WO2015067748A1 - Pumpenvorrichtung und verfahren zum betreiben - Google Patents

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WO2015067748A1
WO2015067748A1 PCT/EP2014/074031 EP2014074031W WO2015067748A1 WO 2015067748 A1 WO2015067748 A1 WO 2015067748A1 EP 2014074031 W EP2014074031 W EP 2014074031W WO 2015067748 A1 WO2015067748 A1 WO 2015067748A1
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WO
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pump device
working fluid
pump
rotary
pressure side
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Application number
PCT/EP2014/074031
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Czwaluk
Johann Bierer
Original Assignee
Uts Biogastechnik Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2261—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D7/00—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04D7/02—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type
    • F04D7/04—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being viscous or non-homogenous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D9/00—Priming; Preventing vapour lock
    • F04D9/001—Preventing vapour lock
    • F04D9/002—Preventing vapour lock by means in the very pump
    • F04D9/003—Preventing vapour lock by means in the very pump separating and removing the vapour
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/10—Kind or type
    • F05B2210/13—Kind or type mixed, e.g. two-phase fluid
    • F05B2210/132—Pumps with means for separating and evacuating the gaseous phase

Definitions

  • the present invention relates to a pump device, which is particularly suitable for use on or in a biogas plant.
  • the pump device comprises at least one rotary pump device with which a working fluid can be conveyed.
  • the present invention further relates to a method of operating such
  • one or more pumps or even complex pump systems are used to produce a working fluid
  • the working fluid in a biogas plant usually comprises a liquid content and a solids content, wherein the working fluid depending on the amount of solids
  • Flow properties of the working fluid also depend substantially on the solution of the solids content in the working fluid.
  • the working fluid in a biogas plant can also under
  • the gas is contained in the form of small gas bubbles in the working fluid.
  • Such a gas-containing working fluid is generally not critical for the normal operation of a biogas plant, especially since gas is a desired product when operating a biogas plant.
  • the gas contained in the working fluid may present difficulties under certain circumstances.
  • the rotation of the impeller in the delivery region causes a local pressure drop, as a result of which the small gas bubbles in the working fluid relax and thereby expand considerably spontaneously.
  • Gas has only 1/1000 of the density of a liquid and by the pressure decrease in the inlet of the pump expand so that the delivery area may possibly be completely added by the expanding gas.
  • the pump apparatus according to the invention with at least one rotary pump device is particularly suitable for use in or on a biogas plant and serves to convey a working fluid comprising at least one liquid ⁇ share and at least one solid portion.
  • Rotary pump device has at least one suction side and at least one pressure side and also comprises at least one housing device. On the housing means are at least one inlet for the working fluid on the suction side and at least one outlet for the working fluid on the
  • At least one rotating device is arranged in the conveying region with at least one blade device, which conveys the working fluid from the inlet through the conveying region to the outlet.
  • Rotary pump device is guided substantially laterally outwards and the rotation device is suitable and adapted to the working fluid on the pressure side of the
  • At least one separating device is arranged in the axial direction on the pressure side of the rotary pump device.
  • at least one opening for depositing is provided on the rotation device in the axially outer region on the pressure side of the rotary pump device
  • working fluid provided in the separator.
  • the working fluid to be separated in particular has a significant proportion of gas.
  • any fluid is understood which is conveyed in the context of the operation of a biogas plant.
  • This preferably also includes a biomass mixture or a substrate mixture, which in the
  • Biogas plant is fermented.
  • the separating device in particular seals the delivery region on the pressure side of the rotary pump device in the axial direction.
  • the laterally outwardly guided outlet of the rotary pump device can
  • the pump device according to the invention with at least one rotary pump device offers many advantages.
  • Rotation pump in which a drop in the capacity of the rotary pump by itself in
  • the special composition of the working fluid can lead to a not inconsiderable gas loading of the fluid.
  • This gas loading is normally not critical for the operation of a biogas plant. In the delivery of the working fluid through the delivery region of the rotary pump device from the suction side to the pressure side, it may, however, depending on the
  • Delivery area and can not be removed by the rotary pump device. This can vary depending on
  • Liquids by the rotary pump is no longer or only limited possible and the delivery process comes to a standstill.
  • the gas accumulating in the delivery region can move in the axial direction
  • the removal of the gas from the delivery area can also be actively supported in other embodiments.
  • the rotation device is designed as a semi-open or closed radial flow impeller.
  • a semi-open radial flow impeller on a so-called plate floor on which the blade device is received.
  • the vane devices are designed in particular as pressure vanes.
  • Such a closed Radialstromlaufrad can z. B. as Kanalradpumpe with a
  • the single plate device faces the pressure side of the rotation device.
  • the pressure vanes are then attached, which extend in the direction of the suction side in the conveying region.
  • Dish device arranged.
  • Rotation device is located.
  • the conveying direction through the conveying region is directed essentially from axially to radially.
  • radial and in particular also a lateral or tangential orientation is to be understood.
  • the conveying direction z. B. also extend from tangential to tangential.
  • Delivery range essentially runs from bottom to top. In all embodiments, the operation of the
  • the rotation device has at least one impeller back vane.
  • Impeller back offers many advantages. On the one hand, the impeller back bucket builds up a counterpressure to the centrifugal force, which is generated by the pressure vanes of the blade device. As a result, some components of the rotary pump device such. B. mechanical seal of a drive
  • Blade means may be arranged in the housing such that the liquid working fluid is guided radially outwardly into the tangential discharge area of the outlet.
  • Separating device at least one vacuum chamber.
  • a negative pressure can be applied to the opening or the openings in the axial region on the pressure side of the blade device. This can do that
  • Separator device in preferred embodiments, at least one partition plate device, which is arranged between the vacuum chamber and the blade device. It is the
  • Drive device for rotating the rotation device is provided on the rotary pump device, which comprises at least one drive shaft.
  • the drive shaft preferably occurs in the axial direction from the pressure side of
  • Rotary pump device with the rotation device in operative connection.
  • the drive device in particular comprises a motor which causes the rotation of the rotation device.
  • other control and control elements may be provided on the drive device.
  • the shaft of the drive device is guided through at least one opening in the separating plate device, wherein preferably at least a small gap remains free between the shaft and the separating plate device. If a negative pressure is applied to the openings in the rotating device, the accumulated gas, together with a certain proportion of liquid working fluid in the direction
  • this vacuum pump device is preferably associated with the vacuum chamber.
  • a vacuum pump device may, for. B. be designed as a liquid ring pump or as a side channel compressor. Depending on the type and mode of operation of the vacuum pump used may potentially explosive gas mixtures
  • Gas mixture may arise, or that necessary
  • the separation device comprises in advantageous Developments at least one Abscheideiteser worn with at least one receiving area for aspirated
  • Such a separation tank device is preferably designed such that the gas fraction can be separated from the liquid working fluid. So can
  • the liquid working fluid for further use in the biogas plant are returned to the working cycle. Furthermore, the withdrawn gas content from the system
  • the separator container means goes with the
  • Vacuum pump device in operative connection, wherein the
  • Vacuum pump is preferably downstream of the separator tank device. This will make it possible for the
  • Vacuum pump device located in the delivery area
  • Vacuum pump is reversible.
  • the vacuum pump z. B. operated in different directions.
  • the working direction of the vacuum pump device is maintained, wherein by a special valve control
  • the separation tank device can be particularly preferably also associated with at least one valve device, preferably as a check valve device
  • valve device is provided in particular between the vacuum container and the separator container means. So it can be ensured that no working fluid is pushed back into the vacuum container, when the negative pressure pump means no negative pressure on the Abscheidemadeer adopted, but a pressure on the
  • Deposition container device applies.
  • the separation tank device is associated with at least one level device, with which the amount of fluid in the separation tank device
  • the level device can be determined.
  • the level device can be determined.
  • the level device automatically closes the access to the vacuum pump device as soon as a critical level in the
  • the level device comprises at least one float device and / or at least one sensor device. This makes it possible, for example, that a maximum level of the fluid in the separator container device is automatically displayed by the level device in conjunction with the sensor. It can be z. B. as a
  • Floater trained level device float with increasing fluid level in the separator tank device always upwards. At a certain maximum level, the float device then presses z. B. against a pressure sensor. By such a signal can then z. B. also the operation of the vacuum pump are turned off.
  • the level can also be determined without a float device exclusively via suitable sensors. Then, preferably at least one upper and at least one lower level sensor are provided. The sensitivity of at least one sensor is then
  • Liquids and foam can differ. So it is possible that the maximum level is not already through a
  • the sensors can be selected in advantageous developments such that also conclusions about the solids content, the
  • Liquid content and / or the gas or foam fraction can be pulled in the separator container means.
  • the rotation device is at least one intake screw device
  • the auger device is used
  • Carrier device provided which at least one
  • Container device comprises at least a first inlet for the working fluid to be pumped and at least one outlet, wherein at least one rotary pump device can be attached to the outlet.
  • the carrier device has at least one second inlet, to which the separator container device of the rotary pump device can be connected. This makes it possible for liquid working fluid separated off from the delivery region during the extraction of the gas to be transferred first into the separator container device and then back into the carrier device, whereby the discharged liquid working fluid can be returned to the rotary pump device.
  • Such a closure device can, for. B. may be formed as a closure slide, which between the Abscheide noteder issued and the
  • Carrier device is flanged.
  • a slide can be operated by motor or by hand.
  • the slider can preferably be moved pneumatically, hydraulically or via a transmission device.
  • At least one control device is provided which is used to control and in conjunction with
  • various sensors also for controlling, for example, the rotary pump device, the drive device and also the separator container device, the closure device and the vacuum pump device is suitable.
  • control device is in particular in operative connection with the sensor device of the filling level device and the closure device.
  • control device there is preferably also an operative connection with the vacuum pump device, so that upon reaching a maximum level of the fluid in the separator container means the
  • Vacuum pump device is initially switched off automatically, after which the closure device between
  • Separator container device and carrier device opens.
  • Separator container device is conveyed back into the carrier device. Such a procedure may conveniently be carried out by hand.
  • the carrier device is at least one
  • Upstream inlet device This makes it possible that different components and also different supply lines from different storage containers or Be areas of a biogas plant to the feeder distribution device connected and then introduced into the carrier device.
  • the ZulaufVerteiler worn is assigned in particularly preferred embodiments, at least one Substratverklein réelles ⁇ device which homogenizes the working fluid to be conveyed before being fed into the rotary pump device.
  • a digestion or a defibration of the solids content in the working fluid is preferred.
  • the inventive method is suitable for operating a pump device, as described above.
  • a rotary pump device is operated to promote a working fluid.
  • the vacuum pump of the separator is activated when a power drop of the rotary pump device is detected by accumulating gas in the delivery area. By activating the vacuum pump, the gas flow in the delivery area is effectively eliminated, whereby an optimal delivery rate of the rotary pump device is ensured again.
  • the vacuum pump is switched off again when the power of the rotary pump device again
  • Separator device is only actively put into operation, even if a gas flow has actually occurred in the conveying area.
  • the vacuum pump is again
  • the biogas plant according to the invention comprises at least one fermenter and at least one pumping device of the type described above.
  • the biogas plant according to the invention also offers many advantages.
