DE2235925C3 - Kombination aus Pumpe und selbstreinigender Trennschleuder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kombination aus Kreiselpumpe und Trennschleuder zum Pumpen verschmutzter Flüssigkeit und zum gleichzeitigen Abscheiden der verschmutzenden Festteilchen daraus, also zur Lieferung sauberer Flüssigkeit. Die Erfindung ist besonders interessant, wenn in einer PumpeTrennschleuder-Kombination für Behandlung von Treibstoff in einem Flugzeug angewendet, und wird in solcher Anwendung im folgenden beschrieben.

In einer früher entwickelten Trennschleuder wird schmutzhaltige Flüssigkeit um ein zylinder- oder trommelförmiges. ι anlaufendes Sieb umgewälzt, so daß die festen, schwereren Teilchen durch die Fliehkraft radial auswärts gedrängt werden, wo sie gesammelt und abgeführt werden; die gereinigte Flüssigkeit wird durch das umlaufende .lieb hindurch radial einwärts gesaugt und abgeführt. Das Sieb, gewöhnlich aus Metalldrahtgewebe bestehend, bildet eine Sperre für alle Festteilchen, die nicht sofort durch die Fliehkraft auswärts gedrängt werden. Solches Sieb hindert wohl große Schmutzteilchen daran, in den die saubere Flüssigkeit abführenden Kanal einzudringen, ehe die Frennschleuder angelassen oder auf volle Drehzahl gebracht ist.

Aber leider neigen manche Schmut/stoffe da/u, am Sieb hängenzubleiben, so daß dessen Löcher mehr und mehr durch Schmutz verstopft werden. Die hängenge bliebenen. sich ansammelnden Teilchen wirken dann wie ein Siebbelt. das kleinere Teilchen festhält und schließlich den Durchfluß vermindert oder verhindert und hohen Drin kverlust verursacht. Den Schmutz aus der SieboberfliKh: /u entfernen, hat man bisher durch Spülen mittels Rückwärts-Stromung hohen Druckes, durch oberfldchenentspanncnde Stoffe (Detergentien/ oder schmul/vert^ilende (emulgierende) Stoffe, durch Rütteln und durch Schrubben versucht; aber diese Mittel wirken nur bei Sieben aus verhältnismäßig grobem Gewebe. Wenn Siebe aus sehr feinem Gewebe benutzt werden, sind solche Reinigungsmittel nicht oder nur teilweise wirksam, weil die Oberflächen-Haftung gerade kleiner Schmut/teilchen sehr groß ist; dieses Haften entsteht durch Oberflächenspannungen, mole kulare Obcrflächenan/tehungskräfte. elektrostatische Ladungen, magnetische F.igensrhafien usw. Diese Oberflächen-Haftung läßt sehi kleine Teilchen fest an den Oberflächen der Sieböffnungen haften, und /war selbst dort, wo die Teilchen viel kleiner als die Öffnungen sind. Diese Teilchen hafteri dann aneinander lind klumpen, bilden Brücken über die Öffnungen urid halten durch die Filtcrbctt-Wirkung noch mehr Teile fest, bis die meisten Öffnungen des Siebes völlig verstopft sind und von diesem angehäuften Schmutz, der noch verfestigt wird durch den höhen Staudruck, den die Strömung durch die wenigen, noch unversperr-

ten Sieböffnungen erfordert Dies macht die Beseitigung der verdichteten Schmutzansammlungen schwierig und unvollständig, selbst wenn sie durch Umkehrströmung hohen Druckes, durch Zusatz entspannender oder emulgierender Stoffe, durch Rütteln und Schrubben bewirkt wird. Obendrein sind Detergentien oder Emulsionsbildner unerwünscht, weil sie in manchen Umgebungen eine Verschmutzung bilden.

Die Erfindung bildet eine wesentliche Verbesserung gegenüber allen früheren Pumpe-Trennschleuder-Einrichtungen dadurch, daß sie unter anderem die Eigenschaft hat, sich selbst zu reinigen, die voll und ganz wirksam ist und doch mittels verhältnismäßig einfacher, billiger und unkomplizierter Anordnung erreicht wird.

Eine weitere Aufgabe ist, eine Pumpe-Trennschleuder-Einheit zu schaffen, die durch ihre Bauart gegen Verstopfung durch in der Flüssigkeit enthaltene feste Schmutaeilchen unempfindlich ist.

