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Kreiselpumpenanlage Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpenanlage
für die Förderung gegen stark wechselnden Gegendruck, die aus zwei oder mehreren
Teilen besteht, wobei die Förderseite eines Teils nicht nur mit der Saugseite des
nächstfolgenden Teils, sondern auch über ein Rückschlagventil mit der Druckleitung
der Anlage verbunden ist.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß die einzelnen Teile der Anlage
derart abgestuft gewählt werden, daß bei den Teilen in ihrer Aufeinanderfolge die
größte Förderhöhe zunimmt und die größte Fördermenge abnimmt. Dadurch wird im Gegensatz
zu bekannten Anlagen, bei denen mehrere Kreiselpumpen für die gleiche Fördermenge
auf einer senkrechten Welle übereinander angeordnet sind, die sich im Betrieb bei
steigendem Wasserstand von der Druckseite her mit Wasser füllen und auf diese Weise
hintereinandergeschaltet werden, der Vorteil erreicht, daß für ganz verschiedene
Betriebszustände nicht nur ein Mindestmaß an Antriebsleistung erforderlich ist,
sondern daß diese Leistung stets voll ausgenutzt wird und somit für den Antrieb
ein geringer Platzbedarf beansprucht wird.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß beim raschen Wechsel von niedrigen
Drücken und großen Fördermengen auf die höchsten Drücke ein Mindestmaß an Beschleunigungsarbeit
zu leisten ist und auch eine kurzzeitige Unterbrechung in der Förderung vermieden
werden kann.
Im Gegensatz zu anderen bekannten Anlagen, bei denen
die Pumpen vom Parallelbetrieb mit handbewegten Ventilen hintereinandergeschaltet
werden, wird der Vorteil erreicht, daß die Umschaltung selbsttätig erfolgt und keine
besondere Wartung erfordert sowie daß die Pumpenanlage ohne Versager gegen rasch
wechselnde äußere Gegendrücke ohne Beeinträchtigung der Förderung arbeiten kann.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt. Fig. i stellt eine Anlage mit einer mehrstufigen Pumpe dar, Fig.2 das
Diagramm der Kennlinien der beiden Pumpenteile aus Fig. i, Fig. 3 eine Anlage mit
drei Pumpen, Fig.4 das Diagramm der Kennlinien der Pumpen aus Fig. 3.
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Bei der Pumpenanlage in Fig. i treibt eine Kraftmaschine i eine zweistufige
Pumpe mit einem Niederdruckteil2 und einem Hochdruckteil 3. Der Teil e saugt die
Förderflüssigkeit über die Saugleitung 4 an. Die Förderseite des Niederdruckteils
2 ist nicht nur mit der Leitung j mit der Saugseite des Hochdruckteils 3, sondern
auch durch die Leitung 6 mit der Druckleitung 7 der Pumpenanlage verbunden. Die
Leitung 6 kann durch das als Umschaltvorrichtung wirkende Rückschlagventil 8 abgeschlossen
werden. Der Hochdruckteil 3 ist mit der Leitung 9 ebenfalls an die Druckleitung
7 der Anlage angeschlossen.
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In Fig. 2 stellen die Ordinaten des Diagramms die Förderhöhe H, die
Abszissen die geförderte Flüssigkeitsmenge Q dar. Die Kurve a ist
die Kennlinie für den Niederdruckteil a in Fig. i, die Kurve b diejenige für den
Hochdruckteil 3.
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Solange nun der Gegendruck in der Druckleitung 7 unter der beabsichtigten
Höhe, z. B. die maximale Förderhöhe a." (Fig. 2), bleibt, fördert der Niederdruckteil
2 in Fig. i das angesaugte Fördermittel unmittelbar durch die Leitung 6 in die Druckleitung
7. Das Umschaltventil 8 steht dabei offen. Der Hochdruckteil 3 läuft leer mit. Bei
der beabsichtigten Höhe des Gegendrucks in der Druckleitung 7, dem Druck a"", schaltet
das Umschaltventil8 selbsttätig den Niederdruckteil 2 von der Druckleitung 7 ab,
indem es infolge des Überdrucks in der Druckleitung 7 die Leitung 6 absperrt. Dadurch
wird der Strom des Fördermittels auf den Hochdruckteil 3 umgeschaltet, indem das
Fördermittel nunmehr über die Leitung 5 der Saugseite des Hochdruckteils 3 zugeführt
wird und dieser dasselbe auf den herrschenden Gegendruck bringt und über die Leitung
9 in die Druckleitung 7 fördert. Der Hochdruckteil 3 übernimmt somit die Förderung
vom Gegendruck (t"", bis zum Druck am.. #- b nirzr# Sobald der sinkende Gegendruck
in der Druckleitung 7 den Wert a""" unterschreitet, wird das Um-Schaltventil 8 wieder
geöffnet, und der anfänglich beschriebene Betriebszustand tritt wieder ein.
