EP3084213A1

EP3084213A1 - HEIßSCHLAMMPUMPE

Info

Publication number: EP3084213A1
Application number: EP14806242.5A
Authority: EP
Inventors: Norbert Jäger; Andreas KARWOWSKI
Original assignee: Mhwirth GmbH
Current assignee: Mhwirth GmbH
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2016-10-26
Also published as: DE102013114320A1; CN105829713B; WO2015090928A1; CN105829713A; AU2014365435B2; US20160327032A1; AU2014365435A1

Abstract

Heißschlammpumpe mit mindestens einem Arbeitsraum (1, 1´, 1´´, 1´´´) und mindestens einem hierzu unbeweglichen Verdrängerraum (2, 2´, 2´´, 2´´´) und einer den Arbeitsraum (1, 1´, 1´´, 1´´´) mit dem Verdrängerraum (2, 2´, 2´´, 2´´´) wirkverbindenden Pendelleitung (3, 3´, 3´´, 3´´´) in der jeweils ein Separator (4) angeordnet ist, wobei die Pendelleitung (3, 3´, 3´´, 3´´´) keine Kühlstrecke umfasst oder die Länge (l) der Kühlleitung (3, 3´, 3´´, 3´´´) kleiner als drei Meter ist.

Description

Heißschlammpumpe

Die Erfindung betrifft eine Heißschlammpumpe. Mit Schlannnn wird im Rahmen dieser Druckschrift insbesondere jeder Dickstoff bezeichnet, also jedes Gemisch aus flüssigen und festen Bestandteilen. Es kann sich beispielsweise um Schlamm bei Erdarbeiten oder ähnlichem handeln. Derartige Schlammpumpen sind für den Dauereinsatz konzipiert und müssen zuverlässig über lange Zeiträume bis hin zu Jahren möglichst störungsfrei arbeiten, da ein Austausch einer defekten Schlammpumpe regelmäßig mit einem erheblichen Arbeits- und Zeitaufwand verbunden ist. Heißschlammpumpen sind bereits bekannt. Beispielsweise zeigt die DE 19 782 185 C2 eine Heißschlammpumpe. Nachteilig bei bekannten Heißschlammpumpen ist, dass sie aufwändig herzustellen sind, viel Platz beanspruchen, keine hohe Standzeit aufweisen oder wartungsintensiv sind. Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Heißschlammpumpe zu schaffen, die zumindest hinsichtlich eines der genannten Nachteile verbessert ist.

