NL1004890C2 - Pompsysteem in het bijzonder geschikt voor het verpompen van hete media. - Google Patents

Description

Titel: Pompsysteem in het bijzonder geschikt voor het verpompen van hete media.

5 De uitvinding heeft betrekking op een pompsysteem in het bijzonder geschikt voor het verpompen van hete media, zoals hete mengsels van vloei-en vaste stoffen (slurries), welk systeem althans één verdringerpomp, bij voorkeur een membraanpomp bevat en althans één pendelleidingstuk, dat aan 10 een zijde via een eerste eenrichtingsklep verbindbaar is met een toevoerleiding voor het uit de toevoerleiding aanzuigen van een hoeveelheid medium en aan dezelfde zijde via een tweede eenrichtingsklep verbindbaar is met een afvoerleiding voor het uit het pendelleidingstuk afvoeren van eenzelfde 15 hoeveelheid medium, waarbij het pendelleidingstuk met zijn andere zijde aansluit op een tweede leidingstuk, dat voorzien is van om dit leidingstuk aangebrachte warmte-uitwisselingsmiddelen, welk tweede leidingstuk met zijn andere zijde aansluit op een pompkamer van de verdringerpomp. 20 Een pompsysteem van de hiervoor aangeduide soort is geopenbaard in de gepubliceerde Nederlandse octrooiaanvrage 90 01 676 ten name van aanvraagster. Dit bekende pompsysteem wordt gebruikt om een hete slurry te verpompen vanuit een toevoerleiding naar een afvoerleiding. Hierbij wordt telkens 25 met behulp van de verdringerpomp een hoeveelheid hete massa in het pendelleidingstuk gezogen, welke hoeveelheid medium bij de daarop volgende persslag vanuit de pendelleiding in de afvoerleiding wordt geperst. Het slagvolume van de verdringerpomp en het volume van het pendelleidingstuk zijn 30 daarbij zo op elkaar afgesteld, dat de aangezogen en weggeperste hoeveelheid medium het pendelleidingstuk slechts geheel of gedeeltelijk vult. Het pendelleidingstuk is daarbij via een tweede leidingstuk met daarin een vloeistofkolom verbonden met de pompkamer. De bewegingen van het 35 pomplichaam worden daarbij door de vloeistofkolom in het tweede leidingstuk overgedragen op de vloeistofmassa in het pendelleidingstuk, waarbij het hete medium in het pendelleidingstuk door de vloeistofkolom in het tweede 1004890 2 leidingstuk gescheiden gehouden wordt van het pomplichaam. Teneinde de temperatuur ter plaatse van het pomplichaam op een acceptabel niveau te handhaven zijn om het tweede leidingstuk warmte-uitwisselingsmiddelen aangebracht, welke 5 de kolom medium in dat leidingstuk koelen. Bij deze bekende uitvoeringsvorm van een dergelijk pompsysteem verloopt het tweede leidingstuk in vertikale richting. Dit heeft als voordeel, dat hierdoor een beperkt bouwvolume verkregen wordt. Een nadeel echter van dit vertikaal verlopen van dit 10 tweede gekoelde leidingstuk is, dat door geleiding en vooral door convectiestroming in dat leidingstuk versterkt warmtetransport in de richting van de verdringerpomp zal optreden. Dit leidt enerzijds tot een hogere temperatuur ter plaatse van het pomplichaam, hetgeen onder omstandigheden 15 niet meer acceptabel is en het leidt ook tot grotere warmteverliezen, omdat meer warmte moet worden weggekoeld.

Bij slurry-temperaturen in de orde grootte van 150° zijn deze problemen nog wel acceptabel, maar bij hogere temperaturen van het te verpompen medium zoals dat meer en meer gaat 20 voorkomen, leidt dit tot zeer grote koelvermogens en overeenkomstig koelwaterverbruik om de temperatuur bij het pomplichaam op een acceptabel niveau te houden. Verder leidt dit ook tot hoge warmteverliezen van het te verpompen medium, wat uit energetisch oogpunt ook nadelig is.

