EP1467103B1 - Explosionsgeschützte Einrichtung - Google Patents

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EP1467103B1
EP1467103B1 EP04005678A EP04005678A EP1467103B1 EP 1467103 B1 EP1467103 B1 EP 1467103B1 EP 04005678 A EP04005678 A EP 04005678A EP 04005678 A EP04005678 A EP 04005678A EP 1467103 B1 EP1467103 B1 EP 1467103B1
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EP
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melting point
stationary
areas
housing
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EP04005678A
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EP1467103A3 (de
EP1467103A2 (de
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Norbert Kastrup
Thomas Heng
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KSB AG
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KSB AG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/426Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02Selection of particular materials
    • F04D29/026Selection of particular materials especially adapted for liquid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08Sealings
    • F04D29/16Sealings between pressure and suction sides
    • F04D29/165Sealings between pressure and suction sides especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/167Sealings between pressure and suction sides especially adapted for liquid pumps of a centrifugal flow wheel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/506Hardness

Definitions

  • the invention relates to an explosion-proof device in the form of a power and / or work machine, with a stationary and / or moving arranged first component and a relatively moving second component, wherein between the at least two components one or more zones are formed small gap widths and the device is exposed to an ignitable atmosphere, see eg DE 38 04 602 ,
  • Such rooms in which the formation of an explosive atmosphere is possible, the sources of ignition, that is, the formation of frictional and impact sparks, frictional heat and electrical Aufladung_ be avoided and possible effects of an explosion by preventive and constructive measures are taken into account.
  • Such spaces may be interiors of work or power machines. Likewise, it may be rooms in which such facilities are arranged and surrounded by an explosive atmosphere.
  • the invention is therefore based on the problem with explosion-proof devices in the form of a power and / or work machine, in which the formation of a constantly or temporarily existing explosive mixture is possible to eliminate potential ignition sources.
  • the solution to this problem provides that by starting a moving component endangered surfaces of zones with small gaps made of a material whose melting point is below the ignition temperature of the explosive atmosphere. Thus, it is deliberately allowed that at a start of a moving or rotating component at a contact point, the material melts. This may be a contact between a housing surface and a moving component, it may also be a contact between two relatively moving components.
  • the material is electrically conductive and not sparking. This ensures that a maximum temperature which arises during a contact and the resulting melting is always at least slightly above the melting point of the material. And with such a contact also by the material property sparking is reliably prevented and due to the electrical conductivity and an electrostatic Charging as a source of ignition safely excluded. And since such a material melting point in turn is substantially below the ignition point of the explosive mixture, a simple and very effective explosion protection measure is achieved by means of a per se considered disadvantageous measure of tarnishing. When melting, the local contact pressure at the point of contact decreases immediately, the conditional removal of the molten material during start-up increases a play or a gap between the components in contact with each other and thus automatically eliminates the potentially explosive risk point.
  • At least one component consists wholly or partly of the electrically conductive and non-sparking material with a below the ignition temperature melting point or at least one relatively moving component consists wholly or partly of the material with a lying below the ignition temperature melting point.
  • the electrical conductivity for example, a value of 1 gigaohm should be undercut.
  • existing starting surfaces of a slightly melting material are arranged on a stationary and / or on a relatively moving component.
  • existing starting surfaces are arranged on a housing and / or on a rotating component of a slightly melting material.
  • a stationary component as a housing in particular as a turbomachine housing, is formed or that the relatively moving component as a wheel, in particular as an impeller of a turbomachine, is formed.
  • the stationary component is designed as a housing, in particular as a motor housing, or that the relatively moving component is designed as a rotor of a drive motor.
  • plastics that melt on the one hand at a suitably low temperature, but have sufficient for the component function strength at a maximum allowable operating temperature.
  • plastics for example PE-UHMW, PEDH and comparable in question.
  • material such as graphite, the electrical conductivity is ensured.
