DE3545713A1 - Spaltrohrpumpe zum foerdern hochprozentiger saeuren, insbesondere 98%iger salpetersaeure - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spaltrohrpumpe zum Fördern hochprozentiger Säuren, insbesondere 98-%iger Salpetersäure, bestehend aus einem Fördergehäuse mit Zulauf und Ablauf, einem das Fördergehäuse verschließenden Lagerschild für einen Rotor mit im Födergehäuse umlaufenden Förderrad, wobei der Rotor jenseits des Lagerschildes einen Trägerkörper aufweist, welcher auf seinem Umfang mit Dauermagneten bestückt ist, welche durch ein fördermediumfestes, durch Schweißnähte mit dem Trägerkörper verbundenes Blech abgedeckt sind, wobei der Rotor unter Belassung eines Umfangsspaltes von einem Spalttopf umgeben ist, und der Spalttopf unter Belassung eines Umfangsspaltes von einem Außentreiber umgeben ist, welcher an seiner den Dauermagneten des Rotors zugewandten Fläche ebenfalls mit Dauermagneten bestückt ist, und in einem ihn umgebenden, mit dem Fördergehäuse verbundenen Gehäuse axial zum Rotor gelagert ist.

Das Prinzip der Spaltrohrpumpen ist darin zu sehen, daß alle produktbeaufschlagten Teile in einer sie umgebenden Kapsel nach außen hermetisch abgeschlossen sein müssen. Außerdem sind alle Teile, welche sich nicht aus gegen das Fördermedium resistenten Materialien fertigen lassen, wie beispielsweise Magnete, elektrische Wicklungen, durch entsprechend widerstandsfähige Materialien absolut dicht abzudecken. Das heißt, solche Schutzbleche müssen mit der Unterlage dicht verschweißt sein. Da zwischen Außentreiber und Rotor ein berührungsfreier Kraftschluß durch den Spalttopf hindurch stattfinden muß, kann man die Schutzbleche bzw. die Wandung des Spalttopfes sowie die Spalte nicht beliebig dick wählen, weil sonst Energie in erheblichem Maße verlorengeht, welche sich auch noch in nachteiliger Weise in Wärme umsetzt. Ein Anlaufen des Rotors, beispielsweise bei einem defekten Lager, läßt sich nie ganz ausschließen. In solchen Versagensfällen besteht die Gefahr, daß die bisher meist aus Titan bestehenden Schutzbleche verschleißen und das Magnetmaterial sowie, falls elektrische Wicklungen vorhanden, deren Material mit dem Fördermedium reagiert, insbesondere wenn es sich dabei um Salpetersäure handelt. Die zündfähigen Reaktionsprodukte können eine Explosion der Pumpe verursachen.

Man hat deshalb schon die Elektromagnete durch Dauermagnete ersetzt, um zumindest die Zündquellen zu vermeiden. Da es jedoch bisher kein Magnetmaterial gibt, das mit Salpersäure nicht reagiert, bleibt die Explosionsgefahr im Versagensfalle weiterhin bestehen. Eine völlige Abkapselung des Raumes des Fördergehäuses gegenüber der gesamten Antriebsseite ist nicht möglich, weil es keine Gleitringdichtungen gibt, die gegenüber hochaggressiven Fördermedien über ausreichend lange Zeiträume beständig sind. Zudem muß das Fördermedium als Schmiermittel für die Rotorlagerung dienen und außerdem dient es der Abführung der durch das Magnetfeld innerhalb des Rotors erzeugten Wärme. Wird die Wärmeabfuhr gestört, so vergrößert sich die Gefahr, daß der Rotor gegen den Spalttopf anläuft. Dieser zur Kühlung und Schmierung herangezogene Nebenstrom des Fördermediums beträgt immerhin 5 bis 8% des Gesamtdurchsatzes.

