DE4009199A1 - Trockenlaufsicherung fuer magnetkupplungspumpen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetkupplungspumpe mit Nebenstromführungen für einen vom Fördermedium abgezweigten, zur Kühlung sowie Lagerschmierung dienenden Teilstrom.

Pumpen, die in der Förderflüssigkeit arbeiten, werden in der Mehrzahl mit einer durch das Fördergut geschmierten Gleitlagerung ausgerüstet, d. h. die in der Flüssigkeit befindlichen Lager werden mit einem Teilstrom des Fördergutes, der vom Laufrad der Pumpe selbst erzeugt und auf einen entsprechenden Druck gebracht wird, im Durchlauf geschmiert. Bei Pumpen, deren Antrieb ebenfalls im Produkt liegt, wie Magnet-, Flüssiggas- oder Spaltrohrmotorpumpen, hat dieser Teilstrom die zusätzliche Aufgabe, die durch den Antrieb entstehende Verlustwärme abzuführen.

Aus der deutschen Patentschrift 28 40 137 ist eine Magnetkupplungspumpe mit Nebenstromführungen für einen vom Fördermedium abgezweigten, zur Kühlung sowie Lagerschmierung dienenden Teilstrom bekannt, wobei ein Nebenstrom-Laufrad bzw. Hilfslaufrad zur Druckerhöhung des abgezweigten Teilstroms auf Förderniveau vorgesehen ist. Wird dieser der Schmierung der Lager und Kühlung der Antriebsteile dienende Schmierstrom vorübergehend oder zeitweise unterbrochen, führt dies in den meisten Fällen zur Beschädigung oder Zerstörung der Lager, bei Unterflüssigkeitsantrieben oft auch zur Zerstörung des Antriebes durch Überhitzung.

Ursache für den Ausfall dieses Teilstromes können sowohl ein absoluter Trockenlauf sein, entstanden durch vollkommene Entleerung des Zulaufbehälters oder Verstopfung der Saugleitung, als auch vorübergehender Trockenlauf durch Bildung von Gasblasen in der Saugleitung oder durch Kavitation, und damit verursachtem zeitweiligen Unterbrechen der Förderung durch das Laufrad. Der zuletzt genannte Fall tritt verhältnismäßig häufig auf. Oft setzt nach einem so entstandenen Trockenlauf die Förderung schon nach kurzer Zeit von selbst wieder ein, so daß er dem Betreiber der Anlage erst dann auffällt, wenn die Pumpe aufgrund der vielen kurzfristigen Trockenläufe so geschädigt ist und versagt. Die dann entstandenen Schäden sind meist sehr umfangreich und in der Behebung langwierig und teuer.

Um Schäden durch Trockenlauf zu begrenzen oder auszuschließen, gibt es eine ganze Reihe von Sicherheitsvorkehrungen, wie Druck-, Strömungs-, Temperatur-, Schwingungs- und/oder Leistungsaufnahme- Überwachungen, die beim Auftreten einer Störung die Stromzuführung zum Antriebsmotor unterbrechen und die Pumpe stillsetzen. Die Nachteile dieser Überwachung liegen auf der Hand, nämlich hohe Kosten für Meß- und Steuerinstrumente und die umfangreichen Installationsmaßnahmen, wobei nicht selten zwei oder mehrere redundante Überwachungseinrichtungen eingesetzt werden. Ein weiterer, nicht zu vernachlässigender Nachteil ist, daß gerade kurzzeitige Aussetzer in der Förderung entweder zur Totalabschaltung führen, die aus prozeßtechnischen Gründen unerwünscht ist, oder bei Einsatz entsprechender Abschaltverzögerungen, um dies auszuschließen, diese zu träge eingestellt sind und dann zu spät, also bereits nach Auftreten des Schadensfalles ansprechen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Magnetkupplungspumpe so auszubilden, daß sowohl längerer Trockenlauf als auch viele kurzzeitige Trockenläufe während des Einsatzes, die unter speziellen Betriebsbedingungen, wie z. B. Förderung einer Flüssigkeit am Siedepunkt nie ganz zu vermeiden sind, keinen Schaden an den mit den durch das Fördergut geschmierten Gleitlagern und an den durch das Fördergut gekühlten Magnetkupplungsteilen verursachen kann. Außerdem obliegt ihr die Aufgabe, die Überwachung des zur Schmierung und Kühlung vom Hauptstrom abgezweigten Fördergut-Teilstromes durch einfache Messung der Übertemperatur mit einem großen Toleranzbereich zu ermöglichen, der es erlaubt, kurzfristige betriebsbedingte Trockenläufe nicht als Abschaltkriterium betrachten zu müssen.

