DE4124290A1 - Pumpensystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Pumpensystem, mit einer waagerechten Pendelleitung, welche Pendelleitung an einer Seite über ein Einwegventil mit einer Zufuhrleitung zum Ansaugen aus der Zufuhrleitung einer Menge von Medium in die Pendelleitung hinein gekoppelt ist und welche Pendelleitung ebenfalls auf der einen Seite über ein zweites Einwegventil mit einer Ableitung zum Herauspressen aus der Pendelleitung einer entsprechenden Menge von Medium gekoppelt ist, wobei das Pumpensystem eine an die andere Seite der Pendelleitung und mit der Verdrängerpumpe gekoppelte gebogene Leitung und eine senkrechte Leitung und wärmetauschende Mittel aufweist.

Ein solches Pumpensystem ist aus EP-A 00 48 535 bekannt. Das bekannte Pumpensystem ist mit einer als Zylinderkolbenpumpe ausgelegten Verdrängerpumpe ausgeführt, welche Zylinderkolbenpumpe an eine waagerechte Leitung angeschlossen ist, deren oberer Teil mit einem Ventil versehen ist, das als Gasdruckauslaß funktioniert, bei der Probenentnahme zur Kontrolle des Grads der Verunreinigung des Mediums in der senkrechten Leitung Dienst tut, welches Medium als Mittel zur Einspritzung von Flüssigkeit dortselbst fungiert, und das ebenfalls als Flüssigkeitsauslaß von an der Zylinderkolbenpumpe eingespritztem Arbeitsmedium dient, und bei dem der untere Teil der senkrechten Leitung über ein Ausdehnungsgefäß an die gebogene Leitung angeschlossen ist. Das einen verhältnismäßig großen Querschnitt aufweisende Ausdehnungsgefäß ist mit einer Stabilisierungsvorrichtung zur Beschränkung des Reynoldswerts der Strömung in dem betreffenden Gefäß auf 2000 versehen. Der Querschnitt des Ausdehnungsgefäßes ist größer als der Querschnitt der senkrechten Leitung, und der Querschnitt der senkrechten Leitung ist kleiner als der der waagerechten Leitung. In die Zylinderkolbenpumpe wird mittels des Flüssigkeitseinspritzsystems eine Menge von Arbeitsmedium eingespritzt, welche Menge jeweils größer als die an dem sich in der Kolbenpumpe hin- und herbewegenden Verdrängerkörper sich einstellenden Leckverluste ist. Die Einspritzung von frischem und kühlem Arbeitsmedium erhält eine notwendige niedrige Arbeitstemperatur der Verdrängerpumpe und sorgt dafür, daß das im allgemeinen apprasive und heiße zu verpumpende Medium nicht mit der Pumpe in Berührung kommt.

Das bekannte Pumpensystem ist kompliziert.

Aufgabe der Erfindung ist die Zurverfügungstellung eines Pumpensystems, in dem eine Kolbenmembranpumpe zum Transport heißer erosiver Medien verwendet werden kann, insbesondere von bei unzureichender Geschwindigkeit in dem System sedimentierenden Schlämmen, und bei dem die Einspritzung des Arbeitsmediums in das zu verpumpende Medium an der Stelle der Anlage des Pumpensystems nicht erforderlich ist. Dazu weist das Pumpensystem nach der Erfindung das Kennzeichen auf, daß die Verdrängerpumpe eine Kolbenmembranpumpe ist, daß die Kolbenmembranpumpe in der senkrechten Leitung montiert ist und daß die wärmetauschenden Mittel um die senkrechte Leitung angebracht sind.

