-
Mindestförderstromeinrichtung zum Schutz von Kreiselpumpen bei Schwachlast-
oder Nullastbetrieb Die Erfindung hetrifft eine Mindestförderstromeinrichtung zum
Schutz von Kreiselpumpen, insbesondere Kesselspei sepumpen bei Scwachlast- oder
Nullastbetrieb, bestehend aus einem Nebenauslaß, einem Absperrorgan und einer Druckentspannungseinrichtung
für den Mindestförderstrom, sowie einer Antriebseinrichtung zur Betätigung des Absperrorgans.
-
In Kreiselpumpen findet infolge der Verlustarbeit, insbesondere bei
Schwachlast- oder Nullastbetrieb, eine starke Erwärmung das Fördermediums statt.
Dies kann be im Betrieb von Kreiselpumpen zur Förderung heißer Medien, wie Kesselspeisepumpen,
leicht zur Verdampfung des Fördermediums innerhalb der Pumpe ihren, was erfahrungsgemäß
erhebliche Schäden an der Pumpe verursacht.
-
Zur Vermeidung solcher Schäden berechnet man unter Zugrundelegung
der besonderen Betriebsbedingungen die zu erwartende Erwärmung des Fördermediums
und legt den Mindestförderstrom fest, bei dem in der Pumpe noch keine Verdampfung
auftreten kann.
-
Es sind verschliedene Vorrichtungen bekannt, die auch beim völligen
Sperren des Hauptstroms (Förderstroms) einen Mindestförderstrom der Kreiselpumpe
gewährleisten, so daß keine Überhitzung Verbunden mit den oben genannten Schäden
auftreter kann.
-
Die einfachste bekannte Lösn einer Mindestförderstromeinrichtung besteht
aus einem vor dem Pumpenhauptabschlußorqan, z. H. einer Rückschlagklappe angebrachten
stets offenen Nebenauslaß fiir den Mindestförderstrom, welcher iiber eine feste
Drossel auf beispielsweise den Druck des Sammel- oder Ztilaufbehälters entspannt
wird, vergleiche Stand der Technik DAS 1 155 338. Rei der Verwendung einer solchen
Einrichtung muß die Förderleistung der Pumpe um den Anteil des Mindestförderstroms
größer ausgelegt werden, was ihren Wirkungsgrad stark vermindert.
-
Andere bekannte Einrichtungen verwenden sogenannte Freilaufrückschlagventile,
deren Ventilkegel eine von dem Förderstrom abhängige Stellung einnimmt, vergleiche
DP 1 146 756 und DP 974 387. man benutzt die Stellung des Ventilkegels zum Steuern
eines Nebenauslasses für den Mindestförderstrom, wobei dieser Auslaß beispielsweise
als Schlitz ausgebildet ist und mittels eines Schiebers geöffnet und geschlossen
werden kann. Der Schieber ist beispielslueise über Gestänge, Hebel oder gleichartige
Vorrichtungen mit dem Kegel des Rückschlagventils verbunden. Erreicht z. B. der
Ventilkegel des Freilaufrückschlagventils seine Absperrstellung, so ist der Nebenauslaß
voll geöffnet.
-
Bei dieser Lösung ist gegenüber der ersten Lösung der Anlagenwirkungsgrad
verbessert, weil bei funktionierender Einrichtung der Mindestförderstrom nur unterhalb
des vorgesehenen Mindestförderstrompunktes fließt und bei Normahetrieb keine Verluste
durch einen Nebenstrom auftreten.
-
Hei derartigen mindestf irtiersttomeinrichtungen wird die Druckentspannungseinrichtung
für den Mindestförderstrom z. B.
-
durch einen Schlitz und einen diesen verschließenden Schieber nehi
Itlet. Derartige Vorrichtungen unterliegen jedoch er fahrungsgemäß während des Betriebes
einem erheblichen Verschleiß## und dichten nach längerer Betriebszeit nicht mehr
vollständig
ab, so daß auch beim Normalbetrieb stets ein Nehenstrom fließt. Durch den Verschleiß
an der Druckentspannungseinrichtung wird eine mr oder minder große Verschlechterung
des Wirkungsgrandes der Anlage bei Normalbetrieb verursacht.
-
wegen des oben genannten Verschleißes sind in weiteren bekannten Mindestförderstromeinrichtungen
die Druckentspannungseinrichtungen vom Absperrorgan getrennt, vergleiche DAS 1 202
140, DP 1 184 643, DP 1 152 020 und DS 1 403 847. Das Absperrorgan hat nur noch
2 Stellungen, nämlich geschlossen oder ganz offen. Dem Absperrorgan sind nun feste
Drosseln vor- oder nachgeschaltet, die ein- oder mehrstufig sein können.
