DE3621693A1 - Ansaugeinrichtung fuer normalansaugende kreiselpumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansaugeinrichtung für insbesondere normalansaugende Flüssigkeitspumpen, beispielsweise Kreiselpumpen, mit einem Ansaugrohr, das in einem mit dem Ansaugstutzen in Verbindung stehenden Blasenabscheider zum Abscheiden der größeren, beim Entlüften der Ansaugleitung entstehenden Gasblasen mündet.

Aus der DE-PS 3 73 039 ist eine Ansaugeinrichtung für normalansaugende Flüssigkeitspumpen bekannt, bei der das Ansaugrohr in einen mit dem Ansaugstutzen der Pumpe verbundenen Behälter mündet. Im oberen Bereich des Behälters ist das Ansaugrohr ejektorartig ausgebildet, so daß beim Ansaugen von Flüssigkeit Luft aus dem Behälter mitgerissen wird und in die Flüssigkeit gelangt. Die Mündung des Ansaugrohrs ist so gestaltet, daß zwar die Flüssigkeit in den Behälter einfließen kann, die in der Anlaufphase aus der Ansaugleitung kommende Luftsäule sowie die über den Ejektor angesaugte Luft aber vollständig in die Pumpe gelangt.

Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß nach dem Abschalten der Pumpe soviel Flüssigkeit in dem Behälter bleibt, daß ein Anfahren der Pumpe ohne Weiteres möglich ist. Die aus dem Behälter dann angesaugte Flüssigkeit wirkt wie ein Kolben, der die in der Ansaugleitung enthaltene Luftsäule und dahinter die anzusaugende Flüssigkeit so hochhebt, daß eine Heberwirkung entsteht. Eine Flüssigkeitsvorlage in der Druckleitung zur Auffüllung der Ansaugleitung vor jedem Anfahrvorgang konnte somit entfallen. Entsprechend einfach ist die Bedienung einer solchen Ansaugeinrichtung.

Bei dieser Konstruktion wurde jedoch nicht beachtet, daß das in der Anlaufphase aus der Ansaugleitung kommende Luftvolumen und die zusätzlich im Ejektor angesaugte Luft zu einem drastischen Abfall des Wirkungsgrades insbesondere bei normalansaugenden Kreiselpumpen führt. Der bei 5% bis 7% liegende Grenzwert für den Luftgehalt, bis zu dem der Wirkungsgrad nur unwesentlich abfällt, wird weit überschritten. Dies ändert sich auch nicht nach Entlüften des Ansaugrohrs und damit nach Beendigung der Anlaufphase, denn über den Ejektor werden weiterhin große Mengen Luft angesaugt, bis der Wasserstand im Behälter den Ejektor erreicht hat. Anschließend findet eine stetige Flüssigkeitsumwälzung im Behälter statt. Die Folge hiervon ist, daß die Flüssigkeitspumpe stark überdimensinoniert werden muß, um die Förderung gerade in der kritischen Anlaufphase sicherzustellen.

Um diesen erheblichen Nachteil zu vermeiden, ist man bei der Ansaugeinrichtung nach der DE-PS 11 71 746 einen völlig anderen Weg gegangen. Hier ist dem Ansaugstutzen vorgeschaltet ein an sich schon vorbekannter Blasenabscheider, der nach dem Fliehkraftprinzip arbeitet. Er hat zwar ebenfalls die Form eines Behälters, seine Funktion ist jedoch eine völlig andere. In ihn mündet nämlich die Ansaugleitung im wesentlichen tangential, so daß die Flüssigkeit einen Drall erhält. Hierdurch sammeln sich die großen Gasblasen im Kern des Behälters und erzeugen dort einen Gasraum, während die Gasblasen zum Rand hin immer kleiner werden. Durch den ebenfalls tangentialen Anschluß gelangt in den Ansaugstutzen nur Flüssigkeit mit einem sehr geringen Anteil von Gasblasen und diese auch nur in fein dispergierter Form. Der sich nach dem Ansaugen der Gassäule im Ansaugrohr bildende Gasraum in der Mitte des Blasenabscheiders bleibt praktisch während der gesamten Laufzeit der Pumpe erhalten, denn dieses Gas kann nicht in die geförderte Flüssigkeit gelangen. Zumindest nach der Anlaufphase ist die in den Ansaugstutzen einströmende Flüssigkeit blasenfrei.

