WO2016116494A1 - Pumpenaggregat mit integrierten abscheider, vakuumpumpe und förderpumpe - Google Patents

Pumpenaggregat mit integrierten abscheider, vakuumpumpe und förderpumpe Download PDF

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WO2016116494A1
WO2016116494A1 PCT/EP2016/051117 EP2016051117W WO2016116494A1 WO 2016116494 A1 WO2016116494 A1 WO 2016116494A1 EP 2016051117 W EP2016051117 W EP 2016051117W WO 2016116494 A1 WO2016116494 A1 WO 2016116494A1
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WO
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separator
pump
vacuum
liquid
vacuum pump
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PCT/EP2016/051117
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Inventor
Pierre Hähre
Original Assignee
Speck Pumpen Vakuumtechnik Gmbh
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Publication date
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    • F04C19/00—Rotary-piston pumps with fluid ring or the like, specially adapted for elastic fluids
    • F04C19/001—General arrangements, plants, flowsheets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C2220/00—Application
    • F04C2220/10—Vacuum

Definitions

  • the present invention relates to a pump unit, in particular for a calibration tool of an extrusion plant.
  • Extrusion plants for the production of extruded profiles usually have shaping devices with which the extruded from an extrusion die extrusion tool plastic profile strands, such as hollow sections or tubes, calibrated to the desired outer and inner dimensions and in the frozen or desired to achieve the desired intrinsic stiffness cooled to the required temperatures.
  • vacuum calibrators with integrated cooling devices are used for this purpose.
  • the Vakuumkalibrier worn is designed so that the still plastic extruded profile is sucked by means of the applied vacuum to the molding surfaces of the calibration of the calibration. Cavities may be formed in the form of vacuum slots between the calibration apertures.
  • molding surfaces can be used in which cooling channels for a tempering medium, usually water, are recessed.
  • cooling devices such as water baths, spray baths and the like can be used to cool the extruded and calibrated profiles.
  • a liquid cooling medium such as water
  • a fluid mixture which comprises liquid and gaseous media, typically a water-air mixture, usually falls in the calibration tool, which has to be removed and separated.
  • a pump unit for a calibration tool of an extrusion plant which comprises a separator having at least one fluid inlet for a fluid mixture comprising liquid and gaseous media, at least one fluid outlet and at least one gas outlet, means for generating a negative pressure in the separator associated with the gas outlet and the fluid inlet communicate, means for sucking the fluid, which communicate with the fluid outlet, and means for determining the level of the fluid in the separator.
  • the separator is arranged between the calibration tool and a central vacuum pump.
  • the means for determining the level of filling of the fluid in the separator comprise in the known device a float assembly which cooperates via an actuator with a arranged at the mouth of the fluid outlet movable closure body, so that the fluid outlet depending on the height of the water level opened as needed and can be closed. This ensures that only liquid medium is always removed from the separator.
  • the first separator is followed by a cyclone separator, which ensures that an almost complete separation of the liquid and gaseous medium takes place, so that suction of the liquid medium into the vacuum pump is avoided.
  • the gas chamber of the cyclone separator can serve as a vacuum reservoir, so that a targeted negative pressure build-up in the individual vacuum tanks of the calibration tool is achieved with simultaneous separation of the media in the two separators.
  • numerous throttle valves are arranged in the vacuum lines between the cyclone and the calibration.
  • this pump assembly has no dedicated separator. From EP 0298949 B1 a similar pump unit is known. All four pumps of the prior art have in common that the centrifugal pump as the main pump for fluid delivery serves and the vacuum pump is provided as an auxiliary unit for removing the escaping gas.
  • German Patent Application DE 10 2007 013872 A1 describes a vacuum system for high quantities of additional liquid, in which the main pump is a vacuum pump and a feed pump arranged on the same drive shaft serves to remove liquids which are separated from the gas conveyed by the vacuum pump should.
  • both the suction line and the outlet line of the vacuum pump each have two separators which communicate with the suction or outlet lines of the fluid delivery pump.
  • the separators integrated in the intake and exhaust ducts such a vacuum system requires a considerable amount of space.
  • a pump unit for a calibration of an extrusion plant which comprises a separator comprising a fluid inlet for a fluid mixture of liquid and gaseous media, a liquid outlet and a gas outlet.
  • a variable-speed vacuum pump for generating a negative pressure in the separator and a variable-speed delivery pump for sucking the liquid accumulated in the separator are each integrated directly into the separator.
  • means for determining the level of the liquid in the separator are provided, which regulate the speed of the feed pump as a function of the level of the liquid in the separator via a control device. That from WO
  • the present invention is therefore based on the technical problem of providing an even more compact, simpler and less expensive pump unit for a calibration tool of an extrusion plant, starting from the pump assemblies known from the international patent application WO 2012/072601 and the German patent application DE 10 2007 013872 A1. This technical problem is solved by the pump unit according to the present claim 1.
  • Advantageous developments of the invention are subject matter of the dependent claims.
  • the present invention accordingly relates to a pump unit with a separator which has at least one fluid inlet for a fluid mixture comprising liquid and gaseous media, at least one fluid outlet and at least one gas outlet, a vacuum pump integrated in the separator for generating a negative pressure in the separator communicates with the fluid inlet and the gas outlet, wherein a pressure port of the vacuum pump forms the gas outlet of the separator, a pump integrated in the separator for sucking the liquid collected in the separator, wherein a pressure port of the feed pump forms the liquid outlet of the separator, wherein the vacuum pump and the feed pump are arranged on a common motor shaft of a drive motor.
  • the negative pressure generated in the separator a negative pressure is generated in a calibration tool, which is connected to the fluid inlet of the separator.
  • the integration of the vacuum pump in the separator means that the suction opening of the vacuum pump opens into the interior of the separator.