Eine erfindungsgemäße Kombination aus Pumpe und Trennschleuder enthält ein Gehäuse mit einer Längs· achse und einem zu dieser Längsachse >w allgemeinen symmetrischen Hohlraum.

eine Einlaßöffnung im Gehäuse, die mit dem Hohlraum Verbindung hat und durch die Flüssigkeit ins Gehäuse einsirömt. welche durch Einschluß darin schwebender. unerwünschter fester Teilchen verschmutzt ist,
eine Einrichtung mit einem zylindrischen ortsfesten, nicht umlaufenden Trennsieb, das koaxial zum Hohl raum am Gehäuse befestigt ist und im Hohlraum eine innerhalb des Trennsiebes gelegene innere Kammer und eine radial außerhalb des Trennsiebes gelegene, dieses Sieb rings umgebende Ringkammer bildet,
eine erste Auslaßoffnung im Gehäuse, die mit der inneren Kammer Verbindung hat,
eine zweite Auslaßoffnung im Gehäuse, die mit der äußeren Kammer Verbindung hat.
und eine Einrichtung mit einem umlaufenden Zentrifugal-Kreiselrad im Hohlraum, das die ver schmutzte Flüssigkeit in der äußeren Kammer mit verhältnistr ißig großer Tangentialgeschwindigkeit rings herumwäl/t und zugleich diese Flüssigkeit radial einwärts /ur inneren Kammer hin drängt, aber die verschmul/enden festen Teilchen rauial auswärts drängt und so deren Trennung und Abfuhr durch die zweite Auslaßöffnung erleichtert, während die verbleibende. gereinigte flüssigkeit radial !inwärts durch das Trennsieb in die innere Kammer strömt, von wo sie durch die erste Auslaßoffnung abströmt,
wobei das Trennsieb außen eine glatte Oberfläche hat. so daß die mit hohT Tangentialgeschwindigkeit strömende umlaufende Flüssigkeit das Trennsieb bespült und reinigt und dadurch verhindert, daß irgendwelche festen Schmutzteilchen sich daran ansammeln und festhalten.

Die Merkmale Ger Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen im ein/einen angegeben. Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung ist ein Scimitt durch eine kombinierte Pumpe und Zentrifuge, die gemäß der Erfindung gestaltet und zum Pumpen und Reinigen von Treibstoff in einer Flugzeuganlage geeignet ist.

Die dargestellte Kombination von Pumpe Und Zentrifuge besitzt ein Gehäuse 10, das um der Einfachheil willen als ein einziger Bauteil dargestellt ist, dessen sämtliche Teile miteinander einstückig verbunden sind. Natürlich wird das Gehäuse 10 um leichter Herstellung und um leichten Zusammenbaues der

ganzen Pumpe-Zentrifuge-Kombination willen aus mindestens zwei (-/orzugsweise gegossenen) Teilen bestehen, die z. B. durch Schrauben und Muttern aneinander befestigt sind. Der verhältnismäßig große Hohlraum 12, den das Gehäuse 10 umschließt, ist wesentlich symmetrisch zur Längsachse des Gehäuses, die durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Eine zentrale Treibstoffeinlaßöffnung 13 am rechten Ende des Gehäuses läßt den Treibstoff entlang der Achse in den Hohlraum 12 eintreten. Der eingetretene Treibstoff kann durch Einschluß unerwünschter schwebender Festkörper-Teilchen verschmutzt sein. Zwei Auslaßöffnungen 14 und 15. die im Gehäuse 10 an zwei voneinander verschiedenen Stellen seines Außenumfanges angeordnet sind, sind mit voneinander verschiedenen Teilen des Hohlraumes 12 verbunden. Um einfacher Darstellung willen sind die Auslaßöffnungen in der Zeichnung als in gemeinsamer Achsebene und um 180'' gegeneinander versetzt liegend gezeigt; aber sie können, wie ohne weiteres verstanr" :h, an beliebigen wünschenswerten Stellen des Umfang· angeordnet sein

Das Gehäuse 10 ist an seinem linken Ende axial durchbohrt, um die Kreiselwelle 16 aufzunehmen, die mittels im Gehäuse 10 befestigter Lagerbüchsen 17 drehDar gelagert ist. Auf das rechte Ende der Kreiselwelle 16 ist ein Zentrifugalkreisel 18 aufgeschraubt und mittels einer Mutter 19 gehalten. Das linke Ende der Welle weist einen mit Keilnuten versehenen Abschnitt 21 auf. der die Verbindung der Welle mit einem geeigneten (nicht gezeichneten) Antriebsmitte! ermöglicht.

