DE3242653C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifugalpumpe zum kontinuierli­ chen Fördern von pulverigem Material von einer Zone niedrigen Drucks in eine Zone hohen Drucks, wobei die Pumpe einen hohlen Rotor mit einer zentralen Kammer aufweist, die mit mehreren, sich zum äußeren Rand des Rotors erstreckenden Kanälen in Ver­ bindung steht, und jeder Kanal an seinem Auslaß mit einer Düse in Verbindung steht und das Innere jeder Düse mit einer Leitung für die Zufuhr von Gas in Verbindung steht.

Eine derartige Zentrifugalpumpe findet bei der Förderung von pulverigem Material, beispielsweise Kohleteilchen, und granu­ lierten Reaktionsteilnehmern und/oder Katalysatoren in Behäl­ tern, wie Öfen und Reaktoren, in denen der Druck des darin ent­ haltenen Gases höher als der Druck in dem Raum ist, von dem das pulverige Material in den Behälter überführt werden soll, Ver­ wendung.

Verfahren, bei denen Zentrifugalpumpen für pulveriges Material günstig eingesetzt werden können, sind insbesondere die Kohle­ vergasung, die Verbrennung von Kohle unter Druck, überkritische Gasextraktion, Eisenerzreduktion mit Einbringung festen Brenn­ stoffs, Katalysatorzuführung zu einer mit Katalysator arbeiten­ den Crackeinheit sowie Zufuhr von Kalkstein oder Dolomit zu ei­ ner Einrichtung zur Schwefelentfernung unter Druck.

Beim Betrieb steht der Auslaß der Zentrifugalpumpe mit einem Raum in Verbindung, in dem ein hoher Gasdruck herrscht. Das pulverige Material, das in diesen Raum eingebracht werden soll, wird der zentralen Kammer des hohlen Rotors der Pumpe zuge­ führt. Unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte, die durch den rotierenden Rotor auf das pulverige Material ausgeübt werden, wird das Material mit großer Kraft nach außen verlagert und tritt in die Kanäle ein, die zum äußeren Rand des Rotors füh­ ren. Derartige Kanäle können hinsichtlich des Zentrums des Ro­ tors radial verlaufen und eine Querschnittsfläche haben, die sich in Radialrichtung von einer rechteckigen Gestalt zu einer kreisförmigen Gestalt ändert. Das pulverige Material wird von jedem Kanal in den Raum hohen Drucks durch eine Düse ausge­ stoßen, die vom Rotor getragen ist und koaxial zu dem zugeord­ neten Kanal angeordnet ist.

Eine Zentrifugalpumpe der genannten Art ist bekannt (PCT-WO 80/02 413). Bei dieser Pumpe ist die Fördergeschwindigkeit des Materials durch die Düsen hindurch durch Steuern der Gaszufuhr unter Druck zum Inneren der Düse steuerbar. Die Materialströ­ mung durch die Düsen findet in Form einer Mengenströmung bzw. Massenströmung statt. Bei dieser Strömungsart gibt es keine stagnierenden Zonen, und eine Bewegung der Teilchen am Auslaß der Düsen bringt eine Bewegung aller anderen, in den Düsen vor­ handenen Teilchen mit sich. Das Innere jeder Düse, durch die Mengenströmung stattfindet, ist von kegelstumpfförmiger Ge­ stalt, wobei der Spitzenwinkel des Kegels, von dem der Kegel­ stumpf einen Teil bildet, relativ klein ist. Infolgedessen ist die Länge des Kegels relativ groß. Angesichts der extrem hohen Drehzahl bzw. Umfangsgeschwindigkeit, mit der die Rotoren von Zentrifugalpumpen für pulveriges Material betrieben werden, ist es wünschenswert, den Gesamtdurchmesser derartiger Rotoren zu verringern, da eine derartiger Durchmesserverringerung zu einem geringeren Energieverbrauch der Elektromotoren, die die Pumpen­ rotoren antreiben, führt.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß eine Verringerung der Länge der Düsen zur Erreichung eines Rotors mit vergleichsweise kleinem Durchmesser einen negativen Einfluß auf die Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des Materials durch die Düse hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zentrifugalpumpe der einlei­ tend genannten Art derart auszuführen, daß die Düsen kurze Länge haben und dennoch sich kein negativer Einfluß auf die Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des pulverigen Materials durch die Düse hindurch ergibt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß das Innere jeder Düse als keilförmig abgeflachter Kegel ausgebildet ist, daß das zylindrische Bodenende des kegelförmigen Inneren koaxial mit dem Auslaß eines Kanals in Verbindung steht und daß ein schlitzartiger Mündungsbereich des kegelförmigen Inneren mit der Zone hohen Drucks in Verbindung steht.