  • the integration of the feed pump into the separator means that the suction opening of the feed pump opens into the interior of the separator.
  • the fluid mixture sucked by the vacuum pump into the separator is separated in the separator, that is before it reaches the pump chamber of the vacuum pump, into a phase containing predominantly gas and a phase containing predominantly liquid.
  • the predominantly gas-containing phase is conveyed by the vacuum pump and the predominantly liquid-containing phase, which collects in the bottom region of the separator, is conveyed by the feed pump.
  • the liquid transported away via the feed pump can contain more or fewer gas fractions, depending on the efficiency of the separator.
  • the fluid sucked into the separator is separated into a gas portion and a fluid portion with a depleted gas portion as compared to the aspirated fluid. For the sake of simplicity, however, the following will always speak of the separated liquid.
  • the pump set according to the invention has only one drive motor, which drives both the vacuum pump and the feed pump.
  • the pump unit according to the invention is therefore less expensive to manufacture. bar. Due to the arrangement of both pumps on a common motor shaft also results in a more compact design, since the separator may have a lower overall height.
  • both the intake manifold of the vacuum pump and the intake manifold of the feed pump open into the common separator in the pump unit according to the invention, so that a particularly compact pump unit is provided with effective liquid separation.
  • the diameter of the suction mouth of the feed pump, which opens into the separator preferably larger by a factor of 2 to 3, more preferably about a factor of 2.5 larger than the diameter of the suction mouth of a conventional feed pump, in particular a conventional centrifugal pump ,
  • a "conventional" pump design is understood to mean a design in which the person skilled in the art orients himself to the known Pfleiderer design rules typically used in the pump design, as described in the manual by Carl Pfleiderer, "The Centrifugal Pumps for Liquids and Gases" Springer-Verlag, 1961.
  • a conventional centrifugal pump which is intended to achieve, for example, a delivery volume of 6 cubic meters per hour, is designed with a suction orifice with a diameter of 35 mm
  • the drive motor is a drive motor with controllable speed, so that can be controlled by changing the speed of the drive motor in the separator prevailing negative pressure and the flow rate of the transported by the pump from the separator liquid.
  • the impeller diameter of the vacuum pump and the delivery pump are matched to one another.
  • the generated pressure difference is proportional to the square of the peripheral speed, ie to the square of the product of the rotational speed and outer diameter of the impeller.
  • the pressure difference is proportional to the product of the speed and the ratio of the outer diameter to the inner diameter of the impeller. Since both pumps are are arranged on a common pump shaft, the speed is the same in both cases.
  • the respective impeller diameter can be adjusted accordingly.
  • the control of the drive motor is therefore carried out so that a desired negative pressure is achieved in the separator.
  • the pump assembly according to the invention therefore particularly preferably comprises a pressure sensor arranged in the separator, which measures the pressure prevailing in the separator.
  • the drive motor preferably comprises a control device which regulates the rotational speed of the drive motor as a function of the pressure determined by the pressure sensor.
  • a desired value of the desired pressure in the separator is specified and the control of the negative pressure prevailing in the separator by measuring the actual pressure in the separator by the pressure sensor and a corresponding control of the pressure to the desired value by controlling the speed of the drive motor.
  • the drive motor is then preferably an electric motor.
  • the control device may in this case include a frequency converter with PID controller.
  • the controller may also include an integrated or external keypad, to which the speed is adjusted via a frequency converter with PID controller. Since the feed pump is arranged on the same motor shaft as the vacuum pump, the delivery capacity of the feed pump can not be changed by an independent of the speed of the vacuum pump adjustment of the speed.
  • the feed pump will be designed so that even at the lowest speed of the drive motor, the resulting liquid can be reliably discharged.
  • a centrifugal pump is used as a feed pump, which uses the centrifugal force to convey the liquid.
  • the impeller of the feed pump is designed so that the feed pump promotes more liquid, the higher the liquid level in the separator.
  • the impeller of the pump of the pump unit according to the invention is preferably designed so that the impeller can promote even with partially covered suction or, at a liquid level in the separator below the suction opening just can rotate freely.
  • the pump unit according to the invention no longer requires a fill level sensor, and thus also no second frequency converter and correspondingly complicated cabling. This can be realized further cost savings.
  • a fill level sensor can be arranged in the separator, which shuts off the customer aggregate, for example, if the system malfunctions.
  • a level sensor for example, an installed in the bottom and / or in the side wall of the separator pressure sensor can be used.
  • two pressure sensors are used, wherein the arranged in the upper region of the separator pressure sensor measures the pressure in the gas space of the separator, while arranged in the bottom region of the separator pressure sensor measures the total pressure of pressure in the gas space and the pressure generated by the level of the liquid above the pressure sensor , so that the level above the pressure sensor can be calculated from the differential pressure.
  • other devices for measuring the level height can be used, for example, a strip arranged on the inner jacket of the separator with a plurality of conductivity sensors arranged one above the other can detect the transition from the liquid phase to the gas space.
  • the vacuum pump used to generate the negative pressure is preferably a liquid ring vacuum pump, which is used in particular for generating a vacuum of less than 800 mbar absolute, or a side channel vacuum pump, which is preferably used to generate a vacuum of more than 800 mbar absolute.
  • Suitable separators are any liquid-gas separators known from the prior art. However, gravitational separators or separators which operate on the cyclone principle are preferably used in the pump unit according to the invention.
  • the pump unit according to the invention can be used for a multiplicity of applications in which a fluid mixture of gases and liquids has to be separated into a phase essentially containing gases and a phase containing substantially liquids.
  • the pump unit according to the invention is particularly preferably suitable for use with calibration tools of an extrusion system.
  • the fluid inlet of the separator is preferably connected via a vacuum line to a calibration tool of an extrusion plant.