  • a significant advantage is that through the use of
  • Fig. 1 is a purely schematic representation of a biogas plant with a pump device according to the invention
  • Fig. 2 is a perspective view of an inventive
  • FIG. 3 is a section through an inventive
  • Fig. 4 is an enlargement of the area A in Fig. 3;
  • FIG. 5 shows the illustration according to FIG. 4 in a perspective view
  • Fig. 6 is an enlargement of the area B in Fig. 3;
  • FIG. 7 shows a perspective view of a rotation device in a purely schematic representation
  • FIG. 8 shows the rotation device according to FIG. 7 in a purely schematic view from below;
  • Fig. 10 is a purely schematic sectional view of
  • Fig. 11 is a purely schematic representation of another
  • FIG. 14 shows the separating device according to FIG. 13 in a purely schematic frontal sectional view.
  • FIG. 1 shows, purely schematically, a biogas plant 100 according to the invention, which comprises a fermenter vessel 101 and a fermenter roof 102.
  • the fermenter roof is formed in the embodiment shown here as a foil roof 103.
  • a working fluid 3 containing a liquid portion 4 and a
  • Solid content 5 has.
  • the working fluid 3 is in the embodiment shown here a biomass mixture from which biogas is to be obtained.
  • Pumping device 1 which in the embodiment shown here is connected to the fermenter container 101 and to a storage container 104.
  • the pump device 1 inter alia, working fluid 3 from the
  • Pump reservoir 104 into the fermentor tank 101 can also be in operative connection with other containers or components of the biogas plant 100.
  • FIG. 2 An embodiment of the pump device 1 according to the invention is purely schematic in FIG. 2 in a perspective view
  • Inlet manifold 43 which has a plurality of flanges 46, to the leads, leads and others
  • a substrate comminution device 44 is flanged onto a flange 46, which is designed here as a motorized substrate mill 47.
  • the feed distribution device 43 is in the embodiment shown here via two terminals 48 with a
  • closure means 42 are provided, which are formed in the embodiment shown here as a motorized slide 49.
  • Position of the slide 49 can be controlled here, whether the working fluid 3 is passed directly or via the substrate mill 47 in the carrier device 37.
  • On the support means 37 is a
  • Carrier device 37 is attached.
  • Separator container 29 leads.
  • Vacuum pump device 28 connected, which can create a negative pressure on the vacuum chamber 22 through the Abscheidematicer owned and the vacuum line 53.
  • the rotary pump device 2 comprises a
  • FIG. 3 shows the pump device 1 according to FIG. 2 in another perspective view in a purely schematic sectional view. Also in this view, one recognizes the ZulaufVerteiler sensible 43, which with the
  • Carrier device 37 is in communication.
  • the carrier device 37 has a container device 38, through which a working fluid 3 can be passed. This lead a first inlet 39 and an inlet 50 of the
  • the rotary pump device 2 is associated with a separating device 14, which also comprises a separator container device 29, which is flanged onto the second inlet 41 of the carrier device 37.
  • FIG. 4 shows the detail enlargement of the region "A" in a purely schematic sectional view and shows the rotary pump device 2.
  • the rotary pump device 2 has a suction side 6 and a pressure side 7.
  • the rotary pump device 2 further comprises a housing device 8, which provides an inlet 9 and an outlet 10. Between the inlet 9 and the outlet 10, a conveyor region 11 is provided, in which a rotary device 12 with a blade device 13 is arranged.
  • the vane device 13 comprises in the one shown here
  • Embodiment several pressure blades 51.
  • Rotation device 12 is also associated with an auger means 36, the working fluid 3 from the
  • Container means 38 of the support means 37 in the inlet 9 on the suction side 6 of the rotary pump device 2 transported.
  • the auger device 36 supplies the working fluid 3 to the rotating device 12, wherein the
  • Feeding screw device 36 and the rotating device 12 are driven by a shared in the embodiment shown here drive means 24.
  • the rotation of the rotating device 12 promotes the
  • Blade device 13 of the rotating device 12 the Working fluid 3 through the delivery area 11 from the inlet 9 to the outlet 10 of the rotating device. 2
  • Working gas 3 located gas bubbles relax or expand so that it is in the rotating device 12 and in
  • Delivery range 11 comes to a gas flow or a gas accumulation, which adversely affects the flow rate of the rotary pump device 2.
  • the rotary pump device 2 in the axial region on the pressure side 7 of the rotary pump device 2 is associated with a separating device 14.
  • the rotary pump device 2 in the axial region on the pressure side 7 of the rotary pump device 2 is associated with a separating device 14.
  • Rotation device 12 in the axially outer to the pressure side 6 directed portion 15 openings 16 through which the accumulated gas can escape into the separator.
  • a separating device 14 is disposed above the openings 16, which comprises a vacuum chamber 22 in the embodiment shown here.
  • the vacuum chamber 22 is in the one shown here
  • Embodiment of the rotation device 12 separated by a partition plate device 23 Embodiment of the rotation device 12 separated by a partition plate device 23.
  • the partition plate device 23 has approximately in the middle of an opening 26 through which the drive shaft 25 of the
  • Drive device 24 can reach through, so as to come into contact with the blade device 13 of the rotating device 12.
  • the opening 26 in the separator plate device 23 is designed such that between the partition plate means 23 and the drive shaft 25, a small gap 27 remains.
  • Rotation pump device 2 transported to the pressure side 7.
  • impeller spine 21 becomes a back pressure to that provided by the pressure blades 51 of the blade device 13
  • Rotary pump device 2 can relieve.
  • a vacuum line 53 is provided, via which a negative pressure by means of a
  • Vacuum pump device 28 can be exerted on the vacuum chamber 22.
  • the vacuum line 53 extends in the embodiment shown here in the
  • Separation container means 29 is shown purely schematically in a detail enlargement in Figure 6.
  • the separation vessel device 29 comprises a
  • a gas connection 54 is provided in the upper region of the separator container device 29, on which a
  • Two-way valve 55 is provided, which the
  • Vacuum pump device 28 is connected downstream.
  • a level device 33 is arranged, which is the level of the liquid
  • Embodiment designed as a float device 44 The level device 33 in this case has a display device 56, via which the level in the receiving area 30 can be read.
  • a display device 56 via which the level in the receiving area 30 can be read.
  • two level stands of the float device 33 are shown purely schematically.
  • the float device 44 comprises a closure valve 60, which is moved along the float rod 61 designed as a valve rod, depending on the fill level.
  • the closing valve 60 closes the access to the vacuum pump device 28 safely. So can one
  • Damage to the vacuum pump device 28 can be avoided by a malfunction or incorrect operation of the pump device 1.
  • the vacuum pump device 28 can automatically or also manually
  • Carrier device 37 are emptied when the closure device 42 between Abscheidematicer owned 29 and carrier 37 is opened.
  • a valve device 31 is provided on the line 53, which is designed in the embodiment shown here as a check valve ⁇ device 32. This valve device 31 releases the vacuum line 53, as long as a negative pressure is exerted on this line 53. If, however, a pressure or
  • the separator container device In order to be able to apply both negative pressure and pressure to the separator container device with the vacuum pump device 28, it can be operated, for example, in two directions of travel. In the embodiment shown here, however, the pressure side of the vacuum pump device 28 is returned to the two-way valve 55. Thus, the position of the two-way valve can be easily adjusted, whether pressure or
  • Vacuum is to be applied to the separation tank device 29.
  • a rotation device 12 is one
  • Rotation pump device 2 purely schematically in one
  • the rotation device 12 is shown here
  • Embodiment designed as a semi-open radial flow impeller 17 has a
  • Plate device 18, on which the blade device 13 is received, which is formed here as pressure blades 51 are.
  • a receptacle 57 is provided, into which the drive shaft 25 of the drive device 24 can engage.
  • openings 16 are provided in the embodiment shown here, of which only two openings 16 can be seen in the illustrations shown. These openings 16 are designed here as holes 58, and serve to accumulate in the delivery area gas axially outward to the pressure side 7 a
  • FIG. 8 shows the rotation device 12 shown in FIG. 7 in a purely schematic view from below.
  • the receptacle 57 for the drive shaft 25 of the drive device 24 and the blade device 13 designed as pressure blades 51 can be seen.
  • the openings 16 can not be recognized by the design of the blade device 13 in this view.
  • Impeller spine 21 are arranged.
  • Rotation device 12 a back pressure to the pressure caused by the pressure blades 51.
  • the openings 16 are provided in the inner half 19 of the rotating device 12.
  • the auger means 36 is arranged. In such an embodiment, it is z. B. also possible that the auger means 36 is disposed in the inlet 9 to the rotary pump means 2 substantially transverse to the rotation means 12. Then the auger means 36 sucks the working fluid 3 laterally into the rotary pumping device 2, where it from the
  • Rotation device 12 is conveyed through the conveyor region 11 from the inlet 9 into the outlet 10. Even in such a
  • FIG. 11 shows a purely exemplary embodiment of a pump device 1 according to the invention, shown purely schematically from two perspectives.
  • the pump device 1 in the exemplary embodiment shown here serves to pump off working fluid 3 from a fermenter 101 of a biogas plant 100 and to supply it to another component of the biogas plant 100, which is not shown here.
  • a feed line 61 is guided to the carrier device 37 or into the container device 38, wherein the feed line 61 through a
  • Locking device 42 can be shut off.
  • Shutter 42 is in the one shown here
  • Embodiment designed as a slide 49 Embodiment designed as a slide 49.
  • the rotary pump device 2 sucks working fluid 3 from the container device 38 and conveys this through a
  • Outlet 10 via a line not shown here, for example, in a repository. This is a gas content of the
  • Vacuum line 53 passed into the separation vessel 29.
  • Vacuum line 53 generated by a vacuum pump device 28 is attached here to the Fermenterwandung 105, wherein the vacuum line 65 from the vacuum pump device 28 in the
  • Vacuum pump device 28 is passed via an exhaust air line 70 into the line 71, which is passed back into the fermenter 101.
  • the separation vessel device 29 is also in this case
  • a closure device 42 which is provided between the Abscheidematicer owned 29 and the support means 37. Is a maximum level in the
  • Container device 39 can be returned.
  • the pump device 1 according to FIG. 11 is shown purely schematically in FIG. 12 in a sectional view from the side. Again, you can see the guided through the Fermenterwandung 105 supply 61, which in the here shown
  • Embodiment is flanged directly to the container device 38.
  • Feed distribution device 43 may be provided in front of the container device 38, via which further feeds or technical components can be connected.
  • FIG. 13 the separating container device 29 according to FIGS. 11 to 13 is shown in a detailed view. It can be seen that the separator container device two
  • Valve means 66 are assigned, which here as
  • the check valves 67 are shown in the here shown
  • Embodiment each controlled by means of a 3/2-way valve 68.
  • the provided on the vacuum line 65 check valve 67 is opened by means of the associated 3/2-way valve, as long as negative pressure in the separator 14 is required and as long as the maximum level of the separator container means 29 is not reached.
  • Vacuum line 65 is open.
  • Vacuum line 65 by means of closed. Then the
  • the check valve 65 are opened in the conduit 71 by means of the associated 3/2-way valve 68, so that aeration of the system takes place.
  • a particularly effective ventilation of the system is on the line 71 a
  • Ventilation line 74 is provided, the check valve 75 includes.
  • Line 71 can be slid via a purge line 69, for example, water in the conduit 71 and in the separation vessel means 29.
