DE3311610A1

DE3311610A1 - Pumpenanordnung zum pumpen einer mischung aus grobkoernigem material und fluessigkeit

Info

Publication number: DE3311610A1
Application number: DE19833311610
Authority: DE
Inventors: Bengt 72241 Västerås Ode; Lars Dipl.-Ing. 72462 Västerås Törnblom
Original assignee: ASEA Atom AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 1982-04-07
Filing date: 1983-03-30
Publication date: 1983-10-20
Also published as: JPH0344233B2; JPS58190586A; GB8309476D0; US4500261A; GB2118257A; GB2118257B; AU559496B2; ZA832397B; SE8202248L; SE449391B; AU1314483A

Description

Aktiebolaget ASEA-ATOM, Västeras/Schweden

Pumpenanordnung zum-Pumpen einer Mischung aus grobkörnigem Material und Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung zum Pumpen . einer Mischung aus grobkörnigem Material und Flüssigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Pumpenanordnung ist bekannt aus der US-PS 3 999 895.

Bei der bekannten Pumpenanordnung verlaufen die Bohrungen parallel zur Drehachse des Rotationskörpers, wobei die EintrittsÖffnung für das zu pumpende Material von einer nach oben gerichteten Öffnung eines in einem Leitstück angeordneten Kanals gebildet wird, welcher Kanal eine Krümmung von ca. 90° hat. Die nach oben gerichtete Eintrittsöffnung ermöglicht eine Beschickung, bei welcher das Material durch die Schwerkraft transportiert wird.

Die Krümmung des Einlaufkanals begründet jedoch die Gefahr von Materialstockungen in dem gebogenen Kanalabschnitt, wenn die Pumpenanordnung für eine Mischung aus Flüssigkeit und grobkörnigen Partikeln, z.B. Kohlepartikeln, verwendet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpenan-Ordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit der eine Mischung der vorgenannten Art ohne Stockungsgefahr gepumpt werden kann.·

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Pumpenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches

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1 genannten Merkmale hat. -

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
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Durch die Erfindung wird eine Pumpenanordnung geschaffen, bei der der Rotorkörper derart ausgebildet ist, daß der Eintrittskanal für das zu pumpende Material gerade oder nur wenig gekrümmt verläuft und gleichzeitig eine Be-Schickung mit Hilfe der Schwerkraft möglich ist.

Mit einer solchen Ausführung des Rotorkörpers gewinnt man zugleich den Vorteil, daß man keine Lageranordnung für ein Rotorende benötigt, welche den gesamten Rotorkörper umschließt, sondern daß der Rotorkörper in zwei Lagern gelagert werden kann, von denen jedes einen Wellenzapfen umschließt.

Dadurch, daß die Pumpanordnung nach der Erfindung die Schwerkraft als Mittel zum Transport der Masse zu den Rotorkanälen der Pumpanordnung ausnutzen kann, ohne zu diesem Zweck einen in der Nähe des Rotors liegenden gebogenen Eintrittskanal zu benötigen, ist es bei einer Pumpenanordnung gemäß der Erfindung möglich, diese mit einer in den Eintrittskanal eingeführten nahe dem Rotor angeordnete Transportschnecke zu versehen. Dabei wird dem Umstand, daß der Eintrittskanal des Rotors periodisch geschlossen und geöffnet wird, dadurch Rechnung getragen, daß die Transportschnecke so ausgebildet und gesteuert wird, daß sie mit einem entsprechenden periodischen Verhalten arbeitet.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Pumpanordnung gemäß der Erfindung im Axialschnitt längs der Linie I-I in Figur 3,

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- 6 Fig. 2 bis 4 Schnitte längs der Linie H-II₁ IH-III

bzw. IV-IV in Fig. 1,
Fig. 5 und 6 im Axialschnitt eine zweite und eine dritte Ausführungsform einer Pumpe gemäß der Erfindung,

Fig. 7 in axialer Ansicht einen bei den Ausführungsformen nach Figur 5 und 6 verwendeten Drehwinkelgeber.