25 Een verder nadeel van dit bekende systeem is de zeer grote bouwhoogte, welke tot voor deze systemen noodzakelijke, zeer zware betonsokkels leidt. Tevens moet bij deze systemen het medium in de toevoerleiding onder een hogere druk worden aangeboden om de statische vloeistofkolomdruk in het 30 vertikale gedeelte te overwinnen.

Een andere uitvoeringsvorm van een pompsysteem zoals hiervoor beschreven is bekend uit EP-A-0048535. Ook bij dit bekende pompsysteem is tussen het pendelleidingstuk en de pompinrichting een vertikaal leidingstuk aanwezig met daarin 35 een mediumkolom voor de overdracht van de zuigerbewegingen, waarbij in dit leidingstuk door geleiding en convectie weer warmte en massatransport in de richting van de pompinrichting zal optreden. Vooral bij hogere temperaturen 1004890 3 van het te verpompen medium zullen hierdoor ter plaatse van het pomplichaam te hoge temperaturen gaan optreden en er zal ook veel warmte moet worden weggekoeld, hetgeen uit energetisch oogpunt onvoordelig is.

5 Ook is een systeem bekend uit PCT/US79/00697, waarbij de inlaat- en uitlaatventielen en het pendelleidingstuk hoger is geplaatst dan de verdringerpomp, waardoor de convectiestroomrichting positief werkt voor het warmtetransport, maar deze systemen zijn alleen geschikt voor 10 niet bezinkende vloeistoffen en zeker niet voor slurry-suspensies, waarvoor de onderhavige uitvinding in het bijzonder bedoeld is.

De uitvinding beoogt een pompsysteem van de hiervoor aangeduide soort te verschaffen, waarbij de hiervoor genoemde 15 nadelen zijn ondervangen en waarmee media van hogere temperaturen kunnen worden verpompt zonder dat daarbij excessief hoge temperaturen ter plaatse van de verdringerpomp optreden en zonder dat overmatig veel warmte in het tweede leidingstuk moet worden weggekoeld.

20 Ter verwezenlijking van het beoogde doel vertoont het pompsysteem volgens de uitvinding het kenmerk, dat althans het tweede leidingstuk in het systeem is opgenomen in een in hoofdzaak horizontaal verlopend vlak. Door deze verrassend eenvoudige maatregel is bereikt, dat ook bij hogere 25 temperaturen van de te verpompem media het warmte- en massatransport ten gevolge van convectieve stromingen in het tweede leidingstuk tot een minimum zijn beperkt. Hierdoor is bereikt, dat ook bij hoge temperaturen van de te verpompen media de temperatuur aan de zijde van het tweede 30 leidingstuk, dat van het pendelleidingstuk is afgekeerd, een betrekkelijk lage waarde kan hebben zonder dat het tweede leidingstuk excessief gekoeld behoeft te worden. Een verder voordeel is, dat de hoeveelheid warmte, welke in het tweede leidingstuk moet worden weggekoeld beperkt zal zijn, wat uit 35 oogpunt van energiebeheer aantrekkelijk is.

Een gunstige uitvoeringsvorm van het pompsysteem volgens de uitvinding vertoont het kenmerk, dat het tweede leidingstuk in het horizontale vlak onder een hoek met het 1004890 4 pendelleidingstuk verloopt, waarbij de beide leidingstukken via een gebogen leidingstuk met elkaar zijn verbonden. Op deze wijze is bereikt, dat uitzetting van de leidingstukken veroorzaakt door het feit, dat de temperatuur bij montage 5 veel lager is dan in bedrijf, opgevangen kunnen worden, doordat de beide leidingstukken enigszins kunnen uitbuigen, waardoor deze uitzettingen gemakkelijk in de inrichting kunnen worden opgevangen. Eventueel kunnen uitzettingsverschillen bij een andere uitvoeringsvorm van het 10 pompsysteem volgens de uitvinding nog verder worden opgevangen door het tweede leidingstuk met zijn van het pendelleidingstuk afgekeerde zijde via een bochtstuk en een verder leidingstuk aan te sluiten op de verdringerpomp. Hierdoor is de flexibiliteit van het leidingstelsel nog wat 15 verder vergroot.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van het pompsysteem volgens de uitvinding vertoont het kenmerk, dat het tweede leidingstuk en het eveneens horizontaal verlopende pendelleidingstuk coaxiaal in eikaars verlengde liggen, 20 waarbij de verdringerpomp zodanig beweegbaar in het systeem is opgenomen, dat deze onder invloed van door temperatuur veranderingen veroorzaakte lengteveranderingen van de beide leidingstukken zich kan verplaatsen. Bij deze uitvoeringsvorm kan het deel van het systeem waarin zich de eenrichting-25 kleppen bevinden, die aansluitbaar zijn op de toe- en afvoerleiding, vast worden opgesteld, waarbij dan bij uitzetten van de beide genoemde leidingstukken deze een zodanige kracht uitoefenen op de verdringerpomp, dat deze daardoor zich verplaatst.