Im Gehäuse 10 ist. koaxial /um Hohlraum 12. ein nicht umlaufendes, zylindrisches Trenns.cb 24 angeordnet, das die Festkörper-Teilchen /urücknält. Der Kreisel 18. das Trennsieb 24 und das Gehäuse 10 bilden im Hohlraum 12 eine innere Kammer 25. die radial innerhalb des Trennsiebes 24 angeordnet ist. und eine äußere Kammer 26. die wesentlich radial außerhalb des Trennsiebes um dieses herum angeordnet ist; das Trennsieb bildet eine gemeinsame Grenze /wischen der inn-ren und der äußeren Kammer.

Der Zentrifugalkreisel 18 kann von jeder beliebigen der zahlreichen bekannten Bauarten sein, deren jede üblicherweise schraubenförmige oder spiralige Schaufeln besitzt;diese pumpen verschmutzte flüssigkeit vom Einlaß 13 und entlang dem durch Pfeile 31 angezeigten Weg zur äußeren Ringkammer 26. Der Kreisel 18 ist mit einer Anzahl radialer und gekrümmter Schaufeln 33 versehen, die in die Kammer 26 hineinragen und darin umlaufen. Anders gesagt: Der Kreisel 18 übt auf die behandelte Flüssigkeit zwei verschiedene, um 90 gegeneinander versetzte Kraftvektoren aus. Am Kreisel 18 ist starr ein geschlitztes oder gelochtes zweites Sieb 3J befestigt, das mit den Schaufeln 33 in der Ringkammer 26 umläuft. Die Auslaßöffnurg i4 ist mit der inneren Kammer 25. die Auslaßkammer 15 ist mit der äußeren Kammer 26 verbunden.

Im Betrieb pumpl der umlaufende Kreisel 18 den verschmutzten Trr^;bstoff von der Einlaßöffnung 13 zur äußeren Ringkammer 26, in der der Treibstoff mit verhältnismäßig hoher Umfangsgeschwindigkeit gedreht wird. Um das Erreichen der netigen hohen Umfangsgeschwindigkeit zu unterstützen, kann das Gehäuse in Form einer Evolvente von hoher, konstanter Umfangsgeschwindigkeit gestaltet sein. Die geschlitzte Siebtrommel 35 hilft, die umlaufende Flüssigkeit während der Trennung in der Schwebe zu hallen, und dient dazu, sie von den WirkunEen der ruhenden

Gehäusewand zu isolieren. Die in der Kammer 26 umlaufende Flüssigkeit strebt infolge der Zentrifugalkraft radial auswärts; aber dieses Streben wird, was den flüssigen Anteil der Flüssigkeit betrifft, mehr als aufgehoben durch die Pumpwirkung der Schaufeln 33, welche jene Flüssigkeit radial einwärts zwingen und führen, wie schematisch durch die Pfeile 37 angedeutet. Da aber die verschmutzenden festen Teilchen größeres spezifisches Gewicht haben, wird die ihnen erteilte Zentrifugalkraft von der radial einwärts pumpenden Kraft nicht überwunden. Infolgedessen werden jene verschmutzenden festen Teilchen infolge der Fliehkraft radial auswärts durch das geschlitzte zweite Sieb 35 zum Außenumfang der Ringkammer 26 gedrängt, von wo sie (wie durch Pfeile 38 angezeigt) durch den Auslaß 15 zu einem (nicht gezeichneten) Schmutzsammler bekannter Bauart geleitet werden. Nur eine sehr kleine Flüssigkeitsmenge wird durch das zweite Sieb 35 mit den festen teilchen abgerührt.

Bei dieser Erfindung werden die Teilchen abgehalten durch das Trennsieb 24 und radial auswärts geschleudert und abgeführt, selbst wenn manche dieser Teilchen viel kleiner als die Sieblöcher sind. Dadurch, daß die Flüssigkeit in der Kammer 26 mit sehr hoher Geschwindigkeit parallel oder tangential zur Siebfläche bewegt wird, können nur die Flüssigkeitsmoleküle schnell oder plötzlich genug radial einwärts wandern, durch die Sieböffnungen hindurchgehen zu können. Die Schmutzteilchen werden infolge ihres größeren spezifischen Gewichtes weiterhin umlaufen (und dadurch die Schwebezeit verlängern), bis Zentrifugalkräfte sie auswärts bewegen und sie von dem zähflüssigen Strom der Flüssigkeit trennen. Auf diese Weise wird hoher Trenn-Wirkungsgrad erzielt, und vom Sieb 24 werden Teilchen, die wesentlich kleiner als die Sieböffnungen sind, wirksam unterschieden und ausgesperrt.

