DE68918740T2

DE68918740T2 - Wirkungsweise und Gerät zur Gasabtrennung von einem gepumpten Medium mittels einer Pumpe.

Info

Publication number: DE68918740T2
Application number: DE68918740T
Authority: DE
Inventors: Jorma Elonen; Jukka Timperi; Reijo Vesala; Vesa Wikman
Original assignee: Ahlstrom Corp
Current assignee: Sulzer Pumpen AG
Priority date: 1988-04-11
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2009-04-12
Also published as: DE337394T1; FI881660A0; JP2633017B2; FI86333C; EP0337394A3; FI86333B; US5019136A; FI881660A; EP0337394A2; JPH0242193A; DE68918740D1; ATE112819T1; EP0337394B1; CA1333972C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung von Gas mittels einer Pumpe aus einem Fördermittel gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 7. Im einzelnen bezieht sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auf die Gasabzugsanordnung einer Pumpe, die zur Förderung von gashaltigem Medium benutzt wird. Die Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung ist besonders geeignet zum Pumpen von nieder-, mittel- und hochkonsistenten Fasersuspensionen der Papier- und Zellstoffindustrie.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von 1 bzw. 7 sind aus US-A-39 44 406 bekannt. Dieses Dokument zeigt eine Kreiselpumpe fürs Pumpen von Flüssigkeiten mit hohem Gasgehalt. Ein Laufrad ist mit Kanälen versehen, die vom zentralen Einlaß zum peripheralen Auslaß der Pumpe führen, wobei die Kanäle vom Einlaß zu Auslaß hin im Querschnitt progressiv kleiner werden, und durch die Laufradscheibe Öffnungen für den Austritt von Gasen vorgesehen sind.
Es ist bereits wohlbekannt, daß das Pumpen von gashaltigen Flüssigkeiten bei höheren Gasgehalten ohne Gasabzug nicht gelingt, weil sich Gase um das Zentrum des Pumpenläufers herum ansammeln und eine Blase bilden, die wächst und geneigt ist, den ganzen Einlaß der Pumpe auszufüllen. Dies resultiert in einem beachtlichen Rückgang des Wirkungsgrads und Schwingungen der Anlage und schlimmstenfalls in einem Abbruch der Förderung. Dieses Problem scheint besonders schwierig bei z.B. Kreiselpumpen zu sein, die seit Jahrzehnten z.B. bei der Förderung von niederkonsistenten Fasersuspensionen der Holzverarbeitungsindustrie eingesetzt werden. Man hat auf verschiedene Weisen versucht, besagten Problemen durch den Abzug von Gas aus der Blase beizukommen. Bei bekannten und eingesetzten Vorrichtungen wird Gas heute entweder dadurch abgeleitet, daß Gas durch ein Rohr abgesaugt wird, das sich bis zur Nabe des in der Mitte der Saugöffnung angeordneten Laufrads erstreckt, daß es durch eine Hohlwelle des Laufrads abgesaugt wird oder daß mindestens ein Loch im Laufrad vorgesehen wird, durch welches/welche Loch/Löcher Gas zur Rückseite des Laufrads und ferner weg von dort gesaugt wird. Alle genannten Vorrichtungen funktionieren zufriedenstellend, wenn das Fördermittel eine Flüssigkeit oder dergleichen ist und keine Feststoffe aufweist. Probleme entstehen nur dann, wenn das Medium Feststoffpartikel, wie Fasern, Fäden, usw. enthält. In solchen Fällen entsteht durch diese Partikel die Gefahr, daß die Kanäle nicht mehr klar und offen bleiben, was wiederum eine Notwendigkeit für den Pumpenbetrieb ist.
Es sind selbstverständlich mehrere Lösungen bekannt, mit denen man die durch die Verunreinigungen verursachten Nachteile und Risikofaktoren hat eliminieren oder minimieren wollen. Der einfachste Weg besteht wahrscheinlich darin, einen ausreichend großen Kanal für den Gasabzug anzuordnen, so daß eine Verstopfung nicht in Frage kommt. Andere benutzte Alternativen sind z.B. verschiedene Flügelradanordnungen auf der Rückseite des Laufrads. Es werden sehr oft radiale Schaufeln auf der Rückseite des Laufrads angeordnet, welche Schaufeln das mit dem Gas durch die Gasauslaßöffnungen des Laufrads geflossene Gas zum Außenumfang des Laufrads und durch dessen Spalt zurück zum Flüssigkeitsstrom pumpen sollen. Letzten Endes besteht der Zweck der Schaufeln hinter dem Laufrad darin, die axialen Kräfte der Pumpe auszugleichen, was am besten erfolgreich sein soll, wenn die Anzahl Rückenschaufeln die gleiche ist wie die der eigentlichen Förderschaufeln. In einigen Fällen wird eine getrennte Anordnung mit demselben Zweck benutzt, die weiter hinter dem Laufrad mit einem Flügelrad angeordnet ist, das auf der Laufradwelle sitzt. Besagtes Flügelrad läuft in seiner eigenen Kammer um und hat zum Ziel, die mit dem Gas fließende Flüssigkeit zum Außenumfang der Kammer abzuscheiden, wobei das Gas vom Innenumfang der Kammer abgesaugt werden kann. Das am Außenumfang der Kammer angesammelte Medium samt Verunreinigungen wird durch einen getrennten Kanal entweder zur Saug- oder Auslaßseite der Pumpe geleitet. Alle dargestellten Vorrichtungen arbeiten nur dann zufriedenstellend, wenn eine begrenzte Menge Verunreinigungen in der Flüssigkeit enthalten ist. Es ist auch möglich, besagte Vorrichtung so einzustellen, daß sie auch bei viel Feststoffe enthaltenden Flüssigkeiten, z.B. bei Fasersuspensionen der Zellstoffindustrie ziemlich zuverlässig funktionieren. Dies bedeutet jedoch Einbüße bei der Entgasungsfähigkeit, weil der Hauptzweck darin besteht, sicherzustellen, daß in den Gasauslaßkanal oder in die eventuell damit in Verbindung stehende Vakuumpumpe keine oder nur sehr wenig Fasern gelangen. Somit wird gashaltige Suspension sicherheitshalber zurück zum Strom geleitet. Andererseits ist es bekannt, daß das Gas in der Fasersuspension ein negativer Faktor im Pulpebehandlungprozeß ist, welcher Faktor möglichst gut eliminiert werden sollte. Es handelt sich um Vergeudung der bestehenden Vorteile, das bereits abgeschiedene Gas zum Pulpekreislauf zurückzuführen. Es ist auch Verschwendung von Pulpe, wenn all mit dem Gas geflossene Pulpe aus dem Pulpekreislauf dadurch abgeschieden würde, daß sie als Sekundärstrom der Pumpe abgeleitet wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Fähigkeit der Kreiselpumpe auszunutzen, Gas aus Flüssigkeit abzuscheiden, welches Gas durch einfachste und betriebssicherste Mittel aus der Pumpe selbst abgezogen wird. Es wird lediglich vorausgesetzt, daß man ohne die Gefahr vorgehen kann, daß die mit der Flüssigkeit fließenden Verunreinigungen, wie Fäden, Fasern, usw. das Gasabzugssystem verstopfen könnten.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 7 gelöst.