30 In plaats van de krachten, welke optreden bij uitzetten van de beide leidingstukken via deze leidingstukken over te dragen op de verdringerpomp, is het volgens een verdere uitvoeringsvorm ook mogelijk om aandrijfmiddelen te gebruiken, welke de pompinrichting onder invloed van 35 temperatuur- en/of expansiesignalen verplaatsen.

Bij een verdere uitvoeringsvorm van het pompsysteem zijn het pendelleidingstuk en het tweede leidingstuk coaxiaal in eikaars verlengde liggend op elkaar aangesloten en vertoont 1004890 5 hun gemeenschappelijke hartlijn een gebogen verloop. Bij deze uitvoeringsvorm zullen eventuele uitzettingsverschillen ten gevolge van temperatuurwisselingen zich uiten in een meer of minder gebogen verloop van de beide leidingen.

5 Teneinde een compacte bouw van het pompsysteem volgens de uitvinding te verkrijgen vertoont dit volgens een verdere uitvoeringsvorm het kenmerk, dat de verdringerpomp zodanig in het systeem is opgenomen, dat de hartlijn van de pomp in hoofdzaak parallel loopt aan de hartlijn van het tweede 10 leidingstuk. Aan de hand van de tekening waarin enkele uitvoeringsvoorbeelden van een pompsysteem volgens de uitvinding zijn weergegeven zal de uitvinding nader worden toegelicht.

Figuur 1 toont schematisch en niet op schaal een 15 pompsysteem voor het verpompen van hete media.

Figuur 2a en 2b tonen respektievelijk in zij- en bovenaanzicht een pompsysteem, waarbij het pendelleidingstuk en het tweede leidingstuk horizontaal in eikaars verlengde verlopen.

20 Figuur 3a en 3b alsmede figuur 4a en 4b tonen schematisch respektievelijk in zij- en bovenaanzicht twee uitvoeringsvormen van het pompsysteem volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont een pompsysteem, dat een toevoerleiding 2 en een afvoerleiding 3 omvat. Het pompsysteem omvat voorts 25 een gedeeltelijk getoonde verdringerpomp 4 voor het aanzuigen van een medium 5, zoals een slurry, uit de toevoer leiding 2 via een eerste eenrichtingsklep 6 in een in het algemeen horizontaal geplaatste pendelleiding 7. Het aanzuigen van het medium 5 geschiedt in een zuigfase, welke wordt gevolgd door 3 0 een persfase, waarin het medium 5, dat zich in de pendelleiding 7 heeft verzameld, via een tweede eenrichtingsklep 8 in de hierop aangesloten afvoerleiding 3 wordt geperst. De beide eenrichtingskleppen 6 en 8 zijn in de weergegeven uitvoeringsvorm als kogelkleppen uitgevoerd.

35 Echter is het ook goed mogelijk andere typen van eenrichtingskleppen, zoals kegel-, ring- of vlakkenkleppen, toe te passen. Hierbij is gedurende de zuigfase de klep 6 open en de klep 8 gesloten en gedurende de persfase is de 1004890 6 klep 6 gesloten en is de klep 8 geopend.

Ter plaatse A is in de penddelleiding 7 het omkeerpunt of grenslaag aangegeven, welke het punt aangeeft tot waar het aangezogen medium 5 in de pendelleiding 7 treedt alvorens 5 hieruit weer te worden verwijderd.