Wenn gewünscht, kann die am Auslaß 15 austretende Mischung zu einer Hilfs-Zentrifuge (z. B. einem Zyklon oder einem Vielfach-Zyklon-Separator oder einer Zentrifuge oder einem Absatztank) geleitet werden; worin nur die Schmutzteilchen zum Schmutzsammelteilehen angereichert ist und nur einen sehr kleinen Teil des Erststfomes oder Durchflusses ausmacht. Dies ergibt eine (gegenüber früheren Einrichtungen) merkliche Verringerung in Durchflußmenge, Größe und

Arbeitsverbrauch der Rückführpumpe. Überdies verbessert dies den Wirkungsgrad des Hilfs-Separalors.

Wenn das Trennsieb 24 von herkömmlicher Bauart (nämlich aus einem Metalldrahtgewebe hergestellt) wäre, dann wurden einige der festen Teilchen beim Ausfahren und Abstellen wahrscheihlich an der Außenfläche des Siebes sich ansammeln und festsetzen und es schließlich verstopfen und den Treibstoffzufluß zur inneren Kammer 25 schließlich absperren. Das kann jedoch bei der erfindungsgemäßen Pump-Zentrifuge nicht geschehen. Gemäß einem hervorragenden Merkmal der Erfindung ist die Trommel 24 tatsächlich gegen die Wirkungen der festen Teilchen der verschmutzten Flüssigkeil unempfindlich. Diese Unempfindlichkeit ist durch die besondere Bauart des Trennsiebes erreicht, die diesem außen eine glatte Oberfläche verleiht — im Gegensatz zu den ziemlich rauhen oder groben Außen-Oberflächen der bisher allgemein üblichen Siebzylinder aus Metalldrahtgewebe. Die erforderliche glatte Oberfläche läßt sich am leichtesten dadurch bewirken, daß man das Trennsieb 24 durch einen Flüssigkeitsstrom spült. Bei einem Sieb mit glatter Oberfläche wird durch die hohe Tangentialgeschwindigkeit der .'Π der Kammer 26 umlaufenden Flüssigkeit das Sieb gespült und gereinigt und wird somit verhindert, daß der feste Schmutz sich daran ansammeln kann. Wenn beim Abstellen oder Anlassen irgendwelche Schmutzteilchen sich auf der Sieb-Oberfläche absetzen, so werden sie unmittelbar danach, sobald die Zentrifuge volle Belriebsdrehzahl erreicht, fortgespült.

Es ist zu beachten, daß der Spülflüssigkeitsstrom eine hohe Geschwindigkeitskomponente senkrecht zu dem durch die Fliehkraft erzeugten Kraftfeld aufweist. Dieselben Schaufeln 33. welche die Flüssigkeit parallel oder tangential zur Sieboberfläche bewegen, so daß höherer Wirkungsgrad der Festteilchen-Abscheidung erreicht wird, dienen auch dazu, die hohe Spül-Strö-

ausgezogen und zum Einlaß 13 mittels einer Rückführpumpe zurückgeführt wird. So geht kein Treibstoff verloren.

Mit der Abscheidung der verschmutzenden Festkörper aus der verschmutzten Flüssigkeit durch Fliehkraft ist die durch die Löcher des Trennsiebes 24 in die Kammer 25 radial einwärts gepumpte Flüssigkeit frei von festen Teilchen und daher sauber. Sie wird in üblicher Weise (.'arch die Auslaßöffnung 14 abgeführt, wie schematisch durch Pfeil 39 angedeutet.

Es sei besonders darauf hingewiesen, daß dank dem durch die Erfindung erzielten hohen Abscheidurigseffekt der bei der Auslaßöffnung 15 austretenden Abscheidungsstrom sehr stark und mit Schmutz-FestDaraus ist ersichtlich, daß die Erfindung eine einzigartige Kombination aus Kreiselpumpe und Zentrifuge liefert, welche ein zylindrisches Sieb für die Festteilchen, durch das saubere Flüssigkeit strömt, in wirksamer Weise unempfindlich macht gegen die verstopfende Wirkung der festen Schmutzteilchen, die zum Umlauf gezwungen werden, bis sie anderweits verdrängt und von der sauberen Flüssigkeit getrennt werden.