Aus dem vorgenannten Grund ist die in dem Blasenabscheider nach Anhalten der Pumpe verbleibende Flüssigkeit nicht ausreichend für eine erneute Anlaufphase. Deshalb ist in der Druckleitung eine besondere Flüssigkeitsvorlage vorgesehen, über die der Blasenabscheider für einen Anlaufvorgang vollständig gefüllt werden kann. Das Vorsehen eines Blasenabscheiders statt einer Flüssigkeitsvorlage im Ansaugbereich hat zwar den Vorteil, daß die Pumpe nicht mehr überdimensioniert werden muß. Dieser Vorteil wird jedoch mit dem Nachteil erkauft, daß wieder auf eine gesonderte Flüssigkeitsvorlage in der Druckleitung zurückgegriffen werden muß. Zusätzlicher konstruktiver Aufwand und umständliche Bedienung sind die Folge.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß sich die beiden vorbeschriebenen Systeme von Ansaugeinrichtungen prinzipiell in unvereinbarer Weise dadurch unterscheiden, daß bei dem erstgenannten System die in der Anlaufphase aus der Ansaugleitung kommende Luft unmittelbar und restlos durch die Pumpe gefördert wird, während bei dem zweitgenannten System versucht wird, gerade dies zu vermeiden und das Gas vorher möglichst vollständig abzuscheiden. Beide Systeme haben also - was die Entfernung des Gases aus dem Ansaugrohr angeht - genau entgegengesetzte Zielrichtungen, wobei die spezifischen Vorteile jedes Systems jeweils mit erheblichen Nachteilen erkauft werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansaugeinrichtung zu schaffen, die sich einerseits durch einfache Konstruktion und Bedienung und andererseits durch hohen Förderwirkungsgrad auszeichnet.

Bei der Lösung dieser Aufgabe ist von den zur Verfügung stehenden Systemen das nach der DE-PS 11 71 746 ausgewählt worden. Ausgehend von dieser bekannten Ansaugeinrichtung, die einen Blasenabscheider im Ansaugbereich aufweist, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugrohr zumindest einen freien Ansaugquerschnitt aufweist, der bzw. die mit dem Gasraum des Blasenabscheiders in Verbindung steht bzw. stehen.

Dieser Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß der Blasenabscheider gleichzeitig auch die Funktion einer Flüssigkeitsvorlage, die ein automatisches Anfahren der Pumpe erlaubt, übernehmen kann, wenn das sich in ihm aufgrund der Abscheidung der Blasen bildende Gasvolumen über die erfindungsgemäß vorgesehenen Ansaugquerschnitte im Ansaugrohr abgesaugt wird. Diese Absaugung - bisher bei Blasenabscheidern unbekannt - läßt den Flüssigkeitspiegel im Blasenabscheider nach Entlüften des Ansaugrohrs soweit ansteigen, daß im Blasenabscheider nach Abschalten der Pumpe genügend Flüssigkeit für ein erneutes Starten der Pumpe vorhanden ist. Es bedarf keiner zusätzlichen Flüssigkeitsvorlage im Druckrohr und der damit verbundenen, umständlichen Bedienung.

