DE3141578A1

DE3141578A1 - Vorrichtung zum pumpen von schaeumenden fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3141578A1
Application number: DE19813141578
Authority: DE
Inventors: Raimo Antero Arhio; Bengt Ove Eriksson; Jan Emil Dipl.-Ing. 73300 Sala Lidin
Original assignee: Sala International AB
Current assignee: Metso Minerals Sala AB
Priority date: 1980-10-20
Filing date: 1981-10-20
Publication date: 1982-07-08
Also published as: FI71975B; ES8207285A1; GB2085526A; FI71975C; AU7663281A; FI813241L; ES506344A0; DE3141578C2; ZA817013B; AU541997B2; SE420230C; GB2085526B; SE420230B

Description

SALA INTERNATIONAL AB
733 οο SaIa, Schweden

Vorrichtung zum Pumpen von schäumenden Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beim Pumpen von schäumenden Flüssigkeiten ergeben sich ständig große Schwierigkeiten aufgrund der im
Schaum eingeschlossenen Gase. Beispiele für solche
Flüssigkeiten sind Flotationskonzentrate und wäßrige
Lösungen verschiedener Substanzen, insbesondere Tenside, obwohl auch wasserfreie Flüssigkeiten große Mengen an Schaum enthalten können. Das Pumpen von schäumenden Flüssigkeiten ist insbesondere auch problematisch bei
waagrechten Kreiselpumpen, da sich leicht an der Mitte des Rotors ein Lufteinschluß bildet. Zur Lösung dieses

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Problems wurden Versuche unternommen unter Verwendung einer Kreiselpumpe mit senkrechter Achse, wobei das Pumpengehäuse unmittelbar mit dem Unterteil des Sumpfs verbunden ist. Die Pumpenwelle verläuft durch die Einlaßöffnung des Pumpengehäuses, während der Pumpenantriebsmechanismus über dem Sumpf angeordnet ist. Die im Schaum eingeschlossenen Gase können durch einenWirbel entweichen, der einen die Pumpenwelle umgebenden Luftkern hat.

Bei derartigen senkrechten Pumpen wurde es besonders vorteilhaft gefunden, wenn der in nächster Nähe der Pumpeneinlaßöffnung befindliche Teil des Sumpfs kegelstumpfförmig ist mit nach unten gerichtetem Scheitel. Ein solcher Sumpf bietet besonders günstige Bedingungen für die Drehung des Rotors, um der im Sumpf befindlichen Flüssigkeit eine Wirbelbewegung zu erteilen. Als Ergebnis dieser Wirbelbewegung werden Flüssigkeit und jegliche feste Teilchen durch die Fliehkraft zur kegelförmigen Wand des Sumpfs gedrückt, wobei der Schaum in der Mitte des Wirbels gesammelt und gleichzeitig aufgebrochen wird. Es wurde besonders vorteilhaft gefunden, wenn die Flüssigkeit tangential in Richtung des Wirbels zugeführt wird. Eine Pumpe dieser Art hat jedoch immer noch eine Belüftungswirkung auf die schäumende Flüssigkeit selbst dann, wenn diese senkrecht und auch entgegengesetzt zum Wirbel tangential zugeführt wird. Wenn dem Pumpensumpf Flüssigkeit zugeführt wird, können sich frische Luftblasen bilden als Ergebnis der Mitnahme der Luft mit der einströmenden Flüssigkeit. Durch die einströmende Flüssigkeit können Schaumblasen auch auf-

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gebrochen werden. Kegelstumpfförmige Pumpensümpfe haben häufig einen Ring mit 1 dm Breite um die Innenseite ihrer Oberkante, wobei dieser Ring teils als konstruktive Verstärkung und teils zur Verhinderung dazu dient, daß die im Sumpf befindliche Flüssigkeit durch die starke Wirbelbewegung über diese Kante geworfen wird.