De pendelleiding 7 sluit met zijn van de kleppen gekeerde zijde aan op een horizontaal verlopend leidingstuk 10, dat omgeven is door een warmtewisselaar 11, waar doorheen een koelmedium wordt geleid vanaf de inlaat 12 naar de 10 uitlaat 12'.

Het tweede leidingstuk 10 sluit met zijn van het pendelleidingstuk afgekeerde zijde via een gebogen leiding 13 aan op de pompkamer 14 van een membraanpomp 4. De membraanpomp 4 bezit een membraan 15 dat is aangebracht in 15 een pomphuis 16, waarop de leiding 13 is aangesloten. De membraanpomp is voorzien van een zuigerstang 17, welke door middel van niet getekende aandrijfmiddelen wordt heen en weer bewogen. Aan de zuigerstang 17 is een verdringerlichaam 18 bevestigd, dat beweegbaar is in een cylinder 19. De 20 zuigerstang 17 kan indien gewenst direct het membraan 15 in een heen- en weergaande beweging brengen, doch dit kan ook plaats vinden door middel van een in de figuur getoond tussenmedium, dat door het verdringer lichaam 18 heen en weer wordt bewogen en deze beweging doorgeeft aan het membraan 15. 25 De heen- en weergaande beweging van het membraan 15 veroorzaakt de respektievelijke zuig- en persfase, waardoor het medium 5 van de toevoerleiding 2 naar de afvoerleiding 3 wordt getransporteerd. Het warme medium 5, dat in het pendelleidingstuk 7 op en neer pendelt is hierbij door de 30 kolom medium, welke zich in het tweede leidingstuk 10 bevindt gescheiden van het membraan 15. Door het horizontale verloop van zowel het pendelleidingstuk 7 als het tweede leidingstuk 10 zal warmte van het medium 5 slechts in zeer geringe mate, namelijk door geleiding en geringe opmenging 35 door turbulentie zich kunnen verplaatsen in de richting van het membraan 15. Deze geringe hoeveelheid warmte wordt daarbij in het leidingstuk 10 nog wegggekoeld door warmte-uitwisselingsmiddelen 11, zodat het membraan 15 niet aan hoge 1004890 7 temperaturen is blootgesteld. Warmtetransport vanuit het zich in het pendelleidingstuk 7 bevindende warme medium 5 door middel van convectiestroming zal ten gevolge van het horizontale verloop van de beide leidingstukken niet of 5 nauwelijks optreden. Op deze wijze is een pompsysteem verkregen, dat ook media van zeer hoge temperaturen kan verpompen, zonder dat daarbij het membraan 15 aan excessief hoge temperaturen is blootgesteld. Omdat bij montage de temperatuur van de beide leidingstukken 7 en 10 veel lager 10 zal zijn dan de temperaturen welke in bedrijf van het pompsysteem optreden, zullen deze beide leidingstukken uitzetting vertonen. Omdat het in het algemeen wenselijk is uit praktische overwegingen om het gedeelte, waarin de kleppen 6 en 8 zijn ondergebracht vast op te stellen, omdat 15 dat gedeelte aansluit op de toe- en afvoerleidingen 2 en 3, welke deel uitmaken van een grotere vaste installatie, zal het nodig zijn de uitzetting van de leidinggedeelten 7 en 10 aan de andere zijde te compenseren. Teneinde deze uitzettingen te kunnen opvangen is bij het pompsysteem 20 volgens figuur 1 het verdringerpompblok 20 via een geleiding waarover het verdringerpompblok 20 kan bewegen opgesteld op het fundament 21. Deze geleiding kan bijvoorbeeld een wrijvingsgeleiding zijn, maar ook is het mogelijk om het blok 20 op een rollengeleiding 22 te plaatsen, waarover het blok 25 wanneer de leidingstukken 7 en 10 uitzetten, enigszins kan bewegen. De krachten, nodig voor het bewegen van het blok 20 worden hierbij door de leidingstukken 7 en 10 zelf op het pompblok overgebracht. Zoals hierna nog zal worden uiteengezet is het ook mogelijk om in het systeem van de 30 leidingen 7 en 10 een bepaalde flexibiliteit in te bouwen.