-
Feste Drosseln können im Gegensatz zu einstellbaren Drosseln durch
geeignete Konstruktion und Verwendung bestimmter Werkstoffe äußerst widerstandsfähig
gegen Verschleim gemacht werden. Außerdem ist bei derartigen Einrichtungen das Abschlußorgan
kaum noch einem Verschleiß unterworfen, so daß der einmal festgelegte Mindestförderstrom
über lange Betrienszeiten eingehalten und der Anlagenwirkungsgrad nicht beeinträchtigt
wird. Als Impulsgeber zum Betätigen des Abschlußorgans können Freilaufrückschlacventile,
an der Pumpe angebrachte Druck-, Temperatur- und Mengenmeßeinrichtungen unter Zwischenschalten
von z. B. Gestängen, Meßwertumformern, Verstärkern usw. verwendet werden.
-
Alle bekannten Mindestförderstromeinrichtungen verwenden als Druckentspannungseinrichtungen
Drosseln, beispielsweise Drosselventile, Drosselschieber, auch ein- oder mehrstufige
Drosselstrecken verschiedenster Ausführung. Sie vernichten die Energie des Mindestförderstroms
und drücken damit den Wirkungsgrad der Anlage stark herab, denn bi heutigen Anlagen
wird der Mindestförderstrom gewöhnlich
beim Absinken des Förderstroms
auf etwa 20 - 25 % des Nennförderstroms eingeschaltet. Bei Schwachlast oder Nullast
geht somit eine erhebliche Fner9ie verloren.
-
Der Erfindung liegt die Aufga-be zu Grunde, eine neue Mindestförderstromeinrichtung
bereitzustellen, die ohne die genannten Energieverluste arbeitet und gleichzeitig
die Betreibssicherheit der Pumpe und damit der Anlage gewährleistet. Es war anzustreben,
die durch den Mindestförderstrom verlorengehende Energie dem Prozeß weitgehendst
zu erhalten und damit den Wirkungsorad der Anlage erheblich zu verbessern.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Druckentspannungseinrichtung
für den Mindestförderstrom wenigstens eine Freistrahlturbins verwendet wird.
-
Nach einer besonderen Ausführungsform der Mindestförderstromeinrichtung
ist das Laufrad (die Laufräder) der verwendeten Turbine(n) auf der Pumpenwelle befestigt
und das Turbinengehäuse bildet mit dem Pumpengehäuse eine @augruppeneinheit.
-
Die als Druckentspannungseinrichtung verwendete(@) Turbine(n) kann(können)
jedoch auch einem anderen Aggregat als der zu schützenden Kreiselpumpe zugeordnet
sein.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Antriebseinrichtung
des Absperrorgans für den Mindestförderstrom zusätzlich oder nur mit der Düsenregeleinrichtung
der Turbine(n) verbunden.
-
Eine weitere vorteilhafte Hai1form besteht aus einem Nebenauslaß und
einem Absperrorgan für den Mindestförderstrom sowie einer Antriebseinrichtung zur
Betätigung des absperrorgans, wobei die Antriebseinrichtung in an sich bekannter
Weise durch Zwischenschalten von z. B. Gestängen, Meßwertumformern,
Verstärkern
usw. mit an der Kreiselpumpe angebrachten Druck- und/oder Temperatur- und/oder mengenmeßeinrichtungen
und/oder dem Kegel eines Freilaufrückschlagventils verbunden ist und einer oder
mehreren Freistrahlturbine(n) als Druckentspannungseinrichtung frir dn mindestförderstrom,
deren Laufrad (Laufräder) auf der Welle der zu schützenden Kreiselpumpe befestigt
ist (sind) tind deren Gehäuse mit dm Pumpengehäuse eine Baugruppenreinheit bildet.
-
Die erfindungsgemäß zu verwendende Mindestförderstromeinrichtung arbeitet
vorzugsweise so, daß beim Absinken des Förderstroms unter einen. berechneten Mindestwert
das Ahsperrorgan ftir den Mindestförderstrom geöffnet wird und der Mindestförderstrom
dtirch mindestens eine Freistrahlturbine entspannt wird, wobei seine Energie als
Antriehsarbeit gewonnen wird. Der Mindestförderstrom kann nach dem Austritt aus
der Druckentspannt.lngseinrichtung wie bekannt witergeführt werden.
-
Der besonriere Vorteil der Mindestförderstromeinrichtung nach der
Frfindijng besteht darin, daß die Energie des Mindestförderstroms weitgehend zurückgewonnen
und z. B.
-
der Antriebsleistung der zu schützenden Kreiselpumpe wieder zugeführt
wird. Damit wird der Wirkungsgrad einer Anlage gegenüber den mit bekannten Mindestförderstromeinrichtungen
ausgerüsteten Anlagen erheblich verbossert.