Die schwebende finnische Patentanmeldung 872967 stellt einige Methoden dar, womit sichergestellt werden kann, daß auch wenn es sich beim Fördermittel um Fasersuspensionen der Papier- und Zellstoffindustrie handeln würde, die Fasern der Suspension das Gasabzugssystem oder die damit in Verbindung stehende Kreiselpumpe nicht verstopfen können. Bei der genannten Publikation ist im Strömungspfad des abzuziehenden Gases vor der im Prozeß möglicherweise eingesetzten Vakuumpumpe eine Filterfläche o.dgl. angeordnet, durch welche Fläche die Fasern der Suspension daran gehindert werden, in das Gasabzugssystem zu gelangen.
Andererseits stellt auch US-A-4,673,330 ein Verfahren zur Steuerung der Funktion einer Kreiselpumpe auf solche Weise, daß die Pumpe durch Verstellung der Größe der sich vor der Pumpe entstehenden Gasblase auf die erforderliche Förderhöhe und -kapazität dimensioniert wird. Die Anordnung gemäß der genannten Veröffentlichung umfaßt eine Vielzahl elektrischer, radial am Pumpengehäuse hinter dem Laufrad an der Rückwand angeordnete Sensoren, durch welche Sensoren die Größe der zwischen Laufrad und besagter Rückwand entstehenden Gasblase anhand der variierenden elektrischen Leitfähigkeit oder einer ähnlichen Fähigkeit der Flüssigkeit gemessen wird.
In besagter Veröffentlichung hat man bemerkt, daß weder das Medium zwischen den Rückenschaufeln des Laufrads noch die Gasblase innerhalb des Mediums gleichmäßig rund sind, sondern daß die Grenzfläche dazwischen auf solche Weise einigermaßen gezackt ist, daß jede Rückenschaufel eine Mediumschicht gleichsam vor sich herschiebt und die Mediumschicht geneigt ist, sich infolge der Fliehkraft auf den Außenumfang zu zu bewegen. Aus einem in der Veröffentlichung nicht erklärten Grund liegt der Teil des Mediums, der sich auf der Oberfläche solch einer schiebenden Schaufel befindet, am nächsten zum Zentrum des Laufrads. Solche Regelmäßigkeit gilt nicht nur für die eigentlichen Förderschaufeln, sondern auch für die sog. Rückenschaufeln, die der Veröffentlichung zufolge hinter dem Laufrad radial angeordnet sind.
Unserer Erfindung zufolge und aufgrund der Tatsache, daß man den Faktoren, die zur Wellenform der Grenzschicht zwischen Gas und besagter Pulpe bei der oben beschriebenen Veröffentlichung geführt haben, gründlich hat nachgehen können, ist es möglich geworden, die Abmessungen der Rückenschaufeln des Laufrads und deren Lage, Größe und Lage der das Laufrad durchbohrenden Gasauslaßöffnungen und die Abmessungen der Zentralöffnung der Rückwand hinter dem Pumpenlaufrad und die Abmessungen der obenbeschriebenen Teile untereinander auf solche Weise festzulegen, daß der Gasabzug aus der Kreiselpumpe ohne die obengenannte Siebplattenanordnung oder auch ohne die obenbeschriebene auf elektrischen Sensoren beruhende Steueranlage der Pumpe möglich ist, welche Anlage auf jeden Fall auch allein zur Größenverstellung der Gasblase benutzt werden könnte.
Die Grundprinzipien der erfindungsgemäßen Lösung sind wie folgt:
- das kleinste Radialmaß des Teils der im Zentrum der Pumpe entstehenden Gasblase, welcher Teil sich auf der Rückseite des Laufrads befindet, soll unter allen Betriebsverhältnissen der Pumpe größer als der Radius der Zentralöffnung in der Pumpenrückwand sein, um zu verhindern, daß Feststoffpartikel, die sich mit dem Medium bewegen, in das Gasabzugssystem eindringen;
- das größte Radialmaß des Teils der Gasblase auf der Rückseite soll unter allen Betriebsverhältnissen kleiner sein als der Radius des Laufrads, um zu verhindern, daß das Gas zurück zum Fördermittel fließt;
- der Abstand der Gasabzugslöcher von der Axiallinie der Pumpe soll größer sein als der Radius der Öffnung in der Rückwand, um zu verhindern, daß möglicherweise mit dem Gas fließende Feststoffpartikel direkt ins Gasabzugssystem ablaufen.
Aufgrund der obengenannten gezackten Form der Gasblase soll zusätzlich die radiale Dimension der Mediumschicht in ein jeder Schaufelzelle zwischen den Rückenschaufeln berücksichtigt werden. Schlimmstenfalls können die obenbeschriebenen Bedingungen nicht erfüllt werden, weil sich das gegen die Oberfläche der schiebenden Schaufel ruhende Medium bis zur Ebene der Öffnung der Rückwand erstrecken kann und andererseits der äußerste Teil der Gasblase sich gleichzeitig bis zum Umfang des Laufrads erstrecken kann. Somit ist eine Situation erreicht, wo die Öffnung der Rückwand möglichst klein sein soll, wobei der Grenzwert bei der Größe des Wellendurchmessers liegt. Andererseits soll der Durchmesser des Laufrads möglichst groß ausgeführt sein, die Abmessungen der übrigen Pumpe setzen die Grenze dafür auf einen leicht festzulegenden Grenzwert. Wenn man noch die unterschiedlichen Betriebsbedingungen der Pumpe, die unter verschiedenen Verhältnissen benutzten unterschiedlichen Drehzahlen und die Medien mit unterschiedlichen Gasgehalten berücksichtigt, ist man in einer Situation angelangt, wo man den Abstand zwischen den radialen Endabmessungen der Gasblase möglichst viel verringern sollte.
Darüber hinaus, obwohl die Veröffentlichungen beim Stand der Technik eine große Anzahl Lösungen für die Lage der Gasauslaßöffnungen in der Rückplatte des Laufrads darstellen, hat man keine passende Instruktion oder Lösung gefunden. CH- P-571655 gibt ein Beispiel für eine Lösung, wo nah an der Rückseite der Schaufel Löcher mit unterschiedlichen radialen Abständen zur Pumpenwelle angeordnet sind, wobei der Durchmesser der Löcher mit zunehmendem Abstand zur Welle abnimmt. Bei den sog. MC-Pumpen der ersten Generation hat man die Gasauslaßöffnungen für mittelkonsistente Pulpe als längliche Öffnungen vorgesehen, (Fig. 2), die zwischen den Laufradschaufeln angeordnet sind und in einem gleich großen radialen Abstand von der Laufradwelle sich nahezu von Schaufel zu Schaufel erstrecken. Daher ist die Positionierung der Gasauslaßöffnungen bis heute mehr oder weniger zufällig gewesen, ohne jede theoretische oder sogar gründliche experimentarische Festlegung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Tatsache zugrunde, daß die Abmessung und Position der Rückplatte des Laufrads und der Rückenschaufeln darin und die Dimensionierung der Pumpenrückwand optimiert worden sind und daß die Form der Grenzfläche zwischen der Gasblase und dem die Blase umgebenden Flüssigkeitsring in solchem Maß balanciert worden ist, daß in der Praxis kein oder kaum Fördermittel in das Gasabzugssystem mit dem Gas gelangt.
Die folgende Aufstellung bringt Beispiele für die Vorteile der Kreiselpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu den existierenden Lösungen:
