DE3705716C2

DE3705716C2 - Vorrichtung zum Fördern und Begasen eines Flüssigkeitsgasgemisches

Info

Publication number: DE3705716C2
Application number: DE3705716A
Authority: DE
Inventors: Josef Ing Hofschneider
Original assignee: Vogelbusch GmbH
Current assignee: Vogelbusch GmbH
Priority date: 1986-03-17
Filing date: 1987-02-23
Publication date: 1996-03-28
Anticipated expiration: 2007-02-24
Also published as: DE3705716A1; AT399754B; ATA69486A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fördern und Begasen eines Flüssigkeitsgasgemisches, mit einem Kanäle aufweisenden zweiflutigen Kreiselpumpenlaufrad radialer oder halbaxialer Bauart, dessen beide Laufradhälften durch einen ringförmigen, peripher offenen Spaltraum, der mit einer Gaszuführungsleitung leitungsmäßig verbunden ist, voneinander getrennt sind, wobei beide Laufradhälften von einer gemeinsamen, mit Kanälen versehenen feststehenden, sich in radialer Richtung erstreckenden ringförmigen Leitvorrichtung umgeben sind und der Durchströmquerschnitt des Kreiselpumpenlaufrades an der Eintrittstelle größer ist als an der Anschlußstelle der Leitvorrichtung.

Eine Vorrichtung dieser Art, mit der eine Begasung des Gasflüssigkeitsgemisches ohne Abreißen der Pumpenförderung durchführbar ist, ist aus der AT-B 326.488 bekannt. Hierbei wird die Flüssigkeit aus dem Behälter angesaugt, im Kreislauf über die Begasungsstelle geführt und in den Behälter zurückgefördert.

Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung dieser bekannten Vorrichtung hinsichtlich ihres Wirkungsgrades, so daß eine effiziente Leistungssteigerung der Luftansaugung bei gleicher Antriebsleistung und bei gleichem Gegendruck möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

- daß das Kreiselpumpenlaufrad von einem zweiteiligen Gehäuse umschlossen ist, dessen Unterteil mit dem Behälterboden und der Leitvorrichtung verbunden ist und dessen Oberteil an der Leitvorrichtung abgestützt ist,
- daß die Gehäuseteile Ansaugkanäle aufweisen, deren Querschnitt in Förderrichtung kleiner wird,
- daß die Ansaugkanäle der Gehäuseteile in das Kreiselpumpenlaufrad münden,
- daß die Leitvorrichtung eine sich von der Anschlußstelle des Kreiselpumpenlaufrades radial nach außen erstreckende Mischeinrichtung mit Kanälen aufweist, wobei der Eintrittsquerschnitt der Kanäle etwa flächengleich ist dem Austrittsquerschnitt der Kanäle,
- daß die Länge der Kanäle der Mischeinrichtung dem vier- bis zehnfachen Durchmesser eines der Kanalaustrittsfläche flächengleichen Kreises entspricht,
- daß die Kanäle der Mischeinrichtung unmittelbar in einen gegebenenfalls Kanäle aufweisenden Diffusor übergehen, dessen Eintrittsquerschnitt kleiner ist als dessen in den Behälterinnenraum mündender Austrittsquerschnitt und
- daß zwischen den Ansaugkanälen und dem Kreiselpumpenlaufrad und zwischen dem Kreiselpumpenlaufrad und der Mischeinrichtung jeweils einen Flüssigkeitsdurchtritt gestattende Spalte vorhanden sind, wobei der Impuls der durch die Spalte zwischen dem Kreiselpumpenlaufrad und der Mischeinrichtung durchtretenden Flüssigkeit 1 bis 10% des Impulses der vom Kreiselpumpenlaufrad austretenden Flüssigkeit beträgt.

Durch die Kombination dieser Merkmale ist es möglich, eine mindestens 70%ige Leistungssteigerung der Gasansaugung zu erzielen.