Eine erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe kann mit hoher Drehzahl bzw. Umfangsgeschwindigkeit bei relativ niedrigem Energiever­ brauch betrieben werden, ohne daß sich ein Nachteil hinsicht­ lich der Flexibilität der Durchsatzmenge bzw. der Durchsatzge­ schwindigkeit von pulverigem Material durch die Düsen hindurch ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispieles erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer er­ findungsgemäßen Zentrifugalpumpe, die insbe­ sondere zum Fördern von feinen Kohleteilchen in einen unter Druck stehenden Behälter geeignet ist;

Fig. 2 eine Düse der Pumpe von Fig. 1 im Detail und in größerem Maßstab;

Fig. 3, 4, 5 Querschnitte der Düse von Fig. 2 längs III-III, IV-IV und V-V.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Kohleteilchen-Pumpe, die mit einem aus zwei Teilen 1 und 2 bestehenden Gehäuse versehen ist. Die Gehäuseteile 1 und 2 sind jeweils mit einem Flansch 3 bzw. 4 versehen, um die Gehäuseteile 1 und 2 miteinander zu verbinden. Der Flansch des unteren Gehäuseteils 2 ist mit Bohrungen 5 versehen, so daß das Pumpengehäuse in einer nicht gezeichneten Öffnung der Wandung eines unter Druck stehenden, nicht gezeichneten Behälters befestigt werden kann.

Das obere Gehäuseteil 1 der Pumpe trägt ein Lager 6, das den oberen Teil einer Welle 7 eines Zentrifugalrotors 8 abstützt. Ein Zentralkörper 9 des unteren Gehäuseteils 2 der Pumpe trägt zwei Lager 10 und 11, die den unteren Teil der Welle 7 des Rotors 8 abstützen. Es versteht sich, daß geeignete Lager, die als Lager 6, 10, 11 eingesetzt werden, an sich bekannt sind; aus diesem Grunde müssen diese Lager nicht im Detail beschrieben werden. Dasselbe gilt für die nicht gezeichneten Dichtmittel, die in Kombination mit den Lagern eingesetzt werden.

Der Zentralkörper 9 des Pumpengehäuses ist durch Arme 12 gestützt, die den Zentralkörper 9 mit einem sich abwärts erstreckenden Bereich 13 des unteren Gehäuseteils 2 der Pumpe verbinden. Der Zentralkörper 9 trägt mittels Armen 15 ein Stützteil 14, das sich vom Zentralkörper 9 nach unten erstreckt.

Der Zentrifugalrotor 8 der Pumpe ist hohl und weist eine zentrale Kammer 16 sowie mehrere Kanäle 17 auf, die sich radial von der Kammer 16 nach außen erstrecken. Jeder Kanal 17 besteht aus einem sich konisch verengenden Bereich 17A und einem zylindrischen Bereich 17B. Der konische Bereich 17A hat einen quadratischen oder einen rechteckigen Querschnitt an seinem mit der zentralen Kammer 16 in Verbindung stehenden Ende und einen kreisförmigen Querschnitt an seinem anderen Ende, an dem er mit dem zylindrischen Bereich 17B des Kanals 17 in Verbindung steht.

Das andere Ende des zylindrischen Bereichs 17B jedes Kanals 17 steht mit einer Düse 18 in Verbindung, die nach­ folgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 im Detail beschrieben werden wird.

Der obere Teil der den Rotor 8 tragenden Welle 7 ist hohl, und die so darin gebildete Leitung 19 wirkt am unteren Ende mit einem Verteilelement 20 zusammen, das die Leitung 19 passierende Kohleteilchen in Radialrichtungen führt, wenn diese in die zentrale Kammer 16 des Rotors 8 eintreten.

Das obere Ende des oberen Teils der Welle 7 ist mit einem nicht gezeichneten Antriebsmotor verbunden, der die Welle 7 zum Antreiben des Rotors 8 mit hoher Geschwindigkeit antreibt. Außerdem ist eine nicht gezeichnete Einrichtung vorgesehen, um Kohleteilchen durch die in der Welle 7 vorgesehene Leitung 19 der zentralen Kammer 16 des Rotors 8 zuzuführen.

Der untere Teil der den Rotor 8 tragenden Welle 7 ist ebenfalls hohl, und die so gebildete Leitung 21 steht an ihrem unteren Ende mit dem Auslaß 22 einer Gas-Kompressoreinheit 23 in Verbindung, die auf dem Stützteil 14 angebracht ist. Es sind Dichtmittel 24 vorgesehen, die eine Rotation der Welle 7 relativ zum unbeweglichen Auslaß 22 der Kompressoreinheit 23 erlauben. Verdichtetes Gas von der Kompressoreinheit 23 wird durch die Leitung 21 in einen Raum 25 geleitet, der von der zentralen Kammer 16 des Rotors 8 durch eine Wand 26 getrennt ist. Leitungen 27 erstrecken sich vom Raum 25 zu den Düsen 18, um komprimiertes Gas dorthin zuzuführen.