- effektiverer Gasabzug, weil es nicht mehr notwendig ist, gashaltige Flüssigkeit dem Hauptkreislauf rückzuführen;
- bei der Förderung von Fasersuspensionen besteht keine Gefahr, daß die Gasauslaßkanäle verstopft würden oder Pulpe verlorengehen oder ins Abwassersystem gelangen würde; - die Konstruktion des zur Förderung benutzten Pumpaggregats wird einfacher, der Betrieb wird zuverlässiger und die Betriebskosten werden gesenkt, weil eine Vakuumpumpe nicht unbedingt einen getrennen Antriebsmotor erfordert;
- es wird ermöglicht, Pulpen mit erheblich höheren Konsistenzen zu pumpen, weil der hohe Luftgehalt von hochkonsistenten Pulpen bei den bisherigen Lösungen das Pumpen verhindert hat.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf die konventionellen Kreiselpumpen, wobei es selbstverständlich notwendig ist, bei der Konsistenz der zu pumpenden Pulpe einen Kompromiß einzugehen, sowie auch auf die MC-Pumpen gemäß dem Stand der Technik angewandt werden, wobei mit diesen Pumpen, die mit bis an die Saugöffnung erstreckenden Läufern versehen sind, erheblich dickere Pulpen als bisher behandelt werden können.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und das in Zusammenhang damit angewandte Verfahren werden als Beispiel anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt dabei:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Kreiselpumpe gemäß dem Stand der Technik und ihr Gasabzugssystem in Seitenansicht;
Fig. 2 eine schematische Rückansicht eines Laufrads einer Kreiselpumpe gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 3 eine eine schematische Rückansicht eines Laufrads einer Kreiselpumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Rückansicht eines Laufrads einer Kreiselpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Rückansicht eines Laufrads einer Kreiselpumpe gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine schematische Ansicht von Lösungen gemäß anderen Ausführungsformen, die von der Rückseite des Laufrads gesehen in einer Zeichnung zusammengefaßt sind; und
Fig. 7a und 7b eine veranschaulichte Darstellung der Kräfte, die sich auf jedes Pulpepartikel hinter dem Laufrad einwirken.
Die sog. Kreiselpumpe der ersten Generation für mittelkonsistente Fasersuspensionen (sog. MC-Pumpe) gemäß Fig. 1, die detaillierter z.B. in US-A-4410337 beschrieben ist, besteht im Prinzip aus hauptsächlich folgenden Bauteilen: einem Pumpengehäuse 1, einer Saugöffnung 2 darin, einer Auslaß- oder sog. Drucköffnung 3, einer Pumpenwelle 4, einem Laufrad 5, das mit Förderschaufeln 6 versehen ist und auf der Welle montiert ist, einer Rückplatte 7 des Laufrads, einer Rückwand 8 der Pumpe und einem Gasabzugskanal 9. Die Gasauslaßöffnungen 10 des in der Figur dargestellten Laufrads 5 sind dicht an an der Pumpenwelle 4 angeordnet, weil man dadurch hat sicherstellen wollen, daß keine oder kaum faserhaltige Flüssigkeit in das Gasabzugssystem gelangt. Auf der Rückseite der Rückplatte 7 des Laufrads sind sog. Rückenschaufeln 11 radial angeordnet und haben bei diesem Pumpentyp zwei Aufgaben. Erstens gleichen sie die in der Pumpe auftretenden axialen Kräfte aus und zweitens werden sie auch dazu benutzt, die hinter die Rückplatte geflossene Flüssigkeit zurück zum Hauptstrom zur Drucköffnung 3 hin zu pumpen. Den Öffnungen 10 des Laufrads entsprechend hat man in der Pumpenrückwand einen ringförmigen Kanal 12 um die Welle herum belassen, durch welchen Kanal das Gas in einen Raum 13 auf der Rückseite der Rückwand 8 abfließt, von welchem Raum der Gasauslaßkanal 9 das Gas weiter, meistens über eine getrennte Vakuumpumpe weg von der Pumpe führt.
Fig. 2 stellt eine Rückansicht des Laufrads 5 dar, das bei der Lösung gemäß besagtem US-Patent in der Wirklichkeit angewandt wird. Wie man sieht, ist die Anzahl der sog. Rückenschaufeln 11 auf der Rückseite des Laufrads sechs, welche Anzahl sich durchgesetzt hat. Im allgemeinen hat man zudem die Anzahl Rückenschaufeln minimieren wollen, letzten Endes ist man jedoch auf die Zahl sechs gekommen, weil auch die Anzahl der eigentlichen Förderschaufeln auf der entgegengesetzten Seite des Laufrads bei praktischen Lösungen sechs ist. Außerdem sind besagte Rückenschaufeln 11 bei den Lösungen gemäß dem Stand der Technik stets radial gewesen, um die Herstellung zu vereinfachen und weil es keinen Anlaß gegeben hat, sie auf andere Weise zu richten. Die Fig. zeigt auch die Konstruktion und die Lage der Gasauslaßöffnungen 10, die Öffnungen sind also langgezogen und dem Laufrad-Umfang gegenüber parallel und weisen deshalb stets den gleichen Abstand zur Pumpenachse. Die Figur stellt auch den zwischen Pumpenrückwand und Laufradwelle verbleibenden ringförmigen Kanal 12 dar, durch welchen Kanal Gas in das Gasabzugssystem fließt.
Darüber hinaus zeigt in Fig. 2 ein Pfeil A die Umlaufrichtung des Laufrads, und die Grenzfläche zwischen einer Luftblase auf der Rückseite des Laufrads und der sie umgebenden Fasersuspension ist durch unterbrochene Linie 14 angedeutet, welche Grenzfläche die bereits beim Stand der Technik beschriebene gezackte Figur bildet. Es sollte beachtet werden, daß die Form der Gasauslaßöffnungen mit dem konstanten radialen Abstand nicht die beste mögliche ist, weil sich eine entsprechende gezackte Figur auch auf der entgegengesetzten, der eigentlichen Förderseite des Laufrads bildet. Deshalb kann festgestellt werden, daß, obwohl der nah an der Rückseite der Förderschaufel liegende Teil der Gasauslaßöffnung die Gasströmung von der Vorderseite des Laufrads zur Rückseite sehr wirksam ermöglicht, das entgegegensetzte Ende der Gasauslaßöffnung sich in der Fasersuspensionszone befindet, wobei etwas Fasersuspension zur Rückseite des Laufrads fließt, was als solches bereits unerwünscht ist. Andererseits stellt man fest, daß die radiale Dimension der Gasblase am größten sehr nach an der Außenkante des Laufrads ist, so daß wenn Gas also nicht effektiv genug aus besagtem Raum abgesaugt wird, die Gefahr besteht, daß die Gasblase vom Außenumfang des Laufrads zurück zum Hauptstrom abzulaufen beginnt. Würde man solch einer Situation in der Praxis begegnen, sollten bei der Gasabzugsfähigkeit der Pumpe Kompromisse gemacht werden, weil es auch das Gegenrisiko gibt, daß - wenn die Saugleistung der Gas absaugenden Vakuumpumpe erhöht wird - Fasersuspension durch den ringförmigen Spalt zwischen der Pumpenrückwand und der Welle ins Gasabzugssystem elangt, wobei die meistens als Vakuumpumpe arbeitende Flüssigkeitsringpumpe nahezu unmittelbar verstopft werden würde, was Wartungs- und eventuell auch Reparaturmaßnahmen zur Folge haben würde.
