NO137705B - Sentrifugalpumpe for transport av sterkt gassholdige v{sker - Google Patents

Description

....... Denne oppfinnelse angår en sentrifugal pumpe for transport av, sterkt gass.h.oldige væsker, særlig for emulgerte1 fermentasjonsmedier, med åpninger_i løpehjulets navplate og méd skovlar på navplatens. bakside.;.-. '■•<.••

Sentrifugalpumper er også"k'jent for koVtvarig transport av gassholdige væsker under- 'igangsetzhingen for evakuering av den sugeledning-som- ér koblet med stråle-,' sidékanalhjul- eller fortrengningspumper på- eh -sådan måte at'den gass-' hhv.' skunkjerne som danner seg ji- sentrifugalpumpens 'løpehjul, suges ut gjennom boringer, som befinner seg nær navet, og gassen hhv. skummet for' det meste føres med gjennom den volumetrisk mindre stråle-, side-kanalhjul- eller fortrengningspumpe inn i sentrifugalpumpens trykkstusser. I henhold til en annen kjent løsning for utlufting av en sentrifugalpumpes sugeledning.-. og løpehjul og; med inn- og utkobbelbare hjelpesugeinnretninger er løpehjulet 1ikeledes - forsynt med_boringer. i nærheten av.navet og i tillegg dertil -på baksiden forsynt med . sentrifugalvirknendepskovler, idet utluftings-'-kanalen som fører til hjelpe-sugeinnretningen,.begynnari nærheten av navet eller direkte i,nærheten av løpehjulsnavet,på baksiden av løpehjulet. Derved skal oppnås at de smussdeler som-sammen ' med skummet trer inn-gjennom de-i nærheten av navet anordnede' åpninger i løpehjulet-og inn i•skovlrommet på løpehjulets-baksi--de, på dette sted slynges ut tradialt som følge av sentrifugalkreftene og ikke kan komme inn i den mer. ømfintlige- h jelpe-suge'-' '■■ innretning. -. • ■'

Ennvidere er en sentrifugalpumpe kjent for tilførsel av" drivstoff til flymotorer, ved hvilke der på trykk- og' sugesidén av de hult utførte løpehjulskovler er anordnet gassbortlednihgs-åpninger, idet disse åpninger bare er anordnet ved begynnelsen'av løpehjulkanalen.

De kjente sentrifugalpumper har alle den ulempe at den hydrauliske virkningsgrad, særlig ved transport av sterkt gassholdige væsker, er betydelig mindre enn ved sentrifugalpumper for transport av rene væsker. Ved bortføringen av skum gjennom boringer i nærheten av navet vil riktignok den skumkjerne som danner seg i navets nærhet, føres bort og derved sikre en stabil transport ved hjelp av pumpen, men gassen skiller seg hele tiden ut i hele løpehjulkanalen og beveger seg mot transportretningen i løpe-hjulet til dettes nav. Derved blir sentrifugalkreftene i løpehju-let, som fører til adskillelse av det gassholdige transportmedium, forsterket kvadratisk til løpehjulets utstrekning i radial retning. Denne tilbakestrømning av gass nedsetter på den ene side gjennom-strømnings tverrsnittet for væsken i løpehjulkanalene, hvilket har en lavere transportmengde tilfølge, og fører på den annen side til ekstra turbulenstap i løpehjulet, således at den hydrauliske virkningsgrad blir nedsatt. Til dette kommer også at de stråle-, sidekanal- eller fortrengningspumper som tjener til å suge skummet ut gjennom åpningene i nærheten av navet, prinsipielt har en lav hydraulisk virkningsgrad, da de må være konstruert for transport av et to-fase-system. Som følge av dette ikke uvesentlige effekt-behov blir denne kombinerte transportpumpes totale virkningsgrad ytterligere nedsatt.