  • Figure 1 is a perspective view of the pump unit according to the invention
  • Figure 2 is a side view of the pump unit according to the invention
  • FIG. 3 shows a side view, substantially corresponding to FIG. 2, with partial regions in cross section.
  • FIG. 1 shows a pump unit designated overall by the reference numeral 10 according to a preferred embodiment of the invention.
  • the pump unit 10 comprises a separator 11 which, in the illustrated example, has two fluid inlets 12, 12a for a fluid mixture comprising liquid and gaseous media, at least one fluid outlet 13 and at least one gas outlet 14.
  • the fluid inlet 12, 12a can be connected via a (not shown) vacuum line with a (also not shown) calibration tool of a (not shown) extrusion plant.
  • a (not shown) vacuum line with a (also not shown) calibration tool of a (not shown) extrusion plant.
  • the pump assembly comprises a drive motor 15, which is formed in the illustrated example as an electric motor, which is regulated by a control device 16.
  • a control device 16 As can be seen in particular from the cross-sectional illustration of FIG. 3, an impeller 18 of a vacuum pump 19 and an impeller 20 of a liquid feed pump 21 are arranged on a motor shaft 17 of the drive motor 15.
  • the vacuum pump 19 has a suction opening 22, which opens into the interior of the separator 11 and thus communicates via the interior of the separator 11 with the fluid inlet 12, 12a of the separator.
  • a negative pressure is generated in the separator 11 so that a fluid mixture, for example a gas / water mixture, is sucked from the calibration tool into the separator 11 by the fluid inlet 12, 12a connected to the calibration tool.
  • a fluid mixture for example a gas / water mixture
  • the separator 1 1 the liquid and gaseous media are largely separated.
  • the separated gaseous media are transported via the suction opening 22 and the impeller 18 of the vacuum pump 19 in the compression stage of the vacuum pump 19.
  • the vacuum pump 19 is integrated in the separator, so that the pressure outlet of the vacuum pump 19 forms the gas outlet 14 of the separator.
  • the liquid medium separated from the fluid mixture collects, which is sucked off via the liquid feed pump 21.
  • the feed pump 21 has an axial suction opening 24, which merges into the centrifugal impeller 20 of the feed pump 21.
  • the feed pump 21 is also integrated into the housing of the separator 1 1 such that the outlet opening of the pressure stage of the feed pump forms the liquid outlet 13 of the separator 11.
  • a vacuum sensor 26 is arranged, which measures the pressure in the separator.
  • the vacuum sensor 26 is connected to the control device 16, which controls the speed of the drive motor 15 via a built-in controller 16 frequency converter with PID controller so that the vacuum measured in the separator 1 1 largely corresponds to a predetermined setpoint.
  • the control device also includes a (not shown) operating part, via which the desired negative pressure can be set.
  • the control panel may be integrated into the control device 16 or communicate as an external control unit wireless or wired with the frequency converter and the PID controller of the control device 16.
  • the impeller 20 of the feed pump 21 is designed so that a liquid delivery is possible even if the axial suction port 24 is only partially covered with liquid. If the liquid level in the separator 1 1 even below the lower edge 27 of the suction port 24, the feed pump can also freely rotate freely.
  • the feed pump 21 is designed depending on the particular application so that even at the lowest operating speed of the drive motor all typically expected liquid can be removed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat (10), mit einem Abscheider (11 ), der wenigstens einen Fluideinlass (12,12a) für ein Fluidgemisch, das flüssige und gasförmige Medien umfasst, wenigstens einen Flüssigkeitsauslass (13) und wenigsten einen Gasauslass (14) aufweist, einer in den Abscheider (11) integrierten Vakuumpumpe (19) zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem Abscheider (11), die mit dem Fluideinlass (12,12a) und dem Gasauslass (14) kommuniziert, wobei eine Drucköffnung der Vakuumpumpe (19) den Gasauslass (14) des Abscheiders (11) bildet, einer in den Abscheider (11) integrierten Förderpumpe (21 ) zum Absaugen des in dem Abscheider (11) gesammelten Fluids, wobei eine Drucköffnung der Förderpumpe (21) den Flüssigkeitsauslass (13) des Abscheiders (11) bildet, wobei das Pumpenaggregat dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vakuumpumpe (19) und die Förderpumpe (21) auf einer gemeinsamen Motorwelle (17) eines Antriebsmotors (15) angeordnet sind.

Description

PUMPENAGGREGAT MIT INTEGRIERTEN ABSCHEIDER, VAKUUMPUMPE UND
FÖRDERPUMPE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat, insbesondere für ein Kalibrierwerkzeug einer Extrusionsanlage.
Extrusionsanlagen zur Herstellung von stranggepressten Profilen, insbesondere von stranggepressten Hohlprofilen aus thermoplastischem Kunststoff, weisen üblicherweise Formgebungseinrichtungen auf, mit welchen die aus einer Extrusionsdüse des Extrusi- onswerkzeugs austretenden plastischen Profilstränge, beispielsweise Hohlprofile oder Rohre, auf die gewünschten Außen- und Innenabmessungen kalibriert und in den gewünschten Abmessungen eingefroren bzw. zur Erzielung der gewünschten Eigenstei- figkeit auf die dazu erforderlichen Temperaturen abgekühlt werden. Typischerweise werden dazu Vakuumkalibriereinrichtungen mit integrierten Kühleinrichtungen verwendet. Die Vakuumkalibriereinrichtung ist dabei so ausgebildet, dass das noch plastische extrudierte Profil mithilfe des angelegten Vakuums an die Formflächen der Kalibrierblenden des Kalibrierwerkzeugs angesaugt wird. Zwischen den Kalibrierblenden können Hohlräume in Form vom Vakuumschlitzen ausgebildet sein. Zur Abkühlung der extrudierten und kalibrierten Profile können Formflächen verwendet werden, in denen Kühlkanäle für ein Temperiermedium, üblicherweise Wasser, ausgespart sind. Außer- dem können Kühleinrichtungen wie Wasserbäder, Sprühbäder und ähnliche dem
Fachmann bekannte Einrichtungen verwendet werden. Extrusionsanlagen mit derartigen Kalibrierwerkzeugen und entsprechenden Kühleinrichtungen sind beispielsweise in dem Buch von Walter Michaeli„ Extrusionswerkzeuge für Kunststoff- und Kautschuk' , Karl Hanser Verlag, München/Wien, 2. Auflage, 1991 , beschrieben. Außer- dem wird beispielhaft auf die Europäische Patentanmeldung EP 0879132 A1 und den dort genannten Stand der Technik verwiesen.