Die erfindungsgemäße Heißschlammpumpe weist mindestens einen Arbeitsraum auf. Mit dem Begriff„Arbeitsraum" ist im Rahmen dieser Druckschrift insbesondere der Raum bezeichnet, in den der Schlamm eingesaugt wird und aus dem der Schlamm hinausgedrückt wird. Jeder Arbeitsraum umfasst bevorzugt mindestens ein Ventilpaar, bevorzugt ein Einlassventil und ein Auslassventil. Die Heißschlammpumpe umfasst zudem mindestens einen Verdrängerraum. Der Verdrängerraum ist zu dem Arbeitsraum unbeweglich. Mit Vorteil sind sowohl der Verdrängerraum, als auch der Arbeitsraum fest installiert, also nicht etwa auf einem Wagen, Schlitten oder ähnlichem angeordnet. Der Verdrängerraum umfasst ein Verdrängerelement. Bei dem Verdrängerelement kann es sich um einen Kolben handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Verdrängerelement jedoch um eine mithilfe eines Kolbens betätigte Membran. Die Heißschlammpumpe um- fasst bevorzugt also eine Kolbenmembranpumpe. Bevorzugt handelt es sich um eine Flachmembran. Die Heißschlammpumpe weist eine - bevorzugt den Arbeitsraum mit dem Verdrängerraum wirkverbindende - Pendelleitung auf. In dieser Pendelleitung pendelt bevorzugt Pendelflüssigkeit hin und her und der Druck wechselt pulsierend zwischen dem Saug- und Druckniveau. Die Pendelflüssigkeit kann zumindest auch Schlamm umfassen. In der Pendelleitung ist ein Separator angeordnet. Der Separator trennt den heißen, zu pumpenden Schlamm von kühlerer Pendelflüssigkeit. Hierdurch wird die Temperaturbelastung der Membran reduziert. Bei dem Separator kann es sich um einen Trennkolben handeln. Die mindestens eine Pendelleitung umfasst keine Kühlstrecke oder es ist eine Kühlstrecke vorgesehen, deren Länge kleiner als drei Meter ist. In der Alternative mit Kühlstrecke ist vorzugsweise die Länge der Kühlstrecke kleiner als zwei Meter oder kleiner als ein Meter. Die Pendelleitung dehnt sich, etwa bei Inbetriebnahme der Pumpe und der hiermit verbundenen Aufheizung der Pendelleitung durch die Pendelflüssigkeit, aus. Diese Ausdehnung führt bei bekannten Heißschlammpumpen zu Schwierigkeiten. Beispielsweise muss ein diese thermische Längenänderung ausgleichender Kom- pensator vorgesehen sein, oder sonstige Maßnahmen müssen ergriffen sein, um keine unzulässig hohen Flanschspannungen aufkommen zu lassen. Es hat sich gezeigt, dass lediglich vertretbare Flanschspannungen auftreten, wenn die Pendelleitung keine Kühlstrecke umfasst oder die Länge der Kühlstrecke kleiner als drei Meter, bevorzugt kleiner als zwei Meter, weiter bevorzugt kleiner als einen Meter ist. Denn die Längenänderung fällt dann nur gering aus.

Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass auf eine Kühlstrecke oder auf eine längere Kühlstrecke verzichtet werden kann, insbesondere da bereits ein erhebliches Temperaturgefälle durch den Separator erzielbar ist.

Als Kühlstrecke wird im Rahmen dieser Druckschrift insbesondere eine Strecke bezeichnet, die ausschließlich oder in erster Linie der Kühlung dient, im Sinne ei- nes die Pendelflüssigkeit abkühlenden Wärmetransports.

Die Kühlstrecke ist bevorzugt eine Strecke, in der kein Separator angeordnet ist.

Die Kühlstrecke erstreckt sich bevorzugt von dem Bereich der Pendelleitung, in dem der Separator angeordnet ist, bis zu dem Membrangehäuse. Grundsätzlich ist denkbar, dass die Pendelleitung einstückig ausgebildet ist. Bevorzugt ist jedoch der Bereich der Pendelleitung, in dem der Separator angeordnet ist, nicht einstückig mit der übrigen Pendelleitung ausgebildet, sondern durch einen an seiner dem Arbeitsraum abgewandten Seite angeordneten Separatorleitungsflansch mit der übrigen Pendelleitung verbunden. Die Kühlstrecke erstreckt sich dann bevorzugt von dem Separatorleitungsflansch bis zu dem Membrangehäuse. Es ist denkbar, dass zwischen Kühlstrecke und Membrangehäuse ein Rohrkrümmer angeordnet ist. Die Kühlstrecke erstreckt sich dann bevorzugt von dem Bereich der Pendelleitung, in dem der Separator angeordnet ist oder von dem Separatorlei- tungsflansch bis zu dem der Kühlstrecke zugewandten Ende des Rohrkrümmers.

Bevorzugt weist die Pendelleitung der Schlammpumpe keinen Wärmetauscher auf. Bevorzugt ist die Länge der gesamten Pendelleitung kleiner als fünf Meter. Weiter bevorzugt ist die Länge der gesamten Pendelleitung kleiner als vier Meter und vorzugsweise kleiner als drei Meter oder kleiner als zwei Meter. Die Pendelleitung erstreckt sich bevorzugt von dem Arbeitsraum bis zu dem Membrangehäuse. Besonders bevorzugt erstreckt sich die Pendelleitung von dem Anschluss des Saugventilgehäuses des Arbeitsraums bis zu dem Membrangehäuse.

