DE20004794U1 - Vakuumpumpaggregat - Google Patents

Description

Beschreibung: Vakuumpumpaqqreqat

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vakuumpumpaggregat, insbesondere für eine Grundwasserabsenkung nach dem Filtervakuumverfahren oder für die offene Wasserhaltung oder für die Abwasserhaltung, mit einem Wasserkessel, mit dem je ein mit einem verstellbaren Ventil ausgestatteter Wassereinlaß und Wasserauslaß verbunden sind, mit mindestens einer Vakuumpumpe, mit der im Wasserkessel ein Vakuum erzeugbar ist, mittels welchem Wasser über eine Saugleitung durch den Wassereinlaß in den Wasserkessel förderbar ist, und mit Mitteln zum Abfördern des Wassers aus dem Wasserkessel durch den Wasserauslaß in eine Wasserableitung, wobei das Vakuumpumpaggregat in einem Intervallbetrieb betreibbar ist, in welchem abwechselnd ein Zufördern von Wasser in den Wasserkessel und ein Abfördern des Wassers aus dem Wasserkessel unter entsprechender Verstellung der Ventile erfolgt.

Vakuumpumpaggregate der eingangs genannten Art und für den genannten Verwendungszweck sind aus der Praxis bekannt. Häufig werden derartige Vakuumpumpaggregate eingesetzt, um Baugruben trocken zu legen oder zu halten. Zu diesem Zweck wird um die Baugrube herum in einer ausreichend dichten Anordnung eine Anzahl von Filterrohren in den Boden eingebracht. Durch diese Filterrohre wird dann mittels eines oder mehrerer Vakuumpumpaggregate Grundwasser abgepumpt, bis der Wasserspiegel soweit abgesenkt ist, daß die Baugrube ausgehoben oder vertieft werden kann oder Bauarbeiten in der Baugrube durchgeführt wer-

— 2 «j»o ·♦· ··

den können. Bei diesem Einsatzzweck der Vakuumpumpaggregate und auch bei den anderen eingangs genannten Einsatzzwecken kommt es zwangsläufig vor, daß Schlamm oder Sand oder gar kleinere Steine in den Wasserkessel gelangen. Die bekannten Wasserkessel sind deshalb mit Schlammabscheidern und Abschlammhähnen ausgestattet, um bedarfsweise von Zeit zu Zeit den in den Wasserkessel gelangten Schlamm und weitere Feststoffe ablassen zu können. In manchen Fällen muß sogar der Wasserkessel geöffnet und manuell gereinigt werden, um das Aggregat wieder einsatzfähig zu machen. Trotzdem ist es aber bisher häufig zu Schäden am Vakuumpumpaggregat gekommen, nämlich insbesondere an der bei den bekannten Vakuumpumpaggregaten vorgesehenen Wasserpumpe zum Abfördern des Wassers aus dem Wasserkessel. Insbesondere Kolbenpumpen, die für das Abfördern des Wassers noch häufig eingesetzt werden, sind durch Schlamm und Sand stark gefährdet und unterliegen einem erhöhten Verschleiß, der häufige Wartung sowie einen häufigen Ersatz der Verschleißteile erfordert. Auch wenn weniger empfindliche Wasserpumpen, z.B. Kreiselpumpen, für das Abfördern des Wassers aus dem Wasserkessel verwendet werden, tritt an diesen Wasserpumpen doch infolge der im Wasser mitgeführten Feststoffe ein erhöhter Verschleiß auf, der regelmäßige Wartung erfordert und die Lebensdauer der Pumpe verkürzt.

Für die vorliegende Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Vakuumpumpaggregat der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die dargelegten Nachteile vermieden werden und mit dem insbesondere ein wartungsfreier oder zumindest wartungsarmer Betrieb über eine lange Betriebsdauer bei zuverlässiger Arbeitsweise und bei geringem Verschleiß erreicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein Vakuumpumpaggregat der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Mittel zum Abfördern

des Wassers aus dem Wasserkessel durch mindestens ein verstellbares Kesselbelüftungsventil gebildet sind und daß die Wasserableitung mit Gefälle verlegt ist, sodaß bei geöffnetem Kesselbelüftungsventil und dadurch weggefallenem Vakuum der Wasserkessel allein mittels Schwerkraftwirkung entleerbar ist.

Das erfindungsgemäße Vakuumpumpaggregat bietet den Vorteil, daß es für das Abfördern des Wassers aus dem Wasserkessel keine Pumpe mehr benötigt. Damit fällt ein relativ aufwendiges und einem Verschleiß unterliegendes und deshalb wartungsbedürftiges Bauteil weg, so daß auch die dafür benötigte Wartung und Instandsetzung wegfällt. Anstelle dieser relativ aufwendigen Pumpe besitzt das erfindungsgemäß Vakuumpumpaggregat ein Kesselbelüftungsventil, mit dem wahlweise der Wasserkessel gegen die Atmosphäre abgedichtet oder mit Luft von atmosphärischem Druck gefüllt werden kann. Das Abfördern des Wassers aus dem Wasserkessel erfolgt damit äußerst einfach unter natürlicher Schwerkraftwirkung. Eine ausreichend große Geschwindigkeit des Abförderns des Wassers aus dem Wasserkessel kann dadurch gewährleistet werden, daß die Wasserableitung sowie das Kesselbelüftungsventil mit ausreichend großen Querschnitten ausgeführt werden. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Vakuumpumpaggregats besteht darin, daß es völlig unempfindlich ist gegen im geförderten Wasser mittransportierte Schlamm- oder Sandanteile oder sonstige Feststoffe. Prinzipbedingt kommen die Feststoffe nicht mehr mit bewegten Teilen des Vakuumpumpaggregats in Berührung. Das Befüllen des Wasserkessels erfolgt durch Anlegen eines Vakuums, wobei die Vakuumpumpe lediglich Luft aus dem Wasserkessel fördert. Sobald der Wasserstand im Wasserkessel eine vorgebbare maximale Pegelhöhe erreicht hat, wird das Kesselbelüftungsventil aus seiner Schließstellung in seine Öffnungsstellung verstellt. Dadurch bricht das Vakuum im Wasserkessel zusammen und die Zuförderung von Wasser hört auf.