Es besteht die Aufgabe, eine Spaltrohrpumpe zum Fördern von hochprozentigen Säuren unter Beibehaltung des Nebenstromes des Fördermediums für die Kühlung und Schmierung so zu verbessern, daß sie zumindest für alle vorhersehbaren Versagensfälle eine entsprechende Sicherheit bietet.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das Gehäuse an der tiefsten Stelle eine Öffnung aufweist; daß der Rotor eine hinter dem Blech mündende, an ihrem anderen Ende dicht verschlossene Prüfbohrung aufweist und daß dieses Blech verschleißfester dimensioniert ist als die Wandung des Spalttopfes.

Dadurch wird erreicht, daß der kraftseitige Pumpenteil drucklos ist und daß bei einem auftretenden Leck das Fördermedium durch die Öffnung sofort abfließen kann. Im Falle des Förderns von 98-%iger Salpetersäure zeigen die sich beim Austritt aus der Öffnung entwickelnden Dämpfe den Störfall an. Man kann auch weitere Vorsorge dahingehend treffen, daß das auslaufende Fördermedium automatisch eine Alarmeinrichtung auslöst. Die Anordnung der Prüfbohrung bietet den Vorteil, daß die das Blech mit dem Rotorkörper verbindenden Schweißnähte bei der Fertigung der Pumpe und auch später in Wartungsintervallen mittels einer Heliumgas-Prüfung auf ihre Dichtigkeit untersucht werden können. Bei den fördermediumbeständigen Werkstoffen handelt es sich um hochwertige Legierungen, welche schlecht schweißbar sind, weshalb die Prüfung der Schweißnahtdichtigkeit von besonderer Bedeutung ist.

Dadurch, daß die Wandung des Abdeckbleches des Rotors verschleißfester dimensioniert ist als die Wandung des Spalttopfes, wird im Versagensfalle zuerst der Spalttopf zerstört. In einem solchen Falle gelangt das Fördermedium recht schnell zur Öffnung im Gehäuse und zeigt beim Auslaufen den Schaden an. Die größere Verschleißfestigkeit des besagten Bleches wird in einfachster Weise dadurch erreicht, daß es mit z. B. 2 mm Stärke dicker dimensioniert ist als die Wandung des Spalttopfes mit beispielsweise 0,8 mm. Der gleiche Effekt jedoch unter Verwendung von gleich starken Blechen ließe sich erzielen, wenn man für das Blech des Rotors einen geeigneten Werkstoff entsprechend höherer Verschleißfestigkeit verwendet.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist der Spalttopf separat an dem Lagerschild befestigt.

Auf diese Weise wird die Montage vereinfacht bzw. der Rotor wird leichter zugänglich, ohne daß man ihn ganz ausbauen muß, wenn man beispielsweise den Zustand des Bleches bzw. der Schweißnähte prüfen möchte.

Vorzugsweise weisen alle produktberührten Teile Schmiede- bzw. Walzausführung des Werkstoffes 1.4361 gemäß DIN 17 007 auf.

Dieser Werkstoff ist auch unter dem Namen "Böhler Antinit EAS 2 Si" im Handel.

Fördermediumbeaufschlagte Teile der Pumpe aus diesem Werkstoff sind insbesondere gegen hochprozentige Salpetersäure noch widerstandsfähiger als das bisher benutzte Titan.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform sind die Dauermagnete nur mit einem anorganischen Kitt auf ihren Unterlagen befestigt.

Derartige Kitte, beispielsweise Säurekitt mit Kaliwasserglas, sind säurebeständig, wodurch vermieden wird, daß bei Berührung mit dem Fördermedium sich die Magnete lösen könnten.

Als weitere zusätzliche Sicherheitsmaßnahme weisen vorzugsweise die Dauermagneten mindestens des Außentreibers auf ihrer Oberfläche einen gegen hochprozentige Säuren mindestens kurzzeitig widerstandsfähigen Überzug auf.

Auf diese Weise wird mindestens kurzzeitig verhindert, daß das Magnetmaterial mit dem Fördermedium reagiert. Als Schutz vor hochprozentiger Salpetersäure ist beispielsweise ein Polytetrafluorethylen-Überzug oder ein Zweikomponentenlack auf Basis Polyurethan geeignet. Der Anstrich sollte dabei so dimensioniert sein, daß er mindestens so lange Stand hält, bis sich nach der Wahrscheinlichkeit der Schadensfall durch aus der Öffnung im Gehäuse austretendes Fördermedium bemerkbar gemacht hat, so daß man die Pumpe abstellen kann.