Zur Erzeugung des Unterdrucks an den Werkzeugwänden des Kalibrierwerkzeugs werden üblicherweise Vakuumpumpen verwendet. Durch die Kühlung des Extrudats mit einem flüssigen Kühlmedium, wie beispielsweise Wasser, fällt im Kalibrierwerkzeug deshalb üblicherweise ein Fluidgemisch, das flüssige und gasförmige Medien umfasst, typischerweise ein Wasser-Luft-Gemisch, an, das abgeführt und getrennt werden muss. In dem deutschen Gebrauchsmuster DE 20206606 U1 wird ein Pumpenaggregat für ein Kalibrierwerkzeug einer Extrusionsanlage beschrieben, das einen Abscheider, der wenigstens einen Fluideinlass für ein Fluidgemisch, das flüssige und gasförmige Medien umfasst, wenigstens einen Fluidauslass und wenigstens einen Gasauslass aufweist, Mittel zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem Abscheider, die mit dem Gas- auslass und dem Fluideinlass kommunizieren, Mittel zum Absaugen des Fluids, die mit dem Fluidauslass kommunizieren, und Mittel zur Bestimmung des Füllstandes des Fluids in dem Abscheider umfasst. Der Abscheider ist zwischen dem Kalibrierwerkzeug und einer zentralen Vakuumpumpe angeordnet. Die Mittel zur Bestimmung des Füll- Standes des Fluids in dem Abscheider umfassen bei der bekannten Vorrichtung eine Schwimmeranordnung, die über eine Stellvorrichtung mit einem an der Mündungsöffnung des Fluidauslasses angeordneten beweglichen Verschlusskörper zusammenwirkt, so dass der Fluidauslass in Abhängigkeit von der Höhe des Wasserspiegels bedarfsweise geöffnet und verschlossen werden kann. Dadurch wird gewährleistet, dass stets nur flüssiges Medium aus dem Abscheider abgeführt wird. Bei einer Ausführungsform ist in dem Pumpenaggregat des Standes der Technik dem ersten Abscheider ein Zyklonabscheider nachgeschaltet, der gewährleistet, dass eine nahezu vollständige Trennung des flüssigen und gasförmigen Mediums erfolgt, so dass ein Ansaugen des flüssigen Mediums in die Vakuumpumpe vermieden wird. Außerdem kann der Gas- räum des Zyklonabscheiders als Unterdruckspeicher dienen, so dass ein gezielter Unterdruckaufbau in den einzelnen Unterdrucktanks des Kalibrierwerkzeugs bei gleichzeitiger Trennung der Medien in den beiden Abscheidern erreicht wird. Dazu sind in den Unterdruckleitungen zwischen dem Zyklonabscheider und dem Kalibrierwerkzeug zahlreiche Drosselventile angeordnet.
Das in DE 20206606 U1 beschriebene Pumpenaggregat ist jedoch mit Nachteilen behaftet. So ist die mechanische Schwimmer- und Stelleinrichtung im ersten Flüssigkeitsabscheider störanfällig. Ferner ist die Einstellung des Vakuums im Kalibrierwerkzeug über zahlreiche Drosselventile aufwendig und teuer.
Aus der deutschen Patentschrift DE 1 528 895 ist eine Zentrifugalpumpe zum Fördern von Fluiden bekannt, bei der außer der Zentrifugalpumpe eine weitere Hilfspumpe auf derselben Antriebswelle angeordnet ist, wobei die Hilfspumpe dazu dient, Gas, das aus Blasen- bzw. Gaseinschlüssen einer zu fördernden schlammartigen Flüssigkeit austritt, zu entfernen. Ein dezidierter Flüssigkeits-/Gas-Abscheider ist aus dieser Anmeldung nicht bekannt. Eine ähnliche Anordnung ist aus der in EP 0478228B1 beschriebenen Vorrichtung zur Freisetzung von Gas aus einem Flüssigkeits-/Feststoff-Gemisch bekannt. Auch die deutsche Patentanmeldung DE 10 2006 016199 A1 beschreibt eine selbstentlüftende Zentrifugalpumpe, bei der zusätzlich zur Zentrifugalpumpe eine auf derselben Antriebswelle angeordnete Vakuumpumpe vorgesehen ist, die dazu dient, aus der zu fördernden Flüssigkeit austretendes Gas abzuführen. Auch diese Pumpenanordnung weist keinen dezidierten Abscheider auf. Aus EP 0298949 B1 ist ein ähnliches Pumpenaggregat bekannt. Allen vier Pumpen des Standes der Technik ist gemeinsam, dass die Zentrifugalpumpe als Hauptpumpe zur Flüssigkeitsförderung dient und die Vakuumpumpe als Hilfsaggregat zur Abfuhr des austretenden Gases vorgesehen ist.