Wenn, wie bevorzugt, keine Kompensationsvorrichtung zum Ausgleich der thermischen Längenänderung der Pendelleitung vorgesehen ist, dann ist eine Voraussetzung für eine besonders zuverlässige Heißschlammpumpe geschaffen. Die Pendelleitung ist also bevorzugt starr verrohrt, es sind also keine beweglichen Elemente wie z.B. Metallbälge oder teleskopische Verbindungen vorgesehen. Die thermische Ausdehnung wird bevorzugt auch nicht durch die Rohrleitung, etwa durch einen Dehnungsbogen, kompensiert.

Bei dem zu pumpenden Medium kann es sich um Nickelschlamm handeln, der beispielsweise eine Temperatur von etwa 210 °C aufweisen kann.

Das Material der vorzugsweise in dem Verdrängerraum angeordneten Membran umfasst bevorzugt ein Hochtemperaturmaterial. Das Material der Membran umfasst bevorzugt Fluorelastomer. Die Membran ist in einer Ausführungsform aus Fluorelastomer gebildet.

Mit Vorteil ist der Bereich der Pendelleitung, der den Separator aufweist, auf kürzestem Wege mit dem Verdrängerraum verbunden. Hierdurch wird eine beson- ders kurze Pendelleitung, mit besonders geringen durch thermische Ausdehnung bedingte Flanschspannungen und eine sehr kompakte Pumpe erzielt.

Mit dem Begriff„Heißschlammpumpe" werden im Rahmen dieser Druckschrift insbesondere Pumpen bezeichnet, die sich zum Pumpen von Schlamm mit einer Temperatur von bis zu 300° C oder 250° C oder 210° oder 170° oder 160° C oder 140° C eignen. Bevorzugt eignet sich die Heißschlammpumpe zum Pumpen von Heißschlamm mit einer Temperatur von 160 °C bis 210 °C.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, bei dem heißer Schlamm mit einer Pum- pe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gepumpt wird. Bei diesem Verfahren wird die Pendelflüssigkeit nicht aktiv gekühlt. Mit der Formulierung„nicht aktiv gekühlt" ist im Rahmen dieser Druckschrift insbesondere gemeint, dass keine Maßnahmen ergriffen werden, die ausschließlich oder in erster Linie der Kühlung der Pendelflüssigkeit im Sinne eines die Pendelflüssigkeit abkühlenden Wärmetransports dienen.

Bevorzugt wird eine für die Membran tolerierbare Pendelflüssigkeitstemperatur in dem Verdrängerraum - bevorzugt ausschließlich - durch das Trennen des zu pumpenden Heißschlamms von kühlerer Pendelflüssigkeit mit Hilfe eines Separa- tors erzielt.

Vorzugsweise wird Schlamm in einem Temperaturbereich von 130° C bis 300° C oder 130° C bis 250° C oder 1 30° C bis 21 0° C oder 130° C bis 170° C oder 130° C bis 160° C oder 130° C bis 140° C oder 160° C bis 210° C gepumpt.

Mit Vorteil wird die thermische Längenänderung der Pendelleitung nicht kompensiert.

Die Erfindung soll nun anhand eines in den Zeichnungen gezeigten Ausführungs- beispiels näher erläutert werden. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine schematische Prinzip-Querschnittsdarstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Pumpe mit langer Kühlstrecke; Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Heißschlammpumpe; Fig. 3 ein Ausschnitt eines Längsschnitts durch den in Fig. 2 gezeigten Teil der Heißschlammpumpe in verglichen mit Fig. 2 größerem Maßstab;

Fig. 4 eine Seitendarstellung eines Teils einer erfindungsgemäßen Heiß- Schlammpumpe;

. 5 eine Ansicht von oben auf den in Fig. 4 gezeigten Teil der Heißschlammpumpe; Fig. 6 eine teilgeschnittene Seitendarstellung eines Teils der Heißschlammpumpe in verglichen mit Fig. 4 größerem Maßstab.