• «♦»« «tat«·

Zugleich kann nun das Wasser aus dem Kessel durch Schwerkraftwirkung abströmen. Die Vakuumpumpe kann, wie an sich bekannt, während der Entleerung des Wasserkessels ausgeschaltet sein. Es ist aber auch problemlos möglich, die Vakuumpumpe durchlaufen zulassen, wenn der Luftzutritt durch das Kesselbelüftungsventil deutlich größer ist als der Abzug von Luft durch die Vakuumpumpe. Diese Voraussetzung ist in der Praxis leicht erfüllbar. Vorteilhaft ist diese Alternative insbesondere beim Einsatz von größeren Vakuumpumpen mit entsprechend starken Elektromotoren für ihren Antrieb, die hohe Anlaufströme aufweisen und dadurch ein Stromnetz stark belasten oder sogar überlasten können. Außerdem genügen dann einfachere Schalteinrichtungen im elektrischen Teil des Aggregats. Die gegebenenfalls in den Wasserkessel eingespülten Feststoffe werden nach Öffnen des Kesselbelüftungsventils mit dem durch die natürliche Schwerkraftwirkung abströmenden Wasser wieder aus dem Wasserkessel herausgespült und abgeleitet. Damit bietet die Erfindung ein besonders robustes und betriebssicheres Vakuumpumpaggregat, das nur einem sehr geringen Verschleiß unterliegt und deshalb nur entsprechend wenig Aufwand an Wartung und Reparaturen erfordert.

Um eine schnelle Entleerung des Wasserkessels, auch bei ggf. durchlaufender Vakuumpumpe zu gewährleisten, ist vorgesehen, daß das Kesselbelüftungsventil einen Öffnungsquerschnitt hat, dessen Fläche mindestens das Zehnfache des Querschnitts einer das Innere des Wasserkessels mit der Vakuumpumpe verbindenden Luftsaugleitung beträgt.

Bevorzugt ist das Kesselbelüftungsventil ein Telleroder Ringventil. Ein solches Ventil bietet bei einer einfachen und dadurch zuverlässigen Bauweise die Möglichkeit von großen Strömungsquerschnitten. Dadurch kann bei der Belüftung des Wasserkessels die Umgebungsluft sehr

schnell in den Kessel gelangen, sodaß der Abfluß des Wassers nicht gebremst wird.

Zweckmäßig ist das Kesselbelüftungsventil durch eine
elektromagnetische oder elektromotorische oder pneumatische
oder hydraulische Betätigungseinrichtung verstellbar, um eine Automatisierung des Öffnens und Schließens
des Kesselbelüftungsventils zu ermöglichen und um die erforderliche Öffnungskraft gegen das im Kessel ggf. noch herrschende Rest-Vakuum zu erreichen. Bei Bedarf kann ergänzend eine Übersetzungsmechanik zur Erhöhung der Betätigungskraft vorgesehen werden.

Um nicht bei unterschiedlich großen Wasserkesseln jeweils
unterschiedlich große Kesselbelüftungsventile einsetzen zu müssen und um vorgegebene Platzverhältnisse
günstig nutzen zu können, ist vorteilhaft vorgesehen,
daß zwei oder mehr Kesselbelüftungsventile nebeneinander angeordnet und durch eine gemeinsame oder je eine eigene Betätigungseinrichtung verstellbar sind.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, daß das verstellbare Ventil im Wassereinlaß ein selbsttätiges, in Einlaßrichtung öffnendes Rückschlagventil ist und daß das verstellbare Ventil im Wasserauslaß ein selbsttätiges, in Auslaßrichtung öffnendes Rückschlagventil ist. Durch die Verwendung von Rückschlagventilen wird der technische Aufwand für das Vakuumpumpaggregat weiter reduziert, was
ebenfalls der Betriebssicherheit zu Gute kommt.

Um einen Betrieb des Vakuumpumpaggregats ohne Bedienungspersonal zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß im Wasserkessel eine in Abhängigkeit vom Wasserpegel schaltende
Schalteinrichtung vorgesehen ist, die wenigstens einen
unteren, zumindest das Schließen des Kesselbelüftungsventils auslösenden Schaltpunkt und wenigstens einen oberen,
zumindest das Öffnen des Kesselbelüftungsventils

auslösenden Schaltpunkt hat. Sofern vorgesehen, kann die Schalteinrichtung auch im Gegentakt zum Keselbelüftungsventil die Vakuumpumpe ein- und ausschalten.

