EP0222233A2 - Mehrstufige Kreiselpumpe zur Förderung von Flüssiggas - Google Patents

Mehrstufige Kreiselpumpe zur Förderung von Flüssiggas Download PDF

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EP0222233A2
EP0222233A2 EP86114824A EP86114824A EP0222233A2 EP 0222233 A2 EP0222233 A2 EP 0222233A2 EP 86114824 A EP86114824 A EP 86114824A EP 86114824 A EP86114824 A EP 86114824A EP 0222233 A2 EP0222233 A2 EP 0222233A2
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relief chamber
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Jürgen Schill
Hans-Joachim Dr. Franke
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KSB AG
Klein Schanzlin and Becker AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
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    • F04D13/08—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use
    • F04D13/083—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use and protected by a gas-bell
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings

Definitions

  • the invention relates to a multi-stage centrifugal pump for conveying liquid gas, which is arranged in a container receiving liquid gas so that at least the first pump stage is constantly below the liquid level, and which is provided with a mechanical seal located behind the last pump stage and loaded with a sealing liquid , with the mechanical seal upstream of chokes and spaces in which the medium is converted into a gaseous state.
  • centrifugal pump When pumping liquefied gas, due to the conditions given by the system in the worst case, it can be assumed that the pumped medium at the inlet to the centrifugal pump is only under saturation pressure. Since a centrifugal pump can only work satisfactorily if the pressure in front of the impeller of its first stage is a certain amount above the saturation pressure of the medium, a special measure must be taken here:
  • the centrifugal pump is arranged in a container so that at least its first stage is constantly below the liquid level. The pressure of the liquid column located above the impeller, which is used in this way, ensures that no harmful cavitation occurs in the impeller.
  • the vertically arranged pot pump was particularly suitable for use under the conditions mentioned. However, this still had a serious problem: Since the drive shaft of the centrifugal pump was also located within the pump riser, the shaft seal to the atmosphere had to be designed for the final pressure of the pump. Mechanical seals were generally used for this. If the pressure to be sealed was now very high or there was a requirement that contamination of the delivery medium by the blocking medium of the mechanical seal be avoided, it had to be ensured that the gas phase of the delivery medium was present at the mechanical seal. This was achieved by throttling sections with subsequent larger rooms in which the liquid was converted into gas. For this purpose, however, a connection had to be made to a room of low pressure, in which the gas quantities were then continuously removed.
  • the invention has for its object to ensure the presence of the gas phase on the mechanical seal with little effort in a centrifugal pump of the type mentioned.
  • the excess gas can be discharged without problems, for example to the inlet connection of the container receiving the centrifugal pump, to the upper part of the container or pot, to a storage tank or via permanent degassing.
  • the blocking effect of the throttle section upstream of the collecting chamber, which is directed against the access of liquid medium, can be increased by means of conveying devices acting in the direction of the relief chamber, such as conveying thread or centripetal impeller.
  • the wall of the collecting room can be provided with ribs for the supply of external heat. It is also possible to arrange heating elements in and on the collecting room.
  • the centrifugal pump according to the invention can be arranged in a pot or, for example, several, standing or lying in a larger container.
  • a centrifugal pump (4) is arranged in a pot (1) which is provided with an inlet connection (2) and a pressure connection (3).
  • the centrifugal pump (4) has four pump stages.
  • the first pump stage (5) is located near the bottom of the pot (1). This is to ensure that it is always below the liquid level of the pumped medium entering the pot (1) via the inlet connection (2).
  • the first pump stage (5) is connected to the second pump stage (7) via a riser (6).
  • the other pump stages immediately follow the second.
  • a known type of relief device equipped with a relief piston (8) serves to relieve the axial thrust of the centrifugal pump (4).
  • the relief piston (8) forms a gap (9) with the housing of the centrifugal pump (4) surrounding it.
  • a relief chamber (10) is provided above the relief piston (8) and is connected to the second pump stage (7) via bores and a pipe (11). This connection ensures that liquid discharge medium is always present in the relief chamber (10) and that no steam is generated which would jeopardize the proper functioning of the relief device.
  • a collection space (12) is located above the relief space (10); In the connection between these two spaces, a feed thread (13) is provided which acts in the direction of the relief space (10).
  • the pressure generated by the delivery thread (13) when immersed in liquid has the result that liquid delivery medium is kept away from the collecting space 12.
  • the delivery thread (13) acts in a self-regulating manner due to the gas content of the collecting space (12); the leakage through the gap left by the conveying thread (13) is close to zero: a certain liquid level is established in the gap of the conveying thread (13) according to the counter pressure in the relief chamber (10).
  • the only slight leak in the collecting space (12) is gas that arises from boiling on the surface of the liquid in the gap. Excess gas is removed by a line (14) which is either designed as permanent degassing or which can lead to the inlet connection (2), to the upper part of the pot (1) or to a storage tank.
  • the leakage of sealing liquid occurring in the expansion chamber (15) is discharged via an outlet (17).