Im Gegensatz dazu wird in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 013872 A1 ein Vakuumsystem für hohe Zusatzflüssigkeitsmengen beschrieben, bei welchem die Hauptpumpe eine Vakuumpumpe ist und eine auf derselben Antriebswelle angeordnete Förderpumpe zur Abfuhr von Flüssigkeiten dient, die aus dem von der Vakuumpumpe geförderten Gas abgeschieden werden sollen. Dazu weisen sowohl die Ansaugleitung als auch die Auslassleitung der Vakuumpumpe jeweils zwei Abscheider auf, die mit den Ansaug- bzw. Auslassleitungen der Fluidförderpumpe kommunizieren. Aufgrund der in die Ansaug- und Auslassleitungen integrierten Abscheider ist für ein solches Vakuumsystem jedoch ein recht hoher Platzbedarf erforderlich.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 2012/072601 der Anmelderin ist ein Pumpenaggregat für ein Kalibrierwerkzeug einer Extrusionsanlage bekannt, das einen Abscheider aufweist, der einen Fluideinlass für ein Fluidgemisch aus flüssigen und gasförmigen Medien, einen Flüssigkeitsauslass und einen Gasauslass umfasst. Eine Vakuumpumpe mit regelbarer Drehzahl zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem Abscheider und eine Förderpumpe mit regelbarer Drehzahl zum Absaugen der im Ab- scheider angesammelten Flüssigkeit sind jeweils direkt in den Abscheider integriert. Ferner sind Mittel zur Bestimmung des Füllstandes der Flüssigkeit in dem Abscheider vorgesehen, die über eine Regeleinrichtung die Drehzahl der Förderpumpe in Abhängigkeit vom Füllstand der Flüssigkeit in dem Abscheider regeln. Das aus WO
2012/072601 bekannte Pumpenaggregat ist aufgrund der Integration der Vakuumpum- pe und der Förderpumpe bereits sehr kompakt aufgebaut. Allerdings sind immer noch zwei separate Pumpen mit ihren jeweiligen Antrieben und Regeleinrichtungen vorgesehen, wobei die Regeleinrichtungen aufeinander angepasst werden müssen, da beispielsweise die Förderung der Flüssigkeit aus dem Abscheider mit der Förderpumpe den Unterdruck im Abscheider beeinflusst, der wiederum von der Vakuumpumpe gere- gelt wird. Ein derartig aufwendiges Pumpenaggregat mit entsprechend komplexer Regelung ist jedoch nicht für alle Anwendungsfälle erforderlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ausgehend von den aus der internationalen Patentanmeldung WO 2012/072601 und der deut- sehen Patentanmeldung DE 10 2007 013872 A1 bekannten Pumpenaggregaten ein noch kompakteres, einfacheres und kostengünstigeres Pumpenaggregat für ein Kalibrierwerkzeug einer Extrusionsanlage bereitzustellen. Gelöst wird dieses technische Problem durch das Pumpenaggregat gemäß vorliegendem Anspruch 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche. Die vorliegende Erfindung betrifft demnach ein Pumpenaggregat mit einem Abscheider, der wenigstens einen Fluideinlass für ein Fluidgemisch, das flüssige und gasförmige Medien umfasst, wenigstens einen Flüssigkeitsauslass und wenigstens einen Gasauslass aufweist, einer in den Abscheider integrierten Vakuumpumpe zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem Abscheider, die mit dem Fluideinlass und dem Gasaus- lass kommuniziert, wobei eine Drucköffnung der Vakuumpumpe den Gasauslass des Abscheiders bildet, einer in den Abscheider integrierten Förderpumpe zum Absaugen der in dem Abscheider gesammelten Flüssigkeit, wobei eine Drucköffnung der Förderpumpe den Flüssigkeitsauslass des Abscheiders bildet, wobei die Vakuumpumpe und die Förderpumpe auf einer gemeinsamen Motorwelle eines Antriebsmotors angeordnet sind. Durch den im Abscheider erzeugten Unterdruck wird auch in einem Kalibrierwerkzeug, das an den Fluideinlass des Abscheiders angeschlossen wird, ein Unterdruck erzeugt werden.
Die Integration der Vakuumpumpe in den Abscheider bedeutet, dass die Saugöffnung der Vakuumpumpe in den Innenraum des Abscheiders mündet. Ebenso bedeutet die Integration der Förderpumpe in den Abscheider, dass die Saugöffnung der Förderpumpe in den Innenraum des Abscheiders mündet.
Das von der Vakuumpumpe in den Abscheider gesaugte Fluidgemisch wird in dem Abscheider, also noch vor Erreichen des Pumpenraums der Vakuumpumpe, in eine überwiegend Gas enthaltende Phase und eine überwiegend Flüssigkeit enthaltenden Phase getrennt. , Die überwiegend Gas enthaltende Phase wird durch die Vakuumpumpe gefördert und die überwiegend Flüssigkeit enthaltenden Phase, die sich im Bodenbereich des Abscheiders sammelt, wird durch die Förderpumpe gefördert. Die über die Förderpumpe abtransportierte Flüssigkeit kann, je nach Effizienz des Abscheiders, selbstverständlich noch mehr oder weniger Gasanteile enthalten. Letztlich wird das in den Abscheider gesaugte Fluid in einen Gasanteil und einen Fluidanteil mit, verglichen mit dem angesaugten Fluid, abgereichertem Gasanteil aufgetrennt. Der Einfachheit halber ist im Folgenden aber stets von der abgetrennten Flüssigkeit die Rede.
