DE1944300A1

DE1944300A1 - Vertikale selbstregelnde Kreiselpumpe

Info

Publication number: DE1944300A1
Application number: DE19691944300
Authority: DE
Inventors: Bruno Dipl-Ing Auchter
Original assignee: Rheinhuette Vorm L Beck & Co
Current assignee: Rheinhuette Vorm L Beck & Co
Priority date: 1969-09-01
Filing date: 1969-09-01
Publication date: 1971-03-04
Also published as: FR2064063A1

Description

Patentanmeldung

Vertikale selbstregelnde Kreiselpumpe

Die Erfindung betrifft eine vertikale Kreiselpumpe, wie sie vorzugsweise zur Förderung von flüssigen Metallen eingesetzt wird, insbesondere flüssigem Quecksilber bei der Chlor-Elektrolyse, die die Eigenschaft aufweist, . den druckseitigen Förderstrom in Abhängigkeit von dem auf der Saugseite zufließenden Strom selbsttätig zu regeln. Bei derartigen Kreiselpumpen ist eine Regelung des druckseitigen Förderstromes in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsstrom, der auf der Saugseite zufließt, notwendig, um bei diskontinuierlichem .Zufluß ein Trocken·- laufen der Kreiselpumpe und damit eine Beschädigung durch ( den Trockenlauf zu verhindern.

Weiterhin ist es notwendig, durch Reduzierung des Flüssigkeitsstromes, der der Pumpe auf der Saugseite zufließt, was durch eine Erhöhung der Viskosität des Fördergutes bei längeren Umwälzzeiten innerhalb des Verfahrens bedingt ist, auch den druckseitig von der Pumpe abgehenden Förderstrom entsprechend zu reduzieren. Die Anpassung dieses druckseitigen Förderstromes an den der Pumpe auf der Saugseite zufließenden Flüssigkeitsstrom muß möglichst unmittelbar und das über längere Zeiträume erfolgen. Es ist bekannt, in Anlagen, in denen vertikale Kreiselpumpen zur Förderung von Quecksilber eingesetzt" sind, die Regelung entsprechend dem sich ändernden Zufluß manuell durchzuführen. Dies geschieht einmal durch unmittelbare Drosselung des druckseitigen Förderstromes der Pumpe in der Druckleitung mittels eines Schiebers oder Ventiles, oder durch mittelbare Einwirkung auf den Förderstrom durch eine Umführung und durch Drosselung in dieser Umführungsleitung, die die Druckseite der Pumpe mit der Saugseite verbindet. Auch in diesem Falle ist ein zusätzliches Regelorgan (Schieber oder Ventil) notwendig.

Es ist weiterhin bekannt, die Regelung gleicher Art nicht manuell sondern über Steuergeräte durchzuführen, die in

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Abhängigkeit vom saugseitigen Flüssigkeitsspiegel betätigt werden. Die Drosselung selbst kann hierbei elektrisch oder pneumatisch ausgelöst werden. Die Regelgeräte sind entweder elektrisch oder pneumatisch angetrieben. Weiterhin bestünde die Möglichkeit, dem saugseitigen Behälter eine sehr große Oberfläche zu erteilen und dadurch Schwankungen im Zufluß durch das erhöhte Volumen des saugseitigen Vorratsbehälters weitgehend abzufangen. Die Nachteile der bekannten Regelungsarten sind: Zur manuellen Regelung ist Bedienungspersonal notwendig, die Regelung kann nicht kontinuierlich in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstrom, der zufließt, durchgeführt werden, sondern ist in gewissen Zeitabständen nötig. Ein Einbau von Schiebern in die Druckleitung bzw. in die Umführungsleitung ist notwendig. Da es sich bei dem geförderten Gut meist um Quecksilber handelt, macht die Abdichtung der Wellendurchführung an diesen Regelarmaturen besondere Vorkehrungen notwendig, außerdem wird die Betriebssicherheit der Anlage mit dem Einbau eines zusätzlichen Bedienungselementes jeweils reduziert. Ein weiterer Punkt, der sich ungünstig auf den Betrieb der Anlage auswirkt, ist, daß das Volumen der Rohrleitung, das aus anlagebedingten Gründen so klein wie möglich gehalten werden muß, vergrößert wird. Wird diese Regelung nicht manuell sondern automatisch über ein Meßinstrument durchgeführt, tritt ein zusätzlicher Installationsaufwand in'bezug auf Stromzuführung bzw. Luftzuführung auf. Außerdem müssen Vorkehrungen getroffen werden, das Meßinstrument vor den über dem Fördermedium stehenden aggressiven Dämpfen zu schützen. Eine weitere Forderung hinsichtlich der Sicherheit des Betriebes der Anlage ist, insbesondere im Falle der Chlor-Elektrolyse, daß diese Meßinstrumente sowohl als auch die Betätigungsmotore für die Regelarmaturen in exgeschützter Ausführung ausgeführt werden. Weiterhin ist bei automatischer Regelung zu. berücksichtigen, daß der Gesamtwirkungsgrad der Anlage, bedingt