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiselpumpe zur Förderung von Flüssiggas.
Um sicherzustellen, daß die Gleitringdichtung (16) der Kreiselpumpe nur mit gasförmigem Fördermedium beaufschlagt wird, sieht die Erfindung folgendes vor:
Einen der letzten Pumpenstufe nachgeschalteten und über eine Drosselstrecke mit dieser verbundenen Entlastungsraum (10), einen daran anschließenden Sammelraum (12), der über eine den Durchtritt von flüssigem Fördermedium verhindernde Drosselstrecke (13) mit dem Entlastungsraum und über Bohrungen und/oder eine Rohrleitung (14) mit einem unter dem Siededruck des Fördermediums stehenden Raum verbunden ist, sowie einen der Gleitringdichtung vorgeschalteten Entspannungsraum (15), der mit einem zeitweise oder ständig geöffneten Abfluß (17) für die Sperrflüssigkeitsleckage versehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Kreiselpumpe zur Förderung von Flüssiggas, welche in einem zulaufendes Flüssiggas aufnehmenden Behälter so angeordnet ist, daß zumindest die erste Pumpenstufe ständig unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt, und welche mit einer hinter der letzten Pumpenstufe gelegenen, mit einer Sperrflüssigkeit beaufschlagten Gleitringdichtung versehen ist, wobei der Gleitringdichtung Drosselstrecken und Räume vorgeschaltet sind, in denen das Fördermedium in gasförmigen Zustand umgewandelt wird.
  • Bei der Förderung von Flüssiggas ist aufgrund der durch die Anlage gegebenen Bedingungen im ungünstigen Fall davon auszugehen, daß das Fördermedium am Zulauf zur Kreiselpumpe lediglich unter Sättigungsdruck steht. Da eine Kreiselpumpe aber nur dann zufriedenstellend arbeiten kann, wenn der Druck vor dem Laufrad ihrer ersten Stufe um ein bestimmtes Maß über dem Sättigungsdruck des Fördermediums liegt, muß hier eine besondere Maßnahme getroffen werden: Die Kreiselpumpe wird in einem Behälter so angeordnet, daß zumindest ihre erste Stufe ständig unterhalb des Füssigkeitsspiegels liegt. Der solchermaßen ausgenutzte Druck der oberhalb des Laufrades befindlichen Flüssigkeitssäule stellt sicher, daß keine schädliche Kavitation im Laufrad auftritt.
  • Für den Einsatz unter den genannten Bedingungen bot sich vor allem die vertikal angeordnete Topfpumpe an. Diese barg allerdings noch ein schwerwiegendes Problem:
    Da sich innerhalb der Pumpensteigleitung auch die Antriebswelle der Kreiselpumpe befand, mußte die Wellenabdichtung zur Atmosphäre für den Enddruck der Pumpe ausgelegt werden. Hierfür wurden generell Gleitringdichtungen verwendet. War nun der abzudichtende Druck sehr hoch oder bestand die Forderung, daß eine Verunreinigung des Fördermediums durch das Sperr­medium der Gleitringdichtung zu vermeiden sei, so mußte sichergestellt werden, daß die Gasphase des Fördermediums an der Gleitringdichtung anstand. Man erreichte dies durch Drossel­strecken mit anschließenden größeren Räumen, in denen die Flüssigkeit in Gas umgewandelt wurde. Hierzu mußte allerdings eine Verbindung mit einem Raum niederen Druckes hergestellt werden, in welchen dann die anfallenden Gasmengen ständig abgeführt wurden. Der Umstand, daß bei dieser Art der Entspannung des Fördermediums sehr große Gasmengen anfielen, ließ diese Lösung scheitern: Eine Rückführung in die zur Kreiselpumpe führende Rohrleitung war wegen der Menge nicht möglich; eine Rückführung in den Vorratsbehälter war meist mit einem großen Verrohrungsaufwand verbunden.
  • Um das aufgezeigte Problem zu vermeiden, änderte man nun die Durchflußrichtung der Topfpumpe: Der unten im Topf befindlichen Kreiselpumpe wurde das Fördermedium durch eine Falleitung zugeführt. Da das Fördermedium siedend in die Pumpe strömte, konnte man die Gasphase an der Gleitringdichtung relativ einfach herstellen. Da aber nun der Topf das aus der Kreiselpumpe kommende Fördermedium aufnehmen mußte, hatte dieser einem wesentlich höheren Druck standzuhalten. Er war daher aus hochwertigem Material herzustellen und er wurde vergleichsweise schwer. Noch ernster war aber der Umstand zu nehmen, daß die sich im Fördermedium befindlichen Lager durch eine siedende Flüssigkeit nicht mehr ordnungsgemäß geschmiert werden konnten. Hieraus konnten sich überdies Rotor- und Falleitungsschwingungen ergeben, die wiederum zum Material­bruch und damit zum Ausfall der Fördereinrichtung führen konnten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Kreiselpumpe der eingangs genannten Art das Vorhandensein der Gasphase an der Gleitringdichtung mit geringem Aufwand sicherzustellen.
  • Der Lösung dieser Aufgabe dienen die im Anspruch 1 genannten Merkmale.