Im Gegensatz zu dem aus der internationalen Patentanmeldung WO 2012/072601 bekannten Pumpenaggregat weist das erfindungsgemäße Pumpenaggregat lediglich einen Antriebsmotor auf, der sowohl die Vakuumpumpe als auch die Förderpumpe antreibt. Das erfindungsgemäße Pumpenaggregat ist daher kostengünstiger herstell- bar. Aufgrund der Anordnung beider Pumpen auf einer gemeinsamen Motorwelle ergibt sich außerdem eine noch kompaktere Bauweise, da der Abscheider eine niedrigere Bauhöhe aufweisen kann. Im Gegensatz zu dem übrigen eingangs erwähnten Stand der Technik münden bei dem erfindungsgemäßen Pumpenaggregat sowohl der Ansaugstutzen der Vakuumpumpe als auch der Ansaugstutzen der Förderpumpe in den gemeinsamen Abscheider, sodass ein besonders kompaktes Pumpenaggregat bei gleichzeitig effektiver Flüs- sigkeitsabscheidung bereitgestellt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Pumpenaggregat ist der Durchmesser des Saugmundes der Förderpumpe, der in den Abscheider mündet, vorzugsweise um den Faktor 2 bis 3 größer, besonders bevorzugt etwa um den Faktor 2,5 größer als der Durchmesser des Saugmundes einer herkömmlichen Förderpumpe, insbesondere einer herkömmlichen Zentrifugalpumpe. Unter einer„ herkömmlichen" Pumpenauslegung ist hier eine Auslegung zu verstehen, bei der sich der Fachmann an den bekannten und typischerweise bei der Pumpenauslegung verwendeten Pfleiderer-Bemessungsregeln orien- tiert,wie sie im Hanbuch von Carl Pfleiderer, "Die Kreiselpumpen für Flüssigkeiten und Gase", Springer-Verlag, 1961 , beschrieben sind. So wird eine herkömmliche Zentrifu- galpumpe, die beispielsweise ein Fördervolumen von 6 Kubikmeter pro Stunde erreichen soll, mit einem Saugmund mit einem Durchmesser von 35 mm ausgelegt. Demgegenüber wird bei einem erfindungsgemäßen Pumpenaggregat für das gleiche Fördervolumen ein Saugmund mit einem Durchmesser von 80 mm vorgesehen. Bei dem erfindungsgemäßen Pumpenaggregat kann so verhindert werden, dass Luft in das Laufrad gelangt, was zu einem Abbruch des Förderstroms führen kann. Vereinfacht gesprochen kann man sagen, dass die erfindungsgemäß vorgesehene Förderpumpe eher als Flüssigkeitsschleuder denn als klassische Zentrifugalpumpe arbeitet.
Vorzugsweise ist der Antriebsmotor ein Antriebsmotor mit regelbarer Drehzahl, so dass sich der im Abscheider herrschende Unterdruck und die Fördermenge der von der Förderpumpe aus dem Abscheider abtransportierten Flüssigkeit über eine Änderung der Drehzahl des Antriebsmotors steuern lassen.
Besonders bevorzugt sind die Laufraddurchmesser der Vakuumpumpe und der För- derpumpe aufeinander abgestimmt. Bei der Vakuumpumpe ist die erzeugte Druckdifferenz proportional zum Quadrat der Umfangsgeschwindigkeit, also zum Quadrat des Produktes aus Drehzahl und Außendurchmessers des Laufrades. Bei der Förderpumpe ist die Druckdifferenz proportional zum Produkt aus Drehzahl und dem Verhältnis Außendurchmesser/Innendurchmesser des Laufrades. Da beide Pumpen erfindungs- gemäß auf einer gemeinsamen Pumpenwelle angeordnet sind, ist die Drehzahl in beiden Fällen gleich. Je nach gewünschter Druckdifferenz der Vakuumpumpe und je nach gewünschter Druckdifferenz der Förderpumpe können die jeweiligen Laufraddurchmesser entsprechend abgestimmt werden.
Aufgrund der Anordnung der Förderpumpe und der Vakuumpumpe auf einer gemeinsamen Motorwelle sind jedoch der einstellbare Unterdruck und die Förderleistung an abzutransportierender Flüssigkeit nicht mehr unabhängig voneinander steuerbar. Vorzugsweise erfolgt die Regelung des Antriebsmotors daher so, dass im Abscheider ein gewünschter Unterdruck erzielt wird. Besonders bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Pumpenaggregat daher einen in den Abscheider angeordneten Drucksensor, der den im Abscheider herrschenden Druck misst. Der Antriebsmotor umfasst vorzugsweise eine Regeleinrichtung, welche die Drehzahl des Antriebsmotors in Abhängigkeit von dem durch den Drucksensor ermittelten Druck regelt. Besonders wird dazu in der Regeleinrichtung ein Sollwert des im Abscheider gewünschten Druckes vorgegeben und die Regelung des im Abscheider herrschenden Unterdrucks erfolgt durch Messung des Ist-Drucks im Abscheider durch den Drucksensor und eine entsprechende Regelung des Drucks auf den Sollwert durch Regelung der Drehzahl des Antriebsmotors. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Antriebsmotor dann um einen Elektromotor. Zur Regelung der Drehzahl des Elektromotors kann die Regeleinrichtung in diesem Fall einen Frequenzumrichter mit PID-Regler umfassen. Die Regeleinrichtung kann außerdem ein integriertes oder externes Bedienteil umfassen, um das die der die Drehzahl über einen Frequenzumrichter mit PID-Regler eingestellt wird. Da die Förderpumpe auf der gleichen Motorwelle wie die Vakuumpumpe angeordnet ist, kann die Förderleistung der Förderpumpe nicht mehr durch eine von der Drehzahl der Vakuumpumpe unabhängige Anpassung der Drehzahl verändert werden. Vorzugsweise wird man die Förderpumpe daher so auslegen, dass selbst bei niedrigster Drehzahl des Antriebsmotors die anfallende Flüssigkeit zuverlässig ausgetragen wer- den kann. Bevorzugt wird als Förderpumpe eine Kreiselpumpe eingesetzt, welche die Zentrifugalkraft zur Förderung der Flüssigkeit nützt. Das Laufrad der Förderpumpe ist dabei so ausgestaltet, dass die Förderpumpe umso mehr Flüssigkeit fördert, je höher der Flüssigkeitsfüllstand im Abscheider ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kreiselpumpen, wie beispielsweise Radialpumpen, bei denen die Saugöffnung voll mit Flüs- sigkeit bedeckt sein muss, damit die Ansaugströmung nicht abreißt, ist das Laufrad der Förderpumpe des erfindungsgemäßen Pumpenaggregats vorzugsweise so ausgestaltet, dass das Laufrad auch bei teilbedeckter Saugöffnung fördern kann oder, bei einem Flüssigkeitsstand im Abscheider unterhalb der Saugöffnung einfach nur frei mitdrehen kann. Das erfindungsgemäße Pumpenaggregat benötigt daher im Gegensatz zu dem aus WO 2012/072601 bekannten Pumpenaggregat auch keinen Füllstandsensor mehr, und somit auch keinen zweiten Frequenzumrichter und entsprechend aufwendige Verkabe- lung. Damit lassen sich weitere Kosteneinsparungen realisieren. Gleichwohl kann als eine Art Sicherheitseinrichtung ein Füllstandsensor im Abscheider angeordnet werden, welcher beispielsweise einer Störung der Anlage das Kundenaggregat abschaltet. Als Füllstandsensor kann beispielsweise ein im Boden und/oder in der Seitenwand des Abscheiders installierter Drucksensor eingesetzt werden. Vorzugsweise werden zwei Drucksensoren verwendet, wobei der im oberen Bereich des Abscheiders angeordnete Drucksensor den Druck im Gasraum des Abscheiders misst, während der im Bodenbereich des Abscheiders angeordnete Drucksensor den Gesamtdruck aus Druck im Gasraum und dem durch den Füllstand der Flüssigkeit oberhalb des Drucksensors erzeugten Druck misst, so dass aus dem Differenzdruck der Füllstand oberhalb des Druck- sensors errechnet werden kann. Es sind selbstverständlich auch andere Vorrichtungen zur Messung der Füllstandshöhe einsetzbar, beispielsweise kann ein am Innenmantel des Abscheiders angeordneter Streifen mit mehreren übereinander angeordneten Leitfähigkeitssensoren den Übergang von der flüssigen Phase zum Gasraum detektieren. Die zur Erzeugung des Unterdrucks verwendete Vakuumpumpe ist vorzugsweise eine Flüssigkeitsringvakuumpumpe, die insbesondere zur Erzeugung eines Vakuums von weniger als 800 mbar absolut eingesetzt wird, oder eine Seitenkanalvakuumpumpe, die bevorzugt zur Erzeugung eines Vakuums von mehr als 800 mbar absolut eingesetzt wird.
Als Abscheider kommen beliebige, aus dem Stand der Technik bekannte Flüssigkeits- Gas-Abscheider in Frage. Bevorzugt werden in dem erfindungsgemäßen Pumpenaggregat jedoch Gravitationsabscheider oder Abscheider verwendet, die nach dem Zyklonprinzip arbeiten.
Das erfindungsgemäße Pumpenaggregat ist für eine Vielzahl von Anwendungen einsetzbar, bei denen ein Fluidgemisch aus Gasen und Flüssigkeiten in eine im wesentlichen Gase enthaltende Phase und eine im Wesentlichen Flüssigkeiten enthaltende Phase getrennt werden müssen. Besonders bevorzugt eignet sich das erfindungsge- mäße Pumpenaggregat jedoch für den Einsatz bei Kalibrierwerkzeugen einer Extrusi- onsanlage. Dazu ist vorzugsweise der Fluideinlass des Abscheiders über eine Unterdruckleitung mit einem Kalibrierwerkzeug einer Extrusionsanlage verbunden. Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer in den beigefügten Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Pumpenaggregats; Figur 2 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Pumpenaggregats und
Figur 3 eine der Figur 2 im Wesentlichen entsprechende Seitenansicht mit Teilbereichen im Querschnitt.
In Figur 1 ist ein insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnetes Pumpenaggregat gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Pumpenaggregat 10 umfasst einen Abscheider 1 1 , der im dargestellten Beispiel zwei Fluideinläs- se 12, 12a für ein Fluidgemisch, das flüssige und gasförmige Medien umfasst, wenigstens einen Füssigkeitsauslass 13 und wenigstens einen Gasauslass 14 aufweist. Der Fluideinlass 12, 12a kann über eine (nicht dargestellte) Unterdruckleitung mit einem (ebenfalls nicht dargestellten) Kalibrierwerkzeug einer (nicht dargestellten) Extrusions- anlage verbunden werden. Für eine detaillierte Beschreibung einer derartigen Extrusi- onsanlage mit einem oder mehreren Kalibrierwerkzeugen wird auf die europäische Patentanmeldung EP 0879132 A1 bzw. auf das deutsche Gebrauchsmuster DE 20206606 U1 verwiesen.