Von besonderem Vorteil ist dabei, daß die Absaugung des sich im Blasenabscheider bildenden Gasvolumens nicht mit dem drastischen Abfall des Förderwirkungsgrades verbunden ist, der für die bekannten Systeme, bei denen Gas aus einem Behälter abgesaugt wurde, charakteristisch war. Der Blasenabscheider sorgt nämlich nicht nur dafür, daß die in der Anlaufphase aus dem Ansaugrohr kommende Gassäule abgeschieden wird, sondern hält auch größere Gasblasen zurück, die sich eventuell durch das Absaugen des Gasvolumens im Blasenabscheider in der Flüssigkeit bilden. In den Ansaugstutzen gelangen somit nur feindispers verteilte Gasbläschen, die den Förderwirkungsgrad der Pumpe praktisch nicht beeinträchtigen, mit deren Transport aber der Blasenabscheider nach und nach von Gas befreit wird, so daß er sich mit Flüssigkeit füllen kann. Nach dem Füllvorgang steht er dann als Flüssigkeitsvorlage für eine neue Anlaufphase zur Verfügung.

Wie schon dargelegt, ist es für den Förderwirkungsgrad der Pumpe nicht erheblich, ob beim Absaugen des Gasvolumens in dem Blasenabscheider wiederum größere Blasen im Ansaugrohr entstehen oder nicht, daß sie beim Austritt aus dem Ansaugrohr sofort wieder abgeschieden werden. Für den Gesamtförderwirkungsgrad ist jedoch diese Umwälzung von Gas nachteilig, so daß eine besonders vorteilhafte Verwirklichung der Erfindung darin besteht, daß der bzw. die freie(n) Ansaugquerschnitt(e) mit einer derart scharfkantigen Umlenkung versehen ist bzw. sind, daß die aus dem Blasenabscheider angesaugten Gasblasen in einer solchen fein dispergierten Form vorliegen, daß sie den Blasenabscheider durchlaufen und unabgeschieden in den Ansaugstutzen gelangen. Dem liegt die Beobachtung zugrunde, daß freie Querschnitte im Ansaugrohr, die eine scharfkantige Umlenkung des Gasstromes bewirken, sehr fein verteilte Blasen erzeugen, wobei die Abstimmung zwischen Abscheidewirkung des Blasenabscheiders und der Scharfkantigkeit erfindungsgemäß so getroffen sein soll, daß die Bläschen im Blasenabscheider nicht mehr abgeschieden werden. Auf diese Weise wird eine Umlaufförderung von Gas innerhalb des Blasenabscheiders und damit ein entsprechender Wirkungsgradabfall vermieden.

Vorteilhaft ist desweiteren, wenn der Blasenabscheider derart ausgelegt wird, daß der Gasanteil der aus ihm austretenden Flüssigkeit maximal dem Grenzwert entspricht, bei dessen Überschreitung die Flüssigkeitspumpe einen starken Wirkungsgradabfall hat. Bei normalansaugenden Kreiselpumpen sollten deshalb 3%, vorzugsweise 1% bis 2% Gasanteil nicht überschritten werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der bzw. die freie(n) Ansaugquerschnitt(e) als Schlitz(e) im Ansaugrohr ausgebildet ist bzw. sind. Solche Schlitze sind einfach herzustellen, beispielsweise durch Einschleifen oder Einsägen, und führen beim Ansaugen des Gases aus dem Blasenabscheider zu besonders feinen Gasbläschen. Dies wird dadurch begünstigt, daß der bzw. die freie(n) Ansaugquerschnitt(e) in einer Querschnittsverengung - möglichst an der engsten Stelle - angeordnet ist bzw. sind.

Die Abscheidung wird begünstigt, wenn im Bereich des freien Endes des Ansaugrohrs ein Prallkörper, beispielsweise in Form einer quergestellten Platte, angeordnet ist.

Inbesondere bei großen Ansaughöhen empfiehlt sich, Ansaugrohr und Blasenabscheider als konzentrisch zueinander angeordnete Rohrkörper auszubilden, wobei der Abstand zwischen Ansaugrohrmündung und Ansaugstutzen und die Querschnittsverengung nach der Ansaugrohrmündung zur Erzielung einer Diffusorwirkung und damit zur Erzielung der Abscheidefunktion hinreichend groß sein muß. Hierdurch ergibt sich ein schlanker Baukörper, der zudem unter Verwendung von Normteilen hergestellt werden kann. Solche großen Höhen stehen in Entladestationen für Tankwagen zur Verfügung.

Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der in den Blasenabscheider hineinragende Teil des Ansaugrohrs zur Erzielung einer schraubenförmigen Fließrichtung der Flüssigkeit in Umfangsrichtung mündet. Zweckmäßigerweise sollte dann auch der Ansaugstutzen einen tangentialen Anschluß an den Blasenabscheider haben.

Um die angesaugte Menge Gas steuern zu können, sollte der bzw. die freie(n) Ansaugquerschnitt(e) im Ansaugrohr veränderbar sein, beispielsweise mittels eines von außen zugänglichen Schiebers oder Ventils. Damit läßt sich die jeweils angesaugte Gasmenge optimal so einstellen, daß einerseits das Gasvolumen in dem Blasenabscheider schnell abgesaugt wird, andererseits der Wert, bei dem die Förderleistung der Pumpe drastisch abfällt, nicht erreicht wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine Entladeeinrichtung für Tankwagen in schematischer Darstellung und

Fig. 2) den Ausschnitt Z aus der Entladeeinrichtung gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 sind dargestellt ein Tank (1), eine Entladeeinrichtung (2) und ein Tankwagen (3).

Die Entladeeinrichtung (2) weist einen mehrfach gelenkig ausgebildeten Ladearm (4) auf, der mittels hier nicht näher dargestellter Einrichtungen verfahren werden kann. Der Ladearm (4) bildet ein Ansaugrohr zum Absaugen der im Tankwagen (3) befindlichen Flüssigkeit. An den Ladearm (4) schließt sich ein schlanker Blasenabscheider (5) an, von dessen unterem Ende ein Ansaugstutzen (6) zu einer Kreiselpumpe (7) geht. Die Kreiselpumpe (7) wird von einem Elektromotor (8) angetrieben. Ihre Druckleitung (9) führt in den Tank (1).

Zum oberen Bereich des Blasenabscheiders (5) hat ein Schwimmerschalter (10) Zugang, der mit der Kreiselpumpe (7) sowie mit einem Ventil (11) in der Druckleitung (9) in Verbindung steht. Ferner ist zwischen Tankwagen (3) und Tank (1) noch eine Gaspendelleitung (12) vorgesehen.

Der Blasenabscheider (5) besteht aus einem Mantelrohr (13), in das ein verengter Ansaugrohrabschnitt (14) hineinragt. Dieser mündet im Abstand zum Ansaugstutzen (6). Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, wird der Ansaugrohrabschnitt (14) am oberen Ende zwischen die Flansche (15, 16) des Ladearms (4) bzw. des Mantelrohrs (13) eingeklemmt. Er weist eine Querschnittsvereengung (17) und unmittelbar darunter zwei Einschnitte (18, 19) auf.

Die Funktion der Entladeeinrichtung (2) bei einem Entladevorgang gestaltet sich wie folgt.

Zunächst werden Ladearm (4) und Gaspendelleitung (12) nach Vorfahren des Tankwagens (3) an dafür vorbestimmte Öffnungen angeschlossen. Im Blasenabscheider (5) befindet sich vom vorangegangenen Entladevorgang noch Flüssigkeit auf einem Niveau A kurz unterhalb der Einschnitte (18, 19). Das Niveau A stimmt im wesentlichen mit der Anordnung des Fühlers des Schwimmerschalters (10) überein.