  • an explosion-proof device in the form of a working machine 1 is shown.
  • a turbomachine in the form of a self-priming centrifugal pump was chosen.
  • a rotating member 3 is arranged in the form of an open impeller.
  • the rotational movement of the component 3 is initiated by a shaft 4 in the housing 2.
  • Between the component 3 and the housing 2 are several zones with small gaps 5-7, in which, for example, in an unnoticed wear of bearings 8, the risk of tarnishing and thus a direct contact. In these zones with small gaps 5 - 7 there is a risk of tarnishing of components.
  • housing 2 of such a work machine is completely filled with a fluid to be conveyed, for example a combustible liquid, then there is no risk of the formation of an ignitable atmosphere.
  • a fluid to be conveyed for example a combustible liquid
  • incomplete filling with liquid always involves the risk of temporary formation of flammable atmospheres.
  • operating states can therefore occur, for example during start-up, in which an explosive mixture is present within the housing 2.
  • the surfaces endangered by tarnishing are equipped with a material whose melting point is below the ignition temperature of an ignitable mixture and which is designed to be electrically conductive and non-sparking.
  • the vulnerable surfaces may consist entirely or partially of such a material.
  • the known methods are suitable. Even a sufficiently thick coating of the surfaces to be considered with respect to starting up with easily melting material can basically fulfill the desired protective function without the entire component having to consist entirely of this material.
  • two mechanical seals 9, 10 are arranged for sealing purposes, between which a liquid-filled space 11 is arranged. This prevents the formation of a potential ignition source on the mechanical seals 9, 10.

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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine explosionsgeschützte Einrichtung in Form einer Kraft- und/oder Arbeitsmaschine, mit einem stillstehend und/oder bewegt angeordneten ersten Bauteil und einem sich relativ dazu bewegenden zweiten Bauteil, wobei zwischen den mindestens zwei Bauteilen eine oder mehrere Zonen geringer Spaltweiten ausgebildet sind und die Einrichtung einer zündfähigen Atmosphäre ausgesetzt ist, siehe z.B. DE 38 04 602 .
  • Für die verschiedenen Produktions- und Förderanlagen, insbesondere im Bereich der Chemie, existieren besondere Vorschriften im Zusammenhang mit dem Explosionsschutz. In solchen Anlagen finden sowohl Arbeitsmaschinen, beispielsweise Pumpen oder Turbinen als nicht elektrischen Geräte, und Kraftmaschinen, beispielsweise ein Antriebsmotor als ein elektrisches Gerät, Verwendung. Für elektrische Geräte existieren seit langem bewährte Sicherheitsstandards. In diesen Standards ist festgeschrieben, welche baulichen Maßnahmen zu treffen sind, um ein elektrisches Gerät in den verschiedenen explosionsgefährdeten Bereichen, den sogenannten Zonen, einsetzen zu können.
  • Für die nicht elektrischen Geräte, gewöhnlich Arbeitsmaschinen, wurde unter dem Arbeitstitel ATEX eine Explosionsschutz-Richtlinie 94/9/EG verabschiedet, aus der die europäische Norm EN 1127-1 entstanden ist. Diese stellt einen Leitfaden zur Beurteilung möglicher Zündquellen bei nicht elektrischen Betriebsmitteln dar, insbesondere ist dieser Leitfaden für das Verhüten von Explosionen durch Maßnahmen beim Bau und bei der Ausführung von Geräten gedacht.
  • In diesen Explosionsschutzrichtlinien erfolgt eine Einteilung von gefährdeten Bereichen in Zonen für Gase/Dämpfe und für Stäube. Wenn beispielsweise eine Einrichtung, vielleicht ein Raum mit einem darin angeordneten rotierenden Bauteil, ständig mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, ist dadurch gewährleistet, dass sich innerhalb eines solchen Raumes keine explosionsfähige Atmosphäre ergibt. Anders verhält es sich dagegen bei einem Raum, in dem bei bestimmungsgemäßen Betrieb der Einrichtung gelegentlich oder ständig eine explosionsfähige Atmosphäre als Mischung brennbarer Stoffe auftritt. Ein solcher Raum wird damit nach der Norm in die Zone 1 oder 0 eingeteilt.