in den Figuren bezeichnet 1 einen Rotorkörper, der um eine Welle rotiert, deren Längsachse mit einer in Längsrichtung verlaufenden Symmetrieachse 2 durch den'Rotorkörper zusammenfällt. Der Rotorkörper 1 hat im wesentlichen die Form eines Kegelstumpfes mit einer kleineren Endfläche 3 und einer größeren Endfläche 4. Der Rotorkörper 1 ist' mit vier untereinander gleichen im wesentlichen kreiszylindrischen Bohrungen 5, 6, 7 und 8 versehen, von denen jede zwischen den Endflächen 3 und 4 verläuft. Die Bohrungen sind symmetrisch in Bezug auf die Achse 2 verteilt, und ihre Mittellinien schneiden alle die Symmetrieachse 2 in dem selben Punkt. In jeder Bohrung 5, 6, 7 und 8 ist ein Kolbenglied 9 angeordnet. Jedes Kolbenglied 9 enthält einen auf die Endfläche 3 gerichteten Motorkolben 10 und einen auf die Endfläche 4 gerichteten Pumpenkolben 11, wobei die Kolben 10 und 11 starr miteinander verbunden sind. Der Rotorkörper 1 hat zwei Wellenzapfen 12 und 13 mit zugehörigen Lagern 12' bzw. 13'» von denen jeder von einem ihm zugeordneten Leitstück 14 bzw. 15 getragen wird . Jedes Leitstück hat eine zentrale Bohrung 14' bzw. 15', in welcher die Lager 12' bzw. 13' angeordnet sind. Die Leitstücke 14 und 15 sind durch eine radial außerhalb des Rotorkörpers angeordnete konische Hülle 16 mechanisch miteinander verbunden und bilden zusammen mit dieser Hülle einen Stator.

Die Leitstücke 14 und 15 liegen ohne nennenswertes Spiel an den Endflächen 3 bzw. 4 an. Das Leitstück 14 ist mit einem Eintrittskanal 17 und einem Austrittskanal 18 für

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ein Druckmittel, normalerweise Wasser, versehen, welche Kanäle an die Austrittsseite bzw. Eintrittsseite einer Pumpe 19 angeschlossen sind. Der Wellenzapfen 12 ist an die abgehende, verhältnismäßig langsam rotierende Welle eines Zahnradgetriebemotors 20 angeflanscht. Das Leitstück 15. ist mit einem Eintrittskanal 21 und einem Austrittskanal 22 für das Material versehen, das mit Hilfe einer Pumpanordnung nach der Erfindung gepumpt werden soll. Hierbei kann es sich z.B. um eine Mischung aus Wasser und Kohlepartikeln mit solcher Korngrößenverteilung handeln, daß mindestens 10 % der Kohlemenge von Partikeln gebildet wird, deren größte Abmessung mindestens 25 % des kleinsten Querschnittsdurchmessers des Eintrittskanals 21 beträgt.

Jeder der beiden Kanäle 17 und 18 in dem Leitstück 14 erstreckt sich an der Enflache 3 des Rotorkörpers in Umfangsrichtung über 90 , was zur Folge hat, daß mindestens eine der Bohrungen 5, 6, 7 und 8 durch einen entsprechenden schmalen Abschnitt 5^!, 6', 7' oder 8'durch einen entsprechenden schmalen Abschnitt 5', 6¹ 7¹ bzw. 8¹ (Fig. 4) stets in hydraulischer Verbindung mit einem Eintrittskanal· 17 steht und daß mindestens eine dieser Bohrungen in gleicher Weise mit dem Austrittskanal 18 in Verbindung steht.

• Jeder Kanal 17, 18 wird symmetrisch durch eine gedachte durch die Symmetrieachse verlaufende Vertikalebene geteilt, was auch für die Kanäle 21 und 22 gilt, die'genau wie die Kanäle 17 und 18 trichterförmig ausgebildet sind, wobei jeder der Kanäle 17, 18, 21, 22 an seinem axial; äußeren Ende einen kreisförmigen Querschnitt hat und unmittelbar am Rotorkörper 1 einen ringsektorförmigen Querschnitt.

