DE3419305C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermindern des Gasgehaltes einer Flüssigkeit mit einer Kreiselpumpe so­ wie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Flüssigkeiten sind bekanntlich in der Lage, bis zu einem von den Druck- und Temperaturbedingungen abhängigen Maxi­ malwert Gase zu lösen. Darüber hinaus können Flüssigkei­ ten sehr kleine Gasblasen (Mikrobläschen) mit einer Größe von etwa 10 bis 20 Mikrometer Durchmesser enthalten, die - ebenso wie die gelösten Gase - optisch nicht wahrgenom­ men werden und gemeinsam mit den gelösten Gasen den Gas­ gehalt einer Flüssigkeit bestimmen. Schließlich können Flüssigkeiten sichtbare Gasblasen enthalten, die aber, anders als gelöste Gase und Mikrobläschen, selten gleich­ mäßig in der Flüssigkeit verteilt sind und zum schnellen Akkumulieren und Aufsteigen in der Flüssigkeiten neigen.

In vielen technischen Prozessen, vor allem bei Systemen mit einem geschlossenen Flüssigkeitskreislauf sind Gasan­ sammlungen in nach oben weisenden Rohrleitungsknien und vergleichbaren Hohlräumen unerwünscht, vielfach aber un­ vermeidbar, so daß an solchen Stellen des Kreislaufsy­ stems Entlüftungsventile eingebaut werden, wie z. B. bei Zentralheizungsanlagen und/oder im Kraftstoffzuführsystem von Dieselmotoren. In der Regel reicht es aber nicht, das die Flüssigkeit führende Leitungssystem beim erstmaligen Befüllen gründlich zu entlüften, da während des Normalbe­ triebes eines solchen Systems durch Leckagen einge­ schleppte Gasbläschen in langsam durchströmten Leitungs­ bereichen nach oben steigen und sich in den erwähnten, nach oben geschlossenen sackförmigen Hohlräumen ansam­ meln, so daß eine solche Anlage auch während des Betrie­ bes von Zeit zu Zeit entlüftet werden muß. In Kreislauf­ systemen mit sich ändernder Flüssigkeitstemperatur bilden sich an den wärmeren Stellen vermehrt Mikrobläschen; wei­ tere Mikrobläschen werden durch frisch eingespeiste Flüs­ sigkeit in das Kreislaufsystem eingebracht.

Da der Wartungsaufwand beim Lüften sehr groß ist und Kon­ trollen sicherheitshalber relativ oft vorzunehmen sind, sind auch schon automatisch arbeitende Entlüftungssysteme entwickelt worden. So ist z. B. aus der deutschen Offenle­ gungsschrift 32 08 998 (Spirovent) ein selbsttätig arbei­ tendes Entlüftungssystem für Zentralheizanlagen bekannt, welches von der Flüssigkeit durchströmt wird und eine Flüssigkeitsberuhigungszone aufweist, in welcher auch Mi­ krobläschen aufsteigen und oberhalb einer freien Flüssig­ keitsoberfläche durch ein automatisch arbeitendes Ventil in die Atmosphäre gelangen können. Durch das Entfernen von Mikrobläschen nimmt der Gasgehalt der Flüssigkeit derart ab, daß die gelöste Gasmenge den Sättigungswert spürbar unterschreitet, d. h. ungesättigte Flüssigkeit vorliegt. Ungesättigte Flüssigkeiten sind in der Lage, Gas aus gesättigten oder übersättigten Flüssigkeiten zu absorbieren und dadurch in einem Rohrleitungssystem sich befindende Gaspolster abzubauen. Solche automatischen Entlüfter arbeiten umso effektiver je mehr Glasbläschen die Flüssigkeit enthält und je größer diese Bläschen sind.

Bei einer durch die deutsche Patentschrift 19 23 826 be­ kanntgewordene Pumpe geht es darum, einen vollständig flüssigkeitsfreien zentralen Kern zu erzeugen, und zwar um die Öffnung eines unmittelbar vor einem Pumpenrotor endenden Gasabzugsrohres. Ein Abtrennen feiner Gasblasen in einer Flüssigkeitsberuhigungszone findet bei dieser Pumpen-Anordnung nicht statt.

Aus der US-Patentschrift 39 42 961 ist es bekannt, in der Nähe des Bodens eines Flüssigkeitstanks eine Zentrifugal­ pumpe anzuordnen und die über einen Durchgang dem Tank entnommene Treibstoffmenge in mehrere Teilströme zu un­ terteilen, nämlich eine in den Flügelbereich gelangende äußere Flüssigkeitszone, eine zentrale Nebelzone und eine Übergangszone mit Flüssigkeits- und Nebelanteil. Der zen­ trale, im wesentlichen vernebelte Flüssigkeitsstrom ge­ langt über ein Rohr erneut in den Treibstofftank. Hierbei ist allerdings nicht zu erwarten, daß sich das gasförmige Volumen entgegen dem an der Öffnung herrschenden Flüssig­ keitsgegendruck von der Schleuderwirkung der Schaufeln durchtreiben läßt. Vielmehr wird von den Flügeln eine Flüssigkeit transportiert, in der sich eine Anzahl kleinerer Dampfblasen befindet, die von der Flüssigkeit mitgerissen werden.