Der Entladevorgang wird dadurch eingeleitet, daß das Ventil (11) geöffnet und die Kreiselpumpe (7) gestartet wird. Letztere saugt die im Blasenabscheider (5) befindliche Flüssigkeit an und fördert sie über die Druckleitung (9) in den Tank (1). Hierdurch sinkt der Flüssigkeitsspiegel im Blasenabscheider (5), wodurch über ihm ein Unterdruck entsteht, der ein Überhebern der Flüssigkeit aus dem Tankwagen durch den Ladearm (4) bewirkt. Das selbsttätige Überhebern dieser Flüssigkeit setzt ein, bevor der Flüssigkeitsspiegel im Blasenabscheider (5) das Niveau B, das der Mündung des Ansaugrohrabschnittes (14) entspricht, erreicht hat.

Die übergeheberte Flüssigkeit schiebt die im Ladearm (4) befindliche Gassäule - meist ein inertes Gas - vor sich her in Richtung Kreiselpumpe (7). Beim Austritt aus der Mündung des Ansaugrohrabschnittes (14) löst sich die Gassäule im wesentlichen in Form großer Blasen auf. Der Abstand dieser Mündung zum Ansaugstutzen (6) und der Mantelrohrquerschnitt ist dabei so bemessen, daß größere Gasblasen nicht in den Ansaugstutzen (6) gelangen, sondern in den Ringraum zwischen Ansaugrohrabschnitt (14) und Mantelrohr (13) hochsteigen. Der Bereich unterhalb der Mündung des Ansaugrohrabschnittes (14) ist also so ausgebildet, daß unter normalen Förderbedingungen eine Abscheidung der Gasblasen bewirkt wird, die den Förderwirkungsgrad der Kreiselpumpe (7) herabsetzen könnten. Es werden nur relativ kleine Gasbläschen in den Ansaugstutzen (6) mitgerissen, wobei deren Größe und Menge aufgrund der Auslegung des Blasenabscheiders (5) so bemessen ist, daß der Grenzwert für den Gasgehalt, bei dem der Förderwirkungsgrad der Kreiselpumpe (7) drastisch abfällt, nicht erreicht wird. Unterhalb dieses Grenzwertes ist der Wirkungsgradverlust durch mitgeförderte Gasbläschen vernachlässigbar gering.

Größere Gasblasen entwickeln eine solche Auftriebskraft, daß sie nicht in den Ansaugstutzen (6) mitgerissen werden, sondern im Blasenabscheider (5) bis zur Flüssigkeitsoberfläche aufsteigen. Das sich auf diese Weise oberhalb des Flüssigkeitsniveaus bildende Gasvolumen wird über die beiden Einschnitte (18, 19) in dem Ansaugrohrabschnitt (14) abgesaugt. Aufgrund der dortigen Querschnittsverengung ist der statische Druck im Ansaugrohrabschnitt (14) so gering, daß Gas in die geförderte Flüssigkeit gesaugt wird. Dabei sorgen die scharfkantigen Einschnitte (18, 19) - im Gegensatz zu Injektoren bzw. Ejektoren - zur Bildung sehr feiner Gasbläschen, die mit der Flüssigkeit nach unten gefördert und beim Austritt aus dem Ansaugrohrabschnitt nicht abgeschieden, sondern in den Ansaugstutzen (6) mitgerissen werden. Der Querschnitt der Einschnitte (18, 19) ist dabei so bemessen, daß der Gasgehalt in der Flüssigkeit nicht den schon oben erwähnten Grenzwert erreicht, bei dem der Förderwirkungsgrad der Kreiselpumpe (7) drastisch abfällt. Auf diese Weise bleibt eine Gasumwälzung im Blasenabscheider (5) auf die Anlaufphase beschränkt.

Durch das Absaugen des Gasvolumens im Blasenabscheider (5) kann die Flüssigkeitsoberfläche wieder auf das Niveau A ansteigen. Dies nimmt je nach Auslegung einen Zeitraum von drei bis zehn Minuten in Anspruch. Das Ende des Übernahmevorgangs ist wieder mit einem Absinken des Flüssigkeitsspiegels verbunden. Dies erkennt der Schwimmerschalter (10). Er schließt das Ventil (11) und stellt die Kreiselpumpe (7) ab und gibt hierüber eine Meldung. Damit ist der Ausgangszustand wieder erreicht.

