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Kreiselpumpe mit hydraulischer Entlastungsvorrichtung Die Erfindung
bezieht sich auf eine mit einer hydraulischen Entlastungsvorrichtung versehene KreiselpumpezurFörderung
flüssigerMedien mit veränderlicher Förderleistung, insbesondere für Hochdruck-Dampferzeugungsanlagen,
bei der die Temperatur der Entlastungsflüssigkeit gemessen und diese Messung zur
Vermeidung unzulässiger Erwärmung der Pumpe bei Schwachlast benutzt wird. Solche
Pumpen werden in Dampferzeugungsanlagen vielfach als Hochdruck-Kesselspeisepumpen
verwendet.
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Bei Dampferzeugungsanlagen kann es mitunter vorkommen, daß beim Übergang
auf Schwachlastbetrieb die Förderleistung der Pumpe so verringert wird, daß das
Wasser in der hydraulischen Entlastungsvorrichtung infolge der verringerten Durchflußgeschwindigkeit
zum Sieden kommt. Um der Gefahr hieraus entstehender Schädigungen der Pumpe vorzubeugen,
ist es bereits bekannt, mechanische Freiiaufventile anzuwenden, die bei Überschreiten
einer vorbestimmten Mindestfördermenge auf der Druckseite der Pumpe einen zusätzlichen
Austrittsweg für das zu fördernde Wasser öffnen, so daß die Förderung einer bestimmten
Mindestmenge stets sichergestellt ist.
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Diese bekannten Einrichtungen mit Freilaufrückschlagklappe besitzen
den Nachteil, daß die mechanisch bewegten Teile dieses Ventils von außen nicht sichtbar
und auch nicht kontrollierbar sind. Bei Rückschlagventilen für hohe Drücke wird
man im allgemeinen bedacht sein, die druckfeste Wandung nicht mit mechanisch bewegten
Teilen zu durchbrechen. Selbst wenn man durch Verwendung von Stopfbuchsen oder anderen
druck:dichten Durchführungen von außen her eine Kontrollmöglichkeit schaffen wollte,
würde durch die unvermeidbaren Reibungen in der druckdichten Durchführung eine einwandfreie
Arbeitsweise des Rückschlagventils beeinträchtigt oder gar unmöglich, sein.
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Man könnte auch daran denken, irgendwelche Einrichtungen zu verwenden,
die auf Grund von Mengenmessungen einen Impuls zum Öffnen eines zusätzlichen oder
allein vorhandenen Ventils geben und sich dabei an sich bekannter elektromechanischer
Einrichtungen bedienen, bei denen eine Durchsatzmengenmessung stattfindet. Eine
solche Mengenmessung würde aber Meßblenden erfordern, die bei ihrem Einbau in die
Saug- oder Druckleitung der Pumpe unerwünschte Drosselverluste hervorrufen. Da die
Meßeinrichtung gerade auf eine besonders kleine Durchsatzmenge ansprechen müßte,
würde im normalen Betrieb bei hohem Durchsatz eine starke Drosselwirkung an den
Meßblenden auftreten. Die Einführung einer Meßblende in die Saugleitung bedeutet
also indirekt eine Verkleinerung der Zulaufhöhe. Bei einer bekannten Einrichtung
zum Schutz von Kreiselpumpen mit hydraulischer Achsschubentlastung durch Reglung
der in den Zulaufbehälter rückgeführten Entlastungsflüssigkeitsmenge erfolgt die
Mengenreglung der abzuführenden Mindestflüssigkeit durch ein als Drosseleinrichtung
ausgebildetes Regelorgan in Abhängigkeit von der Pumpenbelastung derart, daß beim
Übergang zum Schwachlastbetrieb die Drosselwirkung vermindert wird. Auf diese Weise
soll bei Schwachlastbetrieb eine relativ größere Menge der Entlastungsflüssigkeit
die Pumpe durchströmen.
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Diese Einrichtung enthält, wie auch anderweitig bekannt, nur eine
einzige Temperaturmeßvorrichtung im Entlastungsraum, die zwar die Temperatur in
diesem Raum anzeigt, aber keine sicheren Rückschlüsse auf die Ursache und den Ort
der Entstehung der erhöhten Temperatur zuläßt. Der in dieser einzigen Meßvorrichtung
angezeigte Temperaturanstieg kann z. B. in einer der Pumpe vorgeschalteten Einrichtung,
etwa einem Vorwärmer, hervorgerufen sein. Wenn sich nämlich die Temperatur des in
die Pumpe eintretenden Wassers erhöht, wird sich zwangläufig auch diejenige des
aus der Entlastungskammer austretenden Wassers erhöhen.