Es wird jetzt genauer auf die Düse 18, die im Detail in den Fig. 2 bis 5 dargestellt ist, eingegangen. Das Innere 28 der Düse 18 ist als keilförmiger Kegel ausgestaltet, der sich in Richtung zur Düsenmündung nicht nur in der in Fig. 2 ge­ zeichneten Vertikalebene, sondern auch stärker in der dazu senkrechten Horizontalebene verjüngt, so daß ein keilartig flachgedrückter Kegel gebildet ist. Das Bodenende 29 des derart kegel­ förmigen Inneren 28 steht mit dem zylindrischen Auslaß des zylindrischen Bereichs 17B des Kanals 17 in Verbindung. Die Mündung 30, die aufrecht-schlitzartig ist, des derart kegel­ förmigen Inneren 28 steht mit einer Zone 31 (siehe auch Fig. 1) hohen Drucks im Inneren des Pumpengehäuses in Verbindung.

Während des Betriebs der Zentrifugalpumpe wird der Rotor 8 mittels eines nicht dargestellten Elektromotors, der auf die Welle 7 arbeitet, mit hoher Geschwindigkeit angetrieben. Zugleich wird die Kompressoreinheit 23 betrieben, um Gas mit einem Druck, der größer als der im Raum 31 herrschende Druck ist, zu den Innenbereichen 28 der Düsen 18 zu führen.

Kohleteilchen werden von einem nicht gezeichneten, unter atmosphärischem Druck stehenden Speisebunker dem oberen Ende der Leitung 19 zugeführt und treten in die zentrale Kammer 16 des Rotors 8 ein. Anschließend werden die Teilchen unter dem Einfluß von auf sie wirkenden Zentrifugalkräften durch die Kanäle 17 bewegt und gelangen in die Düsen 18, von denen sie in den Raum 31 ausgestoßen werden. Wenn die Pumpe in einer Öffnung in der Wandung eines unter hohem Druck stehenden Behälters angeordnet ist, herrscht ein hoher Druck im Raum 31. Unter der Wirkung der Pumpe werden die Kohle­ teilchen von einem Raum niedrigen Drucks, nämlich dem unter atmosphärischem Druck stehenden Zufuhrbunker, zu einem Raum hohen Drucks, nämlich dem Inneren des unter hohem Druck stehenden Behälters, überführt.

Die Kohleteilchen, die durch die Düse 18 strömen, passieren den Innenraum 28 in Form einer Mengenströmung bzw. Massen­ strömung. Die Geschwindigkeit einer derartigen Strömung kann durch Variieren der Zufuhrgeschwindigkeit bzw. Zufuhrmenge an verdichtetem Gas, das dem Inneren 28 der Düse 18 durch die Leitung 27 zugeführt wird, gesteuert werden. Die Zufuhrgeschwindigkeit bzw. Zufuhrmenge des Gases kann in be­ kannter Weise variiert werden, beispielsweise durch Steuern der Geschwindigkeit der Kompressoreinheit 23. Die konisch- keilförmige Gestalt des Innenraums 28 stellt eine Mengen­ strömung auch bei kurzen Längen der Düse 18 sicher. Während bei einer gegebenen, relativ kurzen Länge Verwendung eines rein konisch gestalteten Inneren der Düse zu einer sogenannten Trichterströmung der Teilchen durch das Innere der Düse führen würde (welche Strömungsart nach Untersuchungen der Anmelderin hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeit durch Variieren der Zufuhrgeschwindigkeit des Gases durch die Lei­ tung 27 nicht gesteuert werden kann), stellt das erfindungs­ gemäß konisch-keilförmig gestaltete Innere der Düse 18 eine Mengenströmung der Kohleteilchen sicher und ermöglicht in­ folgedessen eine Steuerung der Geschwindigkeit bzw. des Durchsatzes, mit der bzw. dem sie durch das Düseninnere passieren können.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf irgendeine bestimmte Gestalt des Rotors 8 beschränkt ist. Obwohl der in Fig. 1 gezeichnete Rotor 8 sich radial erstreckende Arme, die die Kanäle 17 umschließen, aufweist, können auch andere Gestaltungen des Rotors 8 eingesetzt werden. So kann der Rotor 8 in Gestalt einer Scheibe vorgesehen sein, in der sich die Kanäle 17 erstrecken, die mit Düsen in Verbindung stehen, die am äußeren zylindrischen Rand des scheibenförmigen Rotors angebracht sind.

Claims (1)

1. Zentrifugalpumpe zum kontinuierlichen Fördern von pulve­ rigem Material von einer Zone niedrigen Drucks in eine Zone hohen Drucks, wobei die Pumpe einen hohlen Rotor (8) mit einer zentralen Kammer (16) aufweist, die mit mehreren, sich zum äußeren Rand des Rotors (8) erstreckenden Kanälen (17) in Verbindung steht, und jeder Kanal (17) an seinem Auslaß mit einer Düse (18) in Verbindung steht und das Innere (28) jeder Düse mit einer Leitung (27) für die Zufuhr von Gas in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet,
   daß das Innere (28) jeder Düse (18) als keilförmig abgeflach­ ter Kegel ausgebildet ist,
   daß das zylindrische Bodenende (29) des kegelförmigen Inneren (28) koaxial mit dem Auslaß eines Kanals (17) in Verbindung steht und
   daß ein schlitz­ artiger Mündungsbereich (30) des kegelförmigen Inneren (28) mit der Zone hohen Drucks in Verbindung steht.