Selbstverständlich kann der Blasenabscheider (5) auch anders ausgebildet werden. So besteht die Möglichkeit, den Ansaugrohrabschnitt (14) erst im unteren Bereich in den Blasenabscheider (5) einmünden zu lassen. Dabei kann die Einmündung tangential erfolgen, um die Abscheidung durch die Fliehkraftwirkung zu unterstützen. Durch eine Verbindungsleitung zwischen dem oberen Bereich des Blasenabscheiders (5) und den Einschnitten (18, 19) des Ansaugrohrabschnittes (14) erfolgt dann die Absaugung des sich im Blasenabscheider (5) bildenden Gasvolumens. Dabei kann die Verbindungsleitung mit einem Ventil versehen sein, um den angesaugten Gasvolumenstrom optimal einstellen zu können. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit den Querschnitt der Einschnitte (18, 19) mittels Schieber einstellen zu können.

Claims (13)

1. Ansaugeinrichtung für insbesondere normalansaugende Flüssigkeitspumpen, beispielsweise Kreiselpumpen, mit einem Ansaugrohr, das in einem mit dem Ansaugstutzen in Verbindung stehenden Blasenabscheider zum Abscheiden der größeren, beim Entlüften der Ansaugleitung entstehenden Gasblasen mündet, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugrohr (14) zumindest einen freien Ansaugquerschnitt (18, 19) aufweist, der bzw. die mit dem Gasraum des Blasenabscheiders (5) in Verbindung steht bzw. stehen.

2. Ansaugeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die freie(n) Ansaugquerschnitt(e) (18, 19) mit einer derart scharfkantigen Umlenkung versehen ist bzw. sind, daß die aus dem Blasenabscheider (5) angesaugten Gasblasen in einer solch fein dispergierten Form vorliegen, daß sie den Blasenabscheider (5) durchlaufen und unabgeschieden in den Ansaugstutzen (6) gelangen.

3. Ansaugeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Blasenabscheider (5) derart ausgelegt ist, daß der Gasanteil der aus ihm austretenden Flüssigkeit maximal dem Grenzwert entspricht, bei dessen Überschreitung die Flüssigkeitspumpe (7) einen starken Wirkungsgradabfall hat.

4. Ansaugeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasanteil bei normalansaugenden Kreiselpumpen (7) 3% nicht überschreitet.

5. Ansaugeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die freie(n) Ansaugquerschnitt(e) als Schlitz(e) (18, 19) im Ansaugrohr (14) ausgebildet ist bzw. sind.

6. Ansaugeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die freie(n) Ansaugquerschnitt(e) (18, 19) in einer Querschnittsverengung (17) angeordnet ist bzw. sind.

7. Ansaugeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des freien Endes des Ansaugrohrs (14) ein Prallkörper angeordnet ist.

8. Ansaugeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Ansaugrohr (14) und Blasenabscheider (5) als konzentrisch zueinander angeordnete Rohrkörper ausgebildet sind, wobei der Abstand zwischen Ansaugrohrmündung und Ansaugstutzen (6) und die Querschnittserweiterung nach der Ansaugrohrmündung zur Erzielung der Abscheidefunktion hinreichend groß sind.

9. Ansaugeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Blasenabscheider hineinragende Teil des Ansaugrohres zur Erzielung einer schraubenförmigen Fließrichtung der Flüssigkeit in Umfangsrichtung mündet.

10. Ansaugeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugstutzen einen tangentialen Anschluß an den Blasenabscheider hat.

11. Ansaugeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die freie(n) Ansaugquerschnitt(e) im Ansaugrohr veränderbar ist bzw. sind.

12. Ansaugeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des bzw. der freien Ansaugquerschnitt(e) ein von außen zugänglicher Schieber vorgesehen ist.

13. Ansaugeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des freien Querschnitts ein von außen zugängliches Ventil vorgesehen ist.