Durch die in den Unteransprüchen gekennzeichneten Merkmale, die bevorzugte Ausführungsformen darstellen, lassen sich jeweils weitere Leistungssteigerungen erzielen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung, deren Figur einen Axialschnitt durch eine Fördervorrichtung zum Begasen eines Flüssigkeitsgasgemisches zeigt, an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Am Boden 1 eines Reaktionsbehälters ist eine Vorrichtung zum Begasen befestigt, wobei sich der Antrieb 2 der Vorrichtung unterhalb des Bodens 1 befindet und die Gaszuführungsleitung 3 von oben in den Behälter bis zur Begasungsvorrichtung ragt. Die Begasungsvorrichtung weist ein zweiflutiges Kreiselpumpenlaufrad 4, im dargestellten Ausführungsbeispiel radialer Bauart auf. Es könnte jedoch auch ein Kreiselpumpenlaufrad halbaxialer Bauart Verwendung finden.

Die beiden Laufradhälften 4′, 4′′ sind durch einen ringförmigen, peripher offenen Spaltraum 5, der mit der Gaszuführungsleitung 3 leitungsmäßig verbunden ist, voneinander getrennt, wobei in den Spaltraum 5 vertikal eingesetzte, Kanäle bildende Stegbleche 6 für eine mechanische Verbindung der beiden Laufradhälften 4′, 4′′ sorgen. In den Laufradhälften 4′, 4′′ sind ebenfalls Kanäle bildende Stegbleche 7 eingesetzt. Sämtliche Kanäle des Kreiselpumpenlaufrades 4 münden in eine das Kreiselpumpenlaufrad 4 peripher umgebende Leitvorrichtung 8, deren unmittelbar an die Laufradkanäle anschließender Teil als Mischeinrichtung 9 und deren peripher der Mischeinrichtung benachbarter Teil als Diffusor 10 ausgebildet ist.

Das Kreiselpumpenlaufrad 4 ist von einem zweiteiligen Gehäuse 11 umgeben, dessen unterer Teil 12 am Boden 1 abgestützt ist. An diesem Gehäuseunterteil 12 ist die Leitvorrichtung 8 befestigt. An der Oberseite der Leitvorrichtung 8 ist der Gehäuseoberteil 13 aufgesetzt. Der Gehäuseunterteil weist nahe dem Boden 1 eine peripher umlaufende Öffnung 14 auf. In diesem Unterteil 12 eingesetzte, etwa vertikal gerichtete Bleche 15 bilden Ansaugkanäle, die sich von der peripheren Öffnung 14 etwa in radialer Richtung zur Achse 16 des Kreiselpumpenlaufrades 4 erstrecken und nahe der Achse bogenförmig nach oben umgelenkt sind.

Der Gehäuseoberteil 13 bildet gemeinsam mit einem Innenring 17, der einen nach oben gerichteten rohrförmigen Fortsatz 18 des Kreiselpumpenlaufrades 4′ der mit dem Spaltraum 5 leitungsmäßig verbunden ist, dicht umgibt und in den ebenfalls abgedichtet die Gaszuführungsleitung 3 einmündet, ebenfalls Ansaugkanäle, wobei der Innenring 17 mit dem Gehäuseoberteil 13 ebenfalls über etwa vertikal gerichtete Bleche 19 verbunden ist.

Die Ansaugkanäle sind querschnittsmäßig derart gestaltet, daß sich die Geschwindigkeit der zu begasenden Flüssigkeit von c_s1 bei der Eintrittsöffnung 14 bzw. 20 der Ansaugkanäle gleichmäßig bis zur erforderlichen Eintrittsgeschwindigkeit c_s in das Kreiselpumpenlaufrad erhöht, was durch eine entsprechende Querschnittsabnahme der Kanäle über ihre Länge erreicht wird. Hierdurch wird eine möglichst verlustfreie Strömung in den Ansaugkanälen bewirkt. Die zweiteilige Ausbildung des Gehäuses 11 macht einen einfachen Austausch der einzelnen Teile, aus der die Vorrichtung zusammengesetzt ist, möglich.

Zum Ausgleich von temperaturbedingten Längenänderungen der Gaszuführungsleitung 3 ist diese in dem Innenring 17 axial verschiebbar gelagert. Der rohrförmige Fortsatz 18 des Kreiselpumpenlaufrades 4, welches der Gaszuführungsleitung 3 gegenüberliegt, ist gegenüber dem Innenring 17 mittels mindestens zweier Dichtbänder 21 gedichtet.