Die zuvor erwähnte Schalteinrichtung ist bevorzugt durch einen Schwimmerschalter mit einstallbaren Schaltpunkthöhen gebildet. Auf diese Weise kann das Vakuumpumpaggregat den jeweils vorgegebenen Einsatzbedingungen flexibel angepaßt werden. Aus Sicherheitsgründen kann die Schalteinrichtung auch doppelt vorhanden sein, sodaß bei Ausfall einer Schalteinrichtung der Betrieb des Aggregats unverändert aufrecht erhalten bleibt.

Damit die der Belüftung des Wasserkessels dienenden Bauteile gut zugänglich sind, ist bevorzugt vorgesehen, daß das Kesselbelüftungsventil auf dem Kesselscheitel oder auf einem auf den Kesselscheitel aufgesetzten Stutzen angeordnet ist.

Eine alternative Ausführung sieht vor, daß das Kesselbelüftungsventil am unteren Ende eines in den Kessel von oben her eintauchenden Stutzens angeordnet ist. Hierdurch wird zwar die Zugänglichkeit erschwert, jedoch der Vorteil erreicht, daß das Öffnen des Kesselbelüftungsventils erleichtert wird. Die Betätigungseinrichtung dafür kann dann entsprechend schwächer und kostengünstiger dimensioniert werden.

Im praktischen Einsatz des Vakuumpumpaggregats kann die Wasserableitung relativ große Längen erreichen. Um ein Abströmen des Wassers durch die Wasserableitung auch dann zu gewährleisten, wenn das Ventil im Wasserauslaß infolge eines erneut erzeugten Vakuums im Wasserkessel schon geschlossen hat, wird vorgeschlagen, daß in Strömungsrichtung des Wassers gesehen hinter dem im Wasserauslaß angeordneten verstellbaren Ventil vom Wasserauslaß oder von der Wasserableitung ein Belüftungsstutzen

nach oben abzweigt, dessen offenes oberes Ende in einer über dem Kesselscheitel liegenden Höhe liegt. Auf diese Weise ist eine zügige Abförderung des Wassers durch die Wasserableitung gewährleistet, da Luft durch den Belüftungsstutzen in den dem Wasserkessel benachbarten Bereich der Wasserableitung nachströmen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Wasserableitung auch mit einem so großen Querschnitt ausgeführt sein, daß Luft im Gegenstrom zum abgeförderten Wasser durch die Wasserableitung strömen kann, ohne den Wasserfluß zu sehr zu behindern.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Vakuumpumpe eine Wasserringpumpe ist und daß von dem vom Vakuumpumpaggregat geförderten Wasser ein Teilstrom abzweigbar und durch einen Filter dem den Wasserring in der Wasserringpumpe bildenden Betriebswasser bedarfsweise zur Nachfüllung zuführbar ist. Die Verwendung einer Wasserringpumpe als Vakuumpumpe in einem Vakuumpumpaggregat ist zwar an sich bekannt, jedoch muß bei den bekannten Vakuumpumpaggregaten von Zeit zu Zeit kontrolliert werden, ob der Wasserring innerhalb der Wasserringpumpe noch ausreichend Wasser enthält. Bedarfsweise muß ein Nachfüllen erfolgen. Zwar sind auch Wasserringpumpen bekannt, die einen eigenen, relativ großen Vorratsbehälter mit Nachfüllwasser für den Wasserring besitzen, jedoch sind diese Wasserringpumpen im Verhältnis zu den einfacheren Wasserringpumpen ohne Vorratsbehälter wesentlich teurer; außerdem wird hier nur das Wartungsintervall verlängert, nicht aber eine Wartungsfreiheit erreicht. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird eine einfache Wasserringpumpe verwendbar, die keinen eigenen Vorratsbehälter besitzt. Trotzdem ist jederzeit gewährleistet, daß eine ausreichende Betriebswassermenge im Wasserring innerhalb der Wasserringpumpe vorhanden ist. Da hier nur sehr kleine Wassermengen nachgefüllt werden müssen, genügt ein sehr kleiner abzweigbarer Teilstrom und ein entsprechend kleiner Wasserfilter zur Reinigung des der Was-

serringpumpe zugeführten Nachfüll-Betriebswassers. Die Dosierung des dem Wasserring zugeführten Nachfüll-Betriebswassers kann in einer einfachen Ausführung beispielsweise durch ein Tropfventil bewirkt werden, das an sich aus der landwirtschaftlichen Tropfbewässerung bekannt ist. Eventuell zuviel nachgefülltes Wasser wird von der Wasserringpumpe auf der Auslaßseite ausgeworfen, wobei diese ggf. ausgeworfenen geringen Wassermengen problemlos in die Umgebung entlassen werden können.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß innerhalb des Wasserkessels ein Betriebswasserabteil oder außerhalb des Wasserkessels ein separates Betriebswasserbehältnis vorgesehen ist, in welchem ein Betriebswasservorrat speicherbar ist, der durch den abzweigbaren Wasser-Teilstrom auffüllbar ist. Neben der Bevorratungsfunktion wird hierdurch auch die Möglichkeit eines stetigen Wasseraustauschs zwischen dem Wasserring in der Pumpe und dem Wasservorrat geschaffen, womit einer Überhitzung des Betriebswassers wirksam vorgebeugt werden kann.