  • a purge line 69 for example, water in the conduit 71 and in the separation vessel means 29.
  • the valve 73 of the game line 69 is released on the line 71.
  • the check valve 67 is opened in the line 71, so that water in the
  • Separator container means 29 and the conduit 71 can flow.
  • a check valve 72 is provided in the exhaust duct 70.
  • FIG. 14 shows the sectional plane A-A drawn in FIG. 13 in a purely schematic frontal view.
  • Separator container means 29 are reliably detected.
  • the sensitivity of the level sensors 62, 63 may preferably be adjusted so that they do not yet indicate a maximum fill level when only foam in

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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Biogasanlage (100) mit einer Pumpenvorrichtung, Pumpenvorrichtung (1) und Verfahren zum Betreiben einer Pumpenvorrichtung mit wenigstens einer Rotationspumpeneinrichtung (2), insbesondere für eine Biogasanlage (100), zur Förderung eines Arbeitsfluids (3), welches einen Flüssigkeitsanteil (4) und einen Feststoffanteil (5) umfasst. Die Rotationspumpeneinrichtung (2) weist eine Saugseite (6) und eine Druckseite (7) auf und umfasst eine Gehäuseeinrichtung (8). Die Gehäuseeinrichtung (8) weist einen Einlass (9) für das Arbeitsfluid (3) auf der Saugseite (6) und einen Auslass (10) für das Arbeitsfluid (3) auf der Druckseite (7) auf. Ferner ist zwischen dem Einlass (9) und dem Auslass (10) ein Förderbereich (11) vorgesehen ist, wobei in dem Förderbereich (11) eine Rotationseinrichtung (12) mit einer Schaufeleinrichtung (13) angeordnet ist, die das Arbeitsfluid von dem Einlass (9) durch den Förderbereich (11) zu dem Auslass (10) fördert. Der Auslass (10) für das Arbeitsfluid (3) ist an der Druckseite (7) der Rotationspumpeneinrichtung (2) im Wesentlichen seitlich nach außen geführt und die Rotationseinrichtung (12) ist dazu ausgebildet und geeignet, das Arbeitsfluid (3) an der Druckseite (7) der Rotationspumpeneinrichtung (2) seitlich nach außen in den Auslass (10) zu fördern. Dabei ist der Druckseite (7) der Rotationspumpeneinrichtung (2) in axialer Richtung eine Abscheideeinrichtung (14) angeordnet und die Rotationseinrichtung (12) weist im axial äußeren Bereich an der Druckseite (7) eine Öffnung (16) zum Abscheiden von Arbeitsfluid (3) mit einem wesentlichen Gasanteil in die Abscheideeinrichtung (14) auf.

Description

Pumpenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpenvorrichtung, welche sich insbesondere für den Einsatz an bzw. in einer Biogasanlage eignet. Dabei umfasst die Pumpenvorrichtung wenigstens eine Rotationspumpeneinrichtung, mit welcher ein Arbeitsfluid gefördert werden kann. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer solchen
Pumpenvorrichtung und eine Biogasanlage mit einer solchen
Pumpenvorrichtung .
In Biogasanlagen werden eine oder mehrere Pumpen oder auch komplexe Pumpensysteme verwendet, um ein Arbeitsfluid
beispielsweise von einem Vorratsbehälter in einen
Fermenterbehälter zu pumpen oder auch um das Arbeitsfluid von einem Fermenterbehälter in einen anderen zu pumpen.
Das Arbeitsfluid in einer Biogasanlage umfasst in der Regel einen Flüssigkeitsanteil und einen Feststoffanteil , wobei das Arbeitsfluid je nach Menge des Feststoffanteils
unterschiedliche Fließeigenschaften aufweist. Die
Fließeigenschaften des Arbeitsfluids hängen auch wesentlich von der Lösung des Feststoffanteils im Arbeitsfluid ab.
Das Arbeitsfluid in einer Biogasanlage kann zudem unter
Umständen auch nicht unerheblich mit Gas beladen sein. Dabei ist das Gas in Form von kleinen Gasbläschen in dem Arbeitsfluid enthalten. Ein solches gashaltiges Arbeitsfluid ist für den normalen Betrieb einer Biogasanlage in der Regel unkritisch, zumal Gas beim Betrieb einer Biogasanlage ein gewünschtes Produkt ist.
Beim Pumpen bzw. Umpumpen von dem Arbeitsfluid kann das in dem Arbeitsfluid enthaltende Gas jedoch unter bestimmten Umständen Schwierigkeiten bereiten. Bei Einsaugen des Arbeitsfluids insbesondere in eine Rotationspumpe kommt durch es die Rotation des Laufrades in dem Förderbereich zu einem lokalen Druckabfall, wodurch sich die kleinen Gasbläschen in dem Arbeitsfluid entspannen und sich dadurch spontan erheblich ausdehnen.
Dadurch kann es zu größeren Gasansammlungen im Förderbereich der Pumpe kommen, wodurch die Förderleistung der Pumpe
erheblich eingeschränkt sein kann. Im schlimmsten Fall kann ein weiterer Betrieb der Pumpe durch die Gasansammlung sogar unmöglich sein.
Gas weist nur 1/1000 der Dichte einer Flüssigkeit auf und durch die Druckabnahme im Eingang der Pumpe derart expandieren, dass der Förderbereich unter Umständen komplett durch das sich ausdehnende Gas zugesetzt werden kann.
Somit kann die Förderleistung der Pumpe durch das sich beim Ansaugen in die Pumpe ausdehnende Gas stark eingeschränkt werden .
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Biogasanlage mit einer Pumpenvorrichtung, eine
Pumpenvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer
Pumpenvorrichtung zur Verfügung zu stellen, wobei eine
zufriedenstellende Förderleistung auch bei einem gasbeladenen Arbeitsfluid ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Pumpenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Verfahren ist Gegenstand von Anspruch 25. Die erfindungsgemäße Biogasanlage ist Gegenstand von Anspruch 28. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen.
Die erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung mit wenigstens einer Rotationspumpeneinrichtung ist insbesondere für den Einsatz in oder an einer Biogasanlage geeignet und dient zur Förderung eines Arbeitsfluids , welches wenigstens einen Flüssigkeits¬ anteil und wenigstens einen Feststoffanteil umfasst. Die
Rotationspumpeneinrichtung weist wenigstens eine Saugseite und wenigstens eine Druckseite auf und umfasst zudem wenigstens eine Gehäuseeinrichtung. An der Gehäuseeinrichtung sind wenigstens ein Einlass für das Arbeitsfluid auf der Saugseite und wenigstens ein Auslass für das Arbeitsfluid auf der
Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung vorgesehen, wobei zwischen dem Einlass und dem Auslass wenigstens ein
Förderbereich vorgesehen ist. In dem Förderbereich ist wenigstens eine Rotationseinrichtung mit wenigstens einer Schaufeleinrichtung angeordnet, die das Arbeitsfluid von dem Einlass durch den Förderbereich zu dem Auslass fördert. Der Auslass für das Arbeitsfluid an der Druckseite der
Rotationspumpeneinrichtung ist im Wesentlichen seitlich nach außen geführt und die Rotationseinrichtung ist dazu geeignet und ausgebildet, das Arbeitsfluid an der Druckseite der
Rotationspumpeneinrichtung seitlich nach außen in den Auslass zu fördern. An der Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung ist in axialer Richtung wenigstens eine Abscheideeinrichtung angeordnet. Zudem ist an der Rotationseinrichtung im axial äußeren Bereich an der Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung wenigstens eine Öffnung zum Abscheiden von
Arbeitsfluid in die Abscheideeinrichtung vorgesehen. Dabei weist das abzuscheidende Arbeitsfluid insbesondere einen wesentlichen Gasanteil auf. Als Arbeitsfluid wird im Sinne der Erfindung wird insbesondere jedes Fluid verstanden, welches im Rahmen des Betriebes einer Biogasanlage gefördert wird. Dazu zählt bevorzugt auch ein Biomassegemisch bzw. ein Substratgemisch, welches in der
Biogasanlage fermentiert wird.
Erfindungsgemäß dichtet die Abscheideeinrichtung insbesondere den Förderbereich an der Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung in axialer Richtung ab. Der seitlich nach außen geführte Auslass der Rotationspumpeneinrichtung kann
insbesondere auch axial und/auch tangential nach außen
weggeführt sein.
Die erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung mit wenigstens einer Rotationspumpeneinrichtung bietet viele Vorteile. Ein
erheblicher Vorteil ist, dass durch die Abscheideeinrichtung an der Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung in Verbindung mit der speziell ausgestalteten Rotationseinrichtung eine
Rotationspumpe zur Verfügung gestellt wird, bei der ein Abfall der Förderleistung der Rotationspumpe durch sich im
Förderbereich ansammelndes Gas effektiv vermieden werden kann.
Insbesondere bei Arbeitsfluiden, welche durch eine Biogasanlage gefördert werden, kann es durch die spezielle Zusammensetzung des Arbeitsfluids zu einer nicht unerheblichen Gasbeladung des Fluids kommen. Je höher der Druck auf das Arbeitsfluid ist, umso kleiner sind solche Gasblasen. Das heißt, es können viele kleine Gasbläschen im Arbeitsfluid enthalten sein.
Diese Gasbeladung ist im Normalfall unkritisch für den Betrieb einer Biogasanlage. Bei der Durchförderung des Arbeitsfluids durch den Förderbereich der Rotationspumpeneinrichtung von der Saugseite zur Druckseite kann es jedoch je nach den
Fließeigenschaften des zu fördernden Arbeitsmediums zu einem Druckabfall kommen, der unter Umständen dazu, dass die vielen kleinen Gasbläschen sich plötzlich entspannen bzw. sich
vergrößern. Da Gas nur etwa 1/1000 der Dichte einer Flüssigkeit hat, kann in der Rotationspumpe kein Druck mehr aufgebaut werden. Die Gasansammlung versperrt dann den Zutritt zum
Förderbereich und kann nicht durch die Rotationspumpeneinrichtung abgeführt werden kann. Dies kann je nach
Gasansammlung auch dazu führen, dass das Durchfördern von
Flüssigkeiten durch die Rotationspumpe nicht mehr bzw. nur noch eingeschränkt möglich ist und der Förderprozess zum Erliegen kommt .
Durch die spezielle Ausgestaltung der Rotationseinrichtung mit der Öffnung in Verbindung mit der Abscheideeinrichtung an der Druckseite der Rotationspumpeneinrichtung kann sich das im Förderbereich ansammelnde Gas in axialer Richtung zur
Druckseite hin entweichen. Dies erfolgt u.a. schon durch die Zentrifugalkraft, die durch die Rotationseinrichtung
bereitgestellt wird. Zudem kann das Abführen des Gases aus dem Förderbereich in anderen Ausgestaltungen auch noch aktiv unterstützt werden.
Bevorzugt ist die Rotationseinrichtung als halb offenes oder geschlossenes Radialstromlaufrad ausgebildet. Dabei weist beispielsweise ein halb-offenes Radialstromlaufrad einen sogenannten Tellerboden auf, an dem die Schaufeleinrichtung aufgenommen ist. Die Schaufeleinrichtungen sind insbesondere als Druckschaufeln ausgebildet. Ein solches geschlossenes Radialstromlaufrad kann z. B. als Kanalradpumpe mit einem
Tellerboden und Tellerdeckel ausgeführt sein.