Pumpen zum Entfernen von Gasanteilen aus einer umgepump­ ten Flüssigkeit sind weiterhin durch die US-Patentschrif­ ten 33 58 425 und 44 75 866 bekanntgeworden.

Bei der aus der US-Patentschrift 42 73 562 bekannten Zen­ trifugalpumpe wird zum Entfernen der im Schleppstrom mit­ gerissenen Luft- bzw. Gasanteile die Schleppstrom-Flüs­ sigkeit von den Pumpenflügeln in zwei Flüssigkeitsströme unterteilt. Die gegenüber der Flüssigkeit leichteren Gas­ anteile sammeln sich im Zentrum eines Ansaugkanals an; der mittige, hohe Gaseinschlüsse aufweisende Teilstrom strömt dann über einen Auslaßkanal ab, während demgegen­ über gasarmes Wasser aus dem äußeren Ringbereich des An­ saugstromes zwischen den Pumpenflügeln verlaufende Kanäle passiert und danach über den Auslaß abströmt. Somit wird die Betriebs- bzw. Funktionsweise einer Zentrifugalpumpe dadurch verbessert, daß nicht der einen hohen Anteil von Gaseinschlüssen aufweisende Flüssigkeitsteilstrom den Pumpenflügeln zugeführt wird, sondern der einen höheren Wirkungsgrad der Zentrifugalpumpe versprechende Teilstrom mit geringeren Gaseinschlüssen aus dem äußeren Ringbe­ reich des Ansaugstromes.

Ein durch die US-Patentschrift 45 16 987 bekanntgeworde­ ner Entlüfter bzw. Entgaser ist einer Systempumpe einer Dampfturbine vorgeschaltet. Der Entlüfter besitzt in ei­ nem Gehause eine drehbar gelagerte Trommel, in der sich beim Rotieren - bedingt durch die Fliehkraft - ein äuße­ rer Flüssigkeitsring bildet, während sich die freigesetz­ ten Gase radial nach innen verteilen und sich im flüssig­ keitsfreien Zentrum der Trommel sammeln. Über eine in den Flüssigkeitsring eintauchende Sonde strömt die entgaste Flüssigkeit in eine zur Pumpe führende Leitung. Die Gase treten in einen in den flüssigkeitsfreien Raum der Trom­ mel hineinragenden Injektor ein und werden dort mittels Flüssigkeit beschleunigt, die dem Flüssigkeitsring mit­ tels der Sonde entnommen und über eine Düse in den Injek­ tor beschleunigt wird. Die somit lediglich zum Austreiben des Gases in den Injektor eingedüste Flüssigkeit tritt über Leitungen wieder in den FlüSsigkeitsring der Trommel ein, während die Gase aus dem Gehäuse strömen.

Aus der deutschen Patentschrift 15 28 885 ist eine Zen­ trifugalpumpe zum Entfernen von größeren - also in aller Regel sichtbaren - Gasblasen aus hochviskosen, schlammar­ tigen Flüssigkeiten bekannt. Hierzu sind der Saugraum ei­ ner Hauptpumpe für die Flüssigkeit und der Saugraum einer Hilfspumpe durch eine Drosselöffnung miteinander verbun­ den. Der durch die Drosselstelle strömende Flüssigkeits­ teilstrom wird von der ebenfalls als Zentrifugalpumpe ausgeführten Hilfspumpe der Einlaßseite der Hauptpumpe wieder zugeführt, während durch die Drosselöffnung in die Hilfspumpe eingetretene Gasblasen aus ihr zentral mittels Unterdruck abgesaugt werden. Dieses System nutzt die bekannte Eigenschaft der Zentrifugalpumpen aus, daß sich die sichtbaren Gasblasen aufgrund ihrer gegenüber der Dichte der Flüssigkeit erheblich geringeren Dichte im Kernbereich des Pumpenlaufrades sammeln. Dieser Effekt führt dazu, daß die von der Hilfspumpe angesaugte Flüs­ sigkeit mit Gasblasen erheblich angereichert ist und diese Gasblasen so groß sind, daß sie sich aus dem Kern­ bereich des Laufrades der Hilfspumpe ohne nennenswerte Flüssigkeitsmengen absaugen lassen. Die Saugleistung der Hilfspumpe muß daher größer als die Saugleistung der Va­ kuumpumpe für die Gasblasen sein. Ein solches System ist aber nicht in der Lage, den Gasgehalt der Flüssigkeit in Form von gelösten Gasen und Mikrobläschen zu vermindern, da der Dichteunterschied zwischen einer an Mikrobläschen reichen und einer an Mikrobläschen armen Flüssigkeit zu gering ist, um die Mikrobläschen durch Fliehkrafttrennung aus der Flüssigkeit zu entfernen. An eine solche Möglich­ keit wird aber in der deutschen Patentschrift offensicht­ lich auch nicht gedacht, da zum Verringern des Kavitati­ onseffektes die in die Hilfspumpe überströmende Flüssig­ keit von den druckseitigen Schaufelkanten des Laufrades abgesaugt wird (aao. Spalte 5, Zeile 60 bis Spalte 6, Zeile 12).

