Temperaturen bis zu 350°C erfordern und in Doppelmantelreaktoren durchgeführt werden, deren Mantel zu Thermostatisierungszwecken mit Hochtemperaturölen versorgt wird, sind Vorsichtsmaßnahmen zur Abwendung der Gefahr einer Leckage und deren schwerwiegenden Folgen zu treffen, weshalb die Pumpen weit entfernt von dem Reaktor platziert werden. Dies erfordert schon bei der Anlagengestaltung erhöhten Aufwand und führt sowohl in der Fertigung als auch bei Installation in der Anlage zu gesteigerten Kosten.
• Bei Spaltrohrmotorpumpen sind sowohl elektrischer Antrieb als auch Pumpenrad in einem Gehäuse untergebracht - siehe Abb. 1b -. Die mangelhafte Temperaturstandfestigkeit der Kupferisolierung der Wicklungen im Elektromotor und die Unverträglichkeit mit dem geförderten Produkt erfordern einen sogenannten Spalttopf, der die Trennung des Förderraumes von den elektrischen Erregerspulen oder Wicklungen im Außenraum gewährleistet. Der Innenraum des Spalttopfes füllt sich durch Leckagen an Dichtungen und Lagern in Laufe der Zeit mit dem geförderten Gut und werden nicht Vorkehrungen getroffen, dass der Spalttopfraum gespült wird, so treten im Verstopfungen bis hin zum Verbacken des Gutes auf. Dies hat zur Folge, dass die Lager nicht mehr ausreichend mit schmierenden Stoffen versorgt werden, mit der Folge von reparaturaufwändigen Schäden. Durch die Übertragung des Magnetfeldes von der Wicklung auf den im Spalttopf liegenden Rotor treten im Spalttopf Wirbelstromfelder auf, die zu einer unerwünschten Erwärmung führen. Wird diese nicht abgeführt, so kommt es zu Überhitzungen, die Schäden an der Isolierung des außenliegenden Erregerwicklungspaketes verursachen. Zu dieser abzuführenden Wirbelfeldenergie kommt noch die Wärme hinzu, die durch die gemeinsame Welle von Antriebsrotor und Pumpenimpeller übertragen wird. Dadurch ist es notwendig, einen externen Kühlkreislauf zum Schutz des Motorerregerpakets vor Überhitzung zu installieren und diesen durch Sicherheitsschaltungen und Notkühlvorrichtungen zu schützen.
• Einen größeren Fortschritt hin zu einem leckagefreien und sicheren Antrieb ergab sich mit der Entwicklung hochtemperaturbeständiger Magnete. Diese wurden, dem Prinzip der Spaltrohrmotorpumpe folgend - siehe Abb. 1c - , statt der kupferisolierten Erregerwicklung im Außenraum des Spalttopfes in Form eines Käfigs angebracht. Durch einen Elektromotor, der außerhalb und isoliert von der heißen Pumpe untergebracht wird, wird dieser Käfig in Rotation versetzt und treibt aufgrund der magnetischen Koppelung den im Spalttopf liegendenden Rotor und den damit verbundenen Pumpenimpeller. Dieses System hat auch den Nachteil eines dünnen und eng anliegenden Spalttopfes mit den bereits bei der Spaltrohrmotorpumpe geschilderten Nachteilen bezüglich Verstopfung, mangelhafter Lagerschmierung und Spaltspülung. Zudem ist die Ausrichtung auf eine Achse von Motor und Antriebsmotor, wie unter dem ersten Beispiel erwähnt, notwendig. Über längere Zeit kommt es bei den hohen Temperaturen zu einer Abnahme des Magnetismus in den Permanentmagneten verbunden einem größer werdenden Schlupf zwischen Antriebskäfig und magnetisch gekoppeltem Pumpenrad. Jedes An- und Abfahren und Abreißen der magnetischen Koppelung führt ebenfalls zu einer Schwächung der Koerzitivkraft der Magnete. Problematisch ist die Inbetriebnahme einer solchen Pumpe, wenn keine zusätzliche elektronische Einrichtung zum langsamen Hochfahren der E-Motordrehzahl vorhanden ist, da es aufgrund des unterschiedlichen Beschleunigungsverhaltens von E-Motor und zu fördernder Flüssigkeit zum Abreißen der magnetischen Koppelung führt.
Beschreibung der Erfindung
• Die in der Erfindung vorgestellte Technik umgeht gemäß Abb. 2 alle diese Nachteile dadurch, dass der Antrieb des Pumpenimpellers (2) oder der Rotoren durch einen innerhalb des gleichen Gehäuses (1) untergebrachten Hydraulikmotor (7) erfolgt. Vorteilhaft sind bei einem Betrieb mit hohen Temperaturen hydrodynamische Antriebe die durch strömende Fluide angetrieben werden, die nach dem Verfahren der Erfindung auch mit der Pumpe gefördert werden und daher keine Verschmutzung des geförderten Produktes mit Fremdstoffen verursachen. Erfindungsgemäß sind hierfür sind alle Arten von hydraulischen Antrieben, wie sie aus der Technik in Form von Zahnrad-, Taumelscheiben-, Taumel-, Radial- und Axilakolben und Flügelmotoren, wie sie beispielhaft in Dubbel - Taschenbuch für den Maschinenbau - 14. Auflage 1981 S. 510 ff aufgeführt sind, geeignet. Der Druck zum Antrieb des Hydraulikmotors (7), kann bis auf 500 bar zur Gewährleistung der Leistung angehoben sein und wird von einer Hydraulikstation (11)aufgebracht, die entfernt von der Pumpe untergebracht ist und mit einer Kühleinrichtung für das zurückströmende Fluid versehen ist. Durch diese Kühleinrichtung wird kaltes Fluid zur Ausnutzung der aus dem Hydraulikantrieb mitgenommenen Wärme gefahren. Zur effektiven Nutzug dieser Verlustwärme kann im Wärmetauschverfahren diese mit Produkten, die im Prozess unter erhöhter Temperatur verwendet werden, nutzbringend eingesetzt werden. Die Lagerung der Impeller- oder die Rotoren tragenden Welle ist so gestaltet, dass sie in Hochtemperaturlagern geführt werden. Durch die direkte Einspeisung des Produktes über ein Lager (8) entfällt der Einbau von Abdichtungen gegen den Außenraum.
• Eine Sperrsystem (16) trennt den Impellerraum von dem Antriebsraum wobei geringe Leckagemengen an Fluid von der einen auf die andere Seite erfindungsgemäß nicht stören sogar noch vorteilhaft die Lager durchspülen. Die Zufuhr des Hydraulikmediums, das den Antrieb gewährleistet, erfolgt über fest eingebaute oder eingeschweißte Rohre (9, 10), so dass erfindungsgemäß keine Dichtungen an der Pumpe zur Umwelt auftreten.