Hensikten med oppfinnelsen er å forbedre den hydrauliske virkningsgrad av sentrifugalpumper for transport av sterkt gassholdige væsker og dermed nedsette energibehovet, nærmere be-stemt å skaffe en sentrifugalpumpe som muliggjør stabil transport av gassholdige væsker med et totalinnhold av gass på over 50 %

ved lave energitap under kontinuerlig drift. Disse hensikter oppnås ved oppfinnelsen ved at åpningene i navplaten er anordnet i nærheten av løpehjulskovlenes sugeside utgående fra skovlenes begynnelse, hvilke åpningers tverrsnit fortrinnsvis avtar gradvis fra skovlenes begynnelse til i nærheten av skovlenes ender, og/ eller deres avstand tiltar gradvis fortrinnsvis fra skovlenes begynnelse til i nærheten av deres ender, at løpehjulkanalens tverrsnitt i tillegg avtar gradvis i strømningsretningen i forhold til en utførelse for ren væsketransport, at der på baksiden av navplaten på i og for seg kjent måte er anordnet sentrifugalvirkende skovler, av hvilke i det minste en del begynner i samme eller mindre radial akseavstand enn avstanden for de åpninger i

løpehjulets navplate, som ligger nærmest aksen, og alle skovler ender i en betydelig større radial avstand enn løpehjulskovlene, og at en eller flere gassbortledningskanaler begynner i en mindre radial akseavstand enn de åpninger i løpehjulets navplate som ligger nærmest aksen.

Ifølge oppfinnelsen er altså kanaltverrsnittene i løpe-hjulet, sett i strømningsretningen, ytterligere nedsatt i forhold til en konstruksjon for ren væsketransport, tilsvarende det gassholdige transportmediums vakuumforminskning ved bortføringen av skum fra løpehjulkanalene gjennom åpningene og ved tetthetsøknin-gen av den gass som ennu er tilbake i transportmediet. Ved hjelp av oppfinnelsen oppnås sikkerhet for at den gass som hele tiden skiller seg ut av det gassholdige transportmedium over hele løpe-hjulkanalen og føres mot skovlsugesiden, i alminnelighet uten til-bakestrømning kan unnvike i form av skum gjennom de åpninger som virker som strupesteder, og bevege seg mot løpehjulnavet; forsin-kelse av strømmen i løpehjulkanalen som følge av nedsettelsen av transportstrømmens volum, som begunstiger at strømmen rives bort fra veggen og derved bidrar til større strømningstap, unngås.

Ved hjelp av oppfinnelsen oppnås således at den lagdeling av det inhomogene medium i løpehjulkanalen og de turbulenstap som tvangs-messig opptrer som følge av volumnedsettelsen, reduseres til et minimum. Dessuten oppnås at åpningenes område på baksiden av løpehjulet forblir fritt for transportvæske og det skum som trer ut av løpehjulåpningene i dette område, blir delt ved hjelp av de prell- og sentrifugalkrefter som virker på skummet som transporteres hydraulisk tapsfritt av de tilbakegående skovler som bare tjener til transport av væsken, vil føres tapsfritt inn i pumpens trykkrom, og i gass som ifølge oppfinnelsen fjernes gjennom en eller flere gassbortledningskanaler som begynner i en mindre radial akseavstand enn de åpninger i navplaten, som ligger nærmest aksen. Derved blir gasstrømmen i vidtgående grad fri for transportvæske og der kan anvendes en sugeinnretning som er utført for ren gasstransport og følgelig suger ut gassen med god hydraulisk virkningsgrad.

Tilbakestrømning av transporgvæske fra pumpens trykkrom og inn i gassbortledningskanalene, hindres ved én-strøms pumper ved at den plate som ved løpehjul som bare bestrykes på den ene side, dekker navplatens bakside, ifølge oppfinnelsen begynner i en større radial, akseavstand enn i det minste en del av skovlene, hvilken dekkplate, på dette sted sammen med pumpehuset på i og for seg kjent måte danner en strupespalte, og at der mellom pumpehuset og den ikke dekkede del av skovlene bare finnes en liten spalte. Den væskestrøm som trenger gjennom strupespalten, transporteres så ved hjelp av løpehjulets tilbakerettede skovler inn i pumpens trykkrom.

Sugeinnretningen for den gass som skilles ut i pumpen, krever en ekstra maskinteknisk innretning og ekstra energibehov. Sugeinnretningen kan imidlertid innspares fullstendig ved at inn-gangstrykket til pumpen velges så stort at trykket på baksiden av navplaten er større i boringenes område enn trykket i det rom, i hvilket gassbortledningskanalen fra pumpen ender.

