WO2003083307A1

WO2003083307A1 - Pumpeinrichtung, verfahren zum betreiben einer pumpeinrichtung und dessen verwendung bei einer dampfturbinenanlage

Info

Publication number: WO2003083307A1
Application number: PCT/EP2003/002947
Authority: WO
Inventors: Alfred Barany
Original assignee: Nash-Elmo Industries Gmbh
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2003-10-09
Also published as: AU2003223974A1; DE10214331A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpeinrichtung (14), sowie ein Verfahren zu deren Betrieb, wobei die Pumpeinrichtung (14) zumindest eine Flüssigkeitsringpumpe (28) aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es, die Saugwirkung zu verbessern. Dies geschieht dadurch, dass in den Ansaugbereich (120) der Flüssigkeitsringpumpe (28) ein Sprühmedium (110) zur Kondensation von angesaugtem Dampf (D) eingesprüht wird.

Description

Beschreibung

Pumpeinrichtung, Verfahren zum Betreiben einer Pumpeinrichtung und dessen Verwendung bei einer Dampfturbinenanlage

Die Erfindung betrifft eine Pumpeinrichtung, welche zumindest eine Flüssigkeitsringpumpe aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Pumpeinrichtung der eingangs genannten Art sowie die Verwendung des Verfahrens bei einer Dampfturbinenanlage oder bei einem Sterilisator. Weiterhin ist die Pumpeinrichtung auch dahingehend ausbildbar, dass diese in Serie nacheinander angeordnet eine Strahlpumpe und eine Flüssigkeitsringpumpe aufweist.

Aus der GB 1 542 483 ist zum Entlüften eines Kondensators einer Dampfturbine eine Vakuumpumpeinrichtung bekannt, bei der in Serie nacheinander eine Strahlpumpe und eine Flüssigkeitsringpumpe vorgesehen sind. Als Treibmittel für die Strahlpumpe ist Luft vorgesehen. Durch Vorschalten der Strahlpumpe vor die Flüssigkeitsringpumpe wird der zu erzielende Unterdruck verbessert. Typischerweise lässt sich mit einer Flüssigkeitsringpumpe ein Unterdruck von ca. 30 mbar erzeugen. Durch Vorschalten einer Strahlpumpe lässt sich mit dem Gesamtsystem ein Unterdruck von bis zu < 15 mbar erreichen.

Bei dem System aus Strahlpumpe und Flüssigkeitsringpumpe besteht generell das Problem, dass die Flüssigkeitsringpumpe sowohl für die Menge des eigentlichen abzu- saugenden Fördergases zuzüglich der Menge des Treibmittels für die Strahlpumpe ausgelegt sein muss. Dabei ist die notwendige Menge an Treibluft für eine luftbetriebene Strahlpumpe um ein Vielfaches höher als die aus dem Kondensator abzusaugende Menge des Fördergases. Um z.B. aus einem Kondensator einen Fördergasmassenstrom, bestehend aus einem Gemisch aus etwa 15 kg/h Luft und 35 kg/h Dampf, von etwa 40 mbar auf 125 mbar mittels der Strahlpumpe zu verdichten, ist ein Treibluftmassenstrom von etwa 200 kg/h notwendig. Aufgrund dieses sehr hohen Luftanteils ist die Flüssigkeitsringpumpe für Trockenluft als Fördergas auszulegen. Dies mindert im Vergleich zu feuchter Luft als Fördergas die Leistungsfähigkeit der Flüssigkeitsringpumpe.

Eine Flüssigkeitsringpumpe und ihr Wirkprinzip ist beispielsweise aus der Siemens- Broschüre „ELMO-L2BL1 - luftgekühlt, ölfrei: die neue Generation von

Vakuumpumpen", Siemens Aktiengesellschaft Deutschland, 12/98, Bestellnr.: E20001- P782-A208 zu entnehmen. Die beschriebene Flüssigkeitsringpumpe weist ein exzentrisch in einem Gehäuse sitzendes Laufrad aus. Durch die Laufraddrehung bildet ein Betriebsmittel, in der Regel Wasser, im Gehäuse einen mitumlaufenden Wasserring. Aufgrund der exzentrischen Anordnung des Laufrads bilden sich zwischen der

Laufradnabe und dem mitumlaufenden Wasserring unterschiedlich große Teilräume aus, in denen das zu pumpende Medium verdichtet wird.

Die Kombination einer Strahlpumpe mit nachgeordneter Flüssigkeitsringpumpe ist weiterhin beispielsweise aus der EP

0 88 226 A2 sowie der DE 29 13 960 A1 zu entnehmen. Gemäß der EP 0 88 226 wird die Flüssigkeitsringpumpe mit Öl als Betriebsmittel betrieben, welches bis auf eine Temperatur von etwa 130°C erwärmt wird. Um die in dem Öl gespeicherte Energie auszunutzen, ist es vorgesehen, über einen Wärmetauscher Wasser zu verdampfen und diesen Dampf der Strahlpumpe als Treibmittel zuzuführen. Eine separate Treibmittelversorgung ist daher bei diesem System nicht notwendig. Allerdings ist dieses System auf ölbetriebene Flüssigkeitsringpumpen beschränkt, bei denen das Öl auf Temperaturen über 100°C erhitzbar ist. In der Regel werden die Flüssigkeitsringpumpen mit Wasser betrieben, welches üblicherweise bis maximal auf etwa 35°C erwärmt wird, wie es aus der obengenannten Siemens-Broschüre zu entnehmen ist.