In het uitvoeringsvoorbeeld van figuur 1 is de verdringerpomp uitgevoerd als membraanpomp, welke zowel enkelwerkend als ook wel van het dubbelwerkende type kan zijn, in welk geval zich ook rechts van het verdringerlichaam 35 18 een tussenmedium bevindt, dat in staat is om een niet weergegeven membraan in beweging te brengen en een verder pompsysteem te bedrijven. In plaats van een membraanpomp kunnen ook wel gewone verdringerpompen worden toegepast en 1004890 8 kunnen ook meerdere van deze verdringerpompen in het pompsysteem zijn opgenomen.

In het algemeen zal het slagvolume van de verdringerpomp kleiner zijn dan het inwendige volume van het 5 pendelleidingstuk 7, zodat de grenslaag A in het pendelleidingstuk 7 gelegen zal blijven. Hoeveel kleiner hangt daarbij af van een faktor, die gegeven de temperatuur van de slurry op basis van het Reynoldsgetal en empirisch wordt bepaald. In het algemeen ligt deze faktor in praktische 10 gevallen tussen de 1,05 en 5.

Zoals in figuur 1 is weergegeven is in het getoonde pompsysteem de verdringerpomp zodanig opgesteld, dat de hartlijnen van de stangen parallel verlopen aan het tweede leidingstuk 10. Hierdoor is een uiterst compacte bouw van het 15 pompsysteem verkregen.

In de hierna volgende te bespreken figuren zijn een aantal mogelijke opstellingen van pompsystemen volgens de uitvinding weergegeven. In al deze opstellingen zijn als gemeenschappelijke elementen aanwezig en deze zijn dan ook 20 met hetzelfde verwijzingscijfer aangeduid, een pompeenheid 20, welke in deze uitvoering is uitgevoerd met 4 verdringerpompen, welke elk voorzien zijn van een pompkamer 14. De pompeenheid is daarbij opgesteld op een fundament 21. Verder zijn in elk van deze uitvoeringen 4 klephuizen 24 25 aanwezig, waarin zich de kleppen 6 en 8 bevinden, welke respektievelijk in verbinding staan met een toevoerleiding 2 en een afvoerleiding 3.

Bij de in figuur 2 getoonde uitvoeringsvorm zijn het pendelleidingstuk 7 en het tweede leidingstuk 10 coaxiaal in 30 eikaars verlengde liggende aangebracht tussen enerzijds de klephuizen 24 en de pompeenheid 20. De klephuizen 24 zijn daarbij vast opgesteld en teneinde te kunnen compenseren voor uitzettingsverschillen van de leidingstukken 7 en 10 ten gevolge van temperatuurverschillen is de pompeenheid 20 via 35 een rollengeleiding 23 geplaatst op het fundament 21. Wanneer zich nu uitzettingsverschillen in de leidingstukken 7 en 10 voordoen, dan zullen deze leidingstukken de pompeenheid over enige afstand verplaatsen, zodat voor deze 1004890 9 uitzettingsverschillen gecompenseerd wordt.

Figuur 3 toont een andere mogelijke uitvoeringsvorm, welke in principe overeenkomt met de uitvoeringsvorm, welke schematisch is weergegeven in figuur 1 en waarbij de 5 leidingstukken 7 en 10 zich nu uitstrekken tussen de klephuizen 24 en de pompkamers 14 op een zodanige wijze, dat het leidingstuk 10 parallel verloopt aan de pompeenheid 20. Hierdoor wordt een compacte bouw van het pompsysteem verkregen. Het leidingstuk 10 is hierbij via een leidingstuk 10 25, dat onder een hoek met het leidingstuk 10 verloopt verbonden met de pompkamer 14. Hierdoor is in het leidingsysteem een zekere flexibiliteit verkregen, waardoor althans gedeeltelijk gecompenseerd kan worden voor uitzettingsverschillen, welke optreden in de leidingstukken 7 15 en 10. Hoewel het leidingstuk 25 in dit uitvoeringsvoorbeeld als een recht leidingstuk is uitgevoerd, kan dit eventueel en met behoud van dezelfde voordelen ook zijn uitgevoerd als een groot bochtstuk, dat enerzijds aansluit op de pompkamer 14 en anderzijds op het leidingstuk 10.