In Fig. 1 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Heißschlammpumpe prinzipiell dargestellt. Diese bekannte Pumpe weist eine Antriebseinheit A und eine Pumpeinheit B auf. Die Pendelleitung 3 der aus dem Stand der Technik bekannten Pumpe weist eine Kühlstrecke K mit einem Wärmetauscher T auf, der den kühlenden Effekt der Pendelleitung verstärken soll. Die Länge I der Kühlstrecke K ist größer als drei Meter. Um die durch die thermische Längenänderung der Pendelleitung 3 beispielsweise bei Inbetriebnahme der Pumpe zwischen dem Arbeitsraumflansch und dem Ver- drängerraumflansch bewirkten Kräfte auf ein unschädliches Maß zu reduzieren, ist zwischen der Pendelleitung 3 und dem Verdrängerraum 2 ein durch einen Rohrkrümmer symbolisierter, im Einzelnen nicht dargestellter Dehnungsausgleicher D angeordnet.

Die Kühlstrecke K erstreckt sich von dem Bereich 6 der Pendelleitung 3, in dem der Separator angeordnet ist, bis zu dem die Kühlstrecke K mit dem Membrangehäuse 14 verbindenden Rohrkrümmer, der hier als Dehnungsausgleicher D aus- geführt ist. Genauer gesagt erstreckt sich die Kühlstrecke K von dem Separatorleitungsflansch 21 bis zu dem Rohrkrümmer, genauer gesagt bis zu dem der Kühlstrecke zugewandten Ende 24 des Rohrkrümmers. Fig. 2 und 3 zeigen die Antriebseinheit A sowie einen Teil der Pumpeinheit B einer erfindungsgemäßen Heißschlammpumpe. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine doppeltwirkende Duplexpumpe. Die Antriebseinheit A umfasst eine Antriebswelle 13, die durch einen nicht gezeigten Motor, beispielsweise einen Elektromotor, in Drehung versetzt wird. Auf der Antriebswelle 13 ist mindestens ein lediglich angedeutetes Zahnrad angeordnet, welches mit mindestens einem wesentlich größeren, lediglich angedeuteten Zahnrad der Kurbelwelle 7 kämmt. Die Kurbelwelle kann auch direkt angetrieben sein. Auf der Kurbelwelle sind nebeneinander zwei Pleuel 8 angeordnet. Die Pleuel übertragen ihre Bewegung je- weils mittels eines Kreuzkopfes 9 auf eine Kreuzkopfstange 12 die in eine Kolbenstange 1 1 übergeht. An jeder Kolbenstange 1 1 ist ein Kolben 10 angeordnet, der in einem Zylinder eine geradlinige oszillierende Bewegung ausführt. In jedem der beiden Zylinder 5, 5^' ist ein Übertragungsmedium 10a, beispielsweise Hydrauliköl, angeordnet. An jeden Zylinder 5, 5^' grenzen zwei Übertragungsmediumsräume an (in Fig. 2 und 3 nicht gezeigt), die jeweils eine Verbindung zwischen dem Zylinder 5, 5^' und einem Membrangehäuse 14, 14^', 14^", 14^{" '} herstellen. Das Übertragungsmedium überträgt die Bewegung des Kolbens auf die Verdrängerelemente, welche jeweils als Flachmembran 19 ausgebildet sind. Da die Pumpe doppeltwirkend ist, steht jeder Zylinder 5, 5^' mit zwei Verdrängerräumen 2, 2^', 2^", 2^{" '} in Wirkverbindung, die jeweils eine Membran 19 umfassen und als Membrangehäuse 14, 14^', 14^", 14^{" '} ausgeführt sind. Bei einer Bewegung des Kolbens 10 in Fig . 2 nach rechts, strömt das Übertragungsmedium in ein Membrangehäuse 14^', 14^{" '} und verlagert die dort angeordnete Membran 19. Bei einer Bewegung des Kolbens in Fig. 2 nach links, strömt Übertragungsmedium in ein anderes Membrangehäuse 14, 14^" und bewirkt dort die Verlagerung einer anderen Membran 19.