Im folgenden werden die Hauptgründe für die Entstehung der beschriebenen gezackten Figur beschrieben. Wenn die Pulpe durch die Öffnungen des Laufrads auf die Rückseite des Laufrads abläuft, weist besagte Pulpe eine hauptsächlich der Umfangsgeschwindigkeit der genannten Öffnungen entsprende Umlaufgeschwindigkeit auf. Auf der Rückseite der Öffnung wird die Pulpe einer Fliehkraft ausgesetzt, die geneigt ist, die Pulpe auswärts zu schleudern, wobei die Bewegungsrichtung der Pulpe infolge der Trägheit nicht radial, sondern der Bewegung des Laufrads gegenüber nach hinten gekrümmt ist. Die Pulpe ist also geneigt, die gleiche Umfangsgeschwindigkeit beizubehalten, die sie beim Abfließen durch die Öffnung hatte, trotz der Tatsache, daß sie sich fortwährend auswärts zum Umfang hin bewegt, wobei das Laufrad geneigt ist, die Pulpe infolge der kontinuierlich zunehmenden Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten zu "überholen". Dabei fließt die Pulpe beim Auswärtsbewegen auf die Oberfläche der der Öffnung am nächsten liegenden Rückenschaufel, welche Rückenschaufel die Umfangsgeschwindigkeit der Pulpe beschleunigt. Weil sich neue Pulpe fortwährend an der Oberfläche der Rückenschaufel entlang auswärts zum Umfang des Laufrads hin ansammelt, muß derjenige Teil der Pulpe, dessen Umfangsgeschwindigkeit höher geworden ist, sich vorwärts parallel zum Umfang auf die Rückseite der vorhergehenden Schaufel zu bewegen, wobei in jeder Schaufelzelle eine mehr oder weniger geneigte Grenzfläche zwischen Pulpe und Gas gebildet wird. Außer der genannten Umfangsgeschwindigkeit und Fliehkraft gibt es eine Kraft, die sich auf die Pulpe zwischen den Schaufeln einwirkt, welche Kraft auf die Druckschwankungen im Spiralgehäuse der Pumpe zurückzuführen ist, und die in Intensität variiert und zur Pumpenachse hin gerichtet ist. Der Beschreibung nach ist besagte Kraft geneigt, die Pulpe zur Pumpenachse hin zu schieben und genauer gesagt geneigt, die Pulpe durch die Zentralöffnung in der Rückwand der Pumpe in das Gasabzugssystem hineinzudrücken. Es ist eine bekannte Tatsache, daß wenn das Spiralgehäuse der Pumpe spiralförmig ist, der Druck am größten im wesentlichen an der Auslaßsöffnung der Pumpe ist, von wo an er entgegen die Umlaufrichtung des Laufrads verhältnismäßig gleichmäßig abnimmt, und im denjenigen Teil des Spiralgehäuses am kleinsten ist, der der Auslaßsöffnung unmittelbar in der Umlaufrichtung folgt.
Fig. 3 stellt eine Rückansicht auf eine Laufradlösung 5 der Pumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar und entspricht Fig. 2. Zunächst fällt in der Figur auf, daß die Anzahl Rückenschaufeln 11 erhöht worden ist. Der Grund hierfür ist, daß die gezackte Form der Grenzfläche zwischen Gasblase und Fasersuspension auf diese Weise bemerkenswert geglättet werden kann. Die Spitzen in beide Richtungen sind sozusagen abgeschnitten. Eine Erklärung hierfür liegt darin, daß weil es mehrere Rückenschaufeln 11 gibt, die Fliehkraft zusammen mit der Trägheitskraft nicht in der Lage ist, die Grenzfläche zwischen Fasersuspension und Gasblase radial auf einen sehr großen Bereich zu auszudehnen. Wenn die durch die Druckveränderungen des Spiralgehäuses 15 verursachten radialen Kräfte und ihre Auswirkungen bei dieser Ausführungsform mitberücksichtigt werden, kann festgestellt werden, daß durch Erhöhung der Anzahl Rückenschaufeln 11 die Sektoren schmaler werden und die Wirkungszeit einer Druckspitze auf die Pulpe in einem einzelnen Sektor zurückgeht und die Anzahl Sektoren ausreichend ist, so daß ein starker Druckstoß keine Zeit hat, die kinetische Geschwindigkeit der Pulpe zur Welle hin in solchem Maße zu beschleunigen, daß die Pulpe zur Gasauslaßöffnung 12 in der Rückwand 8 der Pumpe fließt, sondern besagter Sektor beim Vorwärtsdrehen des Laufrads 5 die Niederdruckzone erreicht, wobei die Fliehkraft geneigt ist, Pulpe zurück zum Außenumfang des Laufrads hin zu bewegen.
Somit stellt allein diese Änderung schon sicher, daß Gas nicht leicht zum Hauptstrom der Suspension zurückfließt, obwohl man im Gasabzugssystem einen ziemlich niedrigen Unterdruck verwenden würde. Andererseits kann auch die Benutzung eines bemerkenswert hohen Unterdrucks die Strömung von Flüssigkeit von der Vorderseite des Pumpenlaufrads durch die Gasauslaßöffnungen zur Rückseite des Laufrads oder entsprechend von der Rückseite des Laufrads zum Gasabzugssystem nicht bewirken. In der Praxis kann selbstverständlich ein so hoher Unterdruck eingesetzt werden, daß Fasern ins Gasabzugssystem gelangen, was aber bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen erheblich überdimensionierten Unterdruck erfordern würde. Der wirckliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine mit einem Laufrad gemäß der vorliegenden Erfindung versehene Pumpe bei veränderlichen Betriebsbedingungen zuverlässiger arbeitet, weil die Grenzfläche zwischen Gasblase und Flüssigkeitsring an jedem Punkt sowohl von der Außenkante des Laufrads als der Gasauslaßöffnung oder der Zentralöffnung in der Rückwand der Pumpe weiter entfernt ist. Somit hat die vorliegende Erfindung eine beachtliche Marge in hinsicht auf die verschiedenen Risikofaktoren herbeigeführt.
Desweiteren kann die Funktion des Gasabzugssystemes der Pumpe dadurch erleichtert werden, daß die Gasauslaßöffnungen 20 im Laufrad 5 an genau richtigen Stellen positioniert werden. Am vorteilhaftesten sollen die Gasauslaßöffnungen 20 selbstverständlich jeweils in den Schaufelzellen auf der Förderseite des Laufrads 5 oder in den Bereichen zwischen den Linien angeordnet werden, die jeweils von der Innenkante der Förderschaufel 6 (durch gestrichelte Linie dargestellt) zur Axiallinie des Laufrads gezogen sind. Es wurde oben bereits festgestellt, daß die längliche Gasauslaßöffnung (10; Fig. 2) der MC-Pumpe gemäß dem Stand der Technik aus dem oben bereits genannten Grund keine sehr vorteilhafte Form hat und auch nicht vorteilhaft positioniert ist. Die Öffnungen 20 sind am optimalsten angeordnet und ausgebildet, wenn die Form des Rands auf Seite der Grenzfläche zwischen Gasblase und Flüssigkeitsring der Form der Grenzfläche (14; Fig. 2) folgt und trotzdem möglichst weit weg von der genannten Grenzfläche