Besonders bevorzugt ist die Öffnung in einer der Druckseite zugewandten Tellereinrichtung des Radialstromlaufrades
angeordnet. Bei einem halb-offenen Radialstromlaufrad ist dementsprechend die einzige Tellereinrichtung der Druckseite der Rotationseinrichtung zugewandt. Auf der Unterseite der Tellereinrichtung sind die Druckschaufeln dann angebracht, die sich in Richtung der Saugseite in den Förderbereich erstrecken.
In vorteilhaften Weiterbildungen ist die Erfindung bzw. sind die Erfindungen in der radial inneren Hälfte der
Tellereinrichtung angeordnet. Dabei ist insbesondere eine
Anordnung der Öffnung bzw. der Öffnungen bevorzugt, die sich möglichst weit im Zentrum der Tellereinrichtung bzw. der
Rotationseinrichtung befindet.
In bevorzugten Weiterbildungen ist die Förderrichtung durch den Förderbereich im Wesentlichen von axial nach radial gerichtet. Dabei ist unter radial insbesondere auch eine seitliche bzw. tangentiale Ausrichtung zu verstehen. In anderen
Ausgestaltungen, insbesondere wenn die Rotationseinrichtung als geschlossenes Radialstromlaufrad ausgebildet ist, kann die Förderrichtung z. B. auch von tangential nach tangential verlaufen .
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen ist die
Rotationspumpeneinrichtung derart angeordnet, dass im
installierten Zustand der Rotationspumpeneinrichtung der
Förderbereich im Wesentlichen von unten nach oben verläuft. In allen Ausgestaltungen ist die Wirkungsweise der
Pumpenvorrichtung unabhängig von der Einbaulage der
Rotationspumpeneinrichtung .
In vorteilhaften Weiterbildungen weist die Rotationseinrichtung wenigstens eine Laufradrückenschaufel auf. Eine derartige
Laufradrückenschaufel bietet viele Vorteile. Zum einen baut die Laufradrückenschaufel einen Gegendruck zu der Fliehkraft auf, die durch die Druckschaufeln der Schaufeleinrichtung erzeugt wird. Dadurch können einige Komponenten der Rotationspumpeneinrichtung wie z. B. Gleitringdichtung eines Antriebes
entlastet werden. Zudem wird durch die Laufradrückenschaufel auch erreicht, dass ein Großteil des durch die Öffnungen in die Abscheideeinrichtung dringenden flüssigen Arbeitsfluids wieder radial nach außen abtransportiert wird. Dabei kann die
Schaufeleinrichtung derart in dem Gehäuse angeordnet sein, dass das flüssige Arbeitsfluid radial nach außen in den tangentialen Abführbereich des Auslasses geführt wird.
In vorteilhaften Weiterbildungen umfasst die
Abscheideeinrichtung wenigstens eine Unterdruckkammer. Bei einer solchen Unterdruckkammer kann ein Unterdruck auf die Öffnung bzw. die Öffnungen im axialen Bereich an der Druckseite der Schaufeleinrichtung angelegt werden. Dadurch kann das
Abführen des Gases aus dem Förderbereich unterstützt werden, wodurch eine besonders effektive Abfuhr des angesammelten Gases aus dem Förderbereich ermöglicht wird.
Um beim Absaugen des Gases aus dem Förderbereich nicht größere Mengen an flüssigem Arbeitsfluid wegzusaugen, umfasst die
Abscheideeinrichtung in bevorzugten Ausgestaltungen wenigstens eine Trennplatteneinrichtung, die zwischen der Unterdruckkammer und der Schaufeleinrichtung angeordnet ist. Dabei ist die
Trennplatteneinrichtung insbesondere dazu geeignet und
ausgebildet, im Wesentlichen nur gasförmiges Fluid
durchzulassen.
Weiterhin ist bevorzugt, dass wenigstens eine
Antriebseinrichtung zum Rotieren der Rotationseinrichtung an der Rotationspumpeneinrichtung vorgesehen ist, die wenigstens eine Antriebswelle umfasst. Dabei tritt die Antriebswelle bevorzugt in axialer Richtung von der Druckseite der
Rotationspumpeneinrichtung mit der Rotationseinrichtung in Wirkverbindung. Die Antriebseinrichtung umfasst insbesondere einen Motor, der die Drehung der Rotationseinrichtung bewirkt. Zudem können auch noch andere Kontroll- und Steuerelemente an der Antriebseinrichtung vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist die Welle der Antriebseinrichtung durch wenigstens eine Öffnung in der Trennplatteneinrichtung geführt, wobei zwischen der Welle und der Trennplatteneinrichtung vorzugsweise wenigstens ein geringer Spalt frei bleibt. Wird ein Unterdruck auf die Öffnungen in der Rotationseinrichtung angelegt, wird das angesammelte Gas zusammen mit einem gewissen Anteil von flüssigem Arbeitsfluid in Richtung der
Unterdruckkammer gezogen. Ein Großteil des flüssigen
Arbeitsfluids wird durch die Laufradrückenschaufel axial nach außen befördert, wodurch in Verbindung mit dem kleinen Spalt im Zentrum der Trennplatteneinrichtung im Wesentlichen nur der Gasanteil durch die Öffnung in der Trennplatteneinrichtung in die Unterdruckkammer gesaugt wird. Je nach angesetztem
Unterdruck und Menge des flüssigen Arbeitsfluids können aber auch Flüssiganteile in die Unterdruckkammer gelangen.
Um einen Unterdruck an den axialen Bereich der Rotationseinrichtung mit der Öffnung anzulegen, ist in besonders
bevorzugten Ausgestaltungen der Abscheideeinrichtung wenigstens eine Unterdruckpumpeneinrichtung zugeordnet. Dabei ist diese Unterdruckpumpeneinrichtung vorzugsweise der Unterdruckkammer zugeordnet. Eine solche Unterdruckpumpeneinrichtung kann z. B. als Flüssigkeitsringpumpe oder auch als Seitenkanalverdichter ausgebildet sein. Je nach Art und Arbeitsweise der verwendeten Unterdruckpumpe können eventuell explosive Gasgemische
entstehen. Bei der Auswahl der Unterdruckpumpeneinrichtung ist deshalb darauf zu achten, dass eine Unterdruckpumpeneinrichtung benutzt wird, bei der entweder kein explosionsfähiges
Gasgemisch entstehen kann, oder dass die nötigen
Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, um Gefahren durch ein explosionsfähiges Gasgemisch zu vermeiden.
Um das abgesaugte Gas bzw. das abgesaugte Arbeitsfluid mit einem wesentlichen Gasanteil sicher aus dem Förderbereich abzuführen, umfasst die Abscheideeinrichtung in vorteilhaften Weiterbildungen wenigstens eine Abscheidebehältereinrichtung mit wenigstens einem Aufnahmebereich für abgesaugtes
Arbeitsfluid . Eine solche Abscheidebehältereinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Gasanteil von dem flüssigen Arbeitsfluid abgetrennt werden kann. So kann
einerseits das flüssige Arbeitsfluid zur weiteren Verwendung in der Biogasanlage in den Arbeitskreislauf zurückgeführt werden. Weiterhin kann der entnommene Gasanteil aus dem System
abgeführt oder sogar einem Gasspeicher zugeführt werden und geht der Bilanz der Biogasanlage so nicht verloren.
Bevorzugt geht die Abscheidebehältereinrichtung mit der
Unterdruckpumpeneinrichtung in Wirkverbindung, wobei die
Unterdruckpumpe vorzugsweise der Abscheidebehältereinrichtung nachgeschaltet ist. Dadurch wird es möglich, dass die
Unterdruckpumpeneinrichtung das sich im Förderbereich
ansammelnde Gas durch den Behälter der Abscheidebehältereinrichtung und durch die Unterdruckpumpeneinrichtung
durchzieht und anschließend eventuell gesammelt wird.
Dabei ist besonders bevorzugt, dass die Wirkrichtung der
Unterdruckpumpe umkehrbar ist. Dabei kann die Unterdruckpumpe z. B. in verschiedene Richtungen betrieben werden. Vorzugsweise wird die Arbeitsrichtung der Unterdruckpumpeneinrichtung aber beibehalten, wobei durch eine spezielle Ventilsteuerung
entweder ein Unterdruck oder ein Druck an die Abscheidebehältereinrichtung ungelegt wird.
Weiterhin kann der Abscheidebehältereinrichtung besonders bevorzugt auch wenigstens eine Ventileinrichtung zugeordnet sein, die vorzugsweise als Rückschlagventileinrichtung
ausgebildet ist. Dabei ist die Ventileinrichtung insbesondere zwischen dem Unterdruckbehälter und der Abscheidebehältereinrichtung vorgesehen. So kann gewährleistet werden, dass kein Arbeitsfluid zurück in den Unterdruckbehälter gedrückt wird, wenn die Unterdruckpumpeneinrichtung keinen Unterdruck auf die Abscheidebehältereinrichtung, sondern einen Druck auf die
Abscheidebehältereinrichtung anlegt .
Vorzugsweise ist der Abscheidebehältereinrichtung wenigstens eine Füllstandeinrichtung zugeordnet, mit welcher die Menge des in der Abscheidebehältereinrichtung befindlichen Fluids
ermittelt werden kann. Die Füllstandeinrichtung kann
vorzugsweise auch ein Abschlussventil umfassen oder als solches ausgebildet sein. Dann verschließt die Füllstandeinrichtung automatisch den Zugang zu der Unterdruckpumpeneinrichtung, sobald ein kritischer Füllstand in der
Abscheidebehältereinrichtung erreicht wird. So kann keine
Flüssigkeit durch eine Fehlfunktion oder Fehlbedienung in die Unterdruckpumpeneinrichtung gelangen .
Bevorzugt ist, dass die Füllstandeinrichtung wenigstens eine Schwimmereinrichtung und/oder wenigstens eine Sensoreinrichtung umfasst. Dadurch wird es beispielsweise möglich, dass durch die Füllstandeinrichtung in Verbindung mit dem Sensor automatisch ein maximales Level des Fluids in der Abscheidebehältereinrichtung angezeigt wird. Dabei kann z. B. eine als
Schwimmereinrichtung ausgebildete Füllstandeinrichtung bei steigendem Fluidpegel in der Abscheidebehältereinrichtung immer weiter nach oben aufschwimmen. Bei einem gewissen maximalen Füllstand drückt die Schwimmereinrichtung dann z. B. gegen einen Drucksensor. Durch ein solches Signal kann dann z. B. auch der Betrieb der Unterdruckpumpe abgestellt werden. In anderen Ausgestaltungen kann der Füllstand aber auch ohne eine Schwimmereinrichtung ausschließlich über geeignete Sensoren festgestellt werden. Dann sind vorzugsweise wenigstens ein oberer und wenigstens ein unterer Füllstandsensor vorgesehen. Die Empfindlichkeit wenigstens eines Sensors ist dann
vorzugsweise derart einstellbar, dass der Sensor zwischen
Flüssigkeiten und Schaum unterscheiden kann. So ist es möglich, dass der maximale Füllstand nicht schon durch eine
Schaumschicht erkannt wird. Zudem können die Sensoren in vorteilhaften Weiterbildungen derart ausgewählt werden, dass auch Rückschlüsse über den Feststoffanteil , den
Flüssigkeitsanteil und/oder den Gas- bzw. Schaumanteil in der Abscheidebehältereinrichtung gezogen werden können.