  • Bei solchen Räumen, in denen die Entstehung einer explosionsfähigen Atmosphäre möglich ist, müssen die Zündquellen, das heißt die Entstehung von Reib- und Schlagfunken, Reibungswärme und elektrische Aufladung_vermieden werden und mögliche Auswirkungen einer Explosion durch vorbeugende und konstruktive Maßnahmen berücksichtigt werden. Solche Räume können Innenräume von Arbeits- oder Kraftmaschinen sein. Ebenso können es Räume sein, in denen derartige Einrichtungen angeordnet und von einer explosionsfähigen Atmosphäre umgeben sind.
  • Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, bei explosionsgeschützten Einrichtungen in Form einer Kraft- und/oder Arbeitsmaschine, bei denen die Bildung eines ständig oder zeitweise vorhandenen explosionsfähigen Gemisches möglich ist, potentielle Zündquellen auszuschalten.
  • Die Lösung dieses Problems sieht vor, dass durch ein Anlaufen eines bewegten Bauteiles gefährdete Flächen von Zonen mit geringen Spalten aus einem Material bestehen, dessen Schmelzpunkt unterhalb der Zündtemperatur der explosionsfähigen Atmosphäre liegt. Damit wird bewusst zugelassen, dass bei einem Anlaufen eines bewegten oder auch rotierenden Bauteiles an einer Berührungsstelle das Material anschmilzt. Dies kann eine Berührung zwischen einer Gehäusefläche und einem bewegten Bauteil sein, es kann auch eine Berührung zwischen zwei relativ zueinander bewegten Bauteile sein.
  • Eine Ausgestaltung sieht hierzu vor, dass das Material elektrisch leitend und nicht funkend ausgebildet ist. Somit ist sichergestellt, dass eine während einer Berührung und des dadurch bedingten Anschmelzens maximal entstehende Temperatur immer im oder nur unwesentlich über dem Schmelzpunkt des Materials liegt. Und bei einer solchen Berührung wird auch durch die Materialeigenschaft eine Funkenbildung sicher verhindert sowie infolge der elektrischen Leitfähigkeit auch eine elektrostatische Aufladung als eine Zündquelle sicher ausgeschlossen. Und da ein solcher Materialschmelzpunkt wiederum wesentlich unter dem Zündpunkt des explosionsfähigen Gemisches liegt, wird mittels einer an sich als nachteilig angesehenen Maßnahme eines Anlaufens eine einfache und sehr wirkungsvolle Explosionsschutzmaßnahme erreicht. Beim Anschmelzen verringert sich der örtliche Anpressdruck an der Anlaufstelle sofort, der während des Anlaufens bedingte Abtrag des angeschmolzenen Materials vergrößert ein Spiel oder einen Spalt zwischen den zueinander in Kontakt stehenden Bauteilen und beseitigt damit automatisch die explosionsgefährdende Risikostelle.
  • Hierzu besteht mindestens ein Bauteil ganz oder teilweise aus dem elektrisch leitenden und nichtfunkenden Material mit einem unterhalb der Zündtemperatur liegenden Schmelzpunkt oder mindestens ein relativ bewegtes Bauteil besteht ganz oder teilweise aus dem Material mit einem unterhalb der Zündtemperatur liegenden Schmelzpunkt. Hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit sollte beispielsweise ein Wert von 1 Gigaohm unterschritten werden.
  • Es ist auch ohne weiteres möglich, aus einem leicht schmelzenden Material bestehende Anlaufflächen an einem stehenden und/oder an einem relativ bewegten Bauteil anzuordnen. Dazu sind aus einem leicht schmelzenden Material bestehende Anlaufflächen an einem Gehäuse und/oder an einem rotierenden Bauteil angeordnet.