angeordnet ist. Daraus ergeben sich die in Fig. 3 dargestellten Gasauslaßöffnungen 20, die hauptsächlich dreieckig sind und in diesem Fall auf der Saugseite jeder zweiten Rückenschaufel 11, also auf der Rückseite von Schaufel 11 in hinsicht auf die Umlaufrichtung angeordnet sind. Die Figur stellt zwei Rückenschaufeln 11 pro jede Förderschaufel 6 des Laufrads 5 und zwar auf solche Weise dar, daß jede zweite Rückenschaufel 11 mindestens teilweise auf Höhe der Förderschaufel 6 zu liegen kommt. Wenn die Gasauslaßöffnungen 20 die in der Figur gezeigte Form haben und an der in der Figur dargestellten Stelle positioniert sind, kann die Lage der Gasauslaßöffnungen 20 am Laufrad 5 etwas weiter nach außen verlagert werden, um eine größere Sicherheitsmarge zwischen den radialen Abständen der Zentralöffnung in der Rückwand 8 der Pumpe und der Gasauslaßöffnung zu erreichen. Es soll jedoch einleuchten, daß die beschriebene dreieckige Form lediglich eine bevorzugte Ausführungsform ist und daß es selbstverständlich möglich ist, daß die Öffnungen z.B. runde Löcher sind oder daß die die Öffnungen durch mehrere möglicherweise runde Löcher gebildet werden.
Eine erwähnenswerte Ausführungsform ist diejenige, wo die Rückenschaufeln 21 in eine etwas mehr fördernde Richtung - wie in Fig. 4 gezeigt - geneigt sind, die Schaufeln 21 werden also auf eine Weise rückwärts um den zur Welle am nächsten liegenden Punkt geneigt, wobei das Fördermittel durch die Schaufeln einer zum Umfang parallelen Bewegungskomponente und zusätzlich auch einer Komponente ausgesetzt werden, die die Wirkung der nach außen gerichteten radialen Fliehkraft intensiviert, durch welche Komponente die auf der Oberfläche von Rückenschaufel 21 des Laufrads 5 befindliche Grenzfläche zwischen Gasblase und Flüssigkeitsring weiter auswärts bewegt werden kann, wobei die Form der Grenzfläche noch gleichmäßiger wird. Darüber hinaus bewirkt die Neigung der Schaufeln eine Verlängerung des Abstands, den die Pulpe während der Wirkungszeit einer durch eine Druckspitze des Spiralgehäuses 15 hervorgerufenen und zur Welle gerichteten Kräftekomponente fließen soll, um den Gasauslaßkanal 12 in der Pumpenrückwand erreichen zu können. Dies stellt ferner sicher, daß die Pulpe keine Zeit hat, die Gasauslaßöffnung 12 zu erreichen, bevor der Druck im Spiralgehäuse 15 schnell auf sein Minimum gesunken ist, wobei die Fliehkraft gegenüber der durch die Trägheit der Pulpe verursachten Bewegung auf die Welle zu schnell überwiegt, und beginnt, Pulpe zurück auf das Spiralgehäuse zu zu bewegen. Durch Anwendung von geneigten Rückenschaufeln 21 ist es möglich, die Anzahl Rückenschaufeln gegenüber der vorherigen Ausführungsform zu verkleinern, weil die gleiche Zuverlässigkeit mit einer kleineren Anzahl Schaufeln erreicht wird. Andererseits können die Rückenschaufeln auch etwas nach vorne geneigt werden, wobei eine entsprechende kombinierte Kräftewirkung, d.h. eine die Pulpeströme verlangsamende Wirkung erreicht wird.
Die durchgeführten Versuche bestätigen die Grundidee der obenbeschriebenen Theorie, daß durch Schrägstellung der Schaufeln ihre Anzahl vermindert werden kann, und auch daß eine Zunahme der Umlaufgeschwindigkeit des Laufrads die Anzahl der erforderlichen Schaufeln verringert. Die bei geraden radialen Schaufeln erforderliche Schaufelfrequenz hat man bei Versuchen auf etwa 370 Hz festgelegt (Schaufelanzahl * Umlaufgeschwindigkeit des Laufrads U/s) um zu verhindern, daß Pulpe ins Gasabzugssystem fließt. Wenn die Schaufeln geneigt werden, kann die Anzahl Schaufeln aus folgender Formel ermittelt werden:
z * n / sinβ > 370,
worin z die Anzahl Schaufeln als Ganzzahl
n die Umlaufgeschwindigkeit des Laufrads in U/s und
β den Winkel zwischen der durchschnittlichen Richtung der Rückenschaufel und der Tangente des Umfangs des Laufrads angibt. Somit ergibt sich als Schaufelzahl
z > 370 * sin β/n
Wenn also der Winkel β z.B. 45º und die Umlaufgeschwindigkeit n rund 50 U/s ist, ergibt dies eine erforderliche Anzahl Schaufeln von mindestens sechs, wogegen bei geraden Schaufeln - wenn der Winkel β 90º beträgt - die Formel als Schaufelzahl 8 ergibt.
In Fig. 5 ist eine noch weitere Ausführungsform dargestellt, die für jede Vorder- oder Arbeitsschaufel 6 zwei Rückenschaufeln 31 und 32 aufweist. Der Figur zufolge sind alle Rückenschaufeln, wie bereits in der vorigen Figur, nach hinten geneigt, außerdem sind die Rückenschaufeln gekrümmt und die der Gasauslaßöffnung 20 in der Umlaufrichtung folgende Schaufel 31 ist vollang, und erstreckt sich vom Außenrand der Gasauslaßöffnung 12 in der Rückwand der Pumpe zur Außenkante von Laufrad 5, während die in der Umlaufrichtung gegenüber der Gasauslaßöffnung vorherige Schaufel 32 im Laufrad 5 sich im wesentlichen vom durch die Ränder der genannten, am nächsten zur Welle liegenden Gasauslaßöffnungen 20 gebildeten Umfang zur Außenkante des Laufrads 5 erstreckt. Natürlich können die Abmessungen besagter Schaufeln 31, 32 sogar erheblich von den der obenbeschrieben bevorzugten Ausführungsform abweichen, ohne vom Erfindungsgedanken und dem nachstehend beschriebenen Funktionsmodell abzuweichen.
In Fig. 5 wird veranschaulicht dargestellt, wie sich die in den Schaufelzellen 33-38 aus den Gasauslaßöffnungen 20 des Laufrads angesammelte Pulpe sich zunächst an verschiedenen Stellen der Spiralgehäuses 15 und zusätzlich in den Schaufelzellen 33-38; 39-44 verhält, die im Prinzip zweier verschiedener Typen sind. In den Schaufelzellen 33-36 auf der Vorderseite der vollangen Schaufel 31 verhält sich die Pulpe wie oben bereits umrissen wurde. Die Grenzfläche zwischen Gasblase und Flüssigkeitsring bildet also in nahezu allen Schaufelzellen 33-38 eine Zackenfigur auf solche Weise, daß, daß die an der Vorderfläche der vollangen Schaufel 31 anliegende Pulpe sich näher an der Welle befindet als derjenige Teil der Pulpe, der der an Rückseite der vorigen kürzeren Schaufel 32 anliegt. Doch in den Schaufelzellen 37 und 38, namentlich in denjenigen Zellen, die dem höchsten Druck des Spiralgehäuses 15 ausgesetzt sind, welcher Druck die Pulpe zum Fließen auf die Welle zu veranlaßt hat, in jenen Zellen ist die Richtung der Grenzfläche zwischen Pulpe und Gas zunächst dabei, sich zu ändern (Schaufelzelle 37) und hat sich dann bereits in die entgegengesetzte Richtung geändert (Schaufelzelle 38). Dies erklärt sich aus der Tatsache, daß die Pulpe in Schaufelzelle 37 eine bestimmte Umfangsgeschwindigkeit