Vorzugsweise ist die neue Spaltrohrpumpe gekennzeichnet durch eine Dimensionierung der Druckfestigkeit, welche höher ist als der im Versagungsfalle bei Reaktion von Fördermedium mit Magnetmaterial zu erwartende Reaktionsdruck.

Auf diese Weise wird vorgesorgt, daß die Pumpe im Störfalle nicht explodiert.

Das Anschlußende der Prüfbohrung weist vorzugsweise ein konisches, selbstdichtendes Gewinde auf, in welchem ein Verschlußstopfen mit Gegengewinde angeordnet ist.

Dieser Verschluß sorgt dafür, daß kein Fördermedium in die Prüfbohrung eindringen kann. Derartige Verschlüsse sind unter der Bezeichnung "Gewindestopfen NPT" im Handel. Auch hierfür ist gegen das Fördermedium resistentes Material, vorzugsweise der Werkstoff 1.4361, zu verwenden. Zur zusätzlichen Sicherheit kann man den Verschlußstopfen noch mit einem Sicherungsblech abdecken. Es versteht sich, daß die Bohrung auch zugeschweißt werden kann. Dann tritt allerdings wieder das Problem der Prüfung dieser Schweißstelle auf. Möchte man eine Wiederholung der Prüfung der Schweißnähte zwischen Rotor und Blech durchführen, müßte die Schweißstelle, welche die Prüfbohrung verschließt, wieder aufgebohrt werden. Deshalb ist die Verwendung eines Verschlußstopfens besonders vorteilhaft.

Vorzugsweise ist in der Prüfbohrung zusätzlich zu dem Verschlußstopfen noch ein elastischer Kunststoffstopfen angeordnet.

Hierfür eignet sich unter anderem ein weichelastischer Stopfen aus PTFE. Diese Maßnahme gewährt absolute Abdichtung, weil der Gewindestopfen den Kunststoffstopfen noch fester anpreßt.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist in der Prüfbohrung ein unter Unterdruck stehendes Inertgas, vorzugsweise ein Prüfgas, eingeschlossen.

Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die die Dauermagnete des Rotors abdeckenden Bleche nicht ausbeulen können.

Zum Inertisieren des Innenraumes des Rotors und zur Erzeugung des Unterdruckes darin wird der Rotor auf 160 bis 200°C erhitzt, Inertgas in die Prüfbohrung unter Atmosphärendruck eingeführt, anschließend die Prüfbohrung dicht verschlossen und der Rotor abkühlen gelassen.

Die Dichtigkeit der Schweißnähte des Rotors läßt sich mittels der bekannten Prüfgas-Prüfung, insbesondere mit Helium, feststellen.

In besonders vorteilhafter Weise läßt sich die Schweißnaht- Prüfung mit dem Inertisieren des Innenraumes des Rotors und Erzeugung des Unterdruckes darin kombinieren, indem der Rotor auf 160 bis 200°C, vorzugsweise auf 180°C, erwärmt wird, die Prüfbohrung unter Überdruck mit einem inerten Prüfgas, vorzugsweise Helium beaufschlagt wird, nach der Prüfung der Innenraum druckentlastet wird, jedoch das Prüfgas darin belassen wird, die Prüfbohrung verschlossen wird und der Rotor abkühlen gelassen wird.

Zum Prüfen der Schweißnähte zwischen dem Blech und dem Trägerkörper des Rotors der Spaltrohrpumpe wird der Rotor auf etwa 160 bis 200°C, vorzugsweise auf 180°C, erwärmt und die Prüfbohrung unter Überdruck mit Prüfgas beaufschlagt.

Derartige Prüfgase haben die Eigenschaft, durch kleinste Öffnungen hindurchzudiffundieren.

In der Zeichnung ist die neue Pumpe in einem Ausführungsbeispiel rein schematisch dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Spaltrohrpumpe und

Fig. 2 die Einzelheit A) aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.