Bei der in den Figuren gezeigten Rotorlage liegt die Mittellinie 21' bzw. 22¹ jedes Kanals 21 und 22 in der Ver-

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längerung der Mittellinie einer entsprechenden Bohrung 5 bzw. 7, was bedeutet, daß der Kanal 21 gerade ist und in Richtung zum Rotorkörper 1 hin abfällt. Der Rotorkörper 1 ist mit einer so großen Konizität ausgeführt, daß die für die Kolbenglieder 9 vorgesehenen Bohrungen einen Winkel von mindestens 4 , vorzugsweise mindestens 8 , mit der Symmetrieachse 2 bilden.

Die in den Figuren 5 und 6 gezeigten Ausführungsformen betreffen die vorgenannte Weiterentwicklung der Erfindung, bei der eine Transportschnecke vorhanden ist. Diese Pumpanordnung umfaßt ein an den Eintrittskanal 21 angeschlossenes Transportrohr 23, das über eine Öffnung in der Rohrwand hydraulisch mit einem über dem Transportrohr angeordneten Beschickungstrichter 24 verbunden ist, wobei sich im Transportrohr eine von einem Elektromotor angetriebene Transportschnecke 25 befindet, die im Bereich der genannten Rohröffnung liegt und mit ihrem einen Ende in den Eintrittskanal 21 hineinragt.

Wie bereits erwähnt, haben die an die Pumpe 19 angeschlossenen Kanäle 17 und 18 unmittelbar am Rotorkörper 1 eine tangentiale (in Umfangsrichtung verlaufende) Ausdehnung, die einem Mittelpunktwinkel von 90 entspricht. Die ent-sprechende Ausdehnung des Eintrittskanals 21 und-des Austrittskanals 22 für das gepumpte Material ist hingegen bedeutend kleiner als 90°, da die Pumpanordnung zum Pumpen eines Materials vorgesehen ist, das, wenn es mit einer längs der Mittelachse des Eintrittskanals gerichteten Beschickungskraft e.ingespeist wird, nur eine verhältnismäßig geringe Fähigkeit hat, Druck in peripherer Richtung zu übertragen.

Bei der in Figur 2 gezeigten Anordnung erstreckt sich jeder Kanal 21, 22 in Umfangsrichtung maximal über einen Mittelpunktswinkel von 60°. In solchen Zeitintervallen,

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in denen keine der Bohrungen 5 bis 8 mit ihrer Öffnung zum größten Teil vor einem Einlaufkanal 21 liegt, muß die Schubkraft der Transportschnecke 25 erheblich reduziert oder aufgehoben werden, was gemäß Figur 5 und 6 mit Hilfe einer elektromagnetischen Wellenkupplung 31 bzw. eines Betätigungszylinders 32 geschieht. Ausgehend von der in Figur 2 gezeigten Winkellage des Rotorkörpers 1 bedeutet dies, daß ein Signal für reduzierte Schneckenschubkraft gegeben wird, wenn der Rotorkörper im Verhältnis zu der in Figur 2 gezeigten Winkellage um ca. 30° gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Nach einer weiteren Drehung des Rotorkörpers 1 um 30° liegt die Öffnung der Bohrung 6 zu ca. 50 % vor der auf den Rotorkörper 1 gerichteten Öffnung des Einlaufkanals 21, und es wird ein Signal zur erneuten Aktivierung der Transportschnecke 25 gegeben. Die vorgenannten Signale werden mit Hilfe eines an sich bekannten Winkellagegebers 27 gegeben, der eine kreisförmige Scheibe 26 enthält, welche über ein Verlängerungselement an dem Wellenzapfen 13 mit justierbarer Winkellage befestigt ist. Die Scheibe 26 hat vier durchgehende Langlöcher 28, deren Länge in Umfangsrichtung justierbar ist. Der Geber 27 hat zwei Arme 27' und 27", von denen je einer auf jeder Seite der Scheibe 26 angeordnet ist und der eine Arm eine Leuchtdiode und der andere eine der Leuchtdiode gegenüberliegende Fotodiode ent-• hält. Auf diese Weise liefert der Geber 27 ein Ausgangssignal in Form einer Spannung für alle Winkellagen, in denen die Fotodiode durch eine der vier Langlöcher 28 Licht von der Leuchtdiode empfängt. Bei allen übrigen Winkellagen ist die Ausgangsspannung des Gebers 27 Null, was bedeutet, daß ein an die Ausgangsseite des Winkellagegebers 27 angeschlossenes Relais 29 die in den Figuren 5 und 6 gezeigte Kontaktstellung einnimmt, wobei ein Betätigungskreis, zu dem eine Stromquelle 33 gehört, stromlos