-
So kann in mit dieser Einrichtung ausgerüsteten Kreiselpumpen bis
zu 30 % der aufzuwendenden Pumpenantriebsleistung zurückgewennen und damit die aufzuwendende
Antriebsleistung entsprechend vermindert werden. Es ist in diesem Zusammenhang zu
betonen, daß die große Zahl aller bisher vorgeschlagenen Mindestförderstromeinrichtungen
von vor@-herein auf die Rückgewinnung der Energie des Mindestförderstroms verzichten
und die Vorrichtung nach der Erfindung einen
sprunghaften technischen
Fortschritt auf diesem Cebiet darstellt.
-
Ein weiterer Vorteil der mindsstförderstromeinrichtung nach der Erfindung
besteht in ihrer Betriebssicherheit und in ihrer Unempfindlichkeit gegen Verschleiß.
-
Zur näheren Erklärung ist ein Ausführungsheispiel der Mindestförderstromeinrichtung
nach der Erfindung in den 7eichnungen dargestellt und wird im folgenden beschrieben.
-
An sich bekannte Teile der mindestförderstromeinrichtung nach der
Erfindung, wie z. 8. das Absperrorgan für den tindestförderstrom, die Antriebseinrichtung
zur Betätigung des Absperrorgans, -sowie Impulsgeber, iviengenmesser etc. werden
nicht mehr beschrieben.
-
Fig. 1 stellt ein Schema der Mindestforderstromeinrichtung nach der
Erfindung mit ihren Hauptteilen dar.
-
Fig. 2 zeigt einen möglichen Einbau der Druckentspannungseinrichtting
in eine Kreiselpumpe.
-
Fig. 3 ist ein Schnitt A - B durch Fig. 2.
-
In Fig. 1 bedeuten 1 die Kreiselpumpe, 2 den Nebenauslaß für den Mindestförderstrom,
3 das Freilaufrückschlagventil im Förderstrom, dessen Ventilkegel bzw. dessen Stellung
zum Betätigen des Absperrorgans 5 (hier zusammen mit der Antriebseinrichtung 12
dargestellt) über die Verbindung 4 (z. fl. Gestänge, Leitung oder dergleichen) mit
diesen verbunden ist, 6 ist die Druckentspannungseinrichtung, eine Freistrahlturbine,
deren Laufrad auf der Pumpenwelle 7 befestigt ist, 8 bedeutet das gemeinsame Pumpenturbinengehäuse.
-
In Fig. 2 ist der Einbau der Druckentspannungseinri.chtung nach der
Erfindung in eine Kreiselpumpe im Längssch-nitt dargestellt. Es bedeutet 7 die gemeinsame
Welle, 8 das gemeinsame Gehäuse, wobei 8a das Turbinengehäuse, 8b das Sauggefläuse
und 8c ein Zwischengehäuse der Pumpe is.t, 9 das Turbinenlaufrad, 10 die Halterung
des Rades 9 auf der Welle 7 und 11 die gemeinsame Halterung der Gehäuseteile.
-
In Fig. 3 ist der Schnitt A - B gemäß Fig. 2 dargestellt.
-
Es bedeuten 7 die gemeinsame Welle, 8 Gehäuseteile, 9 das Turbinenlaufrad
(wobei nur ein Becher dargestellt ist), 10 dessen Halterung auf der gemeinsamen
Welle 7,. 12- die AntriebseinricbÜung für das Absperrorgan des Mindestforderstroms,
13 die Düse für die Freistrah-lturbine, 14 die Flüssigkeitszuleitung für die Freistrahlturbine
und 15 den Flüssigkeitsaustritt der Freistrahlturbine mit Anschlußflansch zur Rück-
oder Weiterführung des Mindestförderstroms.
-
mit Fig. 1 läßt sich die Funktion der neuen Mindestförderstromeinrichtung
beschreiben. Es wird angenommen, daß die Kreiselpumpe 1 als Kesse-lspeisepumpe fi'jr
einen Dampfkessel arbeitet. Fällt im Betrieb die Dampfabnehme aus dem Kessel, so
muß auch der Förderstrom der Ptimpe entsprechend zurfickgenommen werden. Fällt der
Förderstrnm weiter, so daß er unter den errechneten notwendigen Mindestförderstrom
der Kreiselpumpe zurückgeht, so wird das Absperrorgan 5 für den Mindestförderstrom
durch das Freilaufrückschlagventil über die Leitung 4 geöffnet und die Turbine R
mit dem Mindestförderstrom beuafschlagt und die Energie des Mindestförderstroms
durch Umwandlung im Turbinenlaufrad als Antriebsleistung wieder der Kreiselpumpe-
zugeführt.
-
In anderen-Fällen kann es vorteilhaft sein, die als Druckentspannungseinrichtung
verwendete Turbine mit einem
anderen Aggregat als der zu schitzeoden
Kreiselpumpe zu verbinden und die Energie des Mindestförderstroms der Kreiselpumpe
bei Teillast oder Nullast anderweitig als Antriebsleistunn auszunutzen.