Die den Boden 1 durchsetzende Antriebswelle 22 für das Kreiselpumpenlaufrad 4 ist gegenüber dem Gehäuseunterteil 12 mittels einer wartungsfreien Gleitringdichtung 23 abgedichtet. Eine mögliche Leckage dieser Abdichtung wird bei einer Leckablaufleitung 24 sichtbar, die an einer an der Bodenaußenseite montierten, den Antrieb 2 umgebenden Laterne 25 angeordnet ist. Diese Laterne 25 ist gegenüber dem Boden 1 und gegenüber dem Gehäuseunterteil 12 jeweils mittels einer Dichtung 26 gedichtet.

Die Antriebswelle 22 weist einen Hohlraum 27 auf, in dem die Motorwelle 28 eingesetzt ist. Zum Abdichten des Motorraumes 29 gegenüber eventuell bei der Gleitringdichtung 23 austretender Flüssigkeit ist an der Antriebswelle 22 ein Schulterring 30 dicht angesetzt, der einen zur Antriebswelle 22 geführten Hals 31 der Laterne 25 übergreift.

Der Oberteil 13 und Unterteil 12 des Gehäuses 11 weisen gegenüber dem Kreiselpumpenlaufrad an der Einmündungsstelle jeweils einen axialen Spalt 32 einer bestimmten Größe auf. Ebenso ist zwischen dem Kreiselpumpenlaufrad 4 und der Leitvorrichtung 8 ein sich in radialer Richtung erstreckender Spalt 33 vorgesehen. Diese Spalte 32, 33 bewirken, daß ein Teil der Flüssigkeit nicht durch die Kanäle des Kreiselpumpenlaufrades 4 strömt, sondern zwischen diesem und dem Gehäuse 11 zur Leitvorrichtung 8 gelangt.

Die axiale Eintrittsgeschwindigkeit c_s der Flüssigkeit in das Kreiselpumpenlaufrad 4 ist nicht, wie bei Pumpen üblich, gleich der Meridiangeschwindigkeit c_o unmittelbar vor den Laufradschaufeln 7, sondern beträgt nur 50 bis 90%, vorzugsweise 75% dieser Geschwindigkeit c₀. Die Ausbildung der Saugstutzen 34 des Kreiselpumpenlaufrades 4 ist so gewählt, daß die Geschwindigkeit der Flüssigkeit von c_s auf c_o gleichmäßig erhöht wird, was durch entsprechende Querschnittsdimensionierung der Saugstutzen 34 über ihre Länge erzielt wird. Dadurch wird ein Ausgasen der geförderten Flüssigkeit und damit verbunden ein Abreißen der Strömung von der Gehäusewand, welches eine unkontrollierte Beaufschlagung des Kreiselpumpenlaufrades 4 zur Folge hat, vermieden.

Dies gilt auch für die Ausbildung der Laufradkanäle, deren Durchströmquerschnitt an der Eintrittsstelle bis zum Vierfachen des Durchströmquerschnittes an der Austrittsstelle betragen kann. Der Querschnitt der Laufradkanäle wird so gestaltet, daß von der Geschwindigkeit w₁ am Kanaleintritt auf die Geschwindigkeit w₂ am Kanalaustritt gleichmäßig beschleunigt wird.

Von Bedeutung ist das Verhältnis des Impulses der aus dem Kreiselpumpenlaufrad 4 austretenden Flüssigkeit zum Impuls der über die Spalte 33 zwischen dem Kreiselpumpenlaufrad 4 und der Leitvorrichtung 8 strömenden Flüssigkeit, der sogenannten Sekundärflüssigkeit. Das Verhältnis soll zwischen 100 : 1 und 10 : 1 liegen, bevorzugt ist ein Verhältnis von 30 : 1.