Beim Pumpen von Schaum, der besonders zäh und schwer aufzubrechen ist, hat sich jedoch eine Pumpe der angegebenen Art als nicht völlig zufriedenstellend erwiesen. Der Schaum wird durch die Wirbelbewegung nicht schnell genug aufgebrochen, weshalb die Mitte des Wirbels mit Schaum gefüllt ist und schließlich der Schaum über die Oberkante des Sumpfs läuft. Der verhältnismäßig leichte Schaum erzielt nicht dieselbe Rotationsgeschwindigkeit wie der übrige Wirbel, weshalb er in die Mitte des Wirbels hinabfallen kann. Dies wird durch die Anwesenheit dos angegebenen Rinqs um die Oberkante des Sumpfs unterstützt. Die aufgebrochenen und im Unterteil dey Wirbels <.iii.vuj.oy Lolkmen Blasen werden dann durch die Bildung von frischen Blasen zwischen dem absinkenden Schaum und der Innenwand des Wirbels neu gebildet. Wenn die Menge der in die Pumpe eindringenden Flüssigkeit hoch ist, wird so viel Schaum gesammelt und zur Mitte des Wirbels abgelenkt, daß der offene Luftkern geschlossen wird. Das im Unterteil des Wirbels freigegebene Gas hat dann keinen Auslaß. Auf diese Weise kann im Sumpf ein Lufteinschluß trotz der Tatsache erzeugt werden, daß es sich um eine senkrechte Pumpe handelt, wobei die Pumpenleistung beträchtlich absinkt. Dios ergibt ein üborlau-

fen des Schaums über die Ränder des Sumpfs nach unten auf den Boden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Pumpvorrichtung, bei der die angegebenen Nachteile wenigstens im wesentlichen beseitigt sind.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Somit wird zu diesem Zweck vorgeschlagen, zum Entlüften der aus der schäumenden Flüssigkeit freigegebenen Gase im Sumpf eine langgestreckte Entlüftungseinrichtung oder einen Verbindungskanal anzuordnen, der eine an die umgebende Atmosphäre angrenzende obere Öffnung und eine untere öffnung aufweist, die wenigstens teilweise! innerhalb des zentralen Wirbels angeordnet ist, der während eines Pumpvorgangs im. Sumpf erzeugt wird. Die untere Öffnung bedeckt somit wenigstens teilweise den Luftkern des Wirbels. Das Oberteil der Ent^ lüftungseinrichtung ist zweckmäßig mit einem den Sumpf bedeckenden Deckel verbunden. .

Die Vorrichtung nach der Erfindung ergibt drei Vorteile: a) die Entlüftungseinrichtung hindert den im Oberteil des Sumpfs befindlichen Schaum am Herabfallen in den Luftkern des Wirbels, b) die Entlüftungseinrichtung zwingt die gesamte Flüssigkeit und alle Blasen, durch eine Zone in den Unterteil des Sumpfs hin-

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durchzutreten,wo durch die Drehung des Rotors eine kräftige Wirbelbewegung und hiermit eine starke Fliehkraft erzcuqtwird, die zum Trennen von Flüssigkeit und Schaum und /.um Aufbrechen der Blasen beiträgt, c) die Entlüftungseinrichtung verhindert vor allem, daß der Schaum im Oberteil des Sumpfs derart nach innen umgelenkt wird, daß er den Luftkern des Wirbels vollständig verschließt, was ein Entweichen der im Unterteil des Sumpfs erzeugten Gase verhindern würde.

Die Pumpe ist zweckmäßig senkrecht angeordnet und hat einen über dem Sumpf befestigten Antrieb, so daß die Antriebswelle durch die Einlaßöffnung des Pumpertgehäuses und auch durch die Entlüftungseinrichtung so hindurchtritt, daß zwischen der Antriebswelle und der Innenwand der Entlüftungseinrichtung ein offener Luft-, spalt vorgesehen ist. Diese Positionierung der Antriebseinrichtung ist jedoch kein notwendiges Merkmal der Erfindung, da die Pumpenantriebswelle die Wand des Pumpengehäuses auch an einer von der Einlaßöffnung entfernten Stelle durchsetzen kann. Für das zufriedenstellende Funktionieren der Erfindung ist es unbedingt erforderlich, daß der Rotor der im Sumpf befindlichen Flüssigkeit eine Wirbelbewegung erteilt. Wenn die Pumpenwelle durch die Wand des Pumpengehäuses hindurchtritt, kann sie im wesentlichen senkrecht sein und somit mit der Achslinie des Kegelstumpfs zusammenfallen. Die Pumpenwelle und die Drehachse des Rotors kann jedoch von der Achslinie des Kcgelstumpfs abweichen, vorausgesetzt, ci.iß das Haupterfordernis der Erfindung er füllt- ist, daß nämlich der Rotor der im Sumpf befindlichen Flüssigkeit eine Wirbelbewegung erteilt.