erreicht hat, die sie aufgrund ihrer Trägheit trotz der Tatsache beibehalten will, daß wenn sich die Schaufelzelle auf die Zone höheren Drucks zu bewegt, dies die Pulpe veranlaßt, sich auf das Zentrum hin zu bewegen, wobei die Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads 5 gegenüber der zum Umfang parallelen Geschwindigkeit der Pulpe zurückgeht und die Pulpe sich gegen die Rückseite der als Vorderseite von Schaufelzelle 38 funktionierenden kürzeren Schaufel 32 ansammelt. Somit erstreckt sich besagte Grenzfläche in Schaufelzelle 38 von Fig. 5 bereits über die Gasauslaßöffnung 20 des Laufrads 5, und allmählich erstreckt sich besagte Grenzfläche bis an die Innenkante der kürzeren Schaufel 32, von wo sich die Strömung noch immer durch ihre Trägheit in die vorhergehende Schaufelzelle 44 ergießt, wo die Pulpe durch die Fliehkraft zum Außenumfang schleudert wird. In der vorhergehenden Schaufelzelle 44 herrscht auch ein niedrigerer Druck des Spiralgehäuses 15, weil sie sich bereits an der Hochdruckzone vorbei bewegt hat. In dieser Phase muß auch die Form der Grenzfläche zwischen Pulpe und Gas in den Schaufelzellen 39-44, d.h. in jenen Schaufelzellen beachtet werden, die keine Auslaßsöffnung 20 des Laufrads 5 haben. Besagte Form bleibt stets im wesentlichen parallel zum Umfang des Laufrads 5, weil die Schwankungen der Umfangsgeschwindigkeit der Pulpe in besagten Zellen 39-44 gering sind und auch die radialen Bewegungen der Pulpe in besagten Schaufelzellen relativ klein sind.
Andere mögliche Ausführungsformen sind die in Fig. 6 dargestellten Lösungen, die entweder zusammen oder insbesondere einzeln eingesetzt werden. Als erste Alternativen zur Eliminierung der Druckwirkungen des Spiralgehäuses 15 kommen in Frage selbstverständlich sowohl die Abdichtung der Außenkante von Laufrad 5 z.B. dadurch, daß der Spalt zwischen Laufrad 5 und Spiralgehäuse durch ein Sperrorgan 50 so klein arrangiert wird, daß der Druck des Spiralgehäuses 15 auf der Rückseite von Laufrad 5 nicht nachteilig wirken würde, wenn der Druck ansonsten am höchsten ist, und dadurch daß der Spalt zwischen Pumpenrückwand und Welle durch ein entsprechendes Sperrorgan 51 so klein arrangiert wird, daß die radiale Pulpeströmung in der Schaufelzelle bei der Druckspitze verlangsamt wird, wenn die Schaufeln z.B. des in Fig. 3 dargestellten Typs sind.
Ferner könnte es möglich sein, die Rückenschaufeln von Laufrad 5 auf solche Weise zu gestalten, daß die radial nach innen gerichtete Bewegung der Pulpe durch besagten Druck z.B. dadurch verhindert wird, daß die inneren Enden der kürzeren Schaufeln 52 der Form des Rands von Öffnung 20 des Laufrads 5 entsprechend gebogen werden, wobei die die Rückseite der genannten Schaufel 52 entlang auf die Welle zu fließende Pulpe gezwungen wird, durch besagte Öffnung 20 zur Vorderseite des Laufrads 5 auszutreten, wobei das Gas entsprechend durch den Spalt zwischen der kürzeren und der längeren Schaufel auf die Gasauslaßöffnung 12 in der Pumpenrückwand zu abfließt. Selbstverständlich ist es nicht notwendig, daß die Schaufeln bei der letzten genannten Ausführungsform unterschiedlich lang wären oder daß es pro Förderschaufel 6 zwei Schaufeln gäbe, wobei die Innenkante einer jeden Schaufel auf die beschriebene Weise gebogen ist. Ferner können Rückenschaufeln, die in diesem Fall gleich lang wären, geringfügig kürzer als was oben bei beschrieben wurde auf solche Weise arrangiert werden, daß wenn die Fasersuspension sich auf die Gasauslaßöffnung 12 zu bewegt, sie in die vorherige Schaufelzelle fließen kann ohne die Gefahr, daß Pulpe durch die Gasauslaßöffnung in der Pumpenrückwand ins Gasabzugssystem gelangen würde.
Fig. 6 stellt auch einige andere Alternativen für die Gasauslaßöffnung des Laufrads dar. Selbstverständlich ist es möglich, daß die Öffnungen entweder einzelne runde Löcher 54 oder eine Gruppe Löcher 55 oder sogar eine große Anzahl Löcher sind, wobei in der Gasauslaßöffnung sozusagen eine Filterfläche gebildet wird.
Desweiteren kann z.B. in jeder Rückenschaufel des Laufrads, die sich in Umlaufrichtung vor einer Schaufelzelle mit einer Gasauslaßöffnung 20 bewegt, eine Auslaßsöffnung 56 vorgesehen werden, durch welche Auslaßsöffnung 56 die durch den Druck im Spiralgehäuse auf die Achse zu fließende Pulpe in die vorherige Schaufelzelle abfließen kann. Bei besagter Auslaßsöffnung kann es sich um ein Loch 56 oder einen Schlitz in der Schaufel, eine Anfasung im Bereich des einen Schaufelendes handeln, es kann eine Öffnung zwischen der Schaufel und der Rückplatte des Laufrads sein, oder es kann auch eine regelrechte Unterbrechung der Schaufel sein. Eine Möglichkeit, die natürlich erwogen wird, besteht darin, daß eine Auslaßvertiefung oder sogar ein Strömungskanal in der Pumpenrückwand im Bereich der Rückenschaufeln und ferner in dem Bereich arrangiert wird, wo sich der höhere Druck des Spiralgehäuses auf die Schaufelzellen einwirken kann, also zwischen Pumpenzentrum und Auslaßsöffnung. Bei allen beschriebenen Ausführungsformen kann der Druck des Spiralgehäuses in die nächstliegende/n Schaufelzelle/ Schaufelzellen oder (durch den Kanal in der Pumpenrückwand) sogar in eine andere Schaufelzelle ablaufen, welche Schaufelzelle sich im Bereich des niedrigeren, oder wenn der ganze Druckbereich des Spiralgehäuses in Betracht gezogen wird, des niedrigsten Drucks befindet. Es kann selbstverständlich ein entsprechender Strömungskanal 57 in Verbindung mit der anderen, also der in Umlaufrichtung hinteren Schaufel 57 angeordnet werden, welche Schaufel auch die Schaufelzelle begrenzt, wobei der Druck auf entsprechende Weise in die nächste Schaufelzelle ablaufen würde, das Funktionskonzept ist hierbei jedoch nicht so elegant wie bei der oben beschriebenen Lösung.
Zusätzlich zu den oben besprochenen Ausführungsformen können einige alternative, in den Zeichnungen nicht dargestellte Anordnungen angeführt werden. Erstens, wie oben bereits erwähnt wurde, kann der Spalt zwischen Laufrad und Spiralgehäuse im Bereich der Rückenschaufeln auf solche Weise klein arrangiert werden, daß die in Fig. 6 dargestellte gekrümmte Platte auf die gesamte Länge des Umfangs ausgedehnt wird, wobei die Rückenschaufeln des Laufrads innerhalb ihres eigenen Rings umlaufen, in welchem Ring Öffnungen für den Auslaß des in den Schaufelzellen angesammelten Materials in das Spiralgehäuses vorgesehen sind. Wenn besagte Löcher hauptsächlich im Bereich des niedrigeren Drucks des Spiralgehäuses positioniert werden, kann sich der Druck des Spiralgehäuses nicht auf die Pulpe in den Schaufelzellen einwirken.