An dieser Stelle wird angemerkt, daß unter einer Membranpumpe eine Pumpe zu verstehen ist, die ihre Funktionsweise der Bewegung eines hermetisch geschlossenen Elements verdankt. Die Bewegung dieses Elements, das beispielsweise als Membran, Balgen, Schlauch und ähnliches mehr ausgeführt ist, kann durch ein unmittelbar mit dem Element verbundenes, beispielsweise hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch bewegtes Organ ausgelöst werden, kann aber auch auf indirektem Wege erfolgen. Indirekt bedeutet das, daß die Bewegung eines Verdrängerkörpers, wie eines Kolbenplungers, auf das hermetisch abgeschlossene Element über ein Zwischenmedium, häufig eine Flüssigkeit, übertragen wird.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Pumpensystems ist, daß durch die Anwendung der Membranpumpe kein Lecken von eventuell für die Pumpe einzuspritzender Flüssigkeit durch die Membran eintreten kann. Dadurch bleibt namentlich die senkrechte Leitung frei von eingespritztem Medium. Die Ausführung des erfindungsgemäßen Pumpensystems ist weiter einfacher, da die Kolbenmembranpumpe unmittelbar in die senkrechte Leitung aufgenommen ist, um die ebenfalls die wärmetauschenden Mittel angebracht sind. Dadurch entfällt eine waagerechte Leitung, die in dem bekannten System von der Pumpe zu der senkrechten Leitung verlief. Weiter ist die Isolierung der senkrechten überflüssig und ist kein Ausdehnungsgefäß mit entsprechender Stabilisierungsvorrichtung mehr erforderlich.

In dem erfindungsgemäßen Pumpensystem ist kein gesondertes Arbeitsmedium erforderlich. Falls ein sehr heißes Medium verpumpt wird, kann erwünschtenfalls trotzdem ein Kühlmedium nahe der Membranpumpe eingespritzt werden, welches Medium jedoch ohne Bedenken ein von dem Transportmedium selbst abgetrennter Teil sein kann, welcher Teil dann aber wohl einigermaßen abgekühlt sein soll. Die Benutzung eines von dem zu verpumpenden Medium abweichenden Arbeitsmediums ist jedoch nicht erforderlich.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Pumpensystems ist, daß der einigermaßen elastisch verformbare winkelförmige Leitungsteil, der die Pendelleitung, die gebogene Leitung und die zusätzliche Leitung umfaßt, die Möglichkeit verschafft, bei Temperaturänderungen ein Dehnen und Schrumpfen von insbesondere diesem winkelförmigen Leitungsteil zu gestatten, so daß beim Verpumpen von Medien mit einer Temperatur, die sich über einen weiten Bereich erstreckt, vermieden wird, daß große Kräfte auftreten und sich Verformungen in dem Pumpensystem an Stellen einstellen, an denen dies unerwünscht ist.

Das vorliegende erfindungsgemäße Pumpensystem beansprucht bedingt durch den Aufbau und die Anordnung der einzelnen Komponenten wenig Raum, wodurch auch die Kosten des Baus und der Instandhaltung eines Gehäuses für die Aufstellung des vorgenannten Pumpensystems beschränkt bleiben.

Weiter ist vorteilhaft, daß die Querschnitte der waagerechten Leitung, der gebogenen Leitung und der senkrechten Leitung gleich bleiben können, wodurch die Gefahr des Eintretens von Verstopfungen in dem erfindungsgemäßen Pumpensystem wesentlich verringert sind. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pumpensystems weist das Kennzeichen auf, daß der Inhalt der Pendelleitung um einen von der Reynoldszahl des zu verpumpenden Mediums abhängigen Faktor größer als das Hubvolumen der Kolbenmembranpumpe ist.

Der Vorteil dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pumpensystems ist, daß die am nächsten zu der Membranpumpe gelegene Stelle, die die Begrenzung des inneren Volumens der Pendelleitung bildet, die jeweils mit angesaugtem Medium gefüllt wird, der sogenannte Wendepunkt, in der Pendelleitung selbst gelegen ist. Infolgedessen wird die Wärmeabgabe des heißen Mediums nur an der Pendelleitung selbst hoch sein und kommt die zusätzliche Leitung nicht in direkten Kontakt mit dem heißen Medium. Dadurch kann, zwecks Realisierung einer ausreichend niedrigen Temperatur nahe der Membranpumpe, die Wärmekapazität der Wärmetauschmittel weiter beschränkt bleiben.

Für praktische Fälle liegt der Faktor zwischen 1, 2 und 5, wobei der Faktor meistens um 1,5 liegt.