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durch den Energieaufwand zur Betätigung der Regelarmaturen, niedriger liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mit den bekannten Regelungsarten parallel laufenden Nachteile auszuschalten, den Gesamtwirkungsgrad der Anlage zu erhöhen und den Unsicherheitsgrad der Anlage sowohl hinsichtlich Explosionsgefahr als auch Betriebssicherheit zu reduzieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die inneren Verluste der Kreiselpumpe in Abhängigkeit des saugseitigen Flüssigkeitsspiegels und damit in Abhängigkeit vom auf der Saugseite zuflie- λ ßenden Fördermedium erhöht oder vermindert werden und damit der druckseitige Förderstrom sinngemäß verkleinert oder vergrößert wird. Diese Erhöhung bzw. Reduzierung der inneren Verluste der Pumpe geschieht durch axiale Verschiebung des Laufrades zum Gehäuse und zum Wellenführungsrohr, womit eine unterschiedliche Überdeckung bzw. Freigabe der Dichtspalte zwischen Laufrad,Gehäuse bzw. Wellenführungsrohr erzielt wird. Erreicht wird diese axiale Verschiebung durch den Auftrieb des in die Flüssigkeit eintauchenden rotierenden Teiles der Pumpe. Dieser Auftrieb kann durch einen Schwimmer zusätzlich erhöht werden, wobei die Dimensionierung des Schwimmers oder auch Gegengewichtes, das der oder das entsprechende i Verstellmöglichkeiten aufweist entsprechend dem spez. Gewicht des Fördergutes, dimensioniert ist. Ein Ausführungsbeispiel ist in der Abbildung I dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Die im Wellenführungsrohr 1 stehende Flüssigkeit erzeugt einen Auftrieb, der auf die unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 2 liegenden Teile, nämlich die Welle 3 (teilweise), das Laufrad 4, den Schwimmer 5 (teilweise) wirkt. Steigt der Flüssigkeitsspiegel im Wellenführungsrohr 1 um einen gewissen Betrag an, wird der Auftrieb auf die bereits genannten Teile erhöht. Die Welle 3 mit sämtlichen auf ihr festverbundenen Teilen, nämlich dem

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Laufrad 4, dem Schwimmer 5* den Rollenlager-Innen-. ringen 6 und 7, dem Motorläufer 8, dem Lüfterflügel 9, bewegt sich in axialer Richtung nach oben. Durch diese Axialverschiebung des kompletten Läufers nach oben kommt das-Laufrad 4 zum Gehäuse 27 in eine Optimalstellung. Der Laufradaustritt 11 liegt zum Spiraleneintritt 12 genau mittig. Die Spaltüberdeckung des Laufrades 4 mit dem Wellenführungsrohr 1 an der Stelle 1j5 ist ebenfalls optimal, das bedeutet, die inneren Verluste der Pumpe sind minimal, die Förderleistung ist am höchsten. Diese axiale Verschiebung der Welle mit allen Anbauten nach oben wird durch das Kugellager 14 begrenzt, u. zw. durch den Innenring des Kugellagers 14, welches selbst wieder über das Lagergehäuse 15* den Motorschild 16 fest gegen das Motorgehäuse 17 und das Wellenführungsrohr 1 verspannt ist. Hierbei läuft der auf der Welle 1 angeordnete untere BegrenzungsBing 18 gegen den Innenring des Kugellagers 14. Beim Absinken des Flüssigkeitsspiegels 2 im Wellenführungsrohr 1 unter ein gewisses Niveau, wird der Auftrieb reduziert. Die Welle j5 mit den auf ihr befestigten Teilen bewegt sich damit in axialer Richtung nach unten. Das Laufrad 4 wird durch diese Axialverschiebung nach unten aus dem vom Wellenführungsrohr 1 und Laufrad 4 gebildeten Drosselspalt 13 ausgelenkt, der Drosselspalt zwischen Laufrad 4 und Gehäuse 27 bleibt in Funktion. Der Drosselspalt 1J-^{zwischen Wellenführungsrohr 1 und Laufrad 4 verliert seine Wirkung, die Flüssigkeit strömt anstatt in die Doppelspirale 19 auf die Saugseite des Laufrades 4 zurück. Außerdem findet eine Verschiebung des Laufradaustrittes 11 gegen den Spiraleneintritt 12, die durch einen oberen Begrenzungsring 22, der auf der Welle J5 angeordnet ist, in Zusammenarbeit mit dem Kugellager 14, entsprechend der Begrenzung der Axialverschiebung nach oben, begrenzt wird, statt, was außerdem die Förderleistung der Pumpe reduziert. Die Pumpe fördert also wesentlich weniger Flüssigkeit verglichen mit der Optimalstellung, in der sich das Laufrad 4 im aufgeschwommenen Zustand befindet. Durch entsprechende

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Dimensionierung und Anzahl der Entl astungsbohrungen 2o im Laufrad 4 läßt sich die Auftriebskraft der Förderflüssigkeit unterstützen oder reduzieren. Damit läßt sich die Höhe des oberen und unteren Flüssigkeitsspiegels im Wellenführungsrohr 1 festlegen. Weitere Korrekturen können dadurch vorgenommen werden, daß der Schwimmer 5 durch die Stellschraube 21 in unterschiedlicher Höhe auf der Welle 3 befestigt werden kann.