In anderen bevorzugten Ausgestaltungen ist der Rotationseinrichtung wenigstens eine Einzugsschneckeneinrichtung
vorgeschaltet. Die Einzugsschneckeneinrichtung dient
insbesondere dazu, einen gleichmäßigen Einzug von Arbeitsfluid in die Rotationseinrichtung zu gewährleisten. So wird der
Rotationseinrichtung immer ausreichend Arbeitsfluid zur
Verfügung gestellt.
In zweckmäßigen Weiterbildungen ist wenigstens eine
Trägereinrichtung vorgesehen, welche wenigstens eine
Behältereinrichtung mit wenigstem einem ersten Zulauf für das zu fördernde Arbeitsfluid und wenigstens einen Ablauf umfasst, wobei an dem Ablauf wenigstens eine Rotationspumpeneinrichtung anbringbar ist.
Besonders bevorzugt weist die Trägereinrichtung wenigstens einen zweiten Zulauf auf, an dem die Abscheidebehältereinrichtung der Rotationspumpeneinrichtung anschließbar ist. Dadurch wird es möglich, dass beim Absaugen des Gases aus dem Förderbereich abgeschiedenes flüssiges Arbeitsfluid zunächst in die Abscheidebehältereinrichtung und anschließend zurück in die Trägereinrichtung überführt wird, wodurch das abgeführte flüssige Arbeitsfluid wieder der Rotationspumpeneinrichtung zugeführt werden kann.
Damit keine ständige Verbindung zwischen der Abscheidebehältereinrichtung und der Trägereinrichtung besteht, ist in
bevorzugten Weiterbildungen wenigstens zwischen der Träger- einrichtung und der Abscheidebehältereinrichtung wenigstens eine Verschlusseinrichtung vorgesehen. Eine solche Verschlusseinrichtung kann z. B. als Verschlussschieber ausgebildet sein, der zwischen die Abscheidebehältereinrichtung und die
Trägereinrichtung geflanscht ist. Ein solcher Schieber kann motorisch oder auch händisch bedienbar sein. Dabei kann der Schieber vorzugsweise pneumatisch, hydraulisch oder über eine Getriebeeinrichtung bewegt werden.
Besonders bevorzugt ist wenigstens eine Steuereinrichtung vorgesehen, die zur Steuerung und in Verbindung mit
verschiedenen Sensoren auch zur Regelung von beispielsweise der Rotationspumpeneinrichtung, der Antriebseinrichtung und auch der Abscheidebehältereinrichtung, der Verschlusseinrichtung sowie der Unterdruckpumpeneinrichtung geeignet ist.
In bevorzugten Weiterbildungen steht die Steuereinrichtung insbesondere mit der Sensoreinrichtung der Füllstandeinrichtung und der Verschlusseinrichtung in Wirkverbindung. Dabei besteht vorzugsweise auch eine Wirkverbindung mit der Unterdruckpumpeneinrichtung, damit beim Erreichen eines maximalen Füllstandes des Fluids in der Abscheidebehältereinrichtung die
Unterdruckpumpeneinrichtung zunächst automatisch abgeschaltet wird, wonach sich die Verschlusseinrichtung zwischen
Abscheidebehältereinrichtung und Trägereinrichtung öffnet.
Anschließend kann die Wirkrichtung der Unterdruckeinrichtung umgekehrt werden, wodurch das Arbeitsfluid aus der
Abscheidebehältereinrichtung zurück in die Trägereinrichtung gefördert wird. Eine solche Arbeitsweise kann zweckmäßig auch von Hand durchgeführt werden.
Vorzugsweise ist der Trägereinrichtung wenigstens eine
Zulaufvorteilereinrichtung vorgeschaltet. Dadurch wird es möglich, dass verschiedene Komponenten und auch verschiedene Zuleitungen auch aus verschiedenen Vorratsbehältern oder Bereichen einer Biogasanlage an die Zulauf erteilereinrichtung angeschlossen werden und anschließend in die Trägereinrichtung eingeleitet werden.
Dabei ist der ZulaufVerteilereinrichtung in besonders bevorzugten Ausgestaltungen wenigstens eine Substratverkleinerungs¬ einrichtung zugeordnet, welche das zu fördernde Arbeitsfluid vor der Zufuhr in die Rotationspumpeneinrichtung homogenisiert. Dabei ist insbesondere ein Aufschluss bzw. eine Zerfaserung von dem Feststoffanteil in dem Arbeitsfluid bevorzugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Betreiben einer Pumpenvorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde. Dabei wird eine Rotationspumpeneinrichtung betrieben, um ein Arbeitsfluid zu fördern. Die Unterdruckpumpe der Abscheideeinrichtung wird aktiviert, wenn ein Leistungsabfall der Rotationspumpeneinrichtung durch sich ansammelndes Gas im Förderbereich detektiert wird. Durch das Aktivieren der Unterdruckpumpe wird der Gasstau im Förderbereich effektiv beseitigt, wodurch eine optimale Förderleistung der Rotationspumpeneinrichtung wieder gewährleistet ist.
Bevorzugt wird die Unterdruckpumpe wieder abgeschaltet, wenn sich die Leistung der Rotationspumpeneinrichtung wieder
normalisiert hat.
Auch das erfindungsgemäße Verfahren hat viele Vorteile. Dabei kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein effektiver
Pumpenbetrieb gewährleistet werden, wobei die
Abscheideeinrichtung aktiv nur in Betrieb genommen wird, wenn auch wirklich ein Gasstau im Förderbereich entstanden ist.
Besonders bevorzugt wird die Unterdruckpumpe wieder
abgeschaltet, wenn die Füllstandeinrichtung der Abscheidebe¬ hältereinrichtung einen maximalen Füllstand angibt. Dadurch wird unter anderem erreicht, dass kein flüssiges Arbeitsfluid aus Versehen in die Unterdruckpumpe gesaugt werden kann.
In zweckmäßigen Weiterbildungen wird nach der Detektion eines maximalen Füllstands die Verschlusseinrichtung zwischen der Abscheidebehältereinrichtung und der Trägereinrichtung geöffnet und/oder die Wirkrichtung der Unterdruckpumpeneinrichtung wird umgekehrt. Dadurch wird es ermöglicht, dass das flüssige
Arbeitsfluid aus der Abscheidebehältereinrichtung wieder zurück in die Trägereinrichtung geführt wird, wodurch das flüssige Arbeitsfluid wieder der Rotationspumpeneinrichtung zugeführt werden kann.
Die erfindungsgemäße Biogasanlage umfasst wenigstens einen Fermenter und wenigstens eine Pumpenvorrichtung der zuvor beschriebenen Art.
Auch die erfindungsgemäße Biogasanlage bietet viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil ist, dass durch den Einsatz der
erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung an bzw. in der Biogasanlage Funktionsstörungen der Anlage durch Gasansammlungen in der Rotationspumpe vermieden werden können.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine rein schematische Darstellung einer Biogasanlage mit einer erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Pumpenvorrichtung in einer rein schematischen
Darstellung; Fig. 3 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Pumpenvorrichtung in einer rein schematischen
Darstellung;
Fig. 4 eine Vergrößerung des Bereichs A in Figur 3;
Fig. 5 die Darstellung gemäß Figur 4 in einer perspektivischen
Darstellung;
Fig. 6 eine Vergrößerung des Bereichs B in Figur 3;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer Rotationseinrichtung in einer rein schematischen Darstellung;
Fig. 8 die Rotationseinrichtung gemäß Figur 7 in einer rein schematischen Ansicht von unten;
Fig. 9 die Rotationseinrichtung gemäß Figur 7 in einer rein schematischen Ansicht von oben;
Fig. 10 eine rein schematische geschnittene Ansicht der
Rotationseinrichtung gemäß Figur 9;
Fig. 11 eine rein schematische Darstellung einer weiteren
erfindungsgemäßen Pumpeneinrichtung von zwei Seiten in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 12 die Pumpeneinrichtung gemäß Figur 11 in einer rein
schematischen Schnittansicht von der Seite;
Fig. 13 eine rein schematische Detailansicht der
Abscheideeinrichtung gemäß Figur 11 in einer
Darstellung von der Seite; und
Fig. 14 die Abscheideeinrichtung gemäß Figur 13 in einer rein schematischen frontalen Schnittansicht. In Figur 1 ist rein schematisch eine erfindungsgemäße Biogasanlage 100 dargestellt, welche einen Fermenterbehälter 101 sowie ein Fermenterdach 102 umfasst. Das Fermenterdach ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als Foliendach 103 ausgebildet. In dem Fermenterbehälter 101 ist ein Arbeitsfluid 3 enthalten, welches einen Flüssiganteil 4 und einen
Feststoffanteil 5 aufweist. Das Arbeitsfluid 3 ist dabei in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein Biomassegemisch, aus welchem Biogas gewonnen werden soll.
Neben dem Fermenterbehälter 101 erkennt man eine
erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung 1, welche in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel mit dem Fermenterbehälter 101 und mit einem Vorratsbehälter 104 verbunden ist. Dabei kann die Pumpenvorrichtung 1 unter anderem Arbeitsfluid 3 aus dem
Vorratsbehälter 104 in den Fermenterbehälter 101 pumpen. Die Pumpenvorrichtung 1 kann aber auch mit weiteren Behältern oder Komponenten der Biogasanlage 100 in Wirkverbindung stehen.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung 1 ist in Figur 2 rein schematisch in einer perspektivischen
Ansicht dargestellt. Dabei erkennt man eine
ZulaufVerteilereinrichtung 43, welche mehrere Flansche 46 aufweist, an die Zuleitungen, Ableitungen und auch andere
Gerätekomponenten angeschlossen werden können. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf einen Flansch 46 eine SubstratZerkleinerungseinrichtung 44 angeflanscht, welche hier als motorisierte Substratmühle 47 ausgebildet ist.
Die ZulaufVerteilereinrichtung 43 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel über zwei Anschlüsse 48 mit einer
Trägereinrichtung 37 verbunden. Um die Anschlüsse 48
freizugeben oder abzusperren, sind Verschlusseinrichtungen 42 vorgesehen, welche in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als motorisierte Schieber 49 ausgebildet sind. Durch die Stellung der Schieber 49 kann hier gesteuert werden, ob das Arbeitsfluid 3 direkt oder aber über die Substratmühle 47 in die Trägereinrichtung 37 geleitet wird.
Auf der Trägereinrichtung 37 ist eine
Rotationspumpeneinrichtung 2 mit einer Abscheideeinrichtung 14 angeflanscht, wobei die Abscheidebehältereinrichtung 29 der Abscheideeinrichtung 14 auf einem anderen Flansch 46 der
Trägereinrichtung 37 befestigt ist.
In dieser Darstellung erkennt man noch einen kleinen Teil der Unterdruckleitung 53, die von der hier nicht sichtbaren
Unterdruckkammer 22 der Abscheideeinrichtung 14 in die
Abscheidebehältereinrichtung 29 führt.
An die Abscheidebehältereinrichtung 29 ist eine
Unterdruckpumpeneinrichtung 28 angeschlossen, die durch die Abscheidebehältereinrichtung und die Unterdruckleitung 53 einen Unterdruck auf die Unterdruckkammer 22 anlegen kann.