Es kann auch erwogen werden, daß die Wirkung des Drucks des Spiralgehäuses reduziert werden kann durch Verkürzung der Zeit, die die durch den Druck des Spiralgehäuses verursachte zum Zentrum gerichtete Kräftekomponente zur Beschleunigung der Pulpe in den Schaufelzellen verwendet oder durch Verlängerung der Entfernung, die das Medium fließen muß, um den Gasauslaßkanal zu erreichen. Das erste Streben danach ist natürlich die obengenannte Erhöhung der Schaufelzahl, aber es gibt auch andere Methoden. Erstens können/kann z.B. bei den Schaufeln oder zumindest einer Schaufel, die jede mit einer Gasauslaßöffnung versehene Schaufelzelle begrenzen, die äußeren Enden oder das äußere Ende scharf zur anderen besagte Schaufelzelle begrenzenden Schaufeln hin derart gebogen werden, daß die umfangsprallele Dimension des am Außenumfang offenen Teils besagter Schaufelzelle abnimmt, wobei sich natürlich die Wirkungszeit der obengenannten Kräftekomponente verringert. Das Biegen der Schaufel/Schaufeln kann z.B. auf solche Weise vorgenommen werden, daß der oberste Teil der Schaufel umfangsparallel zur anderen Schaufel hin verlängert, oder aber daß die Schaufel als Ganzes mehr zur anderen Schaufel hin gebogen wird. Dabei erzeugt die durch den Druck des Spiralgehäuses erzeugte zur Welle gerichte Komponente eine radiale Kraft, die sich direkt auf das Laufrad auswirkt. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß die Schaufeln z.B. auf solche Weise arrangiert sind, daß jede zweite radial ist und die restlichen nach hinten gebogen sind, wobei die Schaufelzelle in Umlaufrichtung entweder gleichmäßig breit bleibt oder sich nach außen hin sogar verjüngen kann. Ferner können ein oder mehrere örtliche Drosselstellen zwischen den Rückenschaufeln angeordnet werden oder die Form der Rückenschaufeln auf solche Weise wellenförmig arrangiert werden, daß die von der Strömung vom Außenumfang des Laufrads zum Gasauslaßkanal zurückzulegende Entfernung länger wird, wobei auch die verlangsamende Wirkung der Reibungskräfte auf die Bewegung der Pulpe zunimmt.
Fig. 7a und b zeigen noch veranschaulicht die auf jedes durch die Gasauslaßöffnungen des Laufrads zur Rückseite des Laufrads geflosse Pulpepartikel wirksamen Kräfte. Fig. 7a stellt eine Situation dar, wo das Pulpepartikel soeben durch besagte Öffnung zur Rückseite des Laufrads geflossen ist, mit anderen Worten eine Situation, wo die Fliehkraft hauptsächlich die Bewegungsrichtung des Pulpepartikels bestimmt, die somit auf den Laufradumfang zu stattfindet. Fig. 7b stellt eine Situation dar, wo das Pulpepartikel aus der Richtung des Umfangs einer so starken radialen Kraft ausgesetzt wird, daß sich auch das Partikel auf die Laufradachse zu bewegt. In den Figuren sind verschiedene Kräfte wie folgt angedeutet:
Fc = Fliehkraft, Fi = Trägheitskraft, Fsp = radiale Kraft durch den Druck des Spiralgehäuses, Fb = die von der Rückenschaufel auf das Pulpepartikel gerichtete Kraft. Darüber hinaus beziehen sich die tiefgestellten Buchstaben r und c auf die radiale Komponente und zum Umfang parallele Komponente. Ferner ist in den Zeichnungen die Richtung der Resultante R besagter Kräfte grob skizziert, welche Resultante in Wirklichkeit sogar erheblich in Größe und Richtung vom oben Beschrieben abweichen kann.
Gemäß Fig. 7a wird das Pulpepartikel in einer Kreiselpumpe, auf die die erfindungsgemäße Lösung angewandt werden kann, einer von der Achse weg gerichteteten Fliehkraft und einer durch den Druck des Spiralgehäuses entstehenden zur Achse hin gerichteten Kraft ausgesetzt, welche Kraft aber schwächer als die Fliehkraft ist. Zudem wird das Partikel durch eine Trägheitskraft beeinflußt, die durch die kombinierte Wirkung der genannten radialen Kräfte in der Figur die dargestellte Richtung hat, also die Bewegung des Pulpepartikels gegenüber dem Laufrad verlangsamt. Ferner wird das Pulpepartikel durch die Rückenschaufel des Laufrads zwei Kräftekomponenten, einer radialen und einer zum umfangsparallelen unterworfen, wobei die Rückenschaufel geneigt ist, wobei die Resultante R der auf das Pulpepartikel gerichteten Kräfte die Richtung des Tangents der Laufradschaufel hat.
In Fig. 7b wird das Pulpepartikel einer starken durch den Druck des Spiralgehäuses entstehenden zur Achse gerichteten Kraft auf solche Weise ausgesetzt, daß die Kraft sogar gegenüber der Fliehkraft überwiegt. Dabei ist die Trägheitskraft geneigt, das Pulpepartikel schneller als das Laufrad in Umfangsrichtung tragen, welchem Effekt die Rückseite der Rückenschaufel auf solche Weise entgegenwirkt, daß die Richtung der Resultante aller Kräfte zur Tangente der Rückenschaufel parallel ist. Aus diese Figur geht besonders deutlich hervor, was passiert, wenn die durch die Rückenschaufel auf das Pulpepartikel gerichtete Kraft aufhört. In diesem Fall nimmt die Kraftwirkung auf die Achse zu ab, und die umfangsparallele Kraftwirkung zu, wobei sich die Bewegungsrichtung des Pulpepartikels ändert und sich der Richtung der Tangente des Umfangs nähert. Wenn mit anderen Worten die Wirkung der Rückenschaufel vor der zentralen Gasauslaßöffnung der Pumpenrückwand aufhört, ändert sich die Richtung des Pulpepartikels um das Ende der Schaufel herum, wobei das Pulpepartikel in die vorherige Schaufelzelle hineingezwungen wird, wo einerseits die Druckwirkung des Spiralgehäuses am schwächsten und andererseits die Wirkung gemäß Fig. 7a am größten ist.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, hat man eine große Anzahl Lösungen entwickelt, durch die zuverlässig verhindert werden kann, daß Fasersuspension in das Gasabzugssystem und die darin befindliche Vakuumpumpe fließt. Bei den bisherigen Lösungen ist es aus dem obengenannten Grunde notwendig gewesen, den Antrieb der Vakuumpumpe durch einen getrennten Antrieb, eine Vorrichtung außerhalb der Pumpe vorzunehmen. Die vorliegende Erfindung hat es nun ermöglicht, daß die in Verbindung mit zur Förderung von Fasersuspension eingesetzten Pumpen benutzte Vakuumpumpe, eine sog. Flüssigkeitsringpumpe, durch denselben Antrieb angetrieben wird. Die Vakuumpumpe kann mit anderen Worten auf derselben Welle innerhalb des Gehäuses der Kreiselpumpe angeordnet werden, ohne die Gefahr, daß sich die Vakuumpumpe verstopft und mühsame Reparaturen notwendig sind.