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 05 713 ist eine Kreiselpumpe mit einer Entgasungsvorrichtung bekannt, bei der eine Teilmenge der gepumpten Flüssigkeit im Kreislauf von der Druckseite der Pumpe durch eine Gasabscheidezone zur Saugseite der Pumpe geführt wird. Mit einer solchen Kreiselpumpe ist es allerdings nicht möglich, sich in der Pumpe bildende Dampfbläschen (Mikrobläschen) aus der Flüssigkeit zu entfernen, da diese bei dem auf der Druck­ seite der Pumpe anstehenden Druck wieder implodieren. Zu­ dem verhindert die hohe Geschwindigkeit des in der Ent­ gasungskammer zirkulierenden Wassers ein Aufsteigen der Mikrobläschen, die vielmehr im Wasser verbleiben und die­ ses mit Luft stark anreichern. Der hohe Sättigungsgrad des Wassers schließt damit ein Absorbieren von Gasen oder Gaspolstern aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung mit einem verbesserten Ent­ gasungsvermögen für Flüssigkeiten bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich eines Verfahrens dadurch gelöst, daß man einen Teilstrom der Flüssigkeit an der Unterdruckseite der Pumpenflügel entnimmt, unter Abtren­ nung feiner Gasblasen durch eine Flüssigkeitsberuhigungs­ zone führt und stromauf der Kreiselpumpe der übrigen Flüssigkeit wieder zuführt.

Die Erfindung beruht also auf den Grundgedanken, in einem Flüssigkeitsstrom eine Vielzahl von feinen Gasbläschen - etwa in der Größe der erwähnten Mikrobläschen - zu erzeu­ gen, einen mit solchen Mikrobläschen angereicherten Teil­ strom der Flüsigkeit der Saugseite der Kreiselpumpenflü­ gel zu entnehmen und nachfolgend den Teilstrom mittels einer an sich bekannten Flüssigkeitsberuhigungszone von den Mikrobläschen zu befreien. Die Erfindung macht sich dabei den normalerweise unerwünschten Kavitationseffekt auf der Unterdruckseite von Strömungsprofilen zunutze. Insbesondere sogenannte Kavitationskerne, z. B. in Form von in der Flüssigkeit suspendierten Verunreinigungen, bilden dabei sich rasch vergrößernde Mikrobläschen. Diese Mikrobläschen haben sich als außerordentlich bewegungs­ träge gegenüber der Flüssigkeit erwiesen. Sie können z. B. nicht - wie größere Bläschen - schnell aus der Flüs­ sigkeit verdrängt werden, sondern werden vom Flüssig­ keitsstrom mitgeschleppt.

Aus wissenschaftlichen Untersuchungen ist es bekannt, daß Kavitationsbläschen beim Verlassen der Unterdruckseite des angeströmten Profils des zwangsläufigen Druckanstieges unter Kondensation des Flüssigkeitsdampfes wieder zusammenstürzen und dabei das bekannte rasselnde Kavitationsgeräusch erzeugen. Umso überraschender war es herauszufinden, daß die Kavitationsbläschen unter Ausnut­ zung ihrer Bewegungsträgheit in einem Teilstrom der Flüs­ sigkeit konzentriert, der Gesamtflüssigkeitsmenge entnom­ men und in einer nachgeschalteten Flüssigkeitsberuhi­ gungszone aus dem Teilstrom entfernt werden können, ohne vorher zu kollabieren.

Durch die erfindungsgemäße Merkmalskombination wird eine erheblich effektivere Verminderung des Gasgehaltes von Flüssigkeiten erreicht, als dies nach dem Stand der Tech­ nik bekannt war, weil erfindungsgemäß die Zahl und Größe der in der Flüssigkeitsberuhigungszone abtrennbaren Mi­ krobläschen durch Erzeugen, Zusammenballen und Aufkonzen­ trieren solcher Mikrobläschen erheblich vergrößert wird.

Dadurch, daß der