Bei dem von dem Vakuumpumpaggregat geförderten Wasser handelt es sich in der Praxis oft um Grundwasser, das von Natur aus eine relativ niedrige Temperatur um etwa 8 bis 10°C hat. Auch natürliches Oberflächenwasser hat oft eine relativ niedrige, nur wenig höhere Temperatur. Sofern diese Gegebenheiten vorliegen, ist vorgesehen, daß das Betriebswasser über wenigstens eine Wärmetauscherfläche durch das in den Wasserkessel einströmende zugeförderte Wasser kühlbar ist. Im einfachsten Fall ist die Wärmetauscherfläche eine Trennwand im Inneren des Wasserkessels, die das oben erwähnte Betriebswasserabteil vom übrigen Kessel abteilt. Bei höherem Kühlbedarf sind weitere Mittel zum Wärmeaustausch einsetzbar.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Vakuumpumpaggregats sieht vor, daß von dem vom Vaku-

umpumpaggregat geförderten Wasser ein Teilstrom abzweigbar und durch einen Filter der Vakuumpumpe und/oder einem zugehörigen Antriebsmotor als Kühlwasser zur bedarfsweisen Kühlung, insbesondere zur Einhaltung eines optimalen Betriebstemperaturbereichs, zuführbar ist. Wenn, was für viele Einsatzfälle zu erwarten ist, mit dem Vakuumpumpaggregat Grundwasser gefördert wird, hat dieses im allgemeinen eine Temperatur im Bereich zwischen etwa 8 und 10°C. Damit ist das Wasser für eine wirkungsvolle Kühlung nutzbar. Insbesondere bei Verwendung einer Wasserringpumpe als Vakuumpumpe kann durch Einhaltung eines optimalen Temperaturbereichs der Wirkungsgrad der Wasserringpumpe optimiert werden. Hierdurch wird auch der Wirkungsgrad des Vakuumpumpaggregats insgesamt optimiert und somit ein maximales Förderergebnis bei minimalem Energieverbrauch erreicht. Das für die Kühlung verwendete Wasser kann nach seiner Nutzung entweder in die Umgebung entlassen oder vorzugsweise dem Wassereinlaß des Wasserkessels zugeführt werden, um es danach durch die Wasserableitung abzuführen. Auch eine direkte Abführung in die Wasserableitung ist denkbar.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Vakuumpumpaggregat zwei oder mehr Vakuumpumpen aufweist, die je nach geforderter Förderleistung einzeln oder in Gruppen oder vollzählig aktivierbar sind. Auf diese Weise ist eine einfache Anpassung der Förderleistung des Vakuumpumpaggregats an unterschiedliche Anforderungen möglich, ohne daß aufwendige Vakuumpumpen mit regelbarer Drehzahl und entsprechende Steuereinrichtungen erforderlich wären. Außerdem besteht so die Möglichkeit, eine von mehreren Pumpen bedarfsweise zu warten oder auszutauschen, ohne daß dafür das Vakuumpumpaggregat stillgesetzt muß; zumindest eine reduzierte Förderleistung bleibt noch bestehen. Um einzelne Pumpen bei im übrigen aktivem Vakuumpumpaggregat abbauen zu können, sind zweckmäßig die Leitungsverbindungen mit Absperr-

- 10 -

• · AO · · · · &igr;

Schiebern oder -hähnen ausgestattet, wie dies an sich
bekannt ist.

Schließlich ist bei dem erfindungsgemäßen Vakuumpumpaggregat
noch vorgesehen, daß es eine Steuer- und Regeleinheit umfaßt, die zeitabhängig und/oder ggf. abhängig von Schaltsignalen der Schalteinrichtung zumindest das
Kesselbelüftungsventil schließt und öffnet und die Vakuumpumpe ggf. ein- und ausschaltet und mit der vorzugsweise zusätzlich die ggf. der Wasserringpumpe zugeführte
Nachfüllwassermenge und die ggf. der Vakuumpumpe und/
oder einem zugehörigen Antriebsmotor zugeführte Kühlwassermenge regelbar ist. Mit einer solchen Steuer- und Regeleinheit ist ein automatischer Betrieb möglich, der
kein ständiges Bedienungs- oder Beobachtungspersonal erfordert. Dies trägt zu einem kostengünstigen Betrieb des Vakuumpumpaggregats wesentlich bei. Zur weiteren Erhöhung
der Betriebssicherheit kann die Steuer- und Regeleinheit eine Signalübertragungseinrichtung umfassen, die den Betriebszustand oder eventuelle Störungen per Funk
oder über Kabel an eine Betriebsleitzentrale meldet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:

Figur 1 ein Vakuumpumpaggregat in Seitenansicht und

Figur 2 einen Ausschnitt des Aggregats aus Figur 1 in
geänderter Ausführung.

Wie die Figur 1 zeigt, bildet bei dem dargestellten Beispiel eines Vakuumpumpaggregats 1 ein Wasserkessel 2 den räumlich größten Teil des Aggregats 1. Der Wasserkessel 2 ruht auf einem Rahmen 9, der hier mit zwei Rädern 90, mehreren teleskopierbaren Stützen 92 und einer Zugdeichsel 91 ausgestattet ist. Hierdurch ist das Vakuumpump-

- 11 -

aggregat 1 mittels eines Zugfahrzeuges wie ein Anhänger verfahrbar. Am Einsatzort wird das Vakuumpumpaggregat 1 mittels der Stützen 92 fest auf dem Untergrund fixiert.