  • Diese Lösung ist vor allem für solche Kreiselpumpen geeignet, bei denen der hydraulische Axialschub durch Einzelradentlastung weitgehend ausgeglichen wird. Bei einer Axialschubentlastung mittels Entlastungskolben bietet es sich dagegen an, die Funktion der der letzten Pumpenstufe nachgeschalteten Drosselstrecke von dem zwischen Entlastungskolben und Gehäuse gebildeten Spalt übernehmen zu lassen. Um sicherzustellen, daß der Entlastungs­raum stets mit flüssigem Fördermedium gefüllt ist, was für die Funktion des Entlastungskolbens wichtig ist, ist im übrigen eine Verbindung des Entlastungsraumes mit einem Raum vorgesehen, dessen Druck oberhalb des Sättigungsdruckes des Fördermediums liegt. Hier ist vor allem an die zweite oder dritte Pumpenstufe zu denken.
  • Da die im Sammelraum anfallenden Gasmengen aufgrund der starken Drosselwirkung der vorgeschalteten Drosselstrecke nur noch gering sind, kann das überschüssige Gas ohne Probleme abgeführt werden, beispielsweise zum Zulaufstutzen des die Kreiselpumpe aufnehmenden Behälters, zum Oberteil des Behälters bzw. Topfes, zu einem Lagertank oder über eine Permanententgasung.
  • Die gegen den Zutritt von flüssigem Fördermedium gerichtete Sperrwirkung der dem Sammelraum vorgeschalteten Drossel­strecke kann noch durch in Richtung des Entlastungsraumes wirkende Fördereinrichtungen, wie Fördergewinde oder Zentripetal-­Laufrad, gesteigert werden.
  • Um sicherzustellen, daß auch unter schwierigsten Bedingungen nur Gas im Sammelraum vorhanden ist, kann diesem zusätzlich Wärme zugeführt werden, durch die vorhandenes flüssiges Fördermedium verdampft wird. Für die Zuführung von Außenwärme kann die Wand des Sammelraumes mit Rippen versehen werden. Es ist auch möglich, Heizelemente im und am Sammelraum anzuordnen.
  • Die erfindungsgemäße Kreiselpumpe kann in einem Topf oder, beispielsweise zu mehreren, in einem größeren Behälter stehend oder liegend angeordnet werden.
  • Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
    • Fig. 1 eine vertikal angeordnete Topfpumpe gemäß der Erfindung in Schnittdarstellung, und in
    • Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Pumpe der Fig. 1.
  • In einem Topf(1), der mit einem Zulaufstutzen (2) und einem Druckstutzen (3) versehen ist, ist eine Kreiselpumpe (4) angeordnet. Die Kreiselpumpe (4) besitzt vier Pumpenstufen. Die erste Pumpenstufe (5) befindet sich in der Nähe des Bodens des Topfes (1). Hierduch soll sichergestellt werden, daß sie sich stets unterhalb des Flüssigkeitsspiegels des über den Zulaufstutzen (2) in den Topf (1) gelangenden Fördermediums befindet.
  • Über eine Steigleitung (6) ist die erste Pumpenstufe (5) mit der zweiten Pumpenstufe (7) verbunden. Die weiteren Pumpenstufen folgen der zweiten unmittelbar.
  • Der Axialschubentlastung der Kreiselpumpe (4) dient eine mit einem Entlastungskolben (8) ausgestattete Entlastungseinrichtung bekannter Art. Mit dem ihn umgebenden Gehäuse der Kreisel­pumpe (4) bildet der Entlastungskolben (8) einen Spalt (9).
  • Oberhalb des Entlastungskolbens (8) ist ein Entlastungsraum (10) vorgesehen, der über Bohrungen und eine Rohrleitung (11) mit der zweiten Pumpenstufe (7) in Verbindung steht. Diese Verbindung stellt sicher, daß im Entlastungsraum (10) stets flüssiges Fördermedium vorhanden ist und daß kein Dampf entsteht, der die einwandfreie Funktion der Entlastungseinrichtung gefährden würde.
  • Oberhalb des Entlastungsraumes (10) befindet sich ein Sammel­raum (12); in der Verbindung zwischen diesen beiden Räumen ist ein in Richtung des Entlastungsraumes (10) wirkendes Förder­gewinde (13) vorgesehen. Der bei einem Eintauchen in Flüssigkeit durch das Fördergewinde (13) erzeugte Druck hat zur Folge, daß flüssiges Fördermedium vom Sammelraum 12 ferngehalten wird. Das Fördergewinde (13) wirkt aufgrund des Gasinhaltes des Sammelraumes (12) selbstregulierend; die Leckage durch den vom Fördergewinde (13) belassenen Spalt geht gegen Null: Entsprechend dem Gegendruck im Entlastungsraum (10) stellt sich im Spalt des Fördergewindes (13) eine bestimmte Flüssigkeitshöhe ein. Als geringfügige Leckage in den Sammel­raum (12) kommt nur noch Gas in Frage, das durch Sieden an der Oberfläche der Flüssigkeit im Spalt entsteht. Der Abführung überschüssigen Gases dient eine Leitung (14), die entweder als Permanententgasung ausgelegt ist oder die zum Zulaufstutzen (2), zum Oberteil des Topfes (1) oder zu einem Lagertank führen kann.
  • An den Sammelraum (12) schießt sich ein Entspannungsraum (15) an, der einer - hier nur schematisch dargestellten - Gleitring­dichtung (16) vorgeschaltet ist. Über einen Auslaß (17) wird die im Entspannungsraum (15) anfallende Leckage an Sperrflüssigkeit abgeführt.