Claims (13)

1. Verfahren zur Förderung von Produkten mit hoher Temperatur durch Pumpen, dadurch gekennzeichnet, dass sie keine Dichtungen zur Umwelt aufweisen.

2. Dass sich Förderorgan und Antrieb in einem Gehäuse und auf einer Welle befinden.

3. Die Pumpe über keine durch das Gehäuse führende Antriebswelle verfügt.

4. Dass die Pumpenlager mit in dem geförderten Produkt oder den Stoffen aus denen das Produkt hergestellt wird, geschmiert werden

5. Dass der Hydraulikmediumeintritt in den Pumpenantrieb durch ein produktgeschmiertes Lager erfolgt.

6. Der Rührerantrieb aus mindestens einem Hydraulikmotor besteht.

7. Dass der Antrieb der Pumpen nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet ist, dass besonders geeignet die Zahnrad-, Taumelscheiben-, Taumel-, Radial- und Axilakolben und Flügelmotoren sind.

8. Dass nach Anspruch 6 das Antriebs- und Schmiermedium ein Hochtemperatur-Thermostatölen sein kann und

9. Dass der Druck im Hydrauliksystem 5.10⁴ Pa über dem Siededruck der Antriebsflüssigkeit bei der in der Pumpe maximal vorherrschenden Temperatur liegt.

10. Der Druck der Hydraulikflüssigkeit, geliefert von einer außerhalb des Reaktionsraumes untergebrachter Förderstation, zum Antreiben mindestens bei 5.10⁵ Pa und höchstens bei 500.10⁵ Pa liegt,

11. Die Antriebsflüssigkeit mit Rohren druckdicht in die Pumpe eingeführt und leckagefrei an das Antriebsgehäuse angeschlossen wird.

12. Dass das Antriebsmedium in den Förderraumraum austreten kann.

13. Dass die Durchsatzverteilung auf Lager oder Antriebsaggregat einstellbar ist.