Gemäß der DE 29 13 960 A1 wird Luft aus einem der Flüssigkeitsringpumpe zugeordneten Abscheider der Strahlpumpe als Treibmittel zugeführt. Dabei wird die aus dem Abscheider entnommene Luft entfeuchtet, um der Strahlpumpe eine möglichst trockene Luft zuzuführen. Bei einer Dampfturbinenanlage, beispielsweise auf dem Gebiet der Energieerzeugung, ist in der Regel eine Hauptturbinenanlage mit mehreren Turbinenstufen vorgesehen, um den Energieinhalt des bereitgestellten Dampfes möglichst gut auszunutzen. Leistungsstarke Dampfturbinenanlagen weisen in der Regel eine Hochdruck-, eine Mitteldruck- und eine Niederdruckstufe auf, wobei ein in einem Kessel erhitzter Dampf der Hochdruckstufe zugeführt wird und sich in Richtung zur Niederdruckstufe entspannt. Die Niederdruckstufe weist endseitig einen Unterdruck in der Größenordnung zwischen 80 mbar und 18 mbar auf. Der aus der Niederdruckstufe austretende Dampf wird einem Kondensator zugeführt und dort auskondensiert.

Die bei der Kondensation im Kondensator anfallende Gasmenge muss aus diesem abgesaugt werden. Hierzu ist eine Vakuumpumpeinrichtung vorgesehen, die aufgrund des niedrigen Enddrucks an der Niederdruckstufe saugseitig einen Unterdruck beispielsweise ≤ 18 mbar erreichen muss. Aufgrund der in der Dampfturbinenanlage anfallenden, in der Regel großen Dampfmenge muss die Vakuumpumpeinrichtung zum Absaugen einer großen Gasmenge eines Fördergases aus dem Kondensator zu dessen Entlüftung ausgelegt sein.

In einer Dampfturbinenanlage für ein großes Kraftwerk ist gewöhnlich weiterhin eine Nebenturbine für eine Speisewasserzuführung zum Kessel vorgesehen, die beispielsweise eine Leistung von 20 MW gegenüber einer Leistung der Hauptturbinenanlage von etwa 1 GW aufweist. Dieser Nebenturbine ist ebenfalls ein Kondensator zugeordnet, der entlüftet werden muss.

Der jeweilige Kondensator umfasst in der Regel ein Röhrensystem, das von dem zu kondensierenden Dampf aus der Turbine beaufschlagt wird. Gekühlt wird der Dampf mit Hilfe von Wasser, das dem Kondensator über eine so genannte Wasserkammer zugeführt wird. Um die Arbeitsfähigkeit des Kondensators zu erhalten, muss auch die Wasserkammer entlüftet werden. Aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an die Entlüftungsleistung im Hinblick auf den Kondensator für die Niederdruckstufe, für die Nebenturbine und im Hinblick auf die Wasserkammer des Kondensators, ist gegenwärtig für jedes dieser drei Teilsysteme eine eigene Pumpeinrichtung vorgesehen. Flüssigkeitsringpumpen werden auch im Bereich von Sterilisatoren, welche mancherorts auch als Autoklafen bezeichnet werden, verwendet. Bei einem Sterilisator wird in einem geschlossenen Raum eine Sterilisation von einem oder mehreren Objekten dadurch herbeigeführt, dass das oder die Objekte einem Dampfdruck von z.B. etwa 2 bar bei 120° C eine Zeit lang ausgesetzt werden. Der Dampf wird durch eine Vakuumpumpe, wie z.B. eine Flüssigkeitsringpumpe, aus dem geschlossenen Raum abgesaugt. Je besser die Saugleistung der Flüssigkeitsringpumpe, desto kleiner kann diese ausgelegt werden.

Bei der Förderung von Dampf ist die Flüssigkeitsringpumpe Belastungen durch Dampfblasen ausgesetzt. Die Dampfblasen bilden sich im Ansaugbereich der Flüssigkeitsringpumpe bzw. sind dort vorhanden. Der Ansaugbereich bildet den Vakuumbereich der Pumpe, die von dort das von der Pumpe zu fördernde Fördermedium, wie Fördergas und/oder Förderdampf, wegtransportiert. Den Auslassbereich der Pumpe bildet den Druckbereich. Werden nun durch die Flüssigkeitsringpumpe Dampfblasen vom Vakuumbereich, d.h. vom Bereich kleinen Drucks, in den Druckbereich, d.h. zum Bereich größeren Drucks, transportiert, so implodieren die Dampfblasen im Bereich höheren Drucks innerhalb der Flüssigkeitsringpumpe. Durch diese Implosionen entstehen Schäden an der Pumpe. Dieser Vorgang wird auch als Kavitation bezeichnet. Durch Zusatzöffnungen in der Flüssigkeitsringpumpe können Medien wie Luft innerhalb der Pumpe dem Fördermedium beigemischt werden, um so die Schäden durch implodierende Dampfblasen zu reduzieren. Durch die Beimischung reduziert sich allerdings nachteilig die Förderleistung der Pumpe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpeinrichtung in ihrer Saugwirkung zu verbessern und/oder ihre Haltbarkeit zu erhöhen. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein zur Erzielung einer hohen Saugwirkung und/oder verbesserten Haltbarkeit einer Pumpeinrichtung besonders geeignetes Betriebsverfahren anzugeben. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Pumpeinrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 11.

Danach umfasst die Pumpeinrichtung eine Flüssigkeitsringpumpe, in deren

Ansaugbereich eine Sprüheinrichtung angeordnet ist, über welche ein Sprühmedium in den Ansaugbereich eingesprüht und hierdurch im Ansaugbereich befindlicher Dampf zumindest teilweise kondensiert wird.

Dadurch, dass Dampf im Ansaugbereich der Flüssigkeitsringpumpe kondensiert wird, ergibt sich eine höhere Saugleistung der nachfolgenden Flüssigkeitsringpumpe. Durch Kondensation des Dampfes ergibt sich eine Volumenreduktion des durch die Flüssigkeitsringpumpe angesaugten Mediums, welches zumindest teilweise Dampf aufweist. Der Dampf ist entweder Bestandteil des durch die Pumpe zu fördernden Mediums selbst.

Alternativ oder zusätzlich ist der Dampf Bestandteil eines Treibmittels, welches bei einer der Flüssigkeitsringpumpe bevorzugt vorgeschalteten Strahlpumpe zur Förderung des Pumpvorgangs eingesetzt wird.