Am unteren Rand der rechten Stirnseite des Wasserkessels 2 mündet in diesen ein Wassereinlaß 30, in den ein Rückschlagventil 31 integriert ist. Das Rückschlagventil 31 öffnet bei einer Wasserströmung in Richtung zum Wasserkessel 2. Der Wassereinlaß 30 setzt sich im Inneren des Kessels 2 ein kurzes Stück horizontal fort und biegt dann nach oben ab, um im Abstand von der Decke des Kessels 2 zu enden. Außerhalb des Kessels 2 ist an den Wassereinlaß 30, vorzugsweise über eine gängige Schnellkupplung, eine Saugleitung 32 angeschlossen, von der hier nur ein kurzer Abschnitt dargestellt ist. Die Saugleitung 32 führt beispielsweise zu mehreren in den Boden eingesetzten Filterrohren oder zu einem in eine offene, mit Wasser gefüllte Grube eingesetzten Filterkorb.

An dem in der Zeichnung linken Stirnende des Wasserkessels 2 ist in dessen unterem Teil ein Wasserauslaß 40 vorgesehen, in den ebenfalls ein Rückschlagventil 41 integriert ist. Dieses Rückschlagventil 41 öffnet bei einer Wasserströmung in Richtung aus dem Wasserkessel 2 heraus. An den Wasserauslaß 40 ist eine Wasserableitung 42 angeschlossen, die mit Gefälle zu einem Vorfluter, beispielsweise ein natürliches Gewässer oder ein Kanalisationsschacht, führt. Weiterhin ist mit dem Wasserauslaß 40 ein Belüftungsstutzen 43 verbunden, der im wesentlichen vertikal nach oben verläuft und dessen oberes, offenes Ende oberhalb des Kesselscheitels des Wasserkessels 2 liegt. Die Mündung des Belüftungsstutzens 43 in den Wasserauslaß 40 liegt in Wasserströmungsrichtung (gestrichelter Pfeil) gesehen hinter dem Rückschlagventil 41.

- 12 -

Rechts vor dem Wasserkessel 2 ist eine Vakuumpumpe 5 plaziert, die hier als Wasserringpumpe ausgeführt ist und die über einen Elektromotor 50 antreibbar ist. Die Saugseite der Vakuumpumpe 5 steht über eine Luftsaugleitung 52 mit dem oberen Bereich des Inneren des Wasserkessels 2 in Verbindung.

Im Inneren des Wasserkessels 2 sowie auf diesem ist eine Schalteinrichtung 7 vorgesehen, die einen Schwimmer 70 umfaßt. Der Schwimmer 70 ist entlang einer vertikal in den Wasserkessel 2 hängenden Stange bewegbar, wobei die jeweilige Höhenlage des Schwimmers dem jeweiligen Wasserpegel im Wasserkessel 2 entspricht. Die Schalteinrichtung 7 hat wenigstens einen oberen und einen unteren Schaltpunkt, bei denen der Schwimmer Schaltsignale auslöst. Die Schaltsignale werden einer auf den Kesselscheitel angeordneten Steuer- und Regeleinheit 8 in Form elektrischer Signale zugeführt.

Weiter umfaßt das Vakuumpumpaggregat 1 ein Kesselbelüftungsventil 6, das nahe dem linken Ende des Wasserkessels 2 auf dessen Scheitel am oberen Ende eines niedrigen Stutzens 26 angeordnet ist. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel des Vakuumpumpaggregats 1 ist das Kesselbelüftungsventil 6 ein Tellerventil, das auf dem oberen Rand des Stutzens 26 dichtend aufliegt, wenn es seine Schließstellung einnimmt. Mittels eines Elektromagneten 60 ist das Ventil 6 in seine Öffnungsstellung überführbar, indem der Teller des Tellerventils nach oben vom Stutzen 26 abgehoben wird. Die Betätigung des Elektromagneten 60 erfolgt über eine Steuerleitung 86 von der Steuer- und Regeleinheit 8 aus. Ebenso erfolgt ein Ein- und Ausschalten des Antriebsmotors 50 der Vakuumpumpe 5 über eine weitere Steuerleitung 85 ebenfalls von der Steuer- und Regeleinheit 8 aus. Zur Energieversorgung dient hier eine Netzleitung 80, die mit der Steuer- und Regeleinheit 8 verbunden ist und die an ihrem anderen

- 13 -

• ·

• · · · # • ·	— · *	• &bgr;·· ·· ·*
	• · * · · ·

Ende an ein Stromversorgungsnetz oder an einen Stromgenerator angeschlossen ist.

Schließlich zeigt die Figur 1 noch eine im Wasserkessel 2 angeordnete Trennwand 22, die ein kleineres Abteil 2' vom übrigen Kessel 2 abteilt. Dieses Abteil 2' dient zur Speicherung eines Betriebswasservorrats für die Wasserring vakuumpumpe 5. Über eine Verbindungsleitung 23 mit einer darin eingefügten kleinen Pumpe und Filtereinrichtung 24 kann aus dem Wasserkessel 2 Wasser für den Betriebswasservorrat in das Abteil 2' abgezweigt werden. Aus dem Abteil 2' kann Betriebswasser über eine Leitung 53 der Pumpe 5 zugeführt werden, sofern dort Nachfülloder Kühlbedarf besteht. Das Betriebswaser im Abteil 2' wird über die als Wärmetauschfläche dienende Trennwand 22 mittels des durch den Wassereinlaß 30 und dessen Fortsetzung 30' in den Kessel 2 geförderten Frischwassers gekühlt.