Ifølge den videre oppfinnelse er der for tilpasning til de gjeldende transportbetingelser anordnet et strupeorgan i gassbortledningskanalen. Derved kan gassbortledningen, sammenlignet med andre kjente sentrifugalpumper hvor gassen ledes bort fra løpehjulet, reguleres således at der ved lav gassandel i transportmediet ikke suges ut eller unnviker transportvæske sammen med gassen.

Fordelene ved løsningen ifølge oppfinnelsen består i at væsker med stort gassinnhold inntil over 50 % ved en strømnings-teknisk gunstig utforming av løpehjulkanaltverrsnittet og gass-bortføring fra løpehjulet skjer ved at det skum som trer ut fra løpehjulet, deles i væske og gass i et spesielt løpehjul på baksiden av navplaten, idet tilbakestrømning av væske til gassbortledningskanalen unngås, og man kan spare inn en sugeinnretning og har samtidig den mulighet å kunne tilpasse pumpen til de forskjel-ligste transportbetingelser med høy hydraulisk- virkningsgrad.

Med en forsøkspumpe viste det seg f.eks. mulig i forbindelse med en transportmengde på 2000 m 3/h å oppnå en hydraulisk virkningsgrad som ved et transportmedium med en gassandel på 40 % lå på 90 til 95 % av den som kunne oppnås ved homogen væske.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvis fig. 1 viser lengdesnitt av en ett-trinns sentrifugalpumpe, fig. 2 viser denne pumpes løpehjul i aksialsnitt, fig. 3 viser lengdesnitt av et dobbeltvirkende løpehjul og fig. 4 viser aksialsnitt av dette løpehjul.

Den på fig. 1 viste ett-trinns sentrifugalpumpe omfatter et sentrifugalvirkende løpehjul som består av en navplate 1, løpe-hjulskovler 3, skovler 5 på navplatens bakside og en dekkplate 7 anordnet på en drivaksel 12 i et pumpehus 8. I løpehjulets navplate 1 er der, som det best fremgår av fig. 2, i umiddelbar nærhet av løpehjulskovlenes 3 sugeside anordnet rekker av åpninger 2 som begynner ved begynnelsen av skovlene og ender i nærheten av skovlendene. Disse åpninger er anordnet i samme innbyrdes avstand, men avtar med hensyn til størrelse i retning mot skovlendene.

Løpehjulkanalenes 4 tverrsnitt avtar i strømningsret-ningen samnenlignet med konstruksjonen for ren væsketransport, i overensstemmelse med det gassholdige mediums volumreduksjon som følge av bortledningen av skum fra løpehjulkanalene 4 gjennom åpningene 2 og som følge av at den gass som blir tilbake i transportmediet, får øket tetthet.

Av de radialt anordnede skovler 5 på baksiden av navplaten 1 begynner noen i en mindre akseavstand enn de åpninger som ligger nærmest aksen. Alle skovler 5, navplaten 1 og dekkplaten 7 ender i en betydelig større radial akseavstand enn de lengere skovler 5 og danner der sammen med pumpehuset 8 en strupespalte 9. Mellom den ikke dekkede del av skovlene 5 og pumpehuset 8 er der bare tilstede en mindre spalte. I en mindre radial akseavstand enn de åpninger 2 i navplaten 1, som ligger nærmest aksen, begynner en ringformet gassbortledningskanal 6 som står i forbindelse med en gassledning 10, i hvilken der er anordnet et strupeorgan. 11. Fig. 3 og 4 viser anvendelsen av løsningen ifølge oppfinnelsen ved et dobbeltvirkende løpehjul. På drivakselen i2 er der anordnet et sentrifugalvirkende løpehjul hvis to sider utnyt-tes og består av navplaten 1, løpehjulskovler 3 og skovler 5 som er anordnet mellom de to navplater 1. I løpehjulets navplater 1 er der anordnet langstrakte åpninger 2 som begynner i umiddelbar nærhet av løpehjulskovlenes 3 sugeside og ender i nærheten av skovlendene, hvilke åpninger har samme størrelse, men sett fra skovlbegynnelsen avtagende innbyrdes avstand. Løpehjulkanalenes 4 tverrsnitt avtar i strømningsretningen i forhold til den ut-førelse som anvendes ved ren væsketransport. Skovlene 5 mellom navplatene 1 er krummet fremover og begynner i en mindre akseavstand enn akseavstanden for de åpninger 2 som ligger nærmest aksen. Alle skovler 5 og navplatene 1 ender i en større radial avstand enn løpehjulskovlene 3. I en mindre radial akseavstand enn den for åpningene 2 som ligger nærmest aksen, begynner flere gassbortledningskanaler i løpehjulplatene 1, hvilke kanaler fører til gassbortledningsledninger med strupeorganer.