Claims (7)

1. Mehrstufige Kreiselpumpe zur Förderung von Flüssiggas, welche in einem zulaufendes Flüssiggas aufnehmenden Behälter so angeordnet ist, daß zumindest die erste Pumpenstufe ständig unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt, und welche mit einer hinter der letzten Pumpenstufe gelegenen, mit einer Sperrflüssigkeit beaufschlagten Gleitringdichtung versehen ist, wobei der Fleitringdichtung Drosselstrecken und Räume vorgeschaltet sind, in denen das Fördermedium in gasförmigen Zustand umgewandelt wird, gekennzeichnet durch einen der letzten Pumpenstufe nachgeschalteten und über eine Drossel­strecke (9) mit dieser verbundenen Entlastungsraum (10), einen daran anschließenden Sammelraum (12), der über eine den Durchtritt von flüssigem Fördermedium verhindernde Drossel­strecke (13) mit dem Entlastungsraum (10) und über Bohrungen und/oder eine Rohrleitung (14) mit einem unter dem Siededruck des Fördermediums stehenden Raum verbunden ist, sowie einen der Gleitringdichtung (16) vorgeschalteten Entspannungsraum (15), der mit einem zeitweise oder ständig geöffneten Abfluß (17) für die Sperrflüssigkeitsleckage versehen ist.
2. Mehrstufige Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der letzten Pumpenstufe und dem Entlastungsraum (10) gelegene Drosselstrecke durch einen Spalt (9) gebildet wird, der zwischen einem der Axial­schubentlastung dienenden Entlastungskolben (8) und dem ihn umgebenden Gehäuse vorhanden ist, wobei der mit Förder­medium gefüllte Entlastungsraum (10) über Bohrungen und/oder Rohrleitungen (11) mit einem Raum verbunden ist, dessen Druck oberhalb des Sättigungsdruckes des Förder­mediums liegt.
3. Mehrstufige Kreiselpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungsraum (10) mit der zweiten Pumpenstufe (7) verbunden ist.
4. Mehrstufige Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Entlastungsraum (10) und dem Sammelraum (12) ein in Richtung des Entlastungsraumes (10) förderndes Fördergewinde (13) angeordnet ist.
5. Mehrstufige Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Entlastungsraum (10) und dem Sammelraum (12) ein in Richtung des Entlastungsraumes (10) förderndes Zentripetal-Laufrad angeordnet ist.
6. Mehrstufige Kreiselpumpe nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Sammelraumes (12) mit mehreren innen und/oder außen angeordneten, der Wärmeübertragung dienenden Rippen versehen ist.
7. Mehrstufige Kreiselpumpe nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch in und/oder am Sammelraum (12) angeordnete Heizelemente.
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