Es ist für die Verbesserung des Wirkungsgrades von besonderer Bedeutung, daß die Masse der durch die Spalte 33 zwischen Kreiselpumpenlaufrad 4 und Leitvorrichtung 8, die sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel in radialer Richtung erstrecken (die aber auch halbaxial gerichtet sein können), durchtretenden Flüssigkeit 5 bis 25%, vorzugsweise 10% der vom Kreiselpumpenkreislauf geförderten Flüssigkeitsmasse beträgt. Der Spalt 32 soll flächenmäßig nicht größer sein als 5 bis 50%, vorzugsweise 40% der Querschnittsfläche der aus einer Laufradhälfte 4′ bzw. 4′′ des Kreiselpumpenlaufrades 4 austretenden Flüssigkeit. Vorzugsweise verhält sich die Fläche der zwischen dem Kreiselpumpenlaufrad 4 und dem Gehäuseunter- 12 bzw. Gehäuseoberteil 13 gebildeten Spalte 32 zur Fläche der Spalte 33 zwischen Kreiselpumpenlaufrad 4 und Leitvorrichtung 8 wie 1 : 3 bis 6 : 1, vorzugsweise wie 1 : 1.

Die Strahlhöhe h der aus einer Laufradhälfte 4′ bzw. 4′′ ausströmenden Flüssigkeit zur lichten Höhe h₁ zwischen den Strahlen soll ein Verhältnis zwischen 1 : 2,5 und 1 : 6 aufweisen, wobei ein Verhältnis von 1 : 4 bevorzugt ist. Das Verhältnis der Strahlhöhe h zum Abstand h₂ der Außenbegrenzung des Strahles bis zur Innenbegrenzung des Eintrittsendes der Leitvorrichtung 8 soll zwischen 2,5 : 1 bis 1 : 1,5 liegen, wobei für besonders gute Förderergebnisse ein Verhältnis von 2 : 1 bevorzugt ist.

Die freie Höhe H am Eintrittsende der Leitvorrichtung 8 beträgt das Vier- bis Zehnfache, vorzugsweise das Achtfache der Strahlhöhe h eines Einzelstrahles. Die Kanäle der Leitvorrichtung 8 in der Mischeinrichtung 9 sind über ihre Länge L₁ im Querschnitt etwa flächengleich gestaltet.

Die Länge L₁ der Kanäle der Mischeinrichtung beträgt das Vier- bis Zehnfache, vorzugsweise das Siebenfache eines der Kanalaustrittsfläche eines Kanales der Mischeinrichtung 9 flächengleichen Kreises.

Die Höhe H₁ der Kanäle der Mischeinrichtung 9 an ihrem Austrittsende ist so gewählt, daß die Geschwindigkeit des Gemisches der umgewälzten Flüssigkeit und dem angesaugten Gas 30 bis 90%, vorzugsweise 50% von der am Kreiselpumpenlaufradaustritt vorhandenen absoluten Geschwindigkeit ist.

Die oberen und unteren Begrenzungswände 35 der in Austrittsrichtung divergierenden Kanäle des an die Mischeinrichtung 9 anschließenden Diffusors 10 schließen einen Winkel von 3 bis 20°, vorzugsweise einen Winkel von etwa 6° miteinander ein, wobei die Länge l₂ der Kanäle des Diffusors 10 dem drei- bis zwölffachen, vorzugsweise dem neunfachen Durchmesser eines der Kanalaustrittsfläche eines Kanales der Mischeinrichtung 9 flächengleichen Kreises entspricht.

Claims

1. Vorrichtung zum Fördern und Begasen eines Flüssigkeitsgasgemisches, mit einem Kanäle aufweisenden zweiflutigen Kreiselpumpenlaufrad (4) radialer oder halbaxialer Bauart, dessen beide Laufradhälften (4′, 4′′) durch einen ringförmigen, peripher offenen Spaltraum (5), der mit einer Gaszuführungsleitung (3) leitungsmäßig verbunden ist, voneinander getrennt sind, wobei beide Laufradhälften (4′, 4′′) von einer gemeinsamen, mit Kanälen versehenen feststehenden, sich in radialer Richtung erstreckenden ringförmigen Leitvorrichtung (8) umgeben sind und der Durchströmquerschnitt des Kreiselpumpenlaufrades (4) an der Eintrittstelle größer ist als an der Anschlußstelle der Leitvorrichtung (8), dadurch gekennzeichnet,