Ved transport av en gassholdig væske med en pumpe ifølge fig. 1 og 2 eller en sådan ifølge fig. 3 og 4 vil den gass som skilles ut som følge av sentrifugalkreftene i løpehjulet og føres til løpehjulskovlenes 3 sugeside, bli skilt ut i form av skum gjennom åpningene 2 i navplatene 1 på baksiden av disse. Som følge av den ekstra reduksjon av løpehjulkanalenes 4 tverrsnitt, sett i strømningsretningen, sammenlignet med utførelsen for ren væsketransport, unngås på denne måte forsinkelser av strømningen som følge av reduksjonen av transportstrømmen. Det skum som trer ut på baksiden av navet og gjennom åpningene 2, skilles ad i transportvæske og gass som følge av sentrifugalkraftens virkning. Skummets væskeandel blir ved hjelp av skovlene 5 på navplatenes 1 bakside ført inn i pumpens trykkrom. Som følge av skovlenes 5 større radiale utstrekning i forhold til løpehjulskovlene 3 opp-nåes på denne måte at området av åpningene 2 på navplatens 1 bakside blir fri for transportvæske.

Gassen vil enten bli suget ut gjennom gassbortledningskanalene 6, gassledningen 10 og strupeorganet 11 ved hjelp av en egnet innretning, eller unnvike på naturlig måte den samme vei. Ved hjelp av strupeorganet 11 innreguleres gasstrømmen således at der gjennom åpningene 2 i navplatene 1 bare kan unnvike så meget skum fra løpehjulkanalene 4, som det skum som alt etter gassinnhold skiller seg ut av transportmediet.

Det transportmedium som ved hjelp av en pumpe ifølge fig. 1 og 2 trer ut gjennom strjpespalten 9 mellom dekkplaten 7 og pumpehuset 8 og ut av pumpens trykkrom i området for skovlene 5 på baksiden av navplaten 1, transporteres ved hjelp av skovlene

5 igjen inn i pumpens trykkrom.

Claims (3)

1. Sentrifugalpumpe for transport av sterkt gassholdige væsker, særlig for emulgerte fermentasjonsmedier, med åpninger i løpehjulets navplate og med skovler på navplatens bakside, karakterisert ved at åpningene (2) i navplaten (1) er anordnet i nærheten av løpehjulskovlenes (3) sugeside utgående fra skovlenes begynnelse, hvilke åpningers tverrsnitt fortrinnsvis avtar gradvis fra skovlenes begynnelse til i nærheten av skovlenes ender, og/eller deres avstand tiltar gradvis fortrinnsvis fra skovlenes begynnelse til i nærheten av deres ender,.at løpehjul-kanalens (4) tverrsnitt i tillegg avtar gradvis i strømningsret-ningen i forhold til en utførelse for ren væsketransport, at der på baksiden av navplaten (1) på i og for seg kjent måte er anordnet sentrifugalvirkende skovler (5), av hvilke i det minste en del begynner i samme eller mindre radial akseavstand enn avstanden for de åpninger (2) i løpehjulets navplate (1), som ligger nærmest aksen, og alle skovler (5) ender i en betydelig større radial avstand enn løpehjulskovlene (3), og at en eller flere gassbortledningskanaler (6) begynner i en mindre radial akseavstand enn de åpninger (2) i løpehjulets navplate (1), som ligger nærmest aksen,

2. Sentrifugalpumpe i henhold til kravene 1 og 2, karakterisert ved at den plate (7) som ved én-strøms pumper dekker skovlene (5) på baksiden av navplaten (1), begynner i en større radial akseavstand enn i det minste 'len del av skovlene (5), og dekkplaten (7/) på dette sted sammen med pumpehuset (8) på i og for seg kjent måte danner en strupespalte (9), og at der mellom pumpehuset (8) og den ikke dekkede del av skovlene (5) bare finnes en liten spalte.

3. Sentrifugalpumpe i henhold til kravene 1-4, karakterisert ved at der i gassbortledningskanalen (10) er anordnet et strupeorgan (11).