Das erfindungsgemäße Pumpenaggregat umfasst einen Antriebsmotor 15, der im dargestellten Beispiel als Elektromotor ausgebildet ist, welcher über eine Regeleinrichtung 16 geregelt wird. Wie man insbesondere der Querschnittsdarstellung der Figur 3 entnehmen kann, sind auf einer Motorwelle 17 des Antriebsmotors 15 ein Laufrad 18 einer Vakuumpumpe 19 und ein Laufrad 20 einer Flüssigkeitsförderpumpe 21 angeordnet. Die Vakuumpumpe 19 weist eine Saugöffnung 22 auf, die ins Innere des Abscheiders 1 1 mündet und somit über den Innenraum des Abscheiders 1 1 mit dem Fluideinlass 12, 12a, des Ab- scheiders kommuniziert. Über die Vakuumpumpe 19 wird in dem Abscheider 1 1 ein Unterdruck erzeugt, so dass durch den mit dem Kalibrierwerkzeug verbundenen Fluideinlass 12, 12a ein Fluidgemisch, beispielsweise ein Gas/Wasser-Gemisch vom Kalibrierwerkzeug in den Abscheider 1 1 gesaugt wird. In dem Abscheider 1 1 werden die flüssigen und gasförmigen Medien weitgehend getrennt. Die abgetrennten gasförmigen Medien werden über die Saugöffnung 22 und das Laufrad 18 der Vakuumpumpe 19 in die Druckstufe der Vakuumpumpe 19 transportiert. Wie man den Darstellungen der Figuren 1 bis 3 entnimmt, ist die Vakuumpumpe 19 in den Abscheider integriert, so dass der Druckauslass der Vakuumpumpe 19 den Gasauslass 14 des Abscheiders bildet. Im unteren Bereich 23 des Abscheiders 1 1 sammelt sich das aus dem Fluidgemisch abgetrennte flüssige Medium an, das über die Flüssigkeitsförderpumpe 21 abgesaugt wird. Dazu weist die Förderpumpe 21 eine axiale Ansaugöffnung 24 auf, die in das Zentrifugallaufrad 20 der Förderpumpe 21 übergeht. Die Förderpumpe 21 ist ebenfalls derart in das Gehäuse des Abscheiders 1 1 integriert, dass die Auslassöffnung der Druckstufe der Förderpumpe den Flüssigkeitsauslass 13 des Abscheiders 1 1 bildet.
Im Kopfbereich 25 des Abscheiders 1 1 ist ein Vakuumsensor 26 angeordnet, welcher den Druck im Abscheider misst. Der Vakuumsensor 26 ist mit der Regeleinrichtung 16 verbunden, welche die Drehzahl des Antriebsmotors 15 über einen in die Regeleinrichtung 16 integrierten Frequenzumrichter mit PID-Regler so regelt, dass der im Abscheider 1 1 gemessene Unterdruck einem vorgegebenen Sollwert weitgehend entspricht. Die Regeleinrichtung umfasst außerdem ein (nicht dargestelltes) Bedienteil, über wel- ches der gewünschte Unterdruck eingestellt werden kann. Das Bedienteil kann in die Regeleinrichtung 16 integriert sein oder als externes Bedienteil kabellos oder kabelgebunden mit dem Frequenzumrichter und dem PID-Regler der Regeleinrichtung 16 kommunizieren. Das Laufrad 20 der Förderpumpe 21 ist so gestaltet, dass eine Flüssigkeitsförderung auch dann möglich ist, wenn die axiale Ansaugöffnung 24 nur teilweise mit Flüssigkeit bedeckt ist. Wenn das Flüssigkeitsniveau im Abscheider 1 1 sogar unterhalb der Unterkante 27 der Ansaugöffnung 24 liegt, kann die Förderpumpe auch problemlos frei mitdrehen. Die Förderpumpe 21 ist in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall so ausgelegt, dass auch bei niedrigster Betriebsdrehzahl des Antriebsmotors alle typischerweise zu erwartende Flüssigkeit abtransportiert werden kann.
Bezugszeichenliste
10 Pumpenaggregat
1 1 Abscheider
12 Fluideinlass
12a Fluideinlass
13 Flüssigkeitsauslass
14 Gasauslass
15 Antriebsmotor
16 Regeleinrichtung
17 Motorwelle
18 Laufrad der Vakuumpumpe
19 Vakuumpumpe
20 Laufrad der Förderpumpe
21 Flüssigkeitsförderpumpe
22 Saugöffnung der Vakuumpumpe
23 unterer Bereich des Abscheiders
24 axiale Ansaugöffnung der Flüssigkeitsförderpumpe
25 Kopfbereich des Abscheiders
26 Vakuumsensor
27 Unterkante der Ansaugöffnung

Claims

Pumpenaggregat (10), mit
einem Abscheider (1 1 ), der wenigstens einen Fluideinlass (12,12a) für ein Fluidgemisch, das flüssige und gasförmige Medien umfasst, wenigstens einen Flüssigkeitsauslass (13) und wenigsten einen Gasauslass (14) aufweist,
einer in den Abscheider (1 1 ) integrierten Vakuumpumpe (19) zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem Abscheider (1 1 ), die mit dem Fluideinlass (12,12a) und dem Gasauslass (14) kommuniziert, wobei eine Drucköffnung der Vakuumpumpe (19) den Gasauslass (14) des Abscheiders (1 1 ) bildet,
einer in den Abscheider (1 1 ) integrierten Förderpumpe (21 ) zum Absaugen des in dem Abscheider (1 1 ) gesammelten Fluids, wobei eine Drucköffnung der Förderpumpe (21 ) den Flüssigkeitsauslass (13) des Abscheiders (1 1 ) bildet, wobei die Vakuumpumpe (19) und die Förderpumpe (21 ) auf einer gemeinsamen Motorwelle (17) eines Antriebsmotors (15) angeordnet sind.
Pumpenaggregat gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (15) ein Antriebsmotor mit regelbarer Drehzahl ist.
Pumpenaggregat gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abscheider (1 1 ) einen Drucksensor (26) angeordnet ist.
Pumpenaggregat gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (15) eine Regeleinrichtung (16) umfasst, welche die Drehzahl des Antriebsmotors (15) in Abhängigkeit von dem durch den Drucksensor (26) ermittelt Druck regelt.
Pumpenaggregat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (21 ) eine Kreiselpumpe ist
Pumpenaggregat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (19) eine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe oder eine Seitenkanalvakuumpumpe ist.
7. Pumpenaggregat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheider (1 1 ) ein Schwerkraftabscheider oder ein nach dem
Zyklonprinzip arbeitender Abscheider ist.
8. Pumpenaggregat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluideinlass (12,12a) des Abscheiders (1 1 ) über eine Unterdruckleitung mit einem Kalibrierwerkzeug einer Extrusionsanlage verbunden ist.
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