- daß das Kreiselpumpenlaufrad (4) von einem zweiteiligen Gehäuse (11) umschlossen ist, dessen Unterteil (12) mit dem Behälterboden (1) und der Leitvorrichtung (8) verbunden ist und dessen Oberteil (13) an der Leitvorrichtung (8) abgestützt ist,
- daß die Gehäuseteile (12, 13) Ansaugkanäle aufweisen, deren Querschnitt in Förderrichtung kleiner wird,
- daß die Ansaugkanäle der Gehäuseteile (12, 13) in das Kreiselpumpenlaufrad (4) münden,
- daß die Leitvorrichtung (8) eine sich von der Anschlußstelle des Kreiselpumpenlaufrades (4) radial nach außen erstreckende Mischeinrichtung (9) mit Kanälen aufweist, wobei der Eintrittsquerschnitt der Kanäle etwa flächengleich ist dem Austrittsquerschnitt der Kanäle,
- daß die Länge (l₁) der Kanäle der Mischeinrichtung (9) dem vier- bis zehnfachen Durchmesser eines der Kanalaustrittsfläche flächengleichen Kreises entspricht,
- daß die Kanäle der Mischeinrichtung (9) unmittelbar in einen gegebenenfalls Kanäle aufweisenden Diffusor (10) übergehen, dessen Eintrittsquerschnitt kleiner ist als dessen in den Behälterinnenraum mündender Austrittsquerschnitt, und
- daß zwischen den Ansaugkanälen und dem Kreiselpumpenlaufrad (4) und zwischen dem Kreiselpumpenlaufrad (4) und der Mischeinrichtung (8) jeweils einen Flüssigkeitsdurchtritt gestattende Spalte (32, 33) vorhanden sind, wobei der Impuls der durch die Spalte (33) zwischen dem Kreiselpumpenlaufrad (4) und der Mischeinrichtung (9) durchtretenden Flüssigkeit 1 bis 10% des Impulses der vom Kreiselpumpenlaufrad (4) austretenden Flüssigkeit beträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchströmquerschnitt der Ansaugkanäle der Gehäuseteile (12, 13) an der Eintrittstelle (14, 20) maximal das Achtfache, vorzugsweise das Fünffache des Durchströmquerschnittes der Saugstutzen (34) des Kreiselpumpenlaufrades (4) an dessen Eintrittstelle beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (10) Kanäle aufweist, deren untere und obere Begrenzungswände (35) in radialer Richtung mit einem Winkel zwischen 3 und 20°, vorzugsweise mit einem Winkel von 6° divergieren.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (l₁) der Kanäle der Mischeinrichtung (9) etwa dem siebenfachen Durchmesser eines der Kanalaustrittsfläche flächengleichen Kreises entspricht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (l₂) der Kanäle des Diffusors (10) dem drei- bis zwölffachen, vorzugsweise dem neunfachen Durchmesser eines der Kanalaustrittsfläche eines Kanales der Mischeinrichtung (9) flächengleichen Kreises entspricht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Höhe H der Leitvorrichtung (8) an deren Eintrittsstelle vier- bis zehnmal so groß ist, vorzugsweise achtmal so groß ist, wie die Höhe h eines aus einer Laufradhälfte (4, bzw. 4′′) austretenden Flüssigkeitsstrahles.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der jeweils zwischen dem Kreiselpumpenlaufrad (4) und der Leitvorrichtung (8) vorgesehenen Spalte (33) 5 bis 40%, vorzugsweise 30%, der Höhe h des aus einer Laufradhälfte (4′, 4′′) austretenden Einzelstrahles ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche jedes zwischen Kreiselpumpenlaufrad (4) und Gehäuse (11) vorgesehenen Spaltes (32) zur Querschnittsfläche eines der Spalte (33) zwischen Kreiselpumpenlaufrad (4) und Leitvorrichtung (8) zwischen 1 : 3 bis 6 : 1, vorzugsweise bei 1 : 1 liegt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreiselpumpenlaufrad (4) einen hohlen in den offenen Spaltraum (5) zwischen den Laufradhälften (4′, 4′′) mündenden rohrförmigen Fortsatz (18) aufweist, der gegenüber einem die Ansaugkanäle des Gehäuseoberteiles (13) begrenzenden Innenring (17) mittels einer eine Drehbewegung zulassenden Dichtung, wie einem Dichtband (21) oder einer Labyrinthdichtung, gedichtet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einen die Ansaugkanäle begrenzenden Innenring (17) eine Gaszuführungsleitung (3) dicht, jedoch in Achsrichtung längsverschiebbar eingesetzt ist.