Durch die Kondensation des Dampfes ist auch eine Reduzierung von Dampfblasen im Ansaugbereich der Flüssigkeitsringpumpe erzielbar. Dampfblasen entstehen insbesondere auch in einem Raum, welcher evakuiert wird. Da durch die zumindest teilweise Kondensation des Dampfes die Dampfblasen in ihrer Anzahl zumindest reduziert werden, wird dadurch die Flüssigkeitsringpumpe weniger stark bzw. auch gar nicht mehr durch Implosionen der Dampfblasen im Bereich höheren Drucks innerhalb der Flüssigkeitsringpumpe beschädigt. Durch die daraus resultierende geringere Beanspruchung der Pumpe sind Luftbeimischungen z.B. durch eine Zusatzöffnung zum Ansaugen mit dem Ziel der Reduzierung von Schäden durch implodierende Dampfblasen entweder reduzierbar oder nicht mehr notwendig. So ist eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Flüssigkeitsringpumpe erzielbar. Die Pumpeinrichtung ist insbesondere eine Vakuumpumpeinrichtung. Bei dieser ist vor der Pumpeinrichtung, also im Ansaugbereich, ein kleinerer Druck vorhanden als im Auslassbereich der Pumpeinrichtung.

Flüssigkeitsringpumpen mit vorgeschalteter Kondensation eines Mediums, welches sich im Aggregatzustand Dampf befindet, sind vielfältig einsetzbar. So ist beispielsweise der Einsatz bei Dampfturbinenanlagen in Kraftwerken oder einem z.B. in der Medizintechnik eingesetzten Sterilisator sinnvoll. Der Dampf ist dabei entweder selbst das zu pumpende Medium, und/oder der Dampf ist ein Treibmittel, welches zum Pumpen benötigt wird.

In einer Ausführungsform weist die Pumpeinrichtung zumindest eine Strahlpumpe und eine Flüssigkeitsringpumpe auf, wobei die Strahlpumpe und die Flüssigkeitsringpumpe in Serie nacheinander angeordnet sind, wobei die Strahlpumpe mit einer Dampfleitung verbunden ist, der Dampf als Treibmittel der Strahlpumpe nutzbar ist und zwischen der Strahlpumpe und der Flüssigkeitsringpumpe zumindest ein Mittel zur Kondensation des Dampfes vorgesehen ist. Dabei ist ein Pumpverfahren anwendbar, bei dem Dampf zumindest zwischen einer Strahlpumpe und einer Flüssigkeitsringpumpe wenigstens teilweise kondensiert wird.

Beim Einsatz von Flüssigkeitsringpumpen in Kombination mit Dampf-/Luft-Strahlen ist so das Saugvermögen der Pumpe weiter erhöht. Eine derartige Kombination einer Flüssigkeitsringpumpe mit Dampf-/Luft-Strahlen ist vorteilhaft zur Kondensatorentlüftung in Kraftwerken einsetzbar. Aus der Kombination ergibt sich auch der Vorteil, die Pumpe kleiner auslegen zu können, bzw. auch einen ausreichenden Sicherheitsabstand zur Strahlerkippdrucklinie zu bekommen.

Bei einer Kombination von Luft/Luft-Strahler mit Flüssigkeitsringpumpen sind durch die Mitförderung des Treibmediums (Trockenluft) die Pumpen dementsprechend größer auszulegen. Dies verursacht jedoch hohe Anschaffungs- und Betriebskosten, welche gerade zu reduzieren sind. Durch den Einsatz von Dampf-/Luft-Strahlern, bei denen das Treibmedium aus Dampf und Trockenluft besteht, wird ein kondensierbares Gemisch von der Pumpe abgesaugt und durch den Kondensationseffekt in der Pumpe erhöht sich deren Saugvermögen. Um das Saugvermögen jedoch weiter zu steigern, ist es möglich, saugseitig beispielsweise einen Teil der Betriebsflüssigkeit einzuspritzen,

Zusätzliches saugseitiges Einspritzen von Betriebsflüssigkeit und/oder anderer Flüssigkeit mittels z.B. einer Vollkegeldüse und/oder einer anderen Düse in Strömungsrichtung, also in Richtung der Pumpwirkung mit genügend großem Abstand zu einem Hosenrohr führt zur Erhöhung des Kondensationsfaktors der Pumpe. Die Einspritzung ist besonders vorteilhaft bei großen Temperaturdifferenzen zwischen Ansauggemisch und Einspritzflüssigkeit. Es findet eine Vorkondensation vor der Pumpe statt. Typische Temperaturen für das Ansauggemisch bei der Verwendung in Kraftwerken sind ca. 130° C bzw. für die Einspritzflüssigkeit ca. 10-15° C.

Die Erhöhung des Kondensationsfaktors der Pumpe ergibt ein größeres Saugvermögen. Bei der Auslegung ergibt sich so eine kleinere Pumpe, bzw. der Sicherheitsabstand zur Strahlerkippdrucklinie vergrößert sich.

Die Vergrößerung kann mit Bezug auf die oben genannten Zahlenwerte ca. 10 mbar betragen, jedoch sind abhängig von den Umständen und Gegebenheiten auch andere Werte möglich. Durch die Anwendung der Erfindung ist es möglich, die Investitionskosten für einen Kunden, der eine Pumpeinrichtung benötigt, zu reduzieren. Ebenso reduzieren sich die Betriebskosten z.B. durch den geringeren Energieverbrauch kleinerer Pumpen, z.B. einer Wassersaugpumpe.

Die Verwendung von Dampf als Treibmittel der Strahlpumpe, welche eine Luft-Dampf- Strahlpumpe darstellt, hat den Vorteil, dass dadurch die benötigte Menge an nicht kondensierbaren Treibmittel im Vergleich zu der herkömmlich verwendeten Treibluft deutlich verringert ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, die der Strahlpumpe nachgeordnete Flüssigkeitsringpumpe für deutlich geringere Massenströme auszulegen, so dass sich dadurch erhebliche Kosteneinsparungen erzielen lassen. Durch die Verwendung von Dampf oder von Dampf-Luft-Gemischen unter Atmosphärendruck als Treibmittel sinkt der Leistungsbedarf im Hinblick auf den durch die Flüssigkeitsringpumpe zu fördernden Massenstrom. Der Leistungsbedar kann sich um etwa 40 - 50% verringern, da der dampfförmige Massenanteil in der Flüssigkeitsringpumpe kondensiert und nicht auf atmosphärischen Druck verdichtet werden muss.

Durch die Sprüheinrichtung wird ein Sprühmedium bevorzugt in ein Verbindungsstück zwischen der Strahlpumpe und der Flüssigkeitsringpumpe gesprüht und so eine Kondensation des Dampfes bewirkt. In vorteilhafter Weise wird als Sprühmedium eine Betriebsflüssigkeit der Flüssigkeitsringpumpe verwendet. Dadurch wird ein

Betriebsmittel, d.h. die Betriebsflüssigkeit der Flüssigkeitsringpumpe, einer zweiten Funktion zugeführt. Um die Kondensationswirkung des Sprühmediums gut auszunutzen, bildet die Sprüheinrichtung aus dem Sprühmedium einen Vollkegel aus. Durch den Vollkegel wird eine starke Verteilung des Sprühmediums erreicht. Sprüht die Sprüheinrichtung das Sprühmedium in Richtung der Flüssigkeitsringpumpe, so geschieht dies in Richtung Pumprichtung und unterstützt somit die Pumpwirkung.

Das beschriebene Pumpverfahren ist vorteilhaft bei einem Sterilisator einsetzbar, da dort das durch die Flüssigkeitsringpumpe zu fördernde Gas (oder Fördergas) schon Dampf aufweist. Der Dampf wird bereits für den Sterilisationsprozess benötigt. Folglich ist hier der Dampf als Teil des Fördergases anzusehen.

Das Verfahren zum Betrieb einer Pumpeinrichtung wird vorteilhafterweise zum Betrieb einer Vakuumpumpeinrichtung bei einer Dampfturbinenanlage verwendet. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass in einer derartigen Anlage bereits Dampf zur Verfügung steht.

Als Dampf wird hierbei insbesondere überschüssiger Dampf herangezogen, um den Wirkungsgrad der Dampfturbinenanlage nicht zu beeinträchtigen. Zweckdienlicherweise ist die Dampfleitung, über die der Strahlpumpe Dampf als Treibmittel zugeführt wird, an einen Sperrdampfkreislauf für eine Turbinenwellendichtsystem angeschlossen. Zum Abdichten der rotierenden Turbinenwelle ist in der Regel eine Labyrinthdichtung vorgesehen, durch die ein so genannter Sperrdampf geführt wird. Nach Verlassen der Turbinendichtung wird dieser Sperrdampf auch als Wrasendampf bezeichnet. Dieser Wrasendampf ist ein in der Dampfturbinenanlage anfallendes „Abfallprodukt" und eignet sich daher besonders zur Verwendung als Treibmittel unter Atmosphärendruck, ohne den Wirkungsgrad der Dampfturbinenanlage zu beeinträchtigen.

Darüber hinaus hat die Zuführung des Wrasendampfes zu der Pumpeinrichtung weiterhin den entscheidenden Vorteil, dass der Wasserdampf - durch das Prinzip der Flüssigkeitsringpumpe bedingt - auskondensiert. Das üblicherweise bei einer Dampfturbinenanlage vorgesehene Kondensationssystem für den Wrasendampf ist daher nicht notwendig. Dadurch lassen sich Investitionskosten einsparen und zudem ist der notwendige Installationsbedarf im Vergleich zu herkömmlichen Dampfturbinenanlagen reduziert.

Vorteilhafterweise ist mit der Dampfleitung eine Gasleitung zur Beimischung von Luft zur Ausbildung eines Dampf-Luft-Gemisches als Treibmittel für die Strahlpumpe verbunden. Dadurch ergibt sich ein besonders effizienter Betrieb für die Strahlpumpe. Insbesondere wird etwa eine gleichmäßige Massenstromverteilung zwischen Luft und Dampf für das Gemisch eingestellt. Die Beimischung von Luft hat zudem den Vorteil, dass die notwendige Treibmittelmenge einfach eingestellt werden kann, insbesondere dann, wenn die Menge an Wrasendampf begrenzt ist, so dass diese Dampfmenge alleine als Treibmittel nicht ausreicht.

Zweckdienlicherweise ist die Gasleitung dabei mit ihrem weiteren Ende mit der Flüssigkeitsringpumpe druckseitig und insbesondere an einem der Flüssigkeitsringpumpe zugeordneten Abscheider angeschlossen. Die von der Flüssigkeitsringpumpe auf atmosphärischen Druck verdichtete Luft wird also als Treibmittel mit hinzugezogen. Dies hat den Vorteil, dass ein separater Verdichter für die Zuführung zur Strahlpumpe nicht erforderlich ist.

Gemäß einer zweckdienlichen Ausgestaltung ist die Pumpeinrichtung über eine erste Entlüftungsleitung zur Entlüftung eines Kondensators an diesen angeschlossen, der zur Kondensation eines aus einer Dampfturbine, insbesondere aus einem Niederdruckteil einer Dampfturbine austretenden Prozessdampfes vorgesehen ist.

Bevorzugt ist die Pumpeinrichtung gleichzeitig über eine zweite Entlüftungsleitung an einen zweiten Kondensator angeschlossen, der einer Nebenturbine zugeordnet ist. Es wird also vorzugsweise sowohl der Kondensator der Hauptturbine sowie der der Nebenturbine über die gleiche Pumpeinrichtung entlüftet. Damit entfällt die Notwendigkeit von mehreren den einzelnen Kondensatoren zugeordneten Pumpeinrichtungen.

In der Regel weist der Kondensator für eine Kühlflüssigkeit eine Wasserkammer auf, die zu ihrer Entlüftung bevorzugt über eine dritte Entlüftungsleitung mit der Pumpeinrichtung verbunden ist.

Es ist also ein einheitliches, zentrales Vakuumpumpsystem in Form der Pumpeinrichtung vorgesehen, das für eine Vielzahl von Komponenten in der Dampfturbinenanlage ein Vakuum bereitstellt. Dadurch ist der Installationsaufwand und auch Wartungsaufwand im Hinblick auf das Vakuumpumpsystem deutlich reduziert im Vergleich von einer Vielzahl von dezentralen Vakuumpumpsystemen.

Zur Entlüftung der Wasserkammer ist die dritte Entlüftungsleitung vorzugsweise an einer Zusatzöffnung der Flüssigkeitsringpumpe angeschlossen. Über diese wird aus dem Kühlwasser ausgasende und gesättigte Wasserkammer-Luft aus der Wasserkammer abgesaugt. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass die aus der Wasserkammer abgesaugte Menge an gesättigter Luft der Flüssigkeitsringpumpe separat zugeführt und nicht der aus den beiden Kondensatoren abgesaugten Fördergasmenge zugeschlagen wird.

Zweckdienlicherweise ist dabei die Zusatzöffnung zwischen einem Saugstutzen und einem Druckstutzen der Flüssigkeitsringpumpe angeordnet und mit einem während des Betriebs sich ausbildenden Arbeits- oder Verdichtungsraum verbunden. Die dritte Entlüftungsleitung führt die gesättigte Luft aus der Wasserkammer daher der Flüssigkeitsringpumpe in einen Zwischenbereich zwischen dem Saugstutzen und dem Druckstutzen zu. In diesem Bereich wird von der Flüssigkeitsringpumpe noch ein ausreichender Unterdruck zur Entlüftung der Wasserkammer bereitgestellt. Gleichzeitig führt die Zuführung an dieser Stelle jedoch nicht oder nur unmerklich zu einer Erhöhung des Leistungsbedarfs der Flüssigkeitsringpumpe. Von der Flüssigkeitsringpumpe wird über die Kavitationsschutzöffnung quasi „umsonst" eine Förderleistung bereitgestellt. Bei der Anordnung der dritten Entlüftungsleitung an der Zusatzöffnung muss daher die Flüssigkeitsringpumpe nicht größer dimensioniert werden.

Die Verwendung einer solchen Zusatzöffnung als zusätzlicher Sauganschluss ist dabei prinzipieller Natur und ist generell für alle Flüssigkeitsringpumpen geeignet und nicht auf die Anwendung in einer Dampfturbinenanlage beschränkt. Eine Flüssigkeitsringpumpe mit einer solchen Zusatzöffnung bietet sich beispielsweise auch in der Papierindustrie an Papiermaschinen zur Entwässerung einer Siebpartie an. Allgemein ist eine derartige Flüssigkeitsringpumpe für den Einsatz auf dem Gebiet der Papierherstellung geeignet. Durch geeignete Platzierung der Zusatzöffnung zwischen dem Saugstutzen und Druckstutzen und der Wahl des Durchmessers der Zusatzöffnung kann dabei die Saugleistung sowohl im Hinblick auf die Volumenmenge als auch im Hinblick auf den zu erzielenden Unterdruck innerhalb gewisser Grenzen variiert werden.

Eine besonders wirkungsvolle Dampfturbinenanlage, weist eine Pumpeinrichtung auf, bei welcher eine Strahlpumpe, ein Mittel zur Kondensation in Form einer Einsprüheinrichtung für ein kondensierendes Sprühmedium, und eine Flüssigkeitsringpumpe in Serie nacheinander geschaltet sind. Dabei wird eine Anlagenkomponente entlüftet, wobei der Strahlpumpe ein in der Dampfturbinenanlage anfallender, insbesondere überschüssiger Dampf, als Treibmittel zugeführt wird.

Als Sprühmedium wird, wie bereits beschrieben, vorteilhaft die Betriebsflüssigkeit der Flüssigkeitsringpumpe verwendet, wobei aufgrund dessen die Sprüheinrichtung an die Betriebsflüssigkeit der Flüssigkeitsringpumpe angeschlossen ist.

Die im Hinblick auf die Dampfturbinenanlage angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren anzuwenden. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform der Pumpeinrichtung schematisch veranschaulicht ist. Es zeigen:

FIG 1 eine schematische Darstellung einer Pumpeinrichtung mit einer

Flüssigkeitsringpumpe und einer dieser vorgeschalteten Strahlpumpe,

FIG 2 eine schematische ausschnittsweise Darstellung einer

Dampfturbinenanlage mit einer Pumpeinrichtung gemäß FIG 1 ,

FIG 3 ein Verbindungsstück zwischen der Flüssigkeitsringpumpe und der

Strahlpumpe als Einspritzstutzen,

FIG 4 eine schematische Schnittansicht durch die Flüssigkeitsringpumpe und

FIG 5 einen Sterilisator (Autoklafen) mit einer eine Flüssigkeitsringpumpe umfassenden Pumpeinrichtung.

Die Darstellung gemäß Figur 1 zeigt eine Pumpeinrichtung 14, der ein Treibmittel T über eine Treibmittelleitung 86 zugeführt wird. Die Pumpeinrichtung 14 ist abhängig vom Anwendungsfall auch als Vakuumpumpeinrichtung zu bezeichnen. Ein zu förderndes Fördergas F wird über eine Fördermittelleitung 88 zusammen mit dem Treibmittel T in einen Saugbereich 27 geführt. Der Saugbereich 27 ist Teil der Strahlpumpe 26. Zwischen der Strahlpumpe 26 und einer Flüssigkeitsringpumpe 28 befindet sich ein Zwischenstück 84, welches an einen Saugstutzen 30 der Flüssigkeitsringpumpe 28 angeschlossen ist und sich im Ansaugbereich 120 der Flüssigkeitsringpumpe 28 befindet. Innerhalb des Zwischenstücks 84 befindet sich eine Vollkegeldüse 92. Die Vollkegeldüse 92 ist über eine Düsenzuleitung 90 mit einer Betriebsflüssigkeit der Flüssigkeitsringpumpe 28 verbunden und wird von dort gespeist. Die Betriebsflüssigkeit bildet aufgrund der Vollkegeldüse 92 einen Sprühbereich 94 aus. Durch die geringe Temperatur der Betriebsflüssigkeit ergibt sich eine Kondensation des Treibmittels T, welches im vorliegenden Fall Dampf ist. Die Kondensationswirkung kann sich sowohl im Bereich des Zwischenstücks 84 entfalten, als auch darüber hinaus in der Flüssigkeitsringpumpe 28. Die Flüssigkeitsringpumpe 28 weist neben dem Saugstutzen 30 auch eine Zusatzöffnung 35 auf, an welcher eine Entlüftungsleitung 24 angeschlossen ist. Den Auslass der Flüssigkeitsringpumpe 28 bildet ein Druckstutzen 34, an welchem eine Auslassleitung 82 angeschlossen ist. Eine Zuführung von Betriebsflüssigkeit erfolgt über die Rückführungsleitung 80.

Eine Dampfturbinenanlage 2 gemäß FIG 2 weist eine Dampfturbine 4 auf, die insbesondere eine Niederdruckstufe einer beispielsweise 3-stufigen Hauptturbinenanlage ist. Eine solche mehrstufige Hauptturbinenanlage wird beispielsweise in Kraftwerken zur Energieerzeugung mit einer Leistung im Gigawattbe- reich eingesetzt. Die Dampfturbine 4 weist ausgangsseitig einen Unterdruck auf, der bei einer Niederdruckstufe typischerweise im Bereich zwischen 80 mbar und 18 mbar liegt. Ein der Dampfturbine 4 zugeführter Prozessdampf P verlässt diese über Ausgangsleitungen 6 und wird einem ersten Kondensator 8 zugeführt. In diesem Kondensator 8 wird der Prozessdampf P auskondensiert, wobei das Kondensat über eine Ableitung 10 abgeführt und einem nicht näher dargestellten Kessel als Speisewasser wieder zugeführt wird.

Während der Kondensation sammelt sich im ersten Kondensator 8 ein als Fördergas F bezeichnetes Gas-Dampf-Gemisch, welches über eine erste Entlüftungsleitung 12 von der Pumpeinrichtung 14 abgesaugt wird.

Die Dampfturbinenanlage 2 weist weiterhin eine Nebenturbine 16 auf, die analog zu der Dampfturbine 4, jedoch für eine deutlich geringere Leistung, ausgebildet ist. Diese Nebenturbine 16 wird insbesondere zum Antrieb einer Speisewasserpumpe herangezogen und weist typischerweise eine Leistung von etwa 20 MW auf. Der Nebenturbine 16 ist analog zu der Dampfturbine 4 ein zweiter Kondensator 18 zugeordnet, in dem der der Nebenturbine 16 zugeführte Prozessdampf P auskondensiert wird. Das Kondensat wird analog zum ersten Kondensator 8 über eine Ableitung 10 abgeführt. Zur Entlüftung des zweiten Kondensators 18 ist eine zweite Entlüftungsleitung 20 vorgesehen, die ebenfalls an die Pumpeinrichtung 14 angeschlossen ist. Über diese zweite Entlüftungsleitung 20 wird ebenfalls ein Gas-Dampf-Gemisch aus dem zweiten Kondensator 18 als Fördergas F abgepumpt. Die erste Entlüftungsleitung 12 mündet dabei in die zweite Entlüftungsleitung 20.

Die beiden Kondensatoren 8,18 weisen als Kühlmittel vorzugsweise Wasser auf, welches in einer Wasserkammer 22 des jeweiligen Kondensators 8,18 gespeichert ist. Beim Betrieb der Kondensatoren 8,18 bildet sich in der jeweiligen Wasserkammer 22 ein Luftpolster aus. Zur Entlüftung zumindest der Wasserkammer 22 des ersten Kondensators 8 ist eine dritte Entlüftungsleitung 24 vorgesehen, die ebenfalls zur Pumpeinrichtung 14 führt. Aus der Wasserkammer 22 wird dabei die aus dem Kühlwasser ausgasende und gesättigte Luft abgesaugt, welche als Wasserkammer-Luft WL bezeichnet wird.

Die Pumpeinrichtung 14 umfasst eine Strahlpumpe 26 sowie eine der Strahlpumpe 26 in Strömungsrichtung nachgeordnete Flüssigkeitsringpumpe 28. Die zweite Entlüftungsleitung 20 ist hierzu an einen Saugbereich 27 der Strahlpumpe 26 angeschlossen, und diese ist ausgangsseitig mit einem Saugstutzen 30 der Flüssigkeitsringpumpe 28 verbunden. Das Fördergas F aus den beiden Kondensatoren 8,18 wird also zunächst von der Strahlpumpe 26 vorverdichtet. Die Strahlpumpe 26 wird hierzu mit einem Treibmittel T betrieben, das von extern zugeführt wird und sich mit dem Fördergas F vermischt. Typischerweise liegt der Druck im ersten Kondensator sowie im zweiten Kondensator 18 in einem Bereich, der in etwa dem Ausgangsdruck der Dampfturbine 4 bzw. der Nebenturbine 16 entspricht. In beiden Kondensatoren 8,18 liegt daher ein Unterdruck im Bereich zwischen 80 und 18 mbar vor. Demzufolge weist das Fördergas F eben diesen Unterdruck auf. In der Strahlpumpe 26 wird es etwa um den Faktor 3 und anschließend in der Flüssigkeitsringpumpe weiter bis auf Umgebungsdruck verdichtet und über einen Druckstutzen 34 ausgestoßen.

Die Flüssigkeitsringpumpe 28 weist weiterhin zwischen dem Saugstutzen 30 und dem Druckstutzen 34 eine Zusatzöffnung 35 auf, an die die dritte Entlüftungsleitung 24 angeschlossen ist. Die Zusatzöffnung 35 ist dabei zwischen einem Ansaugschlitz 70 und einem Druckschlitz 72 (vgl. FIG 2) in sogenannten Steuerscheiben (hier nicht dargestellt) der Flüssigkeitsringpumpe 28 angeordnet. Durch das Funktionsprinzip der Flüssigkeitsringpumpe 28 bedingt, vermischt sich das über den Saugstutzen 30 zugeführte Pumpgemisch aus Fördergas F und Treibmittel T mit dem Betriebsmittel der Flüssigkeitsringpumpe 28. Das Betriebsmittel ist dabei Wasser W. Dieses wird zusammen mit gegebenenfalls aus dem Pumpgemisch anfallenden Kondensat von Luft L in einem Abscheider 38 getrennt. Das Wasser W wird über einen Wärmetauscher 40 der Flüssigkeitsringpumpe 28 wieder zugeführt. Die Luft L wird über eine Gasleitung 42, in die ein Ventil 44 geschaltet ist, der Strahlpumpe 26 als Treibmittel T zugeführt. Überschüssige Luft L wird aus der Pumpeinrichtung 14 über eine Abluftleitung 46 an die Umgebung abgegeben.

Wesentlich ist, dass neben der Luft L der Strahlpumpe 26 als Treibmittel T auch ein Dampf D über eine Dampfleitung 48 zugeführt wird. In die Dampfleitung 48 ist ein weiteres Ventil 44 geschalten. Die Dampfleitung 48 ist dabei an einen

Sperrdampfkreislauf 50 angeschlossen, in dem ein Sperrdampf S durch eine Anzahl von Turbinendichtungen 52 geführt wird. Die Turbinendichtungen 52 sind dabei der Dampfturbine 4 sowie der Nebenturbine 16 zugeordnet und als Labyrinthdichtungen ausgebildet, um eine rotierende Welle der Turbinen 4,16 gegenüber der Umgebung abzudichten. Nach Durchströmen der Turbinendichtungen 52 wird der Sperrdampf S auch als Wrasendampf - oder kurz Dampf D - bezeichnet. Dieser Dampf D wird der Strahlpumpe 26 als Treibmittel T zugeführt. Das Treibmittel T ist also ein Dampf-Luft- Gemisch, wobei die jeweiligen Anteile des Dampfes D oder der Luft L über die beiden Ventile 44 eingestellt werden können. Vorzugsweise wird eine Gleichverteilung zwischen Dampf D und Luft L eingestellt. Falls eine ausreichende Dampfmenge zur Verfügung steht, kann als Treibmittel T auch ausschließlich Dampf D verwendet werden. Da der Wrasendampf ein in der Dampfturbinenanlage 2 anfallender überschüssiger Dampf ist, wird der Gesamtwirkungsgrad der Dampfturbinenanlage 2 durch Verwendung des Wrasendampfes als Treibmittel T nicht belastet. Neben der Verwendung des Wrasendampfes bieten sich auch andere in der Dampfturbinenanlage anfallende Dampfarten an. Beispielsweise kommt der im Sperrdampfsystem zur Regelung anfallende und gewöhnlich in einem der Kondensatoren 8,18 verworfene Dampf in Frage. Die Darstellung gemäß FIG 3 zeigt ein Zwischenstück 84, welches eine Einströmseite 106 und eine Ausströmseite 108 aufweist. Zwischen diesen beiden Seiten befindet sich die Düsenzuleitung 90 mit der Vollkegeldüse 92. Darüber wird eine Einspritzflüssigkeit 110, wie z.B. die Betriebsflüssigkeit der Flüssigkeitsringpumpe 28, in den

Einspritzstutzen geführt. Durch die Verwendung der Vollkegeldüse 92 bildet sich Einspritzkegel 104 aus, welcher im vorliegenden Fall eine Winkelöffnung von 90° besitzt. Diesbezüglich sind jedoch allerdings auch andere Öffnungswinkel möglich. Im vorliegenden Beispiel ist ein Abstand x der Vollkegeldüse 92 von der Ausströmseite 108 ungefähr doppelt so groß wie ein Durchmesser DU des Verbindungsstücks - des Einspritzstutzens - 84. Dadurch ergibt sich eine ausreichende Verteilung der Einspritzflüssigkeit 110 innerhalb des Verbindungsstücks 84. Eine Sprührichtung 112 ist von der Einströmseite 106 zur Ausströmseite 108 gerichtet.

Anhand der schematischen Darstellung eines Querschnitts durch eine Flüssigkeitsringpumpe 28 gemäß FIG 4 ist das Funktionsprinzip der Flüssigkeitsringpumpe 28 zu entnehmen, die ein exzentrisch im Gehäuse 62 der Flüssigkeitsringpumpe 28 gelagertes Laufrad 64 aufweist. Das Wasser W bildet beim Betrieb einen mitumlaufenden Flüssigkeitsring 66 aus, so dass sich zwischen den einzelnen Speichen des Laufrads 64 und dem Flüssigkeitsring 66 Teilräume 68 unterschiedlicher Volumina ausbilden. Im Gehäuse 62 ist stirnseitig an der mit dem Bezugszeichen 70 gekennzeichneten Position ein Ansaugschlitz vorgesehen, über den das anzusaugende Medium über den Saugstutzen 30 eingesaugt wird. Durch die exzentrische Anordnung wird das zu pumpende Medium im Verlauf der Umdrehung des Laufrads 64 verdichtet und an der mit dem Bezugszeichen 72 gekennzeichneten Position über einen Druckschlitz zum Druckstutzen 34 ausgestoßen.

Die Zusatzöffnung 35 ist zwischen dem Ansaugschlitz 70 und dem Druckschlitz 72 im Gehäuse 62 angeordnet und steht mit dem Arbeitsraum in Verbindung, der gebildet ist durch die einzelnen Teilräume 68. In Abhängigkeit der Position der Zusatzöffnung 35 variiert die an dieser Position herrschende Saugleistung der Flüssigkeitsringpumpe 28 sowohl im Hinblick auf den herrschenden Unterdruck als auch im Hinblick auf die Fördermenge. Das Saugvermögen kann zudem durch Wahl des Durchmessers der Zusatzöffnung 35 variiert werden.

Der Unterdruck an der Zusatzöffnung 35 liegt zwar über dem am Saugstutzen 30 anliegenden Unterdruck, jedoch ist er ausreichend niedrig, um ein Entlüften der Wasserkammer 22 zu ermöglichen. Auch ist das Volumen-Saugvermögen zur Entlüftung der Wasserkammer 22 ausreichend groß. Da die dritte Entlüftungsleitung 24 nicht am Saugstutzen 30 angeschlossen ist, wird die Flüssigkeitsringpumpe 28 durch das zusätzlich zugeführte Gasgemisch G nicht oder nur kaum zusätzlich belastet. Eine durch den Anschluss der dritten Entlüftungsleitung 24 gegebenenfalls notwendige, geringfügig größere Dimensionierung der Flüssigkeitsringpumpe 28 ist auf alle Fälle im Vergleich zu einem separaten Pumpsystem für die Entlüftung der Wasserkammer 22 günstiger.

Die Darstellung nach FIG 5 zeigt einen Sterilisator 130, an dem zum Abpumpen des zur Sterilisation benötigten Dampfes eine Flüssigkeitsringpumpe 28 zusammen mit einem Mittel 96 zur Kondensation angeschlossen ist. Die Funktion und der Aufbau erschließen sich sowohl aus FIG 5 als auch aus den vorausgegangenen Ausführungen. Das Mittel zur Kondensation 96 ist gemäß FIG 5 eine Sprüheinrichtung mit einer Vollkegeldüse 92.

Bezugszeichenliste

Dampfturbinenanlage

Dampfturbine

Ausgangsleitung erster Kondensator

Ableitung erste Entlüftungsleitung

Pumpeinrichtung

Nebenturbine zweiter Kondensator zweite Entlüftungsleitung

Wasserkammer dritte Entlüftungsleitung

Strahlpumpe

Saugbereich

Flüssigkeitsringpumpe

Saugstutzen

Druckstutzen

Zusatzöffnung

Abscheider

Wärmetauscher

Gasleitung

Ventil

Abluftleitung

Dampfleitung

Sperrdampfkreislauf

Turbinendichtung

Gehäuse

Laufrad

Flüssigkeitsring

Teilraum 70 Ansaugschlitz

72 Druckschlitz

80 Rückführungsleitung

82 Auslassleitung

84 Verbindungsstück (Zwischenstück)

86 Treibmittelleitung

88 Fördermittelleitung

90 Düsenzuleitung

92 Vollkegeldüse

94 Sprühbereich

96 Mittel zur Kondensation

98 Kühler

100 Kühlschlangen

101 Zuführungsleitung

102 Rückführungsleitung

104 Einspritzkegel

106 Einströmseite

108 Ausströmseite

110 Einspritzflüssigkeit/Sprühmedium

112 Sprührichtung

120 Ansaugbereich

130 Sterilisator

P Prozessdampf

WL Wasserkammer-Luft

T Treibmittel

L Luft

W Wasser s Sperrdampf

D Dampf

DU Durchmesser

F Fördergas

X Abstand

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Betrieb einer Pumpeinrichtung (14), mit einer Flüssigkeitsringpumpe (28), in deren Ansaugbereich (120) durch Einsprühen eines Sprühmediums (110) angesaugter Dampf (D) zumindest teilweise kondensiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine der Flüssigkeitsringpumpe (28) vorgeschaltete Strahlpumpe (26) mit einem Dampf (D) enthaltenden Treibmittel (T) betrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Sprühmedium (110) in ein zwischen der Strahlpumpe (26) und der Flüssigkeitsringpumpe (28) angeordnetes Verbindungsstück (84) eingesprüht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Sprühmedium (110) die Betriebsflüssigkeit (W) der Flüssigkeitsringpumpe (28) verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Betriebsflüssigkeit (W) der Flüssigkeitsringpumpe (28) Wasser verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Sprühmedium (110) als Vollkegel eingesprüht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Sprühmedium (110) in Richtung der Flüssigkeitsringpumpe (28) eingesprüht wird.

8. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Betrieb einer Pumpeinrichtung (14) bei einer Dampfturbinenanlage (2).

9. Verwendung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Sperrdampf (S) einer Dampfturbine (4,16) der Dampfturbinenanlage (2) als Bestandteil des Treibmittels (T) herangezogen wird.

10. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Betrieb einer Pumpeinrichtung (14) bei einem Sterilisator (130).

11. Pumpeinrichtung (14) mit einer Flüssigkeitsringpumpe (28), in deren Ansaugbereich (120) eine Sprüheinrichtung (92) zum Einsprühen eines Dampf (D) kondensierenden Sprühmediums (110) vorgesehen ist.

12. Pumpeinrichtung (14) nach Anspruch 11, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine der Flüssigkeitsringpumpe (28) vorgeschaltete Strahlpumpe (26), die zur Zuführung eines Dampf (D) enthaltenden Treibmittels (T) an eine Dampfleitung (48) angeschlossen ist.

13. Pumpeinrichtung (14) nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sprüheinrichtung (92) in einem der Strahlpumpe (26) und der Flüssigkeitsringpumpe (28) zwischengeschalteten Verbindungsstück (84) angeordnet ist.

14. Pumpeinrichtung (14) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sprüheinrichtung (92) an das Betriebsmittel der Flüssigkeitsringpumpe (28) angeschlossen ist.

15. Pumpeinrichtung (14) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sprüheinrichtung (92) als Vollkegeldüse ausgebildet ist.

16. Pumpeinrichtung (14) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sprüheinrichtung (92) ausgangsseitig in Richtung auf die Flüssigkeitsringpumpe (28) hin ausgerichtet ist.

17. Dampfturbinenanlage (2) mit einer Pumpeinrichtung (14) nach einem der Ansprüche 11 bis 16.

18. Dampfturbinenanlage (2) nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dampfleitung (48) an den Sperrdampfkreislauf (50) einer Dampfturbine (4,16) angeschlossen ist.

19. Sterilisator (130) mit einer Pumpeinrichtung (14) nach einem der Ansprüche 11 bis 16.