DE3621693C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansaugeinrichtung für normalansaugende 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.

In der DE-PS 3 73 039 und der GB-PS 7 40 815 sind Ansaugeinrichtungen für normalansaugende Kreiselpumpen offenbart, bei denen die Ansaugrohre jeweils in einen mit dem Ansaugstutzen der Pumpe verbundenen Behälter münden. Im oberen Bereich der Behälter sind die Ansaugrohre ejektorartig ausgebildet, so daß beim Ansaugen von Flüssigkeiten Luft aus dem jeweiligen Behälter mitgerissen wird und in die Flüssigkeit gelangt. Die Mündungen der Ansaugrohre sind 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 Lösungen 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 damit 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 der 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 überdimensioniert 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 jedoch praktisch während der gesamten Laufzeit der Pumpe erhalten, denn dieses Gas kann nicht in die geförderte Flüssigkeit gelangen.

Aus dem vorgenannten Grund ist die in dem Blasenabscheider nach Anhalten der Pumpe verbleibende Flüssigkeit nicht ausreichend für eine erneute Anlaufphase nach einer Betriebsunterbrechung. Deshalb ist in der Druckleitung eine besondere Flüssigkeitsvorlage vorgesehen, über die der Blasenabscheider für jeden 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 bei einfacher Konstruktion eine Selbstansaugung der Pumpe sicherstellt, ohne daß eine Förderwirkungsgradabnahme in Kauf genommen werden muß.

Ausgehend von der aus der DE-PS 11 71 746 bekannten Ansaugeinrichtung, die einen Blasenabscheider im Ansaugbereich aufweist, ist die vorliegende Erfindung durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

• (a) die Mündung des Ansaugrohrs befindet sich unterhalb des unteren, beim Betrieb vorkommenden Flüssigkeitsniveaus;
• (b) das Ansaugrohr weist zumindest eine Gasansaugöffnung auf;
• (c) die Gasansaugöffnung steht mit dem Gasraum des Blasenabscheiders in Verbindung;
• (d) die Gasansaugöffnung ist derart gestaltet, daß die aus dem Blasenabscheider angesaugten Gasblasen in einer solch fein dispergierten Form vorliegen, daß sie den Blasenabscheider durchlaufen und unabgeschieden in den Ansaugstutzen gelangen;
• (e) die Gasansaugöffnung ist derart dimensioniert, daß der darüber angesaugte Gasanteil keinen wesentlichen Wirkungsgradabfall bei der Kreiselpumpe bewirkt;
• (f) der Bereich unterhalb der Mündung des Ansaugrohrs ist derart ausgebildet, daß größere, den Wirkungsgrad der Kreiselpumpe wesentlich beeinträchtigende Gasblasen abgeschieden werden.

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 Gasansaugöffnungen im Ansaugrohr abgesaugt wird. Diese Absaugung - bisher bei Blasenabscheidern unbekannt - läßt den Flüssigkeitsspiegel 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, wie sie in der DE-PS 3 73 039 und GB-PS 7 40 815 beschrieben sind, charakteristisch war. Erfindungsgemäß werden nämlich größere Gasblasen, die den Wirkungsgrad der Kreiselpumpe wesentlich beeinträchtigen könnten, aufgrund der Abscheidewirkung des Blasenabscheiders nicht in die Kreiselpumpe mitgerissen, sondern steigen in dem Blasenabscheider auf. Hierzu ist der Bereich unterhalb der Mündung des Ansaugrohrs entsprechend ausgebildet, d. h. die aus dem Ansaugrohr austretenden, großen Gasblasen können aufgrund ihrer Auftriebskräfte aufschwimmen. Konkret kann dies dadurch geschehen, daß der Abstand der Mündung des Ansaugrohrs zum Ansaugstutzen entsprechend groß gewählt wird, und zwar um so größer je direkter die Mündung auf den Ansaugstutzen zielt und je größer die Geschwindigkeit des austretenden Flüssigkeits-Gasgemischs ist.

Ein weiteres, wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in der besonderen Ausbildung der Gasansaugöffnung, über die das Gaspolster im Blasenabscheider abgesaugt wird. Zum einen ist er so klein dimensioniert, daß der hierüber angesaugte Gasanteil geringer ist als der Gasanteil, bei dem eine Kreiselpumpe den charakteristischen Wirkungsgradeinbruch hat. Zum anderen sieht die Erfindung vor, daß die Gasblasen über die Gasansaugöffnung nur in fein dispergierter Form in das Ansaugrohr gelangen. Aufgrund der vorerwähnten, auf größere Gasblasen beschränkten Abscheidewirkung des Blasenabscheiders können diese fein dispergierten Gasblasen den Blasenabscheider durchlaufen und gelangen unabgeschieden in den Ansaugstutzen. Beide Merkmale garantieren eine Absaugung des Gaspolsters im Blasenabscheider ohne wesentlichen Wirkungsgradabfall bei der Kreiselpumpe.