Gelöst wird die Erfindungsaufgabe dadurch, daß am Anfang und Ende der Schmier- bzw. Kühlstrecke zwei in entgegengesetzte Richtungen fördernde Hilfslaufräder so angeordnet werden, daß der Raum, in dem der vom Hauptförderstrom abgezweigte Schmier- und Kühlstrom seine Aufgabe zu schmieren und zu kühlen, erfüllen muß, während der normalen Förderphase durchströmt wird, bei unterbrochener Förderphase sich aber nicht entleeren kann und bei reduzierter Zirkulation des Schmier- bzw. Kühlstromes die ausreichende Schmierung der Lager und der Kühlung der Magnetkupplungsteile über einen gewissen Zeitraum, der von dem Volumen und der Temperatur des in einem Vorratsbehälter gespeicherten Produktes bestimmt wird, sichergestellt ist.

Die Temperatur der mit reduzierter Zirkulation umgewälzten Schmier- bzw. Kühlmittelmenge, die über ein Fernthermometer ermittelt wird, dient als Signal für die Auslösung eines Alarms und/oder für das Abschalten des Antriebsmotors.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung des in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Magnetkupplungspumpe in geschnittener Seitenansicht,

Fig. 2 schematische Darstellung der Zirkulation.

Wie insbesondere anhand der Fig. 1 deutlich gemacht werden kann, wird aus dem Druckstutzen (1) bei normalem Betrieb durch eine Rohrleitung (2) über einen Pufferbehälter (3) ein Teilstrom aus dem Fördergut über zwei Zufuhrleitungen bzw. Bohrungen (4 und 5) im Zentrierring (6) geführt. Die Teilströme des Fördermediums verlassen den Zentrierring (6) bzw. die darin befindlichen Zufuhrleitungen (4, 5) durch die Öffnungen bzw. Bohrungen (A) und (B) vor dem magnetseitigen Hilfslaufrad (7) mit Flügeln (7′), wie dies aus der schematischen Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 2 ersichtlich ist. Von dort gelangt der Teilstrom des Fördermediums durch den Spalt (8) zwischen Innenrotor (9) und Spalttopf (10) zum Lagerspalt (12) und von diesem über das pumpenseitige Hilfslaufrad (13) entgegen dessen Förderrichtung durch die Entlastungsbohrungen (14) im Laufrad (15) zurück zur Druckseite (1).

In diesem Fall ist der durch das Laufrad (15) erzeugte Druck P₂ im Bereich des Druckstutzens (1) höher als der Druck, der durch das pumpenseitige Hilfslaufrad (13) erzeugt wird. Bei Unterbrechung der Förderung durch das Laufrad (15) - beispielsweise bei zu hohem Gasanteil im Fördermedium - arbeitet das magnetseitige Hilfslaufrad (7) gegen das pumpenseitige Hilfslaufrad (13), so daß dazwischen ein Polster des Fördermittels verbleibt und so die Kühlung und Schmierung der Lager gewährleistet.