Die Membrangehäuse 14, 14^', 14^", 14^{" '} der erfindungsgemäßen Heißschlammpumpe können für sich genommen wie in der in Fig. 1 im Querschnitt gezeigten bekannten Pumpe ausgeführt sein.

Fig. 4 zeigt insbesondere die Pumpeinheit B der Heißschlammpumpe in einer Seitenansicht. Fig. 5 zeigt in der Draufsicht insbesondere dieser Pumpeinheit B die bereits in Fig. 2 gezeigten vier Membrangehäuse 14, 14^', 14^", 14^{" '}, sowie die bereits in Fig. 2 gezeigten zwei Zylinder 5, 5^'. An jedes Membrangehäuse 14, 14^', 14^", 14^{" '} ist genau eine Pendelleitung 3, 3^', 3^", 3^{" '} angeschlossen, die jedes Membrange- häuse mit genau einem Arbeitsraum 1 , 1 ^', 1 ^", 1 ^{" '} verbindet. In jeden Arbeitsraum strömt durch eine Eingangsleitung 15 und ein im Einzelnen nicht dargestelltes Ein- lassrückschlagsventil 17, 17^', 17^", 17^{" '} Heißschlamm und wird anschließend durch ein im Einzelnen ebenfalls nicht dargestelltes Auslassruckschlagsventil 18, 18^', 18^", 18^{" '} in eine Ausgangsleitung 16 herausgedrückt.

Die Antriebseinheit A und die Pumpeinheit B des gezeigten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Heißschlammpumpe sind unbeweglich, also insbesondere fest auf dem Untergrund montiert, ausgeführt. Der Arbeitsraum 1 , 1 ^', 1 ^", 1 ^{" '} und der Verdrängerraum 2, 2^', 2^", 2^{" '} sind daher zueinander unbeweglich.

Wie am besten eine Zusammenschau der Figuren 5 und 6 zeigt, weist keine der Pendelleitungen 3, 3^', 3^", 3^{" '} des gezeigten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Heißschlammpumpe eine Kühlstrecke K auf. Die Pendelleitungen 3, 3^', 3^", 3^{" '} erstrecken sich jeweils von dem Arbeitsraum 1 , 1 ^', 1 ^", 1 ^{" '} bis zu dem Membrangehäuse 14, 14^', 14^", 14^{" '}. Genauer gesagt erstreckt sich jede Pendelleitung 3, 3^', 3^", 3^{" '} von dem Anschluss 23 des Gehäuses des Einlassrückschlagsventils 17, 17^', 1 7^", 17^{" '} bis zu dem Membrangehäuse 14, 14^', 14^", 14^{" '}.

Wie am besten Fig. 6 zeigt, weisen die vier Pendelleitungen 3, 3^', 3^", 3^{" '} aufgrund der Geometrie der Pumpe zwei unterschiedliche Längen 11 , 12 auf. Sowohl die Länge 11 als auch die Länge 12 der Pendelleitungen ist kleiner als fünf Meter. Das gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Heißschlammpumpe weist keinen Wärmetauscher T auf. Fig. 6 zeigt auch, dass keine Kompensationsvorrichtung D oder Kompensations- maßnahme zum Ausgleich der thermischen Längenänderung der Pendelleitung 3, 3^', 3^", 3^{" '} vorgesehen ist. Die Pendelleitung 3, 3^', 3^", 3^{" '} dient dazu, die Membran 19 mit einer deutlich geringeren Temperatur zu belasten, als sie der zu pumpende Heißschlamm aufweist. Dies wird mit Hilfe eines Separators 4 erreicht. Die Pendelleitung 3, 3^', 3^", 3^{" '} weist an ihrem dem Arbeitsraum 1 , 1 ^', 1 ^", 1 ^{" '} zugewandten Ende einen Bereich 6, 6^', 6^", 6^{" '} auf, der jeweils einen Separator 4 umfasst. Dieser ist als Trennkol- ben ausgeführt.