Erfindungsgemäß können die Weite und die Länge der Entlüftungseinrichtung innerhalb weiter Grenzen verändert werden. Die größte Querabmessung.der Entlüftungseinrichtung sollte jedoch nicht die halbe Diagonale des Kegelstumpfs an dessen oberem Ende überschreiten und nicht kleiner als 1/10 dieser Diagonale betragen. In den meisten Fällen sollte die größte Diagnonale 1/3 des größten Kegeldurchmessers nicht überschreiten.

Dio Länge der langgestreckten Entlüftungseinrichtung sollte nicht kleiner als 1/10 der Sumpftiefe sein und 4/5 dieser Tiefe nicht überschreiten, andernfalls die Gefahr einer Drosselung der zur Einlaßöffnung des Pumpengehäuses strömenden Flüssigkeit besteht. Diese Extremwerte der Länge der Entlüftungseinrichtung können■ nur bei gewissen Entlüftungsquerschnitten angewendet werden, andernfalls keine schaumdämpfende Wirkung erzielt und/oder die Pumpenleistung verringert wird.

Eine bessere Entlüftungswirkung wird erzielt, wenn die Länge der Entlüftungseinrichtung 1/5 bis 3/5 der Tiefe des Sumpfs beträgt, da in diesem Fall die erzielte Gesamtwirkung nicht von der Wahl von korrekten Abmessungen bezüglich des Querschnitts der Entlüftungseinrichtung abhängt. Diese Abhängigkeit ist noch kleiner, wenn die Länge der Entlüftungseinrichtung 1/5 bis 2/3 der Tiefe des Sumpfs beträgt.

Ein optimales Entlüften kann erwartet werden, wenn die Länge der Entlüftungseinrichtung 1/3 bis 1/2 der Sumpftiefe beträgt. Die größte Diagonale der Entlüftungs-

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einrichtung sollte dann 1/3 des größten Durchmessers des Kegelstumpfs nicht überschreiten.

Die Entlüftungseinrichtung ist zweckmäßig ein zylindrisches Rohr, das zur Achslinio des Kegel.-'" stumpfs koaxial ist. Dies ist jedoch keine Begrenzung der Erfindung, da die Entlüftungseinrichtung oder der Verbindungskanal einen von der Kreisform · abweichenden Querschnitt haben kann, wenn ein Rohr mit geeigneten Abmessungen nicht verfügbar ist. Ferner muß die Entlüftungseinrichtung nicht koaxial zur Achslinie des Kegelstumpfs sein, sondern kann die Mittellinie des Rohrs gegebenenfalls von der Ächslinie abweichen, z. B. aus konstruktiven oder Auslegungsgründen. Die Entlüftungseinrichtung kann sich auch ganz oder teilweise außerhalb der Achslinie des Kegelstumpfs erstrecken.

Im folgenden werden zwei Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer mit einer Anordnung nach der Erfindung versehenen Pumpe, bei der der Antrieb auf der Oberseite des Pumpensumpfs angeordnet ist;

Fig. 2: eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der der Pumpenantrieb unterhalb des Pumpensumpfs angeordnet ist.

Pig. 1 zeigt eine Pumpe mit einer Anordnung nach der Erfindung einschließlich einem Pumpengehäuse 1 und einem nicht gezeigten Rotor zur Drehung im Pumpengehäuse. Das Pumpengehäuse ist über eine nicht gezeigte Schraubenverbindung mit einem Förderrohr 2 und über eine Flanschverbindung 4 mit einem Sumpf 3 verbunden. Ein dem Pumpengehäuse 1 am nächsten gelegener Teil des Sumpfs hat die Form eines Kegelstumpfs 5, dessen Scheitel zum Pumpengehäuse 1 gerichtet ist. Das Oberteil des Sumpfs besteht aus einem Zylinder 6, mit dem ein im wesentlichen tangentialer Flüssigkeitseinlaß 7 verbunden ist. Der Sumpf wird durch drei Beine 8 getragen, von denen in den Figuren nur zwei dargestellt sind. Die Beine ruhen frei auf einem Fundament 9 oder sind damit verschraubt. Der Pumpenantrieb enthält eine Antriebswelle 10, ein Lagergehäuse 11, einen Keilriemenantrieb mit einem Riemenschutz 12 und einen Pumpenmotor 13. Das Lagergehäuse 11 und der Pumpenmotor 13 sind an eine Rahmenkonstruktion 14 verschraubt, die auf der Oberseite des Sumpfs fest befestigt ist. Der Sumpf wird durch einen Deckel 15 abgedeckt. In der Mitte des Deckels 15 befindet sich eine Öffnung 16 mit deren Begrenzungsflächen ein Entlüftungsrohr oder Verbindungskanal 17 für aus der schäumenden Flüssigkeit freigegebene Gase verbunden ist. Die Entlüftungseinrichtung 17 umgibt die Antriebswelle 10 und weist dazwischen einen Luftspalt auf, durch den die freigegebenen Gase von einer unteren Öffnung 18 durch, den Spalt und durch die obere Öffnung 16 hinaus und von dort aus zur umgebenden Atmosphäre strömen können. Bei dieser Ausführungsform fällt die Achslinie dos Kegelstumps mit der Drehachse der Antriebswelle und