Die Spaltrohrpumpe besteht aus einem Fördergehäuse 1 mit einem Zulauf 2 und einem Ablauf 3. In einem Lagerschild 4 ist die Welle 5 eines Rotors 6 mittels Lagern 7 gelagert, wobei das Lagerschild 4 den Förderraum 8 des Fördergehäuses 1 begrenzt. Auf der Welle 5 ist im Förderraum 8 ein Förderrad 9 angeordnet; auf dem anderen Ende befindet sich ein Trägerkörper 10, auf dessen Umfangsfläche mittels eines Säurekitts mit Wasserglas Dauermagnete 11 aufgeklebt sind. Diese bestehen aus einer Schichtkombination aus Eisen und Cobalt-Samarium. Nach außen hin sind diese Dauermagnete 11 durch ein Blech 12 abgedeckt, welches mit dem Trägerkörper 10 durch Schweißnähte 13 verbunden ist. Das Blech 12 besteht, wie alle mit dem Fördermedium in Berührung kommenden Teile der Pumpe, aus dem Werkstoff 1.4361 gemäß DIN 17 007 und besitzt eine Stärke von 2 mm. Im Trägerkörper 10 ist eine Prüfbohrung 14 vorgesehen, welche durch die Dauermagnete 11 hindurch hinter das Blech 12 führt und welche am Anschlußende durch einen PTFE-Stopfen 15 und einen Gewindestopfen NPT 16 mit konischem, selbstdichtendem Gewinde absolut dicht verschlossen ist. Der Rotor 6 ist durch einen Spalttopf 17 nach außen abgekapselt und schließt zwischen sich und dem Lagerschild 4 den Rotorraum 18 ein. Durch das Lagerschild 4 führen Kanäle 19 und verbinden den Förderraum 8 mit dem Rotorraum 18. Auf diese Weise entsteht ein Nebenstrom des Fördermediums durch den Rotorraum 18, um die Lager 7 zu schmieren und sich insbesondere durch das Magnetfeld entwickelnde Wärme abzuführen. Der Spalttopf 17 besteht aus einem Stirnschild 20 aus Schmiedestahl und einer Wandung 21 aus Walzstahl des Werkstoffes 1.4361 von 0,8 mm Stärke.

Zwischen dem Blech 12 und der Wandung 21 ist ein Umfangsspalt von 1 mm vorgesehen. Der Spalttopf 17 ist von einem Außentreiber 22 umschlossen, welcher in einem am Fördergehäuse 1 angeflanschten Gehäuse 23 in Lagern 24 einendig gelagert ist. Aus dem Gehäuse 23 führt ein Wellenstumpf 25 zum Anschluß eines nicht dargestellten Antriebes heraus. Der den Spalttopf 17 korbartig umgebende Trägerkörper 26 des Außentreibers 22 ist an seinem Innenumfang ebenfalls mit Dauermagneten 27 bestückt. Diese bestehen ebenfalls aus Cobalt-Samarium und sind mit einem Säurekitt mit Wasserglas auf den Trägerkörper 26 aufgeklebt. Zum Spalttopf 17 hin sind die Dauermagnete 27 mit einem Polytetrafluorethylen-Überzug (nicht dargestellt) von 0,02 mm Stärke versehen. Zwischen den Dauermagneten 27 bzw. dem Überzug und der Wandung 21 ist ein Spalt von 0,5 mm belassen. Im Gehäuse 23 ist an der tiefsten Stelle eine Öffnung 28 vorgesehen.

Die Dichtigkeit der Schweißnähte 13 wird wie folgt geprüft:

Der Rotor wird auf 180°C erhitzt und an die Prüfbohrung 14 eine Leitung angeschlossen, durch welche Heliumgas mit einem Druck von 2 bar eingeleitet wird. Heliumgas hat die Eigenschaft, auch durch kleinste Öffnungen hindurchzukriechen. Mittels eines auf Heliumgas ansprechenden Sensors werden dann die Schweißnähte 13 von Außen geprüft. Nach erfolgter Prüfung wird der Überdruck abgebaut und die Prüfbohrung mittels des PTFE-Stopfens 15 und des Gewindestopfens 16 verschlossen während der Rotor 6 noch temperiert ist, so daß sich im Innenraum des Rotors 6 beim Abkühlen Unterdruck aufbaut. Nach dem Zusammenbau wird die gesamte Pumpe einer Prüfung unter einem Innendruck von 32 bar unterzogen.