Im Betrieb arbeitet das in der Zeichnung dargestellte Vakuumpumpaggregat 1 wie folgt:

Bei zunächst noch leerem Wasserkessel 2 befindet sich der Schwimmer 70 der Schalteinrichtung 7 in seiner tiefsten Stellung. Sobald die Steuer- und Regeleinheit 8 insgesamt eingeschaltet wird, liefert die Schalteinrichtung 7 ein ihrem unteren Schaltpunkt entsprechendes elektrisches Steuersignal an die Steuer- und Regeleinheit 8. Aufgrund dieses Steuersignals wird der Antriebsmotor 50 der Vakuumpumpe 5 eingeschaltet und der Elektromagnet des Kesselbelüftungsventils 6 abgeschaltet. Hierdurch fällt das Ventil 6 in seine Schließstellung und die Vakuumpumpe 5 erzeugt durch Abpumpen von Luft aus dem Wasserkessel 2 über die Luftsaugleitung 52 ein Vakuum. Dieses Vakuum führt dazu, daß über die Saugleitung 32 durch das nun in Durchlaßrichtung beaufschlagte Rückschlagventil 31 und den Wassereinlaß 30 mit seinem Fortsatz 30' Was-

- 14 -

ser in den Wasserkessel 2 gefördert wird, wie durch die gestrichelten Pfeile dargestellt. Zumindest ein Teil des zugeförderten, kühlen Wassers strömt über die Trennwand 22 und kühlt so das durch die Arbeit der Pumpe 5 erhitzte Betriebswaser auf der anderen Seite der Trennwand 22 im Abteil 2'.

Aufgrund des Vakuums im Wasserkessel 2 schließt das Rückschlagventil 41 im Wasserauslaß 40 selbsttätig. Dieser Betriebszustand wird beibehalten, bis der Wasserkessel 2 so hoch mit Wasser gefüllt ist, daß der Schwimmer 70 der Schalteinrichtung 7 eine obere Lage erreicht, in der er ein zweites, dem oberen Schaltpunkt zugeordnetes Schaltsignal an die Steuer- und Regeleinheit 8 abgibt. Aufgrund dieses Schaltsignals schaltet die Steuer- und Regeleinheit 8, wahlweise mit einer vorgebbaren Zeitverzögerung, den Elektromagneten 60 des Kesselbelüftungsventils 6 ein. Dies führt dazu, daß das Kesselbelüftungsventil 6 in seine Öffnungsstellung bewegt wird. Durch das nun geöffnete Kesselbelüftungsventil 6 und den Stutzen 26 hindurch gelangt Luft aus der Umgebung in das Innere des Wasserkessels 2, so daß das darin zuvor vorhandene Vakuum aufgehoben wird. Dabei tritt der Wegfall des Vakuums unabhängig davon ein, ob die Vakuumpumpe 5 abgeschaltet wird oder nicht, sofern das Kesselbelüftungsventil 6, wie in der Zeichnung dargestellt, einen Querschnitt hat, der groß ist gegenüber dem Querschnitt der Luftsaugleitung 52. Ein typisches Maß für den Durchmesser des Kesselbelüftungsventils ist z.B. 200 mm und für den Durchmesser der Luftsaugleitung 52 z.B. 40 mm. Infolge des Luftzutritts in den Kessel 2 geht nun das Rückschlagventil 31 im Wassereinlaß 30 selbsttätig in seine Schließstellung. Gleichzeitig öffnet sich selbsttätig aufgrund des hydrostatischen Drucks des Wassers im Wasserkessel 2 das Rückschlagventil 41 im Wasserauslaß 40. Durch natürliche Schwerkraftwirkung strömt nun das Wasser aus dem Wasserkessel 2 durch den Wasserauslaß 40 und

das Rückschlagventil 41 in die Wasserableitung 42. Da die Wasserableitung 42 mit Gefälle verlegt ist, erfolgt das Entleeren des Wasserkessels 2 ohne Zuhilfenahme von Pumpen. Das Schließen des Rückschlagventils 31 sorgt zudem vorteilhaft für einen gewissen Rückspüleffekt in den ggf. angeschlossenen Filterrohren, sodaß deren Durchlässigkeit auf Dauer erhalten bleibt.

Mit dem Abfließen des Wassers aus dem Wasserkessel 2 sinkt der Schwimmer 70 der Schalteinrichtung 7 ab, bis er den unteren Schaltpunkt der Schalteinrichtung 7 erreicht und wieder ein erster Schaltimpuls an die Steuer- und Regeleinheit 8 gegeben wird. Dieser Schaltimpuls sorgt dann wieder, wie zuvor schon beschrieben, für ein Schließen des Kesselbelüftungsventils 6 und, sofern zuvor ein Ausschalten erfolgte, für das Einschalten der Vakuumpumpe 5. Gleichzeitig verstellen sich selbsttätig die Rückschlagventile 31 und 41, nämlich das Rückschlagventil 31 in seine Öffnungsstellung und das Rückschlagventil 41 in seine Schließstellung. Damit das in der Wasserableitung 42 befindliche Wasser auch bei schon geschlossenem Rückschlagventil 41 noch zügig abfließen kann, ist der Belüftungsstutzen 4 3 vorgesehen, durch den Luft aus der Umgebung in das dem Vakuumpumpaggregat 1 zugewandte Ende der Wasserableitung 42 strömen kann. Dadurch ist sichergestellt, daß die Wasserableitung 42 zügig leerläuft und vollständig entleert ist, bevor wieder eine neue Entleerung des Wasserkessels 2 erfolgt.