Die Rotationspumpeneinrichtung 2 umfasst eine
Antriebseinrichtung 24 und fordert das Arbeitsfluid 3 aus der Trägereinrichtung 37 durch den Auslass 10 z. B. von einem
Vorratsbehälter in den Fermenterbehälter 101 oder auch aus einem Fermenterbehälter in einen anderen.
In Figur 3 ist die Pumpenvorrichtung 1 gemäß Figur 2 in einer anderen perspektivischen Ansicht in einer rein schematischen Schnittdarstellung abgebildet. Auch in dieser Ansicht erkennt man die ZulaufVerteilereinrichtung 43, welche mit der
Trägereinrichtung 37 in Verbindung steht.
Die Trägereinrichtung 37 weist eine Behältereinrichtung 38 auf, durch welche ein Arbeitsfluid 3 geleitet werden kann. Dabei führen ein erster Zulauf 39 und ein Zulauf 50 von der
ZulaufVerteilereinrichtung 43 in die Trägereinrichtung 37. An den Ablauf 40 der Trägereinrichtung 37 ist die
Rotationspumpeneinrichtung 2 angeflanscht.
Der Rotationspumpeneinrichtung 2 ist eine Abscheideeinrichtung 14 zugeordnet, welche auch eine Abscheidebehältereinrichtung 29 umfasst, welche auf den zweiten Zulauf 41 der Trägereinrichtung 37 angeflanscht ist.
Die als „A" und „B" markierten Ausschnitte werden in den
Figuren 4 bis 6 in Detailvergrößerungen genauer gezeigt. In Figur 4 ist die Detailvergrößerung des Bereichs „A" in einer rein schematischen Schnittansicht dargestellt und zeigt die Rotationspumpeneinrichtung 2.
Die Rotationspumpeneinrichtung 2 weist eine Saugseite 6 und eine Druckseite 7 auf. Die Rotationspumpeneinrichtung 2 umfasst ferner eine Gehäuseeinrichtung 8, die einen Einlass 9 und einen Auslass 10 zur Verfügung stellt. Zwischen dem Einlass 9 und dem Auslass 10 ist ein Förderbereich 11 vorgesehen, in dem eine Rotationseinrichtung 12 mit einer Schaufeleinrichtung 13 angeordnet ist.
Die Schaufeleinrichtung 13 umfasst in dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel mehrere Druckschaufeln 51. Der
Rotationseinrichtung 12 ist zudem eine Einzugsschneckeneinrichtung 36 zugeordnet, die das Arbeitsfluid 3 aus der
Behältereinrichtung 38 der Trägereinrichtung 37in den Einlass 9 auf der Saugseite 6 der Rotationspumpeneinrichtung 2 befördert.
Die Einzugsschneckeneinrichtung 36 führt das Arbeitsfluid 3 der Rotationseinrichtung 12 zu, wobei die
Einzugsschneckeneinrichtung 36 und die Rotationseinrichtung 12 von einer in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel gemeinsam genutzten Antriebseinrichtung 24 angetrieben werden. Durch die Rotation der Rotationseinrichtung 12 fördert die
Schaufeleinrichtung 13 der Rotationseinrichtung 12 das Arbeitsfluid 3 durch den Förderbereich 11 vom Einlass 9 zum Auslass 10 der Rotationseinrichtung 2.
Durch den Sog auf der Saugseite 6 können sich in dem
Arbeitsfluid 3 befindliche Gasbläschen derart entspannen bzw. ausdehnen, dass es in der Rotationseinrichtung 12 bzw. im
Förderbereich 11 zu einem Gasstau bzw. einer Gasansammlung kommt, welche die Förderleistung der Rotationspumpeneinrichtung 2 negativ beeinflusst.
Um dieses überschüssige Gas aus dem Förderbereich 11
abzuführen, ist der Rotationspumpeneinrichtung 2 im axialen Bereich auf der Druckseite 7 der Rotationspumpeneinrichtung 2 eine Abscheideeinrichtung 14 zugeordnet. Zudem weist die
Rotationseinrichtung 12 im axial äußeren zur Druckseite 6 gerichteten Bereich 15 Öffnungen 16 auf, durch welche das angesammelte Gas in die Abscheideeinrichtung entweichen kann.
Durch diese Öffnungen 16 kann das sich ansammelnde Gas durch die beim Rotieren der Rotationseinrichtung 2 entstehende
Fliehkraft entweichen.
Um ein besonders gutes Abführen von dem Gas aus dem
Förderbereich 11 zu gewährleisten, ist oberhalb der Öffnungen 16 eine Abscheideeinrichtung 14 angeordnet, welche in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine Unterdruckkammer 22 umfasst. Die Unterdruckkammer 22 ist dabei in dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel von der Rotationseinrichtung 12 durch eine Trennplatteneinrichtung 23 abgetrennt.
Die Trennplatteneinrichtung 23 weist ungefähr in der Mitte eine Öffnung 26 auf, durch welche die Antriebswelle 25 der
Antriebseinrichtung 24 hindurchgreifen kann, um so in Kontakt mit der Schaufeleinrichtung 13 der Rotationseinrichtung 12 zu gelangen. Die Öffnung 26 in der Trennplatteneinrichtung 23 ist derart ausgestaltet, dass zwischen Trennplatteneinrichtung 23 und Antriebswelle 25 ein geringer Spalt 27 verbleibt.
Beim Absaugen des Gases aus dem Förderbereich 11 wird nämlich nicht nur Gas, sondern auch flüssiges Arbeitsfluid 3 abgesaugt. Durch die Trennplatte 23 wird verhindert, dass größere Mengen von flüssigem Arbeitsfluid 3 in die Unterdruckkammer 22
gelangen .
In Figur 5 ist der Bereich „A" in einer perspektivischen
Darstellung rein schematisch abgebildet. Auch hier erkennt man die Rotationseinrichtung 12 mit der Schaufeleinrichtung 13, welche das Arbeitsfluid 3 von der Saugseite 6 der
Rotationspumpeneinrichtung 2 zur Druckseite 7 befördert. Man erkennt weiter auch die Unterdruckkammer 22, welche mittels einer Trennplatteneinrichtung 23 von den Öffnungen 16 in der Rotationseinrichtung 12 abgetrennt ist.
Man erkennt ferner, dass auf der axial äußeren Seite 15 der Rotationseinrichtung 12 Laufradrückenschaufein 21 vorgesehen sind, welche zum einen durch die Öffnungen 16 getretenes flüssiges Arbeitsfluid 3 weitestgehend seitlich abfördern.
Zudem wird die Laufradrückenschaufein 21 ein Gegendruck zu dem durch die Druckschaufeln 51 der Schaufeleinrichtung 13
erzeugten Druck aufgebaut, der einige Komponenten der
Rotationspumpeneinrichtung 2 entlasten kann. Dabei werden insbesondere auch die Gleitringdichtungen 52 der
Antriebseinrichtung 24 entlastet.
An der Unterdruckkammer 22 ist eine Unterdruckleitung 53 vorgesehen, über die ein Unterdruck mittels einer
Unterdruckpumpeneinrichtung 28 auf die Unterdruckkammer 22 ausgeübt werden kann. Dabei verläuft die Unterdruckleitung 53 in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel in die
Abscheidebehältereinrichtung 29 der Abscheideeinrichtung 14. Der Bereich „B" in Figur 3, welcher die
Abscheidebehältereinrichtung 29 zeigt, ist rein schematisch in einer Detailvergrößerung in Figur 6 dargestellt.
Die Abscheidebehältereinrichtung 29 umfasst einen
Aufnahmebereich 30, in dem das flüssige Arbeitsfluid 3, welches durch die Unterdruckleitung 53 gesaugt wird, aufgenommen werden kann. Dabei ist im oberen Bereich der Abscheidebehältereinrichtung 29 ein Gasanschluss 54 vorgesehen, an dem ein
Zweiwegeventil 55 vorgesehen ist, welchem die
Unterdruckpumpeneinrichtung 28 nachgeschaltet ist.
In der Abscheidebehältereinrichtung 29 ist eine Füllstandeinrichtung 33 angeordnet, welche den Pegel des flüssigen
Arbeitsfluids 3 in dem Aufnahmebereich 30 anzeigen kann. Dabei ist die Füllstandeinrichtung 33 in dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel als Schwimmereinrichtung 44 ausgebildet. Die Füllstandeinrichtung 33 weist dabei eine Anzeigeeinrichtung 56 auf, über welche der Füllstand in dem Aufnahmebereich 30 abgelesen werden kann. In Figur 6 sind zwei Pegelständer der Schwimmereinrichtung 33 rein schematisch dargestellt.
Weiterhin umfasst die Schwimmereinrichtung 44 in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein Abschlussventil 60, dass an dem als Ventilstange ausgebildeten Schwimmerstab 61 je nach Füllstand mitbewegt wird. Beim Erreichen eines kritischen
Füllstandes schließt das Abschlussventil 60 den Zugang zur Unterdruckpumpeneinrichtung 28 sicher ab. So kann eine
Beschädigung der Unterdruckpumpeneinrichtung 28 durch eine Fehlfunktion oder Fehlbedienung der Pumpeneinrichtung 1 vermieden werden.
Wird ein maximaler Füllstand erreicht, kann automatisch oder auch händisch die Unterdruckpumpeneinrichtung 28 derart
umgestellt werden, dass ein Überdruck auf die Abscheide- behältereinrichtung 29 ausgeübt wird. Dann kann die
Abscheidebehältereinrichtung 29 über diesen Druck in die
Trägereinrichtung 37 entleert werden, wenn die Verschlusseinrichtung 42 zwischen Abscheidebehältereinrichtung 29 und Trägereinrichtung 37 geöffnet wird.
Um ein Rückläufen bzw. Rückdrücken von Arbeitsfluid 3 durch die Leitung 53 in die Unterdruckkammer 22 zu vermeiden, ist an der Leitung 53 eine Ventileinrichtung 31 vorgesehen, welche in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als Rückschlagventil¬ einrichtung 32 ausgeführt ist. Diese Ventileinrichtung 31 gibt die Unterdruckleitung 53 frei, solange ein Unterdruck auf diese Leitung 53 ausgeübt wird. Wird hingegen ein Druck bzw.
Überdruck auf das Rückschlagventil 32 ausgeübt, verschließt sich die Unterdruckleitung 53 automatisch.
Um mit der Unterdruckpumpeneinrichtung 28 sowohl Unterdruck als auch Druck auf die Abscheidebehältereinrichtung anlegen zu können, kann diese beispielsweise in zwei Laufrichtungen betrieben werden. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch die Druckseite der Unterdruckpumpeneinrichtung 28 zu dem Zweiwegeventil 55 zurückgeführt. So kann übe die Stellung des Zweiwegeventils einfach eingestellt werden, ob Druck oder
Unterdruck an die Abscheidebehältereinrichtung 29 angelegt werden soll.
In Figur 7 ist eine Rotationseinrichtung 12 einer
Rotationspumpeneinrichtung 2 rein schematisch in einer
perspektivischen Darstellung abgebildet.