20 Een verdere mogelijkheid tot het compenseren van uitzettingsverschillen in de leidingstukken 7 en 10 is getoond in figuur 4, waarbij de leidingstukken 7 en 10 coaxiaal in eikaars verlengde aansluiten, maar een gebogen verloop vertonen tussen de klephuizen 24 en de pompkamers 25 14. Door dit gebogen verloop zal bij uitzettingsverschillen in de leidingstukken 7 en 10 deze een meer of minder gebogen verloop gaan vertonen, waardoor de uitzettingsverschillen in de leidingstukken worden opgenomen.

De mogelijkheden tot het compenseren van 30 uitzettingsverschillen in het leidingsysteem zijn hierdoor uiteraard niet uitgeput en vele andere configuraties zijn mogelijk. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk ook de leidingstukken 7 en 10 onder een hoek met elkaar in het horizontale vlak te laten verlopen.

35 Om uitzettingen in de leidingstukken 7 en 10 op te vangen is hiervoor ook een mogelijkheid besproken om het pompblok 20 verschuifbaar op zijn fundament aan te brengen, waarbij dan de leidingstukken 7 en 10 zelf de 1004890 10 uitzettingskrachten overbrengen op het pompblok 20 en dit daardoor enigszins verschuiven. Anderzijds is het ook mogelijk om met behulp van een temperatuur- of expansiesignaal een aandrijving aan te sturen welke het 5 pompblok 20 over een bepaalde afstand, afhankelijk van het afgegeven signaal, verplaatst.

1004890

Claims (7)

1. Pompsysteem in het bijzonder geschikt voor het verpompen van hete media, zoals hete mengsels van vloei-en 5 vaste stoffen (slurries), welk systeem althans één verdringerpomp, bij voorkeur een membraanpomp bevat en althans één pendelleidingstuk, dat aan een zijde via een eerste eenrichtingsklep verbindbaar is met een toevoerleiding voor het uit de toevoerleiding aanzuigen van een hoeveelheid 10 medium en aan dezelfde zijde via een tweede eenrichtingsklep verbindbaar is met een afvoerleiding voor het uit het pendelleidingstuk afvoeren van eenzelfde hoeveelheid medium, waarbij het pendelleidingstuk met zijn andere zijde aansluit op een tweede leidingstuk, dat voorzien is van om dit 15 leidingstuk aangebrachte warmte-uitwisselingsmiddelen, welk tweede leidingstuk met zijn andere zijde aansluit op een pompkamer van de verdringerpomp, met het kenmerk, dat althans het tweede leidingstuk in het systeem is opgenomen in een in hoofdzaak horizontaal verlopend vlak. 20

2. Pompsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het tweede leidingstuk in het horizontale vlak onder een hoek met het pendelleidingstuk verloopt en de beide leidingstukken via een gebogen leidingstuk met elkaar zijn 25 verbonden.

3. Pompsysteem volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het tweede leidingstuk met zijn van het pendelleidingstuk afgekeerde zijde via een bochtstuk en een 30 verder leidingstuk aansluit op de verdringerpomp.

4. Pompsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het tweede leidingstuk en het eveneens horizontaal verlopende pendelleidingstuk coaxiaal in eikaars verlengde 35 liggen en de verdringerpomp zodanig beweegbaar in het systeem is opgenomen, dat deze onder invloed van door temperatuurveranderingen veroorzaakte lengteveranderingen van de beide leidingstukken zich kan verplaatsen. 1004890

5. Pompsysteem volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat aandrijfmiddelen aanwezig zijn welke de pompinrichting onder invloed van temperatuur- en/of expansiesignalen kunnen verplaatsen. 5

6. Pompsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het pendelleidingstuk en het tweede leidingstuk coaxiaal in eikaars verlengde liggend op elkaar aansluiten en hun gemeenschappelijke hartlijn een gebogen verloop vertoont. 10

7. Pompsysteem volgens een of meer van de voorgaande conslusies, met het kenmerk, dat de verdringerpomp zodanig in het systeem is opgenomen, dat de hartlijn van de pomp in hoofdzaak parallel loopt aan de hartlijn van het tweede 15 leidingstuk. 1 o 0 4 8 9 ü