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Weiterhin ist es bekannt, die Temperatur des Wassers an einer Stelle
vor und hinter der Pumpe zu messen. Auf diese Weise wird aber eine Temperaturerhöhung
des Wassers innerhalb der Pumpe erst dann gemeldet, wenn das Wasser die Pumpe bereits
wieder verlassen hat. Außerdem wird hier die Temperatur nicht an der gefährlichsten
Stelle, nämlich innerhalb
der Entlastungsvorrichtung gemessen. Da
die Entlastungsflüssigkeit nur einen Bruchteil der aus der Pumpe austretenden Flüssigkeit
ausmacht, kann aus der Temperaturmessung am Ausgang der Pumpe kein Rückschluß auf
die! -Temperatur innerhalb der Entlastungsvorrichtung gezogen werden.
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.- Diese. Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt. Die Erfindung
besteht in einer überwachungsvorrichtung, die sowohl von der Temperatur der aus
derSütlastungsvorrichtung austretenden als auch von der Temperatur der in die Pumpe
eintretenden Flüssigkeit beeinflußt wird.
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Es sind also zwei Temperaturmeßstellen vorhanden, von denen
die eine die Temperatur des Wassers am Pumpeneingang, die andere--die Temperatur
der aus der Entlastungsvorrichtung austretenden Flüssigkeit mißt. Diese Meßstellen
gewährleisten eine schnelle und genaue Bestimmung der den Temperaturanstieg bewirkenden
Ursachen.
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. Wesentlich für die Wirksamkeit von Maßnahmen zur Ausschaltung
einer Teinperaturerhöhung in der Entlastungsvorrichtung sind die Schnelligkeit,
mit der einer solchen Gefahr begegnet, und die Genauigkeit, mit der die Ursachen
der Temperaturerhöhung festgestellt werden. In der Überwachungsvorrichtung werden
die gemessenen Temperatüren miteinander verglichen, und es werden, entsprechend
den dabei ermittelten Differenzwerten, von der überwachungsvorrichtung Impulse auf
einen Motor zur Verstellung des Handfahrventils gegeben, Die Ursache für eine Änderung
der zwischen diesen beiden Meßstellen auftretenden Temperaturdifferenz kann dann
nur zwischen diesen Meßstellen, also innerhalb der Pumpe selbst, liegen. Die Temperaturdifferenz
ändert sich nicht, wenn die Temperatur des Arbeitsmittels außerhalb der Pumpe steigt
oder fällt, z. B. in einem der Pumpe vorgeschalteten Vorwärmer.
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Die Überwachung erfolgt also nicht mehr indirekt durch Sicherstellung
des kleinstzulässigen Durch-#atzes, sondern unmittelbar durch Kontrolle der Erwärmung
des die Entlastungsvorrichtung durchfließenden Wassers. Auf diese Weise kann verhindert
werden, - daß die Temperatur hinter der Entlastungs-,cheibe über die Sättigungstemperatur
ansteigt. Der Sättigungszustand kann durch eine Paralleldruckmessung oder unter
Berücksichtigung der Zulaufverhältnisse durch die zusätzliche Temperaturmessung
in der Zulaufleitung zur Pumpe bestimmt werden.
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Für die Wahl der Überwachungsvorrichtung ist wesentlich, daß eine
Temperaturdifferenz und nicht ein einzelner Temperaturwert gemessen wird. Die von
der Überwachungsvorrichtung ausgehende Reglung erfolgt also nur über einen Differenzbereich,
d. h. einen kleinen Teil der Temperaturskala. Die Reglung über einen Differenzbereich
der Temperaturskala kann aber mit wesentlich vergrößerter Meß- und Anzeigegenauigkeit
durchgeführt werden, als wenn die Reglung über den gesamten Temperaturbereich erfolgen
müßte. Zur Messung der Temperaturdifferenzen kann eine elektrische Meßeinrichtung
mit Widerstandsthermometern od. dgl. in einer Brücken- oder Differentialschaltung
verwendet werden.
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Die Überwachungseinrichtung kann mit einer Anzeigevorrichtung zur
Kenntlichmachung des jeweiligen Betriebszustands oder bestimmter Zustände der Pumpe
versehen sein. Bei Eintreten in einen ungünstigen oder gefährlichen Betriebszustand
kann eine optische bzw. eine elektrische Warnung, beispielsweise mit einer Signalanlage,
zur Wirkung kommen. Unabhängig -hiervon oder in Verbindung mit einer solchen Signaleinrichtung
können an die Überwachungseinrichtungen Verstellanordnungen angeschlossen werden,
die, von der Überwachungseinrichtung gesteuert, ein Ventil verstellen. Ein solches
Ventil kann zusätzlich zu einer bereits vorhandenen Freilaufrückschlagklappe angebracht
sein oder auch allein für sich ein Unterschreiten einer bestimmten Mindestfördermenge
verhindern. Die Überwachungseinrichtung läßt sich so gestalten, daß die Erwärmungskontrolle
auch bei Änderung der Zulaufverhältnisse, z. B. bei Schwebeentgasung, und auch bei
Störungen im Innern der Pumpe anspricht.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert *erden. Die
Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen
in vereinfachter Darstellung.