Claims (10)

1. Spaltrohrpumpe zur Fördern hochprozentiger Säuren, insbesondere 98%iger Salpetersäure, bestehend aus einem Fördergehäuse (1) mit Zulauf (2) und Ablauf (3), einem das Fördergehäuse (1) verschließenden Lagerschild (4) für einen Rotor (6) mit im Fördergehäuse (1) umlaufenden Förderrad (9), wobei der Rotor (6) jenseits des Lagerschildes (4) einen Trägerkörper (10) aufweist, welcher auf seinem Umfang mit Dauermagneten (11) bestückt ist, welche durch ein fördermediumfestes, durch Schweißnähte (13) mit dem Rotor (6) verbundenes Blech (12) abgedeckt sind, wobei der Rotor (6) unter Belassung eines Umfangsspaltes von einem Spalttopf (17) umgeben ist, und der Spalttopf (17) unter Belassung eines Umfangsspaltes von einem Außentreiber (22) umgeben ist, welcher an seiner den Dauermagneten (11) des Rotors (6) zugewandten Fläche ebenfalls mit Dauermagneten (27) bestückt ist und in einem ihm umgebenden, mit dem Fördergehäuse (1) verbundenem Gehäuse (23) axial zum Rotor (6) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (23) an seiner tiefsten Stelle eine Öffnung (28) aufweist, daß der Rotor (6) eine hinter dem Blech (12) mündende, an ihrem anderen Ende dicht verschlossene Prüfbohrung (14) aufweist und daß dieses Blech (12) verschleißfester dimensioniert ist als die Wandung (21) des Spalttopfes (17).

2. Spaltrohrpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle produktberührten Teile Schmiede- bzw. Walzausführung des Werkstoffes 1.4361 gemäß DIN 17 007 aufweisen.

3. Spaltrohrpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete (11, 27) nur mit einem anorganischen Kitt auf ihren Trägerkörpern (10, 26) befestigt sind.

4. Spaltrohrpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete (27) mindestens des Außentreibers (22) auf ihrer Oberfläche einen gegen das Fördermedium mindestens kurzzeitig widerstandsfähigen Überzug aufweisen.

5. Spaltrohrpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Dimensionierung der Druckfestigkeit, welche höher ist als der im Versagensfalle bei Reaktion von Fördermedium mit Magnetmaterial zu erwartende Reaktionsdruck.

6. Spaltrohrpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußende der Prüfbohrung (14) ein selbstdichtendes, konisches Gewinde aufweist, in welchem ein Verschlußstopfen (16) mit konischem Gegengewinde angeordnet ist.

7. Spaltrohrpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Prüfbohrung (14) zusätzlich zu dem Verschlußstopfen (16) ein hartelastischer Kunststoffstopfen angeordnet ist.

8. Spaltrohrpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Prüfbohrung (14) ein unter Unterdruck stehendes Inertgas eingeschlossen ist.

9. Verfahren zum Inertisieren des Innenraumes des Rotors der Spaltrohrpumpe gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 und zum Erzeugen eines Unterdruckes darin, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (6) auf 160 bis 200°C erhitzt wird, Inertgas in die Prüfbohrung (14) unter Atmosphärendruck eingeführt, und anschließend die Prüfbohrung (14) dicht verschlossen und der Rotor (6) abkühlen gelassen wird.

10. Verfahren zum Prüfen der Schweißnähte des Rotors der Spaltrohrpumpe gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 unter Verwendung eines Prüfgases und zum Erzeugen eines Unterdruckes im Innern des Rotors (6), dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (6) auf 160 bis 200°C erwärmt wird, die Prüfbohrung (14) unter Überdruck mit einem inerten Gas beaufschlagt wird, nach der Prüfung der Innenraum druckentlastet, aber Prüfgas darin belassen wird, die Prüfbohrung (14) dicht verschlossen wird und der Rotor (6) abkühlen gelassen wird.