Parallel zu dem vorstehend beschriebenen Ablauf wird ständig eine geringe Wassermenge aus dem Kessel 2 über die Leitung 23 in das Abteil 2' abgezweigt und auf seinem Weg gefiltert. Nach Bedarf wird der Pumpe 5 über die Leitung 53 kühles Betriebswasser zugeführt. Die aus dem Kessel 2 abgepumpte Luft sowie ggf. überschüssiges Betriebswasser werden über die Auslaßleitung 51 von der Pumpe 5 in die Umgebung abgegeben.

- 16 -

Außer wie im Ausführungsbeispiel des Vakuumpumpaggregats

1 dargestellt, kann dieses auch mit zwei oder noch mehr Vakuumpumpen 5 ausgestattet sein, je nach Größe des Vakuumpumpaggregats 1 und nach der geforderten maximalen Förderleistung. Dabei kann, entsprechend dem aktuellen Förderleistungsbedarf, eine passende Zahl von Vakuumpumpen aktiviert werden. Auch kann der Wasserkessel 2 mit jeweils zwei oder mehr Wassereinlässen 30 und Wasserauslässen 40 ausgestattet sein. Das Arbeitsvakuum im Wasserkessel 2 kann durch ein Vakuumregelventil eingestellt werden, um unnötige Pumparbeit der Vakuumpumpe(&eegr;) 5 zu vermeiden.

Figur 2 der Zeichnung zeigt eine hinsichtlich der Anordnung des Kesselbelüftungsventils 6 abgewandelte Ausführung des Vakuumpumpaggregats 1. In der Figur 2 ist lediglich ein Ausschnitt aus dem Kessel 2 zusammen mit dem Kesselbelüftungsventil 6 dargestellt, wobei der Kessel 2 teilweise aufgeschnitten ist.

Im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist bei dem Beispiel gemäß Figur 2 das Kesselbelüftungsventil 6 innerhalb eines in das Innere des Wasserkessels 2 ragenden Stutzens 26' angeordnet. Der Stutzen 26' hat eine zylindrische Form und ist an seinem oberen Rand mit der Wandung des Wasserkessels

2 dicht verbunden, vorzugsweise verschweißt. Im Kessel 2 ist an dieser Stelle eine Durchbrechung vorgesehen. Nach unten hin ist der Stutzen 26' mit einem Boden versehen, der eine zentrale Durchbrechung aufweist, deren Durchmesser etwa die Hälfte des Innendurchmessers des Stutzens 26' beträgt. Im dargestellten Schließzustand des Kesselbelüftungsventils 6 liegt ein Ventilteller unter Zwischenlage eines Dichtringes auf dem Boden des Stutzens 26' auf, wodurch die Durchbrechung zum Inneren des Kessels 2 verschlossen wird. Zentral im oberen Bereich des Stutzens 26' ist der Elektromagnet 60 für die Betätigung

- 17 -

des Kesselbelüftungsventils 6 angeordnet. Über eine Verbindungsstange kann der Elektromagnet 60 den Ventilteller aufwärts und abwärts, also zwischen Öffnungsstellung und Schließstellung verstellen. Vom Elektromagneten 60 verläuft die elektrische Leitung 86 zu der hier nicht dargestellten, in Figur 1 bereits erläuterten Steuereinrichtung 8.

Ein Vorteil der Anordnung gemäß Figur 2 besteht darin, daß das Kesselbelüftungsventil 6 mit allen seinen Einzelteilen innerhalb der Kontur des Wasserkessels 2 liegt und nicht nach außen übersteht, so daß eine kompakte, insbesondere niedrige Bauweise ermöglicht wird. Außerdem sorgt diese tiefe Lage des Kesselbelüftungsventils 6 für eine Erleichterung des Öffnens des Ventils, da das im Wasserkessel 2 befindliche, diesen im befüllten Zustand nahezu vollständig ausfüllende Wasser das Öffnen des Kesselbelüftungsventils 6 unterstützt.

Claims (17)

1. Vakuumpumpaggregat (1), insbesondere für eine Grundwasserabsenkung nach dem Filtervakuumverfahren oder für die offene Wasserhaltung oder für die Abwasserhaltung, mit einem Wasserkessel (2), mit dem je ein mit einem verstellbaren Ventil (31, 41) ausgestatteter Wassereinlaß (30) und Wasserauslaß (40) verbunden sind, mit mindestens einer Vakuumpumpe (5), mit der im Wasserkessel (2) ein Vakuum erzeugbar ist, mittels welchem Wasser über eine Saugleitung (32) durch den Wassereinlaß (30) in den Wasserkessel (2) förderbar ist, und mit Mitteln zum Abfördern des Wassers aus dem Wasserkessel (2) durch den Wasserauslaß (40) in eine Wasserableitung (42), wobei das Vakuumpumpaggregat (1) in einem Intervallbetrieb betreibbar ist, in welchem abwechselnd ein Zufördern von Wasser in den Wasserkessel (2) und ein Abfördern des Wassers aus dem Wasserkessel (2) unter entsprechender Verstellung der Ventile (31, 41) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Abfördern des Wassers aus dem Wasserkessel (2) durch mindestens ein verstellbares Kesselbelüftungsventil (6) gebildet sind und daß die Wasserableitung (42) mit Gefälle verlegt ist, sodaß bei geöffnetem Kesselbelüftungsventil (6) und dadurch weggefallenem Vakuum der Wasserkessel (2) allein mittels Schwerkraftwirkung entleerbar ist.

2. Vakuumpumpaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kesselbelüftungsventil (6) einen Öffnungsquerschnitt hat, dessen Fläche mindestens das Zehnfache des Querschnitts einer das Innere des Wasserkessels (2) mit der Vakuumpumpe (50) verbindenden Luftsaugleitung (52) beträgt.

3. Vakuumpumpaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kesselbelüftungsventil (6) ein Teller- oder Ringventil ist.

4. Vakuumpumpaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kesselbelüftungsventil (6) durch eine elektromagnetische oder elektromotorische oder pneumatische oder hydraulische Betätigungseinrichtung verstellbar ist.

5. Vakuumpumpaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Kesselbelüftungsventile (6) nebeneinander angeordnet und durch eine gemeinsame oder je eine eigene Betätigungseinrichtung (60) verstellbar sind.

6. Vakuumpumpaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbare Ventil (31) im Wassereinlaß (30) ein selbsttätiges, in Einlaßrichtung öffnendes Rückschlagventil ist und daß das verstellbare Ventil (41) im Wasserauslaß (40) ein selbsttätiges, in Auslaßrichtung öffnendes Rückschlagventil ist.

7. Vakuumpumpaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Wasserkessel (2) eine in Abhängigkeit vom Wasserpegel schaltende Schalteinrichtung (7) vorgesehen ist, die wenigstens einen unteren, zumindest das Schließen des Kesselbelüftungsventils (6) auslösenden Schaltpunkt und wenigstens einen oberen, zumindest das Öffnen des Kesselbelüftungsventils (6) auslösenden Schaltpunkt hat.

8. Vakuumpumpaggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (7) durch einen Schwimmerschalter mit einstellbaren Schaltpunkthöhen gebildet ist.

9. Vakuumpumpaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kesselbelüftungsventil (6) auf dem Kesselscheitel oder auf einem auf den Kesselscheitel aufgesetzten Stutzen (26) angeordnet ist.

10. Vakuumpumpaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kesselbelüftungsventil (6) am unteren Ende eines in den Kessel (2) von oben her eintauchenden Stutzens (26') angeordnet ist.

11. Vakuumpumpaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des Wassers gesehen hinter dem im Wasserauslaß (40) angeordneten verstellbaren Ventil (41) vom Wasserauslaß (40) oder von der Wasserableitung (42) ein Belüftungsstutzen (43) nach oben abzweigt, dessen offenes oberes Ende in einer über dem Kesselscheitel liegenden Höhe liegt.

12. Vakuumpumpaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumpumpe (5) eine Wasserringpumpe ist und daß von dem vom Vakuumpumpaggregat (1) geförderten Wasser ein Teilstrom abzweigbar und durch einen Filter dem den Wasserring in der Wasserringpumpe (5) bildenden Betriebswasser bedarfsweise zur Nachfüllung zuführbar ist.

13. Vakuumpumpaggregat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Wasserkessels (2) ein Betriebswasserabteil (2') oder außerhalb des Wasserkessels (2) ein separates Betriebswasserbehältnis vorgesehen ist, in welchem ein Betriebswasservorrat speicherbar ist, der durch den abzweigbaren Wasser-Teilstrom auffüllbar ist.

14. Vakuumpumpaggregat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Betriebswasser über wenigstens eine Wärmetauscherfläche (22) durch das in den Wasserkessel (2) einströmende zugeförderte Wasser kühlbar ist.

15. Vakuumpumpaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von dem vom Vakuumpumpaggregat (1) geförderten Wasser ein Teilstrom abzweigbar und durch einen Filter der Vakuumpumpe (5) und/oder einem zugehörigen Antriebsmotor (50) als Kühlwasser zur bedarfsweisen Kühlung, insbesondere zur Einhaltung eines optimalen Betriebstemperaturbereichs, zuführbar ist.

16. Vakuumpumpaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei oder mehr Vakuumpumpen (5) aufweist, die je nach geforderter Förderleistung einzeln oder in Gruppen oder vollzählig aktivierbar sind.

17. Vakuumpumpaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Steuer- und Regeleinheit (8) umfaßt, die zeitabhängig und/ oder ggf. abhängig von Schaltsignalen der Schalteinrichtung (7) zumindest das Kesselbelüftungsventil (6) schließt und öffnet und die Vakuumpumpe (5) ggf. ein- und ausschaltet und mit der vorzugsweise zusätzlich die ggf. der Wasserringpumpe (5) zugeführte Nachfüll-Wassermenge und die ggf. der Vakuumpumpe (5) und/oder einem zugehörigen Antriebsmotor (50) zugeführte Kühlwassermenge regelbar ist.