Der Bereich 6, 6^', 6^", 6^{" '} der Pendelleitung, der den Separator 4 aufweist, ist auf kürzestem Wege mit dem Verdrängerraum 2, 2^', 2^", 2^{" '} verbunden. Die Pendelflüssigkeit 20 wird nicht aktiv gekühlt. Es ist also keine Vorrichtung vorgesehen, die ausschließlich oder in erster Linie der Kühlung der Pendelflüssigkeit 20 im Sinne eines die Pendelflüssigkeit 20 abkühlenden Wärmetransports bewirkt.

Bezugszeichenliste:

1 , Γ, 1 ^", Γ^" Arbeitsraum

1 a Heißschlamm

, 2^', 2^", 2^{" '} Verdrängerraum

, 3^', 3^", 3^{" '} Pendelleitung

Separator

, 5^', Zylinder

, 6^', 6^", 6^{" '} Bereich der Pendelleitung, in dem der Separator angeordnet ist

Kurbelwelle

Pleuel

Kreuzkopf

10 Kolben

10a Übertragungsmedium

1 1 Kolbenstange

12 Kreuzkopfstange

13 Antriebswelle

14, 14^', 14^", 14^{" '} Membrangehäuse

15 Eingangsleitung

16 Ausgangsleitung

17, 17^', 17^", 17^{" '} Einlassrückschlagsventil

18, 18^', 18^", 18^{" '} Auslassrückschlagsventil

19 Membran

20 Pendelflüssigkeit

21 Separatorleitungsflansch

22 Anschlussflansch des Rohrkrümmers

23 Anschluss des Gehäuses des Einlassrückschlagsventils

24 Ende des Rohrkrümmers

I Länge der Kühlstrecke 11 , 12 Länge der Pendelleitungen

A Antriebseinheit

B Pumpeinheit

D Dehnungsausgleicher

K Kühlstrecke

T Wärmetauscher

Claims

Patentansprüche:

1 . Heißschlammpunnpe mit mindestens einem Arbeitsraum (1 , 1 ^', 1 ^", Γ^") und mindestens einem hierzu unbeweglichen Verdrängerraum (2, 2^', 2^", 2^{" '}) und mindestens einer Pendelleitung (3, 3^', 3^", 3^{" '}), in der jeweils ein Separator (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,

dass die Pendelleitung (3, 3^', 3^", 3^{" '}) keine Kühlstrecke (K) umfasst

oder dass die Pendelleitung (3, 3^', 3^", 3^{" '}) eine Kühlstrecke (K) umfasst, deren Länge (I) kleiner als drei Meter ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (11 , 12) der Pendelleitung (3, 3^', 3^", 3^{" '}) kleiner als fünf Meter ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass keine Kompensationsvorrichtung (D) zum Ausgleich der thermischen Längenänderung der Pendelleitung (3, 3^', 3^", 3^{" '}) vorgesehen ist.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerraum eine Membran (19) umfasst und das Material der Membran

(19) ein Hochtemperaturmaterial umfasst.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Membran (19) Fluorelastomer umfasst.

6. Verfahren, bei dem heißer Schlamm mit einer Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelflüssigkeit (20) nicht aktiv gekühlt wird und eine für die Membran (19) tolerierbare Pendelflüssigkeitstemperatur in dem Verdrängerraum (2, 2^', 2^", 2^{" '}) durch das Trennen des zu pumpenden Heißschlamms von kühlerer Pendelflüssigkeit mit Hilfe eines Separators 4 erzielt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Längenänderung der Pendelleitung (3, 3^', 3^", 3^{" '}) nicht kompensiert wird.