Vorzugsweise beträgt der Radius der gebogenen Leitung wenigstens des Anderhalbfache des Innendurchmessers der gebogenen Leitung.

Die Erfindung wird mit ihren weiteren Vorteilen näher anhand der Zeichnung erläutert, die eine Vorzugsausführungsform eines erfindungsgemäßen Pumpensystems zeigt.

Die Figur zeigt ein Pumpensystem 1, da seine Zufuhrleitung 2 und eine Abfuhrleitung 3 umfaßt. Das Pumpensystem 1 umfaßt weiter eine teilweise dargestellte Verdrängerpumpe 4 zum Ansaugen eines Mediums 5, wie eines Schlamms, aus der Zufuhrleitung 2 über ein erstes Einwegventil 6 in einer, im allgemeinen waagerecht angeordneten Pendelleitung 7. Das Ansaugen des Mediums 5 erfolgt in einer Saugphase, der eine Druckphase folgt, in der das Medium 5, das sich in der Pendelleitung 7 angesammelt hat, über ein zweites Einwegventil 8 in die daran angeschlossene Abfuhrleitung 3 hineingepreßt wird. Die beiden Einwegventile 6 und 8 sind in der dargestellten Ausführungsform als Kugelventile ausgeführt, wobei während der Saugphase das Ventil 6 sich öffnet und das Ventil 8 sich schließt und während der Druckphase das Ventil 6 geschlossen ist und das Ventil 8 geöffnet wird.

Bei A ist in der Pendelleitung 7 der Wendepunkt oder die Grenzschicht angegeben, die den Punkt angibt, bis zu dem das angesaugte Medium 5 in der Pendelleitung 7 bleibt, bevor es daraus wieder entfernt wird.

Eine gebogene Leitung 9 ist mit der Pendelleitung 7 gekoppelt und mit der gebogenen Leitung 9 ist eine Leitung 10 gekoppelt, die vorzugsweise senkrecht aufgestellt ist. Um die Leitung 10 befinden sich wärme-tauschende Mittel 11, die im allgemeinen einen Wärmetauscher enthalten werden, der mit Kühlflüssigkeit in einer nicht in der Figur dargestellten Weise und mit ebenfalls nicht in der Figur dargestellten Mitteln durchströmt werden kann.

Mit der senkrechten Anordnung der Leitung 10 wird erreicht, daß der Wendepunkt A in der Pendelleitung bleibt und nicht durch die gebogene Leitung 9 in Richtung der wärmetauschenden Mittel 11 und der Pumpe 4 bewegt. Durch die Gravitationswirkung hat das Medium nahe der Verdrängerpumpe 4 vielmehr die Neigung, nach unten zu sinken und somit den Wendepunkt A zur Pendelleitung 7 hin zu drücken, wodurch eine gute und langfristige Wirkung der als Kolbenmembranpumpe ausgeführten Verdrängerpumpe gewährleistet ist.

Die Membranpumpe 4 weist eine Membran 12 auf, die in einem Pumpengehäuse 13 angebracht ist, das mit der Leitung 10 gekoppelt ist. Die Membranpumpe ist mit einer Kolbenstange 14 versehen, die mittels geeigneter Antriebsmittel hin- und herbewegt wird. An der Kolbenstange 14 ist ein Verdrängerkörper 15 befestigt, der in einem Zylinder 16 bewegbar ist. Die Kolbenstange 14 kann, falls erwünscht, die Membran 12 unmittelbar in eine hin- und hergehende Bewegung versetzen, jedoch kann dies auch mittels eines in der Figur gezeigten Zwischenmediums 17 geschehen, das von dem Verdrängerkörper 15 hin- und herbewegt wird und diese Bewegung auf die Membran 12 überträgt. Die Hin- und Herbewegung der Membran 12 löst die jeweiligen Saug- und Preßphasen aus, wodurch das Medium 5 von der Zufuhrleitung 2 zu der Abfuhrleitung 3 befördert wird. Die Wärmemenge, die dabei die vor dieser Wärme zu schützende Membran 12 erreicht, ist minimal, weil das verhältnismäßig heiße Medium 5 in einem relativ großen Abstand von dieser Membran 12 sich befindet, so daß die Wärme, die das heiße Medium 5 aufweist, das sich rechts von A befindet, nur durch Leitfähigkeit den Teil links von A erreichen kann. Wenn das Medium links von A aufgewärmt worden ist, wird diese überflüssige Wärme durch die wärmetauschenden Mittel 11 abgeleitet, wodurch letztendlich die Membran 12 nur einen sehr leichten Temperaturanstieg als Folge des heißen Mediums aufweisen wird.