  • Weitere Ausgestaltung der Erfindung sehen vor, dass ein stehendes Bauteil als ein Gehäuse, insbesondere als ein Strömungsmaschinengehäuse, ausgebildet ist oder dass das relativ bewegte Bauteil als ein Rad, insbesondere als ein Laufrad einer Strömungsmaschine, ausgebildet ist.
  • Ebenso ist es möglich, dass das stehende Bauteil als ein Gehäuse, insbesondere als ein Motorengehäuse, ausgebildet ist oder dass das relativ bewegte Bauteil als ein Rotor eines Antriebsmotors ausgebildet ist.
  • Als leicht schmelzende Materialien kommen Metalle oder Kunststoffe, die einerseits bei einer geeignet niedrigen Temperatur schmelzen, dabei aber eine für die Bauteilfunktion ausreichende Festigkeit bei einer maximal zulässigen Betriebstemperatur haben. Als Kunststoffe kommen beispielsweise PE-UHMW, PEDH und vergleichbare in Frage. Durch einen geeigneten Werkstoffzusatz, beispielsweise Graphit, wird die elektrische Leitfähigkeit sichergestellt.
  • Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
  • In der Zeichnung ist eine explosionsgeschützte Einrichtung in Form einer Arbeitsmaschine 1 dargestellt. Als Beispiel für die Arbeitsmaschine 1 wurde eine Strömungsmaschine in Form einer selbstansaugenden Kreiselpumpe gewählt. In deren Gehäuse 2 ist ein rotierendes Bauteil 3 in Form eines offenen Laufrades angeordnet. Die Rotationsbewegung des Bauteiles 3 wird durch eine Welle 4 in das Gehäuse 2 eingeleitet. Zwischen dem Bauteil 3 und dem Gehäuse 2 befinden sich mehrere Zonen mit geringen Spalten 5 - 7, in denen beispielsweise bei einem unbemerkten Verschleiß von Lagern 8, die Gefahr eine Anlaufens und damit eines direkten Kontaktes besteht. In diesen Zonen mit geringen Spalten 5 - 7 besteht die Gefahr des Anlaufens von Bauteilen.
  • Wenn das Gehäuse 2 einer solchen Arbeitsmaschine vollständig mit einem zu förderndem Fluid, beispielsweise einer brennbaren Flüssigkeit gefüllt ist, dann ist damit das Risiko der Bildung einer zündfähigen Atmosphäre nicht gegeben. Dagegen existiert bei nicht vollständiger Füllung mit Flüssigkeit immer das Risiko der zeitweiligen Bildung von zündfähigen Atmosphären. Bei der dargestellten Strömungsmaschine in Form der selbstansaugenden Kreiselpumpe können daher Betriebszustände auftreten, beispielsweise beim Anfahren, bei denen innerhalb des Gehäuses 2 ein explosionsfähiges Gemisch vorhanden ist.
  • Kommt es bei einem solchen Betriebszustand zu einem Anlaufen der rotierenden Teile im Bereich der Spalte 5 - 7 am feststehenden Gehäuse 2, dann kann eine dadurch bedingte Funkenbildung oder Erhitzung eine Explosion des zündfähigen Gemisches auslösen. Ein solches Anlaufen wäre durch beschädigte Lager möglich. Auch bei der Verwendung sogenannter nichtfunkender Werkstoffe sind lokal erhöhte Temperaturen nicht auszuschließen, wodurch eine Zündquelle besteht und damit eine Explosion ausgelöst werden kann.