Zur Erzeugung von fein dispergierten Gasbläschen eignet sich vor allem eine Gasansaugöffnung mit einer scharfkantigen Umlenkung, vorzugsweise im engsten Querschnitt einer Verengung des Ansaugrohrs.

Vorteilhaft ist des weiteren, wenn der Gasanteil der aus dem Blasenabscheider austretenden Flüssigkeit maximal 5%, vorzugsweise aber nur 1% bis 3% beträgt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Gasansaugöffnung als Schlitz im Ansaugrohr ausgebildet ist. 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 die Gasansaugöffnung in einer Querschnittsverengung - möglichst an der engsten Stelle - angeordnet ist.

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

Insbesondere bei großen Ansaughöhen empfiehlt es sich, Ansaugrohr und Blasenabscheider als koaxial zueinander angeordnete Rohrkörper auszubilden. 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 Querschnitt der Gasansaugöffnung 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 zeigt

Fig. 1 eine Entladeeinrichtung für Tankwagen in schematischer Darstellung und

Fig. 2 den Ausschnitt II 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 Abschnitt des Ansaugrohres (14) hineinragt. Dieser mündet im Abstand zum Ansaugstutzen (6). Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, wird das Ansaugrohr (14) am oberen Ende zwischen die Flansche (15, 16) des Ladearms (4) bzw. des Mantelrohrs (13) eingeklemmt. Er weist eine Querschnittsverengung (17) und unmittelbar darunter zwei Einschnitte als Gasansaugöffnungen (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 Gasansaugöffnung (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) ab, 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 Ansaugrohres (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 Ansaugrohres (14) löst sich die Gassäule im wesentlichen in Form großer Blasen auf. Der Abstand dieser Mündung zum Ansaugstutzen (6) und der Mantelrohrquerschnitt sind dabei so bemessen, daß größere Gasblasen nicht in den Ansaugstutzen (6) gelangen, sondern in den Ringraum zwischen Ansaugrohr (14) und Mantelrohr (13) hochsteigen. Der Bereich unterhalb der Mündung des Ansaugrohres (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 Gasansaugöffnungen (18, 19) in dem Ansaugrohr (14) abgesaugt. Aufgrund der dortigen Querschnittsverengung ist der statische Druck im Ansaugrohr (14) so gering, daß Gas in die geförderte Flüssigkeit gesaugt wird. Dabei sorgen die scharfkantigen Gasansaugöffnungen (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 Ansaugrohr nicht abgeschieden, sondern in den Ansaugstutzen (6) mitgerissen werden. Die Gasansaugöffnungen (18, 19) sind 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.

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, das Ansaugrohr (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 Gasansaugöffnungen (18, 19) des Ansaugrohres (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 Gasansaugöffnungen (18, 19) mittels Schieber einstellen zu können.

Claims (11)

1. Ansaugeinrichtung für normalansaugende 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, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• (a) die Mündung des Ansaugrohrs (14) befindet sich unterhalb des unteren, beim Betrieb vorkommenden Flüssigkeitsniveaus;
• (b) das Ansaugrohr (14) weist zumindest eine Gasansaugöffnung (18, 19) auf;
• (c) die Gasansaugöffnung (18, 19) steht mit dem Gasraum des Blasenabscheiders (5) in Verbindung;
• (d) die Gasansaugöffnung (18, 19) ist derart gestaltet, 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;
• (e) die Gasansaugöffnung (18, 19) ist derart dimensioniert, daß der darüber angesaugte Gasanteil keinen wesentlichen Wirkungsgradabfall bei der Kreiselpumpe (7) bewirkt;
• (f) der Bereich unterhalb der Mündung des Ansaugrohrs (14) ist derart ausgebildet, daß größere, den Wirkungsgrad der Kreiselpumpe (7) wesentlich beeinträchtigende Gasblasen abgeschieden werden.

2. Ansaugeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasansaugöffnung (18, 19) mit einer scharfkantigen Umlenkung versehen ist.

3. Ansaugeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasansaugöffnung (18, 19) als Schlitz im Ansaugrohr (14) ausgebildet ist.

4. Ansaugeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasansaugöffnung (18, 19) in einer Querschnittsverengung (17) des Ansaugrohrs (14) angeordnet ist.

5. Ansaugeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des freien Endes des Ansaugrohrs (14) ein Prallkörper angeordnet ist.

6. Ansaugeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Ansaugrohr (14) und Blasenabscheider (5) als koaxial zueinander angeordnete Rohrkörper ausgebildet sind.

7. Ansaugeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Blasenabscheider hineinragende Teil des Ansaugrohrs zur Erzielung einer schraubenförmigen Fließrichtung der Flüssigkeit in Umfangsrichtung mündet.

8. Ansaugeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugstutzen einen tangentialen Anschluß an den Blasenabscheider hat.

9. Ansaugeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Gasansaugöffnung im Ansaugrohr veränderbar ist.

10. Ansaugeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Querschnitts der Gasansaugöffnung ein von außen zugänglicher Schieber vorgesehen ist.

11. Ansaugeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Querschnitts der Gasansaug­ öffnung ein von außen zugängliches Ventil vorgesehen ist.