Im Falle der Förderunterbrechung des Laufrades (15) wird der Druck P₂ im Druckstutzen (1) abfallen, und zwar auf einen Wert, der zwar höher als der Druck P₁ im Saugstutzen (16) ist, aber kleiner als der durch das Hilfslaufrad (13) erzeugte Druck. Das pumpenseitige Hilfslaufrad (13) wird dabei solange Flüssigkeit aus dem Innensystem der Magnetpumpe über Bohrungen (14) zum Laufrad (15) abströmen lassen, bis der von ihm erzeugte Druck gleich dem nun am Druckstutzen (1) herrschenden Druck P₂ ist. Dann wird sich im peripheren Flügelbereich (17) des pumpenseitigen Hilfslaufrades (13) ein Wasserring einstellen, der den Saugraum (16) gegen den vom Spalttopf (10) umgrenzten Raum absperrt und in diesem Raum einem dem Druck P₂ im Druckstutzen (1) entsprechenden Druck das Gleichgewicht hält. Das magnetseitige Hilfslaufrad (7) wälzt die in diesem Raum eingeschlossene Flüssigkeit um. Sie zirkuliert durch den Außenspalt (8) zwischen Innenrotor (9) und Spalttopf (10) und dem Innenspalt (11) zwischen Innenrotor (9) und Zentrierring (6) zurück zum magnetseitigen Hilfslaufrad (7). Ein Teil dieser umgewälzten Flüssigkeit tritt gemäß Fig. 2 bei (A) in die nun als Zirkulationsleitung wirkende Bohrung (4) ein und strömt durch den Pufferbehälter (3) über Leitung (5) und die Öffnung (B) zurück in den Kreislauf. Die Zirkulation ergibt sich aus der besonderen Anordnung der Bohrungen (A, B) im Zentrierring (6) durch verschiedene Abstände zur Drehachse des Entlastungsrades (7). Auf diese Weise wird ein Teil der durch die Wirbelstromverluste im Spalttopf (10) erwärmten Zirkulationsflüssigkeit gegen kalte Flüssigkeit aus dem Pufferbehälter (3) ausgetauscht.

Die Dauer des möglichen Trockenlaufes, der letztlich durch die Temperaturerhöhung der durch das magnetseitige Hilfslaufrad (7) umgewälzten Zirkulationsflüssigkeit bestimmt wird, läßt sich durch das Volumen und die Temperatur der im Pufferbehälter (3) - der auch kühlbar ausgeführt sein kann - bevorrateten Flüssigkeit bestimmen. Eine zweckmäßigerweise in der Zirkulationsleitung (4) angeordnete Temperaturmeßstelle (T) kann verwendet werden, um eine nach längerem Trockenlauf auftretende Temperaturerhöhung der Zirkulationsflüssigkeit als Abschaltsignal für die Pumpe zu benutzen.

Die axialen flügelseitigen Abstände der Hilfslaufräder (7, 13) zu den feststehenden Wandungen sind zweckmäßigerweise gleich groß und betragen etwa 0,8 bis 1,2 mm.

Claims (6)

1. Magnetkupplungspumpe mit Nebenstromführungen für einen vom Fördermedium abgezweigten, zur Kühlung sowie Lagerschmierung dienenden Teilstrom, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang und Ende des Schmier- und Kühlkreislaufes jeweils ein Hilfslaufrad (7, 13) eingebaut ist.

2. Magnetkupplungspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderrichtung der Hilfslaufräder (7, 13) gegensinnig ausgerichtet ist.

3. Magnetkupplungspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zu schmierenden und zu kühlenden Bauteile auf der jeweiligen Druckseite der Hilfslaufräder (7, 13) befinden.

4. Magnetkupplungspumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der beschaufelten Seite der dem magnetseitigen Laufrad (7) gegenüberliegenden Wand (6) Öffnungen (A, B) mit unterschiedlichen Achsabständen angeordnet sind.

5. Magnetkupplungspumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Öffnungen (A, B) über einen Pufferbehälter (3) miteinander in Verbindung stehen.

6. Magnetkupplungspumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperaturüberwachung (T) in der Zirkulationsleitung (4) vorgesehen ist.