Claims

1. Verfahren zur Abscheidung von Gas aus einem gashaltigen Medium, das mittels einer Pumpe gepumpt wird, die ein Gehäuse, ein im Gehäuse angeordnetes und mit Förderschaufeln bestücktes Laufrad, Rückenschaufeln und ein Gasabzugssystem im Gehäuse umfaßt, aus folgenden Schritten bestehend:

- Abscheidung des Gases aus dem Medium auf der Vorderseite des Laufrads,

- Ableitung des abgeschiedenen Gases durch das Laufrad durch die Gasauslaßöffnungen zur Rückseite des Laufrads,

- Entfernung des möglicherweise mit dem Gas zur Rückseite des Laufrads geflossenen Mediums mit den Rückenschaufeln aus dem Gas, und

- Ableitung des Gases durch die Pumpe durch einen im Spiralgehäuse angeordneten Gasauslaßkanal, der zum Gasabzugssystem führt,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Grenzfläche zwischen Medium und Gas im Raum hinter dem Laufrad durch die kombinierte Wirkung von radialen Kräften, zum Umfang des Laufrads parallelen Kräften und Trägheitskräften zwischen einem kleinsten und größten radialen Grenzwert aufrechterhalten wird, welcher kleinste radiale Grenzwert größer ist als der Radius des Gasauslaßkanals und der größere radiale Grenzwert kleiner ist als der Radius des Laufrads.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung die Rückseite einer Rückenschaufel des Laufrads entlang durch die kombinierte Wirkung der Kräfte zur Laufradachse hin geleitet wird und erlaubt wird, daß die Strömung durch die Leitung der zum Umfang parallelen Kräftekomponente in eine der genannten Rückenschaufel in Umlaufrichtung des Laufrads vorhergehenden Schaufelzelle abfließt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die kombinierte Wirkung der Kräfte zu den Gasauslaßöffnungen des Laufrads entstandene Strömung von Medium zur Laufradachse hin geleitet wird und erlaubt wird, daß die Strömung durch die Gasauslaßöffnungen zur Vorderseite des Laufrad abfließt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Spiralgehäuses daran gehindert wird, in den Raum zu gelangen und auf das Medium einzuwirken, wenn der Druck des Spiralgehäuses nah an seinem Maximum steht, indem der Strömungspfad an der entsprechenden Stelle gedrosselt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung des auf die Laufradachse zu fließenden Mediums, die durch die Druckspitze des Spiralgehäuses der Pumpe entstanden daran gehindert wird, in den Gasauslaßkanal zu gelangen, indem der zum Gasauslaßkanal führende Strömungspfad an der Stelle des Spitzendrucks des Spiralgehäuses gedrosselt wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckspitze des Spiralgehäuses der Pumpe in einer Schaufelzelle zwischen den Rückenschaufeln daran gehindert wird, das Medium in eine Richtung auf den Gasauslaßkanal hin zu beschleunigen, indem der Druckaustritt um die Kante einer der Schaufelzelle in Umlaufrichtung des Laufrads vorhergehenden Rückenschaufel herum oder durch eine Öffnung, einen Schlitz oder dergleichen in der vorhergehenden Rückenschaufel in eine gegenüber der genannten vorhergehenden Schaufelzelle benachbarte Schaufelzelle oder Schaufelzellen geleitet wird.

7. Vorrichtung zur Abscheidung von Gas aus einem mittels einer Pumpe zu pumpenden gashaltigen Medium, welche Pumpe ein Gehäuse (1) mit Saug- und Auslaßsöffnungen (2, 3), ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes, mit Förderschaufeln (6) Rückenschaufeln und Gasauslaßöffnungen bestücktes Laufrad (5), eine Rückwand (8) der Pumpe, und aus einem Gasauslaßkanal (12) in der Rückwand (8) bestehende Mittel für den Abzug von Gas aus der Pumpe umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß, die Rückenschaufeln (11; 21; 31, 32; 52, 53) und die damit zusammen funktionierenden Organe auf solche Weise angeordnet sind, daß durch die vereinigte Wirkung von auf das Medium einwirkenden radialen Kräften, zum Umfang des Laufrads parallelen Kräften und Trägheitskräften im Raum hinter dem Laufrad in den Spalten zwischen den Rückenschaufeln (11; 21; 31, 32; 52, 53) eine Grenzfläche zwischen Medium und Gas entsteht zwischen einem kleinsten und größten radialen Grenzwert, wobei der kleinste radiale Grenzwert größer ist als der Radius des Gasauslaßkanals und der größere radiale Grenzwert kleiner ist als der Radius des Laufrads.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl z Rückenschaufeln (11; 21; 31, 32; 52, 53) des Laufrads (5) der Formel

z > 370 * sinβ / n entspricht, worin β der Winkel zwischen der Tangente des Laufrads und der durchschnittlichen Richtung der Rückenschaufel, und n die Umlaufgeschwindigkeit des Laufrads U/s ist.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es der Rückenschaufeln (11; 31, 32; 52, 53) mehr gibt als Förderschaufeln (6) auf der Vorderseite des Laufrads (5).

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl Rückenschaufeln (11; 31, 32; 52, 53) zumindest zweifach gegenüber der Anzahl der eigentlichen Förderschaufeln (6) ist, wobei die Gasauslaßöffnungen (20) des Laufrads, auf die Rückseite des Laufrads gesehen, in Abhängigkeit vom Verhältnis der Anzahl Rückenschaufeln zu Förderschaufeln höchstens in jeder zweiten Schaufelzelle angeordnet sind.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückenschaufeln (21; 31, 32; 52, 53) nach vorne oder hinten geneigt sind.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückenschaufeln (21; 31, 32; 52, 53) gegenüber der Umlaufrichtung des Laufrads (5) an ihrer Außenkante hauptsächlich auf solche Weise nach hinten geneigt sind, daß die imaginäre Fortsetzung der Rückenschaufeln den zentralen Gasauslaßkanal (12) in der Pumpenrückwand tangiert.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die der entsprechenden Gasauslaßöffnung (20) des Laufrads (5) vorangehende Rückenschaufel (32; 52) in der Umlaufrichtung des Laufrads kürzer ist als die der genannten Öffnung folgende Rückenschaufel (31; 53).

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rückenschaufeln des Laufrads (5) ein Strömungspfad von Schaufelzelle zu Schaufelzelle vorgesehen ist.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungspfad als Loch (56), Spalt, Anfasung, oder Schlitz (57) in den Rückenschaufeln oder als Strömungspfad an den Rückenschaufeln hauptsächlich zwischen dem Pumpenzentrum und dem Gasauslaßkanal oder als Vertiefung oder Kanal ausgebildet ist, die/der zu einem Bereich niedrigeren Drucks führt.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Enden der den entsprechenden Gasauslaßöffnungen (20) des Laufrads (5) in Umlaufrichtung des Laufrads vorangehenden Rückenschaufeln (52) jeweils so angeordnet sind, daß sie den vorderen und inneren Rand der betreffenden Gasauslaßöffnung (20) in Form entsprechen, also hakenförmig sind.

17. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der zum Umfang des Laufrads (5) parallelen Schaufelzelle gegenüber ihrer konventionellen Form an einer Stelle auf solche Weise geändert worden ist, daß sie entweder über die gesamte radiale Länge der Schaufelzelle gleich breit ist, sich in Radialrichtung zum Umfang hin verjüngt, oder daß die Strömung gedrosselt wird, indem an mindestens einer Rückenschaufel eine zum Umfang parallele Verlängerung am Ende der Rückenschaufel angeordnet wird, indem die Rückenschaufeln in verschiedene Richtungen geneigt arrangiert werden, oder indem mindestens eine örtliche Drosselstelle in besagter Schaufelzelle angeordnet wird.

18. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwischen der Auslaßsöffnung (3) eines Spiralgehäuses (15) der Pumpe und dem Gasauslaßkanal (12) ein Sperrorgan (50; 51) angeordnet ist, durch welches Organ die Fasersuspension daran gehindert wird, zum Gasabzugssystem zu fließen.

19. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrorgan (50) im Pumpengehäuse außerhalb der Rückenschaufeln (11; 21; 31, 32; 52, 53) des Laufrads (5) angebracht ist.

20. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrorgan (50) die Rückenschaufeln des Laufrads (5) vollständig umgibt, wobei in besagtem Sperrorgan (50) Öffnungen für den Auslaß von Fasersuspension von der Rückseite des Laufrads (5) zum Spiralgehäuse (15) angeordnet sind.

21. Vorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrorgan (51) aus einem zur Auslaßsöffnung (3) des Spiralgehäuses (15) der Pumpe parallelen am Rand der zentralen Gasauslaßöffnungen (12) in der Pumpenrückwand angeordneten Vorsprung besteht, welcher Vorsprung an jener Stelle den Gasauslaßkanal (12) umschließt, mit anderen Worten die Welle des Laufrads (5) umschließt.

22. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Gasabzugssystem in Verbindung mit der Pumpe eine Vakuumpumpe angeordnet ist.

23. Vorrichtung gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumpumpe auf der gleichen Welle wie das Laufrad (5) der Pumpe oder so arrangiert ist, daß sie von einem gentrennten Motor angetrieben wird.