Die Rotationseinrichtung 12 ist in einem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel als halb-offenes Radialstromlaufrad 17 ausgebildet. Dabei weist das Radialstromlaufrad 17 eine
Tellereinrichtung 18 auf, an welcher die Schaufeleinrichtung 13 aufgenommen ist, welche hier als Druckschaufeln 51 ausgebildet sind. Im zentralen Bereich des Radialstromlaufkreises 17 ist eine Aufnahme 57 vorgesehen, in welche die Antriebswelle 25 der Antriebseinrichtung 24 eingreifen kann.
In Rotationseinrichtung 12 bzw. in der Tellereinrichtung 18 sind in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel vier Öffnungen 16 vorgesehen, von denen in dem gezeigten Abbildungen nur zwei Öffnungen 16 zu sehen sind. Diese Öffnungen 16 sind hier als Bohrungen 58 ausgeführt, und dienen dazu, im Förderbereich angestautes Gas axial nach außen zur Druckseite 7 einer
Rotationspumpeneinrichtung 2 abzuführen.
In Figur 8 ist die in Figur 7 dargestellte Rotationseinrichtung 12 in einer rein schematischen Ansicht von unten dargestellt. Auch hier erkennt man die Aufnahme 57 für die Antriebswelle 25 der Antriebseinrichtung 24 und die als Druckschaufeln 51 ausgeführte Schaufeleinrichtung 13. Die Öffnungen 16 sind durch die Ausgestaltung der Schaufeleinrichtung 13 in dieser Ansicht nicht zu erkennen.
In Figur 9 ist das Radialstromlaufrad 17 in einer rein
schematischen Ansicht von oben dargestellt. Hier erkennt man die Tellereinrichtung 18, in der die Öffnungen 16 zum Absaugen von Gas aus dem Förderbereich 11 angebracht sind. Ferner erkennt man, dass auf der axial äußeren Seite 59 der
Tellereinrichtung 18 in dem hier gezeigten Beispiel 4
Laufradrückenschaufein 21 angeordnet sind.
Diese Laufradrückenschaufein 21 üben bei der Rotation der
Rotationseinrichtung 12 einen Gegendruck zu dem Druck auf, der durch die Druckschaufeln 51 verursacht wird. Dadurch können unter anderem die Gleitringdichtungen 52 der
Antriebseinrichtung 24 entlastet werden. Zudem wird flüssiges Arbeitsfluid 3, welches durch die Öffnungen 13 mitabgesaugt wird, zu einem großen Teil durch die Laufradrückenschaufein 21 nach außen abgeführt.
In Figur 9 ist zudem zu sehen, dass die Öffnungen 16
zentrumsnah in die Rotationseinrichtungen eingebracht sind. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Öffnungen 16 in der inneren Hälfte 19 der Rotationseinrichtung 12 vorgesehen sind .
Zur besseren Übersicht ist die Rotationseinrichtung 12 in Figur 10 nochmal einem in einer seitlichen Schnittansicht rein schematisch dargestellt. Auch hier erkennt man die
Tellereinrichtung 18, an der die Schaufeleinrichtung 13
aufgenommen ist. Auch erkennt man an der axial äußeren Seite 59 der Tellereinrichtung 18 eine der Laufradrückenschaufein 21.
In anderen Ausgestaltungen ist auch der Einsatz von anderen Rotationseinrichtungen 12 denkbar. Insbesondere ist es auch möglich, ein geschlossenes Radialstromlaufrad in der
Rotationspumpeneinrichtung 2 zu verwenden.
Es kann auch vorteilhaft sein, wenn der Einlass 9 für das
Arbeitsfluid 3 in die Rotationspumpeneinrichtung 2 nicht axial, sondern auch radial an der Rotationspumpeneinrichtung 2
angeordnet ist. In einer solchen Ausgestaltung ist es z. B. auch möglich, dass die Einzugsschneckeneinrichtung 36 in dem Einlass 9 zur Rotationspumpeneinrichtung 2 im Wesentlichen quer zu der Rotationseinrichtung 12 angeordnet ist. Dann saugt die Einzugsschneckeneinrichtung 36 das Arbeitsfluid 3 seitlich in die Rotationspumpeneinrichtung 2 hinein, wo sie von der
Rotationseinrichtung 12 durch den Förderbereich 11 vom Einlass 9 in den Auslass 10 befördert wird. Auch in einer solchen
Ausgestaltung kann sich im Förderberiech 11 stauendes Gas durch die Öffnungen 16 in die Rotationseinrichtung 12 zur Druckseite 7 hin abtransportiert werden. In Figur 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpeneinrichtung 1 rein schematisch aus zwei Perspektiven dargestellt. Dabei dient die Pumpeneinrichtung 1 in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel dazu, Arbeitsfluid 3 aus einem Fermenter 101 einer Biogasanlage 100 abzupumpen und einer anderen hier nicht näher dargestellten Komponente der Biogasanlage 100 zuzuführen.
Durch die Fermenterwandung 105 ist eine Zuleitung 61 zu der Trägereinrichtung 37 bzw. in die Behältereinrichtung 38 geführt, wobei die Zuleitung 61 durch eine
Verschlusseinrichtung 42 abgesperrt werden kann. Die
Verschlusseinrichtung 42 ist in dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel als Schieber 49 ausgeführt.
Die Rotationspumpeneinrichtung 2 saugt Arbeitsfluid 3 aus der Behältereinrichtung 38 ab und fördert dieses durch einen
Auslass 10 über eine hier nicht näher dargestellte Leitung zum Beispiel in ein Endlager. Dabei wird ein Gasanteil des
Arbeitsfluids 3 über die Abscheideeinrichtung 14 über die
Unterdruckleitung 53 in die Abscheidebehältereinrichtung 29 geleitet .
Der in der Abscheideeinrichtung 14 zum Abscheiden des
Gasanteils verwendete Unterdruck wird über die
Unterdruckleitung 53 von einer Unterdruckpumpeneinrichtung 28 erzeugt. Dabei ist die Unterdruckpumpeneinrichtung 28 hier an der Fermenterwandung 105 befestigt, wobei die Unterdruckleitung 65 von der Unterdruckpumpeneinrichtung 28 in die
Abscheidebehältereinrichtung 29 geführt ist. Der Unterdruck wird also über die Unterdruckleitung 65 zunächst in der
Abscheidebehältereinrichtung 29 erzeugt und dann über die
Unterdruckleitung 53 bis in die Abscheideeinrichtung 14
fortgesetzt . Dabei wird die Mittel zur Unterdruckpumpeneinrichtung 28 über die Unterdruckleitung 65 angesaugte Luft nicht einfach in die Umgebung ausgeblasen. Die Abluft der
Unterdruckpumpeneinrichtung 28 wird über eine Abluftleitung 70 in die Leitung 71 geleitet, welche zurück in den Fermenter 101 geleitet ist.
Eine solche Führung der Abluft ist zweckmäßig, da die aus der Abscheidebehältereinrichtung 29 abgesaugte Luft auch einen gewissen Gasanteil aufweisen kann, der aus Sicherheitsgründen nicht einfach in die Umgebung abgeführt werden sollte.
An die Leitung 71 ist zudem eine Spülanleitung 69
angeschlossen, mittels welcher die Abscheidebehältereinrichtung 29 und die Leitung 71 beispielsweise mit Wasser ausgespült werden kann.
Der Abscheidebehältereinrichtung 29 ist auch in dieser
Ausführungsform eine Verschlusseinrichtung 42, welche zwischen der Abscheidebehältereinrichtung 29 und der Trägereinrichtung 37 vorgesehen ist. Ist ein maximaler Füllstand in der
Abscheidebehältereinrichtung 29 erreicht, kann diese als
Schieber 49 ausgebildete Verschlusseinrichtung 42 geöffnet werden, wodurch das mit abgesaugte Arbeitsfluid 3 aus der Abscheidebehältereinrichtung 29 wieder in die
Behältereinrichtung 39 zurückgeführt werden kann.
Die Pumpenvorrichtung 1 gemäß Figur 11 ist in Figur 12 rein schematisch in einer Schnittansicht von der Seite dargestellt. Auch hier erkennt man die durch die Fermenterwandung 105 geführte Zuleitung 61, die in dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel direkt an die Behältereinrichtung 38 angeflanscht ist.
In anderen vorteilhaften Weiterbildungen der hier gezeigten Pumpenvorrichtung 1 kann aber auch eine Zulauf erteilereinrichtung 43 vor der Behältereinrichtung 38 vorgesehen sein, über welche weitere Zuläufe oder technische Komponenten angeschlossen werden können.
In dieser Ansicht ist auch die Durchführung der Leitung 71 durch die Fermenterwandung 105 in den Fermenter 101 zu
erkennen. Über diese Leitung 71 wird gashaltige Abluft aus der Unterdruckpumpeneinrichtung 28 in den Fermenter 101 geleitet.
In Figur 13 ist die Abscheidebehältereinrichtung 29 gemäß den Figuren 11 bis 13 in einer Detailansicht dargestellt. Dabei erkennt man, dass der Abscheidebehältereinrichtung zwei
Ventileinrichtungen 66 zugeordnet sind, welche hier als
Sperrventil 67 ausgebildet sind.
Die Sperrventile 67 werden in dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel jeweils mittels eines 3/2-Wegeventils 68 gesteuert .
Das an der Unterdruckleitung 65 vorgesehene Sperrventil die 67 wird mittels des zugehörigen 3/2-Wegeventils geöffnet, solange Unterdruck in der Abscheideeinrichtung 14 benötigt wird und solange der maximale Füllstand der Abscheidebehältereinrichtung 29 noch nicht erreicht ist.
Dabei verbleibt das Sperrventil 67 in der Leitung 71
geschlossen, solange das Sperrventil 67 in der
Unterdruckleitung 65 geöffnet ist.
Wird in der Abscheidebehältereinrichtung 29 ein maximaler Füllstand ermittelt, wird das Sperrventil 67 in der
Unterdruckleitung 65 mittels geschlossen. Dann kann der
Schieber 42 an der Abscheidebehältereinrichtung 29 geöffnet werden, wodurch das angesammelte Arbeitsfluid 3 wieder in die Behältereinrichtung 38 zurückfließen kann. Um ein besseres Abfließen des Arbeitsfluids aus der
Abscheidebehältereinrichtung 29 zu erreichen, kann dann
vorteilhaft das Sperrventil 65 in der Leitung 71 mittels des zugehörigen 3/2-Wegeventils 68 geöffnet werden, sodass eine Belüftung des Systems stattfindet. Für eine besonders effektive Belüftung des Systems ist an der Leitung 71 eine
Belüftungsleitung 74 vorgesehen, die Rückschlagventil 75 umfasst .
Zur Reinigung der Abscheidebehältereinrichtung 29 und der
Leitung 71 kann über eine Spülleitung 69 beispielsweise Wasser in die Leitung 71 und in die Abscheidebehältereinrichtung 29 gleitet werden. Dazu wird das Ventil 73 der Spielleitung 69 an der Leitung 71 freigegeben. Gleichzeitig wird das Sperrventil 67 in der Leitung 71 geöffnet, sodass Wasser in die
Abscheidebehältereinrichtung 29 und die Leitung 71 strömen kann .
Um Spülwasser nicht in die Unterdruckpumpeneinrichtung zu leiten, ist der in der Abluftleitung 70 ein Rückschlagventil 72 vorgesehen .
In Figur 14 ist die in Figur 13 eingezeichnete Schnittebene A-A in einer rein schematischen Frontalansicht dargestellt.