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In Fig. 3 treibt die Kraftmaschine z eine Niederdruckpumpe io, eine
Mitteldruckpumpe i i und eine Hochdruckpumpe 12. Die Niederdruckpumpe io saugt aus
der Saugleitung 4 und ist nicht nur über die Leitung 13 mit der Saugseite des Teils
für den nächsthöheren Förderdruck, der Mitteldruckpumpe ii, sondern auch über die
Leitung 6 mit der Druckleitung 7 der Pumpenanlage verbunden. Die Leitung 6 wird
durch das Umschaltventil 14 abgeschlossen, das mit dem Doppelhebel 15 mit dem Abschlußventil16
in der aus dem Mitteldruckteil führenden Leitung ig so gekuppelt ist, daß, wenn
das Umschaltventil 14 offen ist, das Abschlußventil16 die Förderung mit der Mitteldruckpumpe
ii verhindert. Hingegen, wenn das Umschaltventil 14 geschlossen ist, öffnet das
Ventil 16 den Durchlaß. Zwischen dem Umschaltventil 16 und der Druckleitung 7 ist
ein weiteres Umschaltventil 17 angeordnet, das die Kammer 18 von der Druckleitung
7 abschließt und damit auch die Mitteldruckpumpe ii, die mit der Kammer 18 durch
die Leitung ig verbunden ist. Von der Leitung ig zweigt dann die Leitung 2o zur
Hochdruckpumpe 12 ab, und das Umschaltventil 17 ist mit dem Hebel 21 mit dem Abschlußventil22
in der zur Druckleitung 7 führenden Leitung 23 in ähnlicher Weise verbunden wie
die Ventile 14 und 16. Von der Hochdruckpumpe 12 führt die Leitung 23 zur Ventilkammer
24 und von dort zur Druckleitung 7.
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In Fig. 4 ist die Kurve c die Kennlinie der Niederdruckpumpe io, die
Kurve d diejenige der Mitteldruckpumpe ii und die Kurve e diejenige der Hochdruckpumpe
12.
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Beim Antrieb durch die Kraftmaschine i laufen anfänglich die Pumpen
ii und 12 leer mit, und nur die Pumpe io fördert das Fördermittel in die Leitung
6, durch die Kammern 18 und 2.1 zur Druckleitung 7. Steigt der Gegendruck bis auf
den Druck c",ax (Fig. 4), so schließt sich das Umschaltventil 14 und öffnet das
Abscblußventil 16 in der Leitung ig. Infolgedessen ist die Niederdruckpumpe io von
der Druckleitung 6 abgeschaltet und fördert nunmehr in die Mitteldruckpumpe ii,
die ihrerseits nun das Fördermittel auf höheren Druck bringen und durch die Leitung
ig, die Kammern 18 und 24 der Druckleitung ? zuführen kann. Die geförderten Mengen
ergeben sich aus der Kurve d (Fig.4). Übersteigt der Gegendruck in der Druckleitung
7 einen beabsichtigten, dem Mitteldruckteit zugeordneten Wert, z. B. den Druck c",az
-.- dmax, so bewirkt das Umschaltventil 17 eine Umschaltung der Förderung von der
Mitteldruckpumpe ii auf die Hochdruckpumpe 12 in dem Sinn, daß das Ventil 17 schließt,
so daß die Pumpen io und ii der Hochdruckpumpe 12 vorgeschaltet
werden,
und das Ventil 22 öffnet und somit das Fördermittel über die Leitung 23 in die Druckleitung
7 gelangt. Die Hochdruckpumpe 12 vermag bis auf den Druck cm"" + dmax -f-emax
zu fördern. Sinkt der Druck, so erfolgt beim Unterschreiten des Druckes cmax
+ dmax ein Öffnen des Ventils 17 und ein Schließen des Ventils 22 und beim Unterschreiten
des Drucks cm." außerdem ein Öffnen des Ventils 14 und ein Schließen des Ventils
16.