mit der Senkrechten zusammen.

Die rechte Hälfte der Figur zeigt die Funktion der Anordnung durch Darstellung der verschiedenen Zonen der Flüssigkeit, nämlich Schaum und freies Geis. Die Drehung des Rotors erzeugt eine kräftige Wirbelbewegung, die durch die Einlaßöffnung der Pumpe und hinauf in den Sumpf fortschreitet. Die Wirbelbewegung ist in dem der Einlaßöffnung am nächsten ge- ' legenen Teil des Sumpfs am stärksten. Infolge der Fliehkraft werden Flüssigkeit und jegliche feste Teilchen gegen die Außenwand 5, 6 des Sumpfs hinauf geschleudert und bilden dort eine äußere Zone A, die im wesentlichen nur Flüssigkeit und jegliche vorliegenden festen Teilchen enthält. Innerhalb der äußeren Zone A befindet sich eine schaumenthaltende innere Zone B. Die Größe der in der Schaumzone vorliegenden Blasen nimmt zur Mitte des Wirbels zu. In der die Pumpenwelle umgebenden Mitte befindet sich im Wirbel ein mittlerer offener Luftkern C, der über den Verbindungskanal oder die Entlüftungseinrichtung 14 mit der umgebenden Atmosphäre in freier Verbindung steht. Wie aus der Figur ersichtlich ist, kann bei der dargestellten Ausführungsform eine kreisförmige Zone D aus Luft im Winkel zwischen dem Deckel 15 und der Entlüftungseinrichtung 17 bestehen. Um das Einfangen von übermäßigen Luftmengen in der Zone D zu verhindern, sind in der Wand der Entlüftungseinrichtung 17 Entlüftungsöffnungen 30 angeordnet. Die äußere Wand der Entlüftungseinrichtung 17 hindert den im Oberteil der Zone B vorliegenden Schaum in den obersten Teil des Luftkerns C einzudringen und diesen vollständig zu blockieren,

so daß für die in den Unterteilen des Sumpfs freigegebenen Gase der freie Durchtritt zur Atmosphäre verschlossen ist.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Anordnung nach der Erfindung. Entsprechende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet und stimmen in allen Einzelheiten mit der vorher beschriebenen Ausführungsform überein. Der Unterschied zwischen der Ausführungsform von Fig. 2 und Fig. 1 besteht darin, daß die Pumpenantriebswelle 20 durch die Wand des Pumpengehäuses 1 auf dessen von seiner Einlaßöffnung entfernt gelegenen Seite hindurchtritt.

Das Lagergehäuse 21 der Antriebswelle ist über Arme 25 fest mit einem Befestigungsflansch 26 an der Wand des Pumpengehäuses Γ verbunden. Das Lagergehäuse 21 und der Keilriemenantrieb 22 der Pumpe sind gegen austretende Flüssigkeit durch eine Stopfbuchse 27 und eine Schleuderscheibe 28 geschützt. Der Keilriemenantrieb 22 muß zusammen mit seinem Riemenschutz besonders ausgelegt sein, um den.Riemen gegen herabfallende Flüssigkeit zu schützen. Der Pumpenantriebsmotor ist an einem der drei Beine 8 des Sumpfs mittels einer nicht dargestellten Befe'stigungsplatte befestigt. Die Pumpe kann auch in anderer nicht dargestellter Weise angetrieben werden, z. B-. über ein Winkelgetriebe oder einen unmittelbaren Antrieb, der über einen Flansch am Motor befestigt ist.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung nimmt die Antriebswelle der Pumpe keinen