"35 ist. Bei der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform der Erfindung bedeutet dies, daß die elektromagnetische Wellenkupplung 31 geöffnet ist, so daß kein Drehmoment vom Mo-

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- 10 tor 30 auf die Transportschnecke 25 übertragen wird.

In Figur 6 bezeichnet 34 ein Zweiwegeventil mit zwei möglichen Lagen, von denen die eine bei elektromagnetischer Erregung eingenommen wird und die andere unter der Wirkung einer Rückstellfeder. Ein Druckluftbehälter 35 ist über das Ventil 34 an den Betätigungszylinder 32 angeschlossen. Die Transportschnecke 25 wird von einem Elektromotor 30' angetrieben, der durch ihn tragende Räder 36 so geführt wird, daß er in axialer Richtung verschieblich ist. Bei der gezeigten Kontaktstellung des Relais wird über den Betätigungszylinder 32 eine solche axiale Kraft auf den Stator des Motors 30 ausgeübt, daß die Förderschnecke 25 in Richtung von dem Eintrittskanal weg axial verschoben wird, was bedeutet, daß die Schubkraft und damit der Materialtransport aufhört oder reduziert wird, solange diese Verschiebung dauert. Sobald erneut ein Loch 28 eine solche Lage einnimmt, daß die Fotodiode an dem Geber 27 von der Leuchtdiode Licht empfängt, wird der Kolben im Betätigungszylinder 32 in umgekehrter Richtung' verschoben, was zur Folge hat, daß die vom Beschikkungstrichter 24 kommende Kohlen-Wassermischung in Richtung zum Einlaufkanal 21 transportiert wird.

Die Pumpenanordnung gemäß der Erfindung kann auch in' vielen anderen Varianten als den vorstehend genannten ausgebildet sein. So kann beispielsweise der Einlaufkanal 21 unmittelbar am Rotorkörper 1 mit einer bedeutend größeren tangentialen Erstreckung ausgebildet sein, als oben beschrieben. Zum Beispiel kann sich der Eintrittskanal 21 statt über einen Mittelpunktswinkel von 60 über einen solchen von 100° oder mehr erstrecken. Zwar wird die hydraulische Verbindung zwischen den Kanälen des Rotorkörpers und dem Eintrittskanal in einem solchen Fall immer einen Gesamtquerschnitt haben, der größer ist als der Querschnitt jedes einzelnen der Kanäle 5, 6, 7 und 8; da jedoch die Fähigkeit der Masse,, sich in seitlicher Rich-

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tung zu verschieben, gering sein kann, kann es angebracht sein, die Beschickungsintervalle genauso stark zu begrenzen, wie bei den anhand der Figuren 5 und 6 beschriebenen Anordnungen.
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Wenn die gepumpte Masse auf zwei abgehende Rohrleitungen

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verteilt werden soll, so kannYjedes der Leitstücke 14 und 15 mit vier in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten Kanälen versehen, wobei die beiden Austrittskanäle - genau wie die Eintrittskanäle - in einem Abstand von 180° voneinander angeordnet sind.