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Der Zulaufstutzen einer als Kreiselpumpe ausgebildeten Hochdruckkreiselpumpe
1 ist mit 2, der Druckstutzen mit 3 bezeichnet. An den Druckstutzen
schließt sich der Stutzen4 für die Anwärmleitung 5 an, der außerdem noch
mit dem Rückschlagventil 6 versehen ist. Hieran schließen sich weitere Armaturen
und ein Handfahrventil 7 mit nachgeschaltetem Drosselorgan 8 an, das
einen Auslaß zu einer Nebenauslaßleitung 9 öffnet.
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Die nicht näher dargestellte Entlastungsvorrichtung im Innern der
Pumpe 1 ist mit -zwei Austrittsleitungen 10 und 11 versehen,
wobei über ein Drosselorgan 12 das die Entlastungsvorrichtung verlassende Wasser
durch die Leitung 13 nach oben abfließt, während über ein Sicherheitsventil
14 im Gefahrenfalle ein Austritt in den Abwasserbehälter 15 erfolgen kann.
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- Die Wirkungsweise einer solchen bekannten Anordnung hängt
wesentlich von der Funktion des Rückschlagventils 6 ab. Wenn, etwa wie beim
Anfahrvorgang, mit geringen Fördermengen gearbeitet oder durch irgendwelche Eingriffe
von Hand die Förderleistung auf ein besonders geringes Maß herabgesetzt wird, kann
durch Betätigen des Handfahrventils 7
dafür gesorgt werden, daß eine genügend
große Durchsatzmenge die Pumpe durchläuft und dann durch die Nebenauslaßleitung-9
austritt. Selbst wenn dieDruckleitung 16 mit Hilfe des Ventils
17 völlig geschlossen wird, kann man über das Handfahrventil 7, das
Drosselorgan 8 und die Nebenauslaßleitung 9 noch eine genügend große
Menge fördern, so daß die Pumpe nicht gefährdet wird. Bei Unterschreitung einer
Mindestfördermenge während des Betriebs soll das Rückschlagventil 6 sich
öffnen und auf diese Weise ebenfalls einen Ausfluß in die Nebenauslaßleitung
9 sicherstellen.
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Mit Rücksicht auf die oben geschilderten Nachteile dieser Anlage,
vor allem der Unzuverlässigkeit und Unkontrollierbarkeit des Rückschlagventils
6, das meist als Freilaufrückschlagklappe ausgebildet ist, sieht die Erfindung
Maßnahmen vor, um den Betriebszustand der Pumpe, insbesondere die Temperatur in
der Entlastungsvorrichtung, zu überwachen, um zusätzlich zum Rückschlagventil oder
für sich allein die Mindestfördermenge sicherzustellen. Die Temperatur des die Entlastungsvorrichtung
verlassenden Wassers wird mit Hilfe eines elektrischen Temperaturfühlers-18, beispielsweise
in Form eines Widerstandsthermometers, überwacht.
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Für die Messung der Differenz zwischen der in die Pumpe eintretenden
und der aus der Entlastungsvorrichtung austretenden Flüssigkeitstemperatur können
bekannte Bimetall-Anordnungen verwendet werden. Im Pumpenzulauf, beispielsweise
im Saugstutzen2,
befindet sich, wie schematisch angedeutet ist,
ein weiterer Temperaturfühler 19. Dieser Temperaturfühler kann ebenfalls
als Widerstandsthermometer ausgebildet sein.
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Die Überwachungsvorrichtung ist mit einer Ver-,gleichsanordnung 20
versehen, die beispielsweise eine Brücken- oder Differentialschaltung enthält. Sie
liefert eine Steuergröße 21 für den Regler 22. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
vermittelt der Regler 22 nicht nur mit Hilfe einer Skalenanordnung 23
die
Anzeige der Temperaturdifferenz als Maß für die jeweilige Belastung der Pumpe, sondern
gibt auch entsprechend der Wirklinie 24 Signale an eine optische Warneinrichtung
25 und eine entsprechende akustische Einrichtung 26. Darüber hinaus
steuert der Regler 22, wie durch die Wirklinie 27 versinnbildlicht ist, einen
Verstellmotor 28 für das Handfahrventil 7
oder ein anderes im Druckstutzen
der Pumpe liegendes Ventil zur Öffnung der Nebenauslaßleitung 9.
Hierzu können
an sich bekannte Elektroventile verwendet werden. Ein Rückschlagventil
6 ist nicht mehr erforderlich.