  • Im Bereich der engen Spalte 5 - 7 sind deshalb die durch ein Anlaufen gefährdeten Flächen mit einem Material ausgestattet, dessen Schmelzpunkt unterhalb der Zündtemperatur eines zündfähigen Gemisches liegt und welches elektrisch leitend und nichtfunkend ausgebildet ist. Dabei können die gefährdeten Flächen ganz oder teilweise aus einem solchen Material bestehen. Zu dessen Anbringung sind die bekannten Verfahren geeignet. Auch eine ausreichend dicke Beschichtung der in Bezug auf ein Anlaufen zu berücksichtigenden Oberflächen mit leichtschmelzendem Material kann grundsätzlich die gewünschte Schutzfunktion erfüllen, ohne dass das ganze Bauteil vollständig aus diesem Werkstoff bestehen muss.
  • Ebenso sind Ausführungen möglich, bei denen nicht ein gesamtes rotierendes Bauteil, hier das Laufrad, oder eine gesamte gehäuseseitige Anlauffläche aus leichtschmelzendem Material gefertigt sind, sondern bei denen nur die von einem Anlaufen unmittelbar betroffenen Flächen der Spalte 5 - 7. Ebenso können auch definierte Anlaufzonen vorgesehen und aus entsprechendem Material ausgeführt sein, z.B. Ringe auf einer gehäuseseitigen Anlauffläche.
  • Im Bereich einer Wellendurchführung der Welle 4 durch das Gehäuse 2 sind für Abdichtungszwecke zwei Gleitringdichtungen 9, 10 angeordnet, zwischen denen ein mit Flüssigkeit gefüllter Raum 11 angeordnet ist. Damit wird die Entstehung einer potenziellen Zündquelle an den Gleitringdichtungen 9, 10 verhindert.
  • Weiterhin befinden sich an der Welle 4 geringe Spalte 12 einer berührenden Dichtung 13. Auch im Bereich der Spalte 12 der Dichtung 13 sind an der Welle 4 und/oder an der Dichtung 13 Materialien angeordnet, deren Schmelztemperatur unterhalb der Zündtemperatur einer explosionsfähigen Atmosphäre liegt.

Claims (9)

  1. Explosionsgeschützte Einrichtung in Form einer Kraft- und/oder Arbeitsmaschine, mit einem stillstehend und/oder bewegt angeordneten ersten Bauteil (2) und einem sich relativ dazu bewegenden zweiten Bauteil (3), wobei zwischen den mindestens zwei Bauteilen ein oder mehrere Zonen geringer Spaltweiten (5 - 7, 12) ausgebildet sind und die Einrichtung einer explosionsfähigen Atmosphäre ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Anlaufen eines bewegten Bauteiles (3, 4) gefährdete Flächen von Zonen mit geringen Spalten (5 - 7, 12) aus einem Material bestehen, dessen Schmelzpunkt unterhalb der Zündtemperatur der explosionsfähigen Atmosphäre liegt.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material elektrisch leitend und nicht funkend ausgebildet ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bauteil (2, 3 oder 13) ganz oder teilweise aus dem Material mit einem unterhalb der Zündtemperatur liegenden Schmelzpunkt besteht.
  4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein relativ bewegtes Bauteil (3, 4) ganz oder teilweise aus dem Material mit einem unterhalb der Zündtemperatur liegenden Schmelzpunkt besteht.
  5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem leicht schmelzenden Material bestehende Anlaufflächen an einem stehenden und/oder an einem relativ bewegten Bauteils (3, 4) angeordnet sind.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein stehendes Bauteil als ein Gehäuse (2), insbesondere als ein Strömungsmaschinengehäuse, ausgebildet ist.
  7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das relativ bewegte Bauteil als ein Rad (3), insbesondere als ein Laufrad einer Strömungsmaschine, ausgebildet ist.
  8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das stehende Bauteil als ein Gehäuse (2), insbesondere als ein Motorengehäuse, ausgebildet ist.
  9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das relativ bewegte Bauteil als ein Rotor eines Antriebsmotors ausgebildet ist.
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EP1467103A2 EP1467103A2 (de) 2004-10-13
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