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Claims

Patentansprüche

1. Pumpanordnung zum Pumpen einer Mischung aus grobkörnigem Material und Flüssigkeit mit einem Rotorkörper (1), dessen Längsachse (2) zwischen der ersten (3) und der zweiten (4) Endfläche des Rotorkörpers mit der Rotationsachse zusammenfällt, mit einer Antriebsvorrichtung (20), die den Rotorkörper (1) zu drehen vermag, mit einer Hilfspumpe (19) für ein Druckmittel, mit einem ersten stationären Leitstück (14) und einem zweiten stationären Leitstück (15), wobei das erste Leitstück (14) an der ersten Endfläche (3) und das zweite Leitstück (15) an der zweiten Endfläche (4) anliegt, mit mehreren zylindrischen in dem Rotorkörper (1) angeordneten Bohrungen (5, 6, 7» 8), von denen jede zwischen den genannten Endflächen verläuft und an diesen mündet, mit je einem Kolbenglied (9) in jeder Bohrung (5-8), wobei jedes Kolbenglied (9) einen auf das erste Leitstück (14) gerichteten Motorkolben (10) und einen auf das zweite Leitstück (15) gerichteten Pumpenkolben (11) hat, und mit mindestens je einem aus einem Eintrittskanal und einem Austrittskanal bestehenden Kanalpaar in jedem Leitstück (14, 15), wobei mindestens ein solches Kanalpaar (17, 18) in dem ersten Leitstück (14) an die Hilfspumpe (19) angeschlossen ist und mindestens ein solches Kanalpaar (21, 22) in dem zweiten Leitstück (15) so angeordnet ist, daß es an eine Eintrittsleitung und eine Austrittsleitung für eine von der Pumpanordnung gepumpte Masse anschließbar ist, und wobei jeder Kanal (17, 18) des ersten Leitstücks (14) in einem bestimmten Drehwinkelbereich des Rotorkörpers (1) über eine der Bohrungen (5, 6, 7, 8) in druckübertragender Verbindung mit einem entsprechenden Kanal des zweiten Leitstücks (15) steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorkörper (1) im wesentlichen die Form eines Kegelstumpfes hat, wobei

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die radiale Ausdehnung der zweiten Endfläche (4) größer als die radiale Ausdehnung der ersten Endfläche (3) ist, und daß die Bohrungen (5, 6, 7, 8) im Verhältnis zu der Längsachse (2) schräg verlaufen.
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2. Pumpanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorkörper (1) an der zweiten Endfläche (4) einen Wellenzapfen (13) hat, daß das zweite Leitstück (15) ein durchgehendes vorzugsweise zylindrisches Loch (15') hat, dessen axiale Mittellinie mit der Längsachse (2) zusammenfällt, und daß der Wellenzapfen (13) in dem Loch (15') gelagert ist.

3. Pumpanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in dem zweiten Leitstück (15) vorhandener Eintrittskanal (21) für die zu pumpende Masse an ein Transportrohr (23) angeschlossen ist, welches über eine Öffnung in der Rohrwand in hydraulischer Verbindung mit einem über dem Transportrohr angeordneten Beschikkungsgefäß (24) angeordnet ist, und daß in dem Transportrohr. (23) im Bereich der genannten Öffnung in der Rohrwand eine Transportschnecke (25) angeordnet ist, die vorzugsweise mit ihrem einen Ende in den Eintrittskanal (21) hineinragt.

4. Pumpanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportschnecke (25) mit solchen Mitteln (31, 32) zur teilweisen oder vollständigen Aufhebung des Transportschubs der Schnecke versehen ist, daß diese Aufhebung innerhalb mehrerer Zeitintervalle pro Umdrehung des .Rotorkörpers stattfindet, und daß die genannten Mittel (31, 32) mit der Drehwinkelstellung des Rotorkörpers (1) derart gekoppelt sind, daß die genannte Aufhebung beim Überschreiten eines bestimmten Abstandes in Umfangsrichtung zwischen einer der Bohrungen (5, 6, 7, 8) und der Mittellinie (21') des in dem zweiten Leitstück (15)

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befindlichen Eintrittskanals (21) beginnt und wieder endet, sobald der Abstand in Umfangsrichtung zwischen der Mittellinie (21') des genannten Einlaufkanals und der am j nächsten liegenden Bohrungen (5, 6, 7, 8) auf einen bestimmten Wert gesunken ist.

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