Raum im Luftkern C ein, was bei der Ausführungsform von Fig. 1 der Fall ist. Auf diese Weise wird ein
Wirbel mit einer größeren offenen Fläche des Luftkerns erzielt. Andererseits unterstützt die Bewegung der Pumpenwelle das Aufbrechen des Schaums "
nicht. Um das Lagergehäuse, die übertragung und
den Antriebsmotor mit einem Schutz gegen austretende Flüssigkeit zu versehen, kann das Pumpengehause mittels eines Rohrkrümmers mit dem Sumpf verbunden sein, obwohl dann die Entlüftungswirkung abgeschwächt ist. Der Rotor kann jedoch noch der Flüssigkeit im Sumpf eine Wirbelbewegung selbst dann erteilen, wenn die Verbindung zwischen dem Pumpengehäuse und dem Sumpf nicht gerade ist, obwohl in diesem Fall die Wirbelbewegung schwächer als sonst ist. Die erzielte Entlüftungswirkung ist jedoch derjenigen überlegen, die mit einem Sumpf erzielt wird, der keinerlei Form von Entlüftungseinrichtung oder Verbindungskanal 17 hat.

-ΑΙ.-

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Claims

Ansprüche

Vorrichtung zum Pumpen von schäumenden Flüssigkeiten,

- mit einem um den Rotor angeordneten Pumpengehäuse einschließlich einer mit einer Förderleitung für gepumpte Flüssigkeit verbundenen Auslaßöffnung,

- mit einem Sumpf, der mit dem Pumpengehäuse verbunden ist und von dem wenigstens der dem Pumpengehäuse am nächsten gelegene Teil die Form eines Kegelstumpfs hat, dessen Scheitel zum Pumpengehäuse gerichtet ist und der eine im wesentlichen senkrechte Achse aufweist,

und

- mit wenigstens einer in den Sumpf fördernden Flüssigkeitslieferleitung ,

dadurch

gekennzeichnet

- daß im Sumpf (3) eine langgestreckte Entlüftungseinrichtung (17) zum Entlüften von aus der schäumenden Flüssigkeit freigegebenen Gasen angeordnet ist und

- daß die Entlüftungseinrichtung (17) eine an die Atmosphäre angrenzende obere Öffnung (16) und eine

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untere Öffnung (18) aufweist, die wenigstens teilweise innerhalb des Luftkerns (C) eines im Sumpf (3) bei dessen Betrieb erzeugten Wirbels angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,

- daß das Oberteil der Entlüftungseinrichtung (17) mit einem den Sumpf (3) bedeckenden Deckel (15) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

- dciß das Oberteil des Sumpfs (3) die Form eines Zylinders (6) hat, der mit dem Kegelstumpf (5) in Verbindung steht.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Rotor der im Sumpf befindlichen Flüssigkeit eine Wirbelbewegung erteilt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

- daß über dem Sumpf (3) eine Pumpenantriebseinrichtung

(11-13) angeordnet ist und

- daß eine Antriebswelle (10) durch die Einlaßöffnung des Pumpengehäuses (1) hindurchtritt und zwischen der Antriebswelle (10) und der Innenwand der Entlüftungs-

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einrichtung (17) einen Luftspalt bildet.

„ Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Pumpenantriebswelle (20) durch die Wand des Pumpengehäuses (1) an deren von der Einlaßöffnung entfernten Seite hindurchtritt.

7, Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6_f dadurch gekennzeichnet,

- daß die Drehachse des Rotors wenigstens ungefähr mit der Mittellinie (19) des Kegelstumpfs (5) zusammenfällt.

ο Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Entlüftungseinrichtung (17) ein zylindrisches Rohr ist,

9. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 8, dadurch gekennzeichnet,

- daß das zylindrische Rohr (17) konzentrisch zur Antriebswelle der Pumpe ist.

10„ Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß die größte Querabmessung der Entlüftungseinrichtung (17) 1/2 bis 1/10 der Diagonale des Oberteils des Kegelstumpfs (5) beträgt.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß sich die Entlüftungseinrichtung (17) um 1/10 bis 4/5 der Tiefe des Sumpfs (3) nach unten erstreckt.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß sich die Entlüftungseinrichtung (17) um 1/5 bis 1/3 der Tiefe des Sumpfs (3) nach unten erstreckt.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß sich die Entlüftungseinrichtung (17) um 1/4 bis 2/3 der Tiefe des Sumpfs (3) nach unten erstreckt .

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß sich die Entlüftungseinrichtung (17) um 1/3 • bis 1/2 der Tiefe des Sumpfs (3), gemessen von dessen Oberkante, nach unten erstreckt.