Die Erfindung gilt natürlich genauso für die in Abb. 2 dargestellte Ausführung, die - abweichend von der in Abb. 1 gezeigten Ausführung, eine getrennte Anordnung des Motors zuläßt. Die Funktion ist mit der beschriebenen identisch; Lagerschild 16 und 23 sowie Motorgehäuse 17 in Abb. 1 werden gegen die Lagerlaterne 24 in Abb. 2 ausgewechselt, der Motorläufer 8, das Ständerpaket 24 und der Lüfterflügel 9 in Abb. 1 entfallen. Dafür wird die Kupplung in Abb. 2 a.uf der Welle 3 befestigt. Der Antrieb erfolgt durch den getrennten Motor, dessen Wellenstumpf 26 in Abb. 2 ersichtlich ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Verwendung des Auftriebes der Flüssigkeit im Wellenführungsrohr 1 eine Regelung des druckseitigen Förderstromes erreicht werden kann. Ein Verwenden von zusätzlichen Armaturen und Regelgeräten, ^ um den Förderstrom auf der Druckseite konstant zu halten, entfällt. In den Raum innerhalb des Wellenführungsrohres brauchen keine empfindlichen Meßelemente eingebracht zu werden. Außerdem sind keine gleitenden Flächen in diesem Raum vorhanden, die zu eventuellen Störungen Anlaß geben könnten. Durch entsprechende Anzahl von Entlastungsbohrungen 2o im Laufrad 4 und durch Einstellung des Schwimmers 5 über die Stellschraube 21 auf der Welle 3 kann ein und dieselbe Pumpe eingesetzt werden, um den Flüssigkeitsspiegel saugseitig in den unterschiedlichsten Höhen konstant zu halten.

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Claims

Patentansprüche

M.J Vertikale selbstregelnde Kreiselpumpe dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung durch Erhöhung oder Reduzierung der inneren hydraulischen Verluste erfolgt, u. zw. in Abhängigkeit vom saugseitigen Flüssigkeitsspiegel und damit in Abhängigkeit vom Zustrom des Fördergutes auf der Saugseite.
2. Nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der inneren hydraulischen Verluste durch eine Axialverschiebung des Laufrades 4 zum Gehäuse 27 und Wellenfuhrungsrohr 1 erreicht wird.
J. Nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad 4 zusammen mit einem Schwimmer 5 fest auf der Welle 3 montiert ist.
4. Nach Anspruch 1 - j5 dadurch gekennzeichnet, daß die Welle 3 mit sämtlichen Aufbauten axial verschoben werden kann.
5. Nach Anspruch 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß die Axialbewegung der Welle durch eine obere und eineι untere Begrenzung bestimmt wird.
6. Nach Anspruch 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß die bei Erreichung der Endstellungen in der axialen Verschiebung entstehenden Kräfte von den rotierenden Teilen über ein Kugellager 14 auf die stehenden Teile übertragen werden.
7. Nach Anspruch 1-6 dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselspalt 1j5 zwischen Laufrad 4 und Wellenfuhrungsrohr 1 bei hohem saugseitigem Flüssigkeitsspiegel voll in Funktion ist.

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8. Nach Anspruch 1-7 dadurch gekennzeichnet, daß die Überdeckung des Laufradaustrittes 11 mit dem Spiraleneintritt 12 in der Stellung ein Optimum darstellt, die sich aus einem hohen saugseitigen Flüssigkeitsspiegel ergibt.
9. Nach Anspruch 1-8 dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselspalt 13 zwischen dem Laufrad 4 und dem Wellenführungsrohr 1 in der Stellung wirkungslos ist, die

' einem niedrigen saugseitigen Flüssigkeitsspiegel entspricht .
10. Nach Anspruch 1-9 dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstrecke zwischen dem Gehäuse 27 und dem Laufrad 4 unabhängig vom saugseitigen Flüssigkeitsspiegel in Funktion ist.
11. Nach Anspruch 1 - 1o dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung der Welle 3 zu. den feststehenden Teilen in der Lagerung durchgeführt werden kann.
12. Nach Anspruch 1-11 dadurch gekennzeichnet, daß das Kugellager 14 zur Begrenzung der Axialverschiebung sowohl pumpenseitig als auch blindwellenseitig angeordnet sein kann.

13· Nach Anspruch 1-11 dadurch gekennzeichnet, daß der Motorläufer nicht auf der Welle aufgesetzt ist und der Motor durch einen Lagerträger mit der gleichen Funktion hinsichtlich der Lageraufnahme ersetzt wird, wobei die Verbindung mit dem Motor über eine elastische Kupplung erfolgt.

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