Die Membranpumpe kann des einfachwirkenden Typs sein, auf die gerade erläuterte Weise, sie kann aber auch des doppeltwirkenden Typs sein, in welchem Falle sich links des Verdrängerkörpers 15 ein Zwischenmedium befindet. Das in der Lage ist, eine nicht dargestellte Membran in Bewegung zu versetzen und ein weiteres Pumpensystem zu betreiben. Erwünschtenfalls können selbstverständlich auch mehrere parallele nicht dargestellte Kolbenstangen angebracht sein, mit, je nach Wunsch, einfach- oder zweifachwirkenden Verdrängerpumpen.

Im allgemeinen wird das Hubvolumen der Verdrängerpumpe 4 kleiner als das Innenvolumen der Pendelleitung 7 sein, so daß die Grenzschicht A in der Pendelleitung 7 bleiben wird. Wieviel kleiner, das hängt von einem Faktor ab, der ausgehend von der Temperatur des Schlamms auf der Grundlage der Reynoldszahl empirisch bestimmt wird. Im allgemeinen liegt dieser Faktor in praktischen Fällen zwischen 1,2 und 5. Erwünschtenfalls kann gekühltes Medium, das dasselbe Medium als das Medium 5 sein kann, obenseitig in das Pumpengehäuse 13 eingeführt werden, um zu erreichen, daß die Grenzschicht A ausreichend weit in der Pendelleitung 7 bleiben wird, und nicht zu viel Wärme die Mittel 11 und die Pumpe 4 erreicht. Vorzugsweise beträgt der Radius der gebogenen Leitung 9 wenigstens das Anderthalbfache des Innendurchmessers der Leitung 9 und sind weiter die Durchmesser der Leitungen 7, 9 und 10 gleich, so daß die Gefahr der Verstopfungen sehr gering sein wird.

Claims (5)

1. Pumpenseite, mit einer Verdrängerpumpe (4) versehen, mit einer waagerechten Pendelleitung (7), welche Pendelleitung (7) an einer Seite über ein Einwegventil (6) mit einer Zufuhrleitung (2) zum Ansaugen aus der Zufuhrleitung (2) einer Menge von Medium in die Pendelleitung (7) hinein gekoppelt ist und welche Pendelleitung (7) ebenfalls auf der einen Seite über ein zweites Einwegventil (8) mit einer Ableitung (3) zum Herauspressen aus der Pendelleitung (7) einer entsprechenden Menge von Medium gekoppelt ist, wobei das Pumpensystem eine an die andere Seite der Pendelleitung (7) angeschlossene und mit der Verdrängerpumpe (4) gekoppelte gebogene Leitung (9) und eine senkrechte Leitung (10) und wärmetauschende Mittel (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängergruppe eine Kolbenmembranpumpe (4) ist, daß die Kolbenmembranpumpe (4) in der senkrechten Leitung (10) montiert ist und daß die wärmetauschenden Mittel (11) um die senkrechte Leitung (10) angebracht sind.

2. Pumpensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt der Pendelleitung um einen von der Reynoldszahl des zu verpumpenden Mediums abhängigen Faktor größer als das Hubvolumen der Kolbenmembranpumpe ist.

3. Pumpensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faktor zwischen 1,2 und 5 liegt.

4. Pumpensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Faktor etwa 1,5 beträgt.

5. Pumpensystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der gebogenen Leitung (9) wenigstens etwa das Anderthalbfache des Durchmessers der gebogenen Leitung (9) beträgt.