Hier ist nur eine besondere Verkörperung der Erfindung gezeichnet und beschrieben. Aber sie kann abgewandelt werden; die Ansprüche sollen alle solche Abwandlungen umfassen, die sich im Geist und Rahmen der Erfindung halten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Kombination aus Kreiselpumpe und selbstreinigender Trommelschleuder, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (10) mit einer Längsachse und einem zu dieser Längsachse im aligemeinen symmetrischen Hohlraum (12),

   eine Einlaßöffnung (13) im Gehäuse (10), die mit dem Hohlraum (12) Verbindung hat und durch die Flüssigkeit ins Gehäuse (12) einströmt, welche durch Einschluß darin schwebender, unerwünschter fester Teilchen verschmutzt

   ist, eine Einrichtung mit einem zylindrischen ortsfesten, nicht umlaufenden Trennsieb (24), das rs koaxial zum Hohlraum (12) am Gehäuse (10) befestigt ist und im Hohlraum (12) eine innerhalb des Trennsiebes (24) gelegene innere Kammer (25) und eine radial außerhalb des Trennsiebes (24) gelegene, dieses S'eb rings umgebende Ringkammer (26) bildet,

   eine erste Auslaßöffnung (14) im Gehäuse (10), die mit der inneren Kammer (25) Verbindung hat,
   eine /weite Auslaßöffnung (15) im Gehäuse (10), die mitderai:ßeren Kammer (26) Verbindung hat, _>;

   und eine Einrichtung mit einem umlaufenden Zentrifugal-Kreiselrad (18) im Hohlraum (12), das die verschmutzte Flüssigkeit in der äußeren Kammer (26) mit verhältnismäßig großer Tangentialgeschwindigkeit rings herumwälzt und zugleich so diese Flüssigkeit radial einwärts zur inneren Kammer yd) hin drängt, aber die verschmutzenden festen Teilchen radir.l ausw . ts drängt und so deren Trennung und Abfuhr durch die /weite Auslaßöffllung (15) erleichtert, währ *.;d die verbleibende. r> gereinigte Flüssigkeit radial einwärts durch das Trennsieb (24) in die innere Kammer (25) strömt, von Wo sie durch die erste Auslaßöffnung (14) abströmt, wobei das Trennsieb (24) außen eine glatte Oberfläche hat. so daß die mit hoher Tangenlialge- -to lchwindigkeit strömende umlaufende Flüssigkeit das Trennsieb (24) bespült und reinigt und dadurch »erhindert, daß irgendwelche feste Schmut/teilcKen lieh daran ansammeln und festhalten.

   2 Kombination aus Kreiselpumpe und Trenn- 4> lchleuder nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet. 4aß das Trennsieb (24) eine gemeinsame Grenze »wischen der inneren Kammer (25) und der äußeren Kammer (26) bildet.

   J. Kombination aus Kreiselpumpe und Trenn- w •chleuder nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Trennsieb (24) durch Flüssigkeitsstrom gespült wird und Schmut/teilchen. die sich beim Abstellen, wenn der Kreisel (18) umzulaufen aufhörl. iuf der äußeren Oberfläche des Trennsiebes (24) v> •bgeset/t haben mögen, dann, wenn der Kreisel wieder umläuft und seine volle Drehzahl erreicht llat. von der umlaufenden Flüssigkeit weggespült Wird.

   4 Kombination aus Kreiselpumpe und Trommel- bo schleuder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kammer (25) im Wesentlichen symmetrisch zur Längsachse ist*

   5. Kombination äüs Kreiselpumpe und Trommel· schleuder nach Anspruch l_f dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisel (18) eine Vielzahl von Schaufeln (33) besitzt, die in die äußere Kammer (26) hineinragen Und darin umlaufen.

   6. Kombination aus Kreiselpumpe und Trommelschleuder nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedenen Schmutzteilchen durch ein zylindrisches zweites Sieb (35) gehen, das am Kreisel (18) starr befestigt ist und in der äußeren Kammer (26) umläuft.

   7. Kombination aus Kreiselpumpe und Trommelschleuder nach Anspruch t,dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (12) der Einlaßöffnung (13), das Trennsieb (24), die äußere Ringkammer (26) und der Kreisel (18) koaxial zueinander angeordnet sind.