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Wenn die Pumpen =i und 12 bei geschlossenen Ventilen 16 und 22 angetrieben
werden, können diese Ventile beim Schließen in bekannter Weise eine zu den Leitungen
13 und 2o zurückführende Umgehungsleitung öffnen und diese schließen, wenn die Ventile
16 und 22 öffnen.
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Anstatt beim Umschalten die Pumpenstufen oder die Pumpen jeweils hintereinanderzuschalten,
können sie auch gemeinsam aus dem gleichen Saugbehälter ansaugen, so daß z. B in
Fig. 3 die Pumpen =o, =i und 12 je einen an eine gemeinsame Saugleitung angeschlossenen
Saugstutzen 4, 25 und 26 aufweisen würden und die Leitungen 13 und 2o in
Wegfall kämen. Beim Umschalten würde dann zuerst die Förderung von der Niederdruckpumpe
=o auf die Mitteldruckpumpe =i und nach Abschaltung der Mitteldruckpumpe =i auf
dieHochdruckpumpe 12 allein umgeschaltet werden, die Förderhöhen wären in diesem
Falle cmax, dmax und emax, da ein Vorschalten der niederen Stufen vor den höheren
nicht stattfinden würde.
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Durch die Erfindung, die z. B. bei chemischen Umsetzungen zum Fördern
zu behandelnder Flüssigkeiten oder Gase in eine geschlossene Einrichtung, in der
der Druck stark verschieden ist, oder zum Entwässern von geschlossenen Tauchglocken
für Tiefseeforschung angewendet werden kann, ergibt sich der Vorteil, daß die Pumpenanlage
vollständig selbsttätig arbeitet, und es ausgeschlossen ist, daß beim Ansteigen
des Gegendrucks Flüssigkeit oder Gas rückwärts durch eine Pumpe fließt, deren maximale
Förderhöhe nicht mehr genügt, um den Gegendruck zu überwinden. Die Bedienung wird
dadurch wesentlich vereinfacht. Der Abschluß der Förderseite der Pumpen oder Pumpenstufen,
die zwar angetrieben werden, jedoch nicht fördern, hat den Vorteil, daß ihr Leerlaufkraftbedarf
klein gehalten werden kann. Die Anordnung einer Umgehungsleitung für die nicht fördernden
Teile der Anlage hat besonders bei der Möglichkeit der Dampfbildung den Vorteil,
einen Trockenlauf der Läufer solcher Teile zu verhindern. Werden alle Teile gleichzeitig
angetrieben, so hat dies den Vorteil, daß auch die nicht fördernden Teile sofort
die Förderung aufnehmen können.
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Um das Umschalten bei einem anderen Gegendruck wie beim maximalen
Förderdruck eines Teils stattfinden lassen zu können, kann die Umschaltvorrichtung
zusätzlich zum Gegendruck durch eine Feder belastet werden, wie z.B. die in Fig.
3 gestrichelt gezeichnete Feder --7. In dem Fall schließt das Umschaltventil 14
bei einem Gegendruck von cmax vermindert um die das Ventil belastende Kraft der
Feder 27.
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Die Pumpen oder Pumpenstufen können auch einzeln angetrieben sein
und nach axialer oder radialer Bauart arbeiten. Ferner können die Pumpen oder Pumpenstufen
entweder gleichzeitig angetrieben sein, oder es kann beim oder kurz vor dem Zuschalten
eines weiteren Teils dieser Teil in Betrieb gesetzt werden.
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Bei den Umschaltvorrichtungen 14, 16 und 17, 22 können die Ventile
16 und 22 auch weggelassen werden, und in Fig, i kann das Umschaltventil 8 auch
mit einem Abschlußventil in der Leitung g gekuppelt werden.
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Die Förderhöhe der einzelnen Stufen oder der einzelnen Pumpen kann
entweder gleich oder verschieden sein.