Dabei ist zu erkennen, dass in dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel zur Detektion des Füllstands in der
Abscheidebehältereinrichtung 29 keine Schwimmereinrichtung 34 vorgesehen ist.
Zur Detektion des Füllstandes werden hier zwei
Sensoreinrichtungen 35 eingesetzt. Dabei kann über den unteren Füllstandsensor 63 und den oberen Füllstandsensor 62 der
Füllstand des Arbeitsfluids 3 in der
Abscheidebehältereinrichtung 29 zuverlässig detektiert werden. Die Empfindlichkeit der Füllstandsensoren 62, 63 kann vorzugsweise derart eingestellt werden, dass sie noch nicht eine maximale Füllhöhe anzeigen, wenn lediglich Schaum in
Kontakt zu den Sensoren kommt.
Zudem ist es über die entsprechende Auswahl der Sensoren 62, 63 zudem möglich, Rückschlüsse über den Feststoffanteil , den
Flüssigkeitsanteil und/oder den Gas- bzw. Schaumanteil in der Abscheidebehältereinrichtung 29 zu ziehen.
In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist weiterhin rein schematisch angedeutet, dass es zweckmäßig ist, nicht das gesamte Volumen der Abscheidebehältereinrichtung 29 für
abgesaugtes Arbeitsfluid 3 zu verwenden. Auf dem abgesaugten Arbeitsfluid sammelt sich in der Regel auch ein gewisser
Schaumanteil an, sodass auch ein Aufnahmeraum für den
Schaumanteil bereitgestellt werden muss.
Bezugszeichenliste :
Pumpenvorrichtung 34 Schwimmereinrichtung
Rotationspumpeneinrichtung 35 Sensoreinrichtung
Arbeitsfluid 36 Einzuschneckeneinrichtung
Flüssiganteil 37 Trägereinrichtung
Feststoffanteil 38 Behältereinrichtung
Saugseite 39 erster Zulauf
Druckseite 40 Ablauf
Gehäuseeinrichtung 41 zweiter Zulauf
Einlass 42 Verschlusseinrichtung0 Aus1ass 43 ZulaufVerteilereinrichtung1 Förderbereich 44 SubstratZerkleinerungs¬2 Rotationseinrichtung einrichtung
3 Schaufeleinrichtung 45 Sensor
4 Abscheideeinrichtung 46 Flansch
5 äußerer Bereich 47 Substratmühle
6 Öffnung 48 Anschluss
7 RadialStromlaufrad 49 Schieber
8 Tellereinrichtung 50 Zulauf
9 innere Hälfte 51 Druckschaufel
0 Förderrichtung 52 Gleitringdichtung
1 Laufradrückenschaufel 53 Unterdruckleitung
2 Unterdruckkammer 54 Gasanschluss
3 Trennplatte 55 Zweiwegeventil
4 Antriebseinrichtung 56 Anzeigeeinrichtung
5 Antriebswelle 57 Aufnahme
6 Öffnung 58 Bohrung
7 Spalt 59 axial äußerer Bereich8 Unterdruckpumpeneinrichtung 60 Abschlussventil
9 Abscheidebehälter61 Zuleitung
einrichtung 62 oberer Füllstandsensor0 Aufnahmebereich 63 unterer Füllstandsensor1 Ventileinrichtung 64 Spülanschluss
2 Rückschlagventileinrichtung 65 Unterdruckleitung
3 Füllstandeinrichtung Ventileinrichtung Sperrventil
2/3-Wegeventil Spülleitung
Abluftleitung
Leitung
Rückschlagventil Ventil
Belüftungsleitung Rückschlagventil Biogasanlage
Fermenter (behälter) Fermenterdach
Foliendach
Vorratsbehälter Fermenterwandung

Claims

Ansprüche :
1. Pumpenvorrichtung (1) mit wenigstens einer
Rotationspumpeneinrichtung (2), insbesondere für eine
Biogasanlage (100), zur Förderung eines Arbeitsfluids (3), welches wenigstens einen Flüssigkeitsanteil (4) und
wenigstens einen Feststoffanteil (5) umfasst,
wobei die Rotationspumpeneinrichtung (2) wenigstens eine Saugseite (6) und wenigstens eine Druckseite (7) aufweist und wobei die Rotationspumpeneinrichtung (2) wenigstens eine Gehäuseeinrichtung (8) umfasst,
wobei die Gehäuseeinrichtung (8) wenigstens einen Einlass (9) für das Arbeitsfluid (3) auf der Saugseite (6) und wenigstens einen Auslass (10) für das Arbeitsfluid (3) auf der Druckseite (7) aufweist,
wobei zwischen dem Einlass (9) und dem Auslass (10) wenigstens ein Förderbereich (11) vorgesehen ist, wobei in dem Förderbereich (11) wenigstens eine Rotationseinrichtung
(12) mit wenigstens einer Schaufeleinrichtung (13)
angeordnet ist, die das Arbeitsfluid (3) von dem Einlass
(9) durch den Förderbereich (11) zu dem Auslass (10) fördert,
und wobei der Auslass (10) für das Arbeitsfluid (3) an der Druckseite (7) der Rotationspumpeneinrichtung (2) im
Wesentlichen seitlich nach außen geführt ist und wobei die Rotationseinrichtung (12) dazu ausgebildet und geeignet ist, das Arbeitsfluid (3) an der Druckseite (7) der
Rotationspumpeneinrichtung (2) seitlich nach außen in den Auslass (10) zu fördern,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Druckseite (7) der Rotationspumpeneinrichtung (2) in axialer Richtung wenigstens eine
Abscheideeinrichtung (14) angeordnet ist und dass die
Rotationseinrichtung (12) im axial äußeren Bereich (15) an der Druckseite (7) wenigstens eine Öffnung (16) zum
Abscheiden von Arbeitsfluid (3) mit einem wesentlichen Gasanteil in die Abscheideeinrichtung (14) aufweist.
2. Pumpenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Rotationseinrichtung (12) als halb-offenes oder geschlossenes Radialstromlaufrad (17) ausgebildet ist.
3. Pumpenvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (16) in einer der Druckseite (7) zugewandten Tellereinrichtung (18) des
Radialstromlaufrades (17) angeordnet ist.
4. Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (16) in der radial inneren Hälfte (19) der Tellereinrichtung (18) angeordnet ist.
5. Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderrichtung (20) durch den Förderbereich (11) im Wesentlichen von axial nach radial gerichtet ist.
6. Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Rotationseinrichtung (12) wenigstens eine
Laufradrückenschaufel (21) aufweist.
7. Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abscheideeinrichtung (14) wenigstens eine Unterdruckkammer (22) umfasst.
8. Pumpenvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideeinrichtung (14) wenigstens eine Trennplatteneinrichtung (23) umfasst, die zwischen der Unterdruckkammer (22) und der
Schaufeleinrichtung (13) angeordnet ist.
9. Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Antriebseinrichtung (24) zum Rotieren der
Rotationseinrichtung (12) vorgesehen ist, die wenigstens eine Antriebswelle (25) umfasst, welche in axialer Richtung von der Druckseite (7) der Rotationspumpeneinrichtung (2) mit der Rotationseinrichtung (12) in Wirkverbindung tritt.
10. Pumpenvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (25) durch eine Öffnung (26) in der Trennplatteneinrichtung (23) geführt ist, wobei ein Spalt (27) zwischen Antriebswelle (24) und Trennplatteneinrichtung (23) verbleibt.
11. Rotationspumpeneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Abscheideeinrichtung (14) wenigstens eine
Unterdruckpumpeneinrichtung (28) zugeordnet ist.
12. Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abscheideeinrichtung (14) wenigstens eine
Abscheidebehältereinrichtung (29) mit wenigstens einem Aufnahmebereich (30) für Arbeitsfluid (3) umfasst.
13. Pumpenvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die
Unterdruckpumpeneinrichtung (28) mit der
Abscheidebehältereinrichtung (29) in Wirkverbindung steht und dieser insbesondere nachgeschaltet ist.
14. Pumpenvorrichtung (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkrichtung der Unterdruckpumpeneinrichtung (28) umkehrbar ist und/oder dass der Abscheidebehältereinrichtung (29) wenigstens eine Ventileinrichtung (31) und insbesondere eine
Rückschlagventileinrichtung (32) zugeordnet ist.
15. Pumpenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12-14,
dadurch gekennzeichnet, dass die
Abscheidebehältereinrichtung (29) wenigstens eine
Füllstandeinrichtung (33) aufweist.
16. Pumpenvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Füllstandeinrichtung
wenigstens eine Schwimmereinrichtung (34) und/oder
wenigstens eine Sensoreinrichtung (35) umfasst.
17. Pumpenvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (35) der Schwimmereinrichtung (33) zugeordnet ist.
18. Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Rotationseinrichtung (12) wenigstens eine
Einzuschneckeneinrichtung (36) vorgeschaltet ist.
19. Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Trägereinrichtung (37) vorgesehen ist, welche wenigstens eine Behältereinrichtung (38) mit wenigstens einem ersten Zulauf (39) für das zu fördernde Arbeitsfluid (3) und wenigstens einen Ablauf (40) umfasst, wobei an dem Ablauf (40) wenigstens eine Rotationspumpeneinrichtung (2) anbringbar ist.
20. Pumpenvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (37) wenigstens einen zweiten Zulauf (41) aufweist, an den die Abscheidebehältereinrichtung (29) anschließbar ist.
21. Pumpenvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Trägereinrichtung (37) und der Abscheidebehältereinrichtung (29) wenigstens eine Verschlusseinrichtung (42) vorgesehen ist.
22. Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Steurereinrichtung (43) und/oder wenigstens ein Sensor (46) vorgesehen ist.
23. Pumpenvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung
wenigstens mit der Rotationspumpeneinrichtung (2) und/oder mit der Abscheideeinrichtung (14) in Wirkverbindung steht.
24. Pumpenvorrichtung (l)nach einem der Ansprüche 19-23,
dadurch gekennzeichnet, dass der Trägereinrichtung (37) wenigstens eine ZulaufVerteilereinrichtung (44)
vorgeschaltet ist.
25. Pumpenvorrichtung (l)nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass der ZulaufVerteilereinrichtung (44) wenigstens eine SubstratZerkleinerungseinrichtung (45) zugeordnet ist.
26. Verfahren zum Betreiben einer Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rotationspumpeneinrichtung (2) betrieben wird und dass die Unterdruckpumpeneinrichtung (28) der
Abscheideeinrichtung (14) aktiviert wird, wenn ein Leistungsabfall der Rotationspumpeneinrichtung (2) detektiert wird.
27. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass die Unterdruckpumpeneinrichtung (28) abgeschaltet wird, wenn die Füllstandeinrichtung (33) der Abscheidebehältereinrichtung (29) einen maximalen Füllstand detektiert .
28. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass wenigstens die Verschlusseinrichtung (42) zwischen Abscheidebehältereinrichtung (29) und der Trägereinrichtung (37) geöffnet und/oder das die
Wirkrichtung der Unterdruckpumpeneinrichtung (28) umgekehrt wird .
29. Biogasanlage (100) mit wenigstens einem Fermenter 101 und mit wenigstens einer Pumpenvorrichtung nach einem der
Ansprüche 1-24.
PCT/EP2014/074031 2013-11-10 2014-11-07 Pumpenvorrichtung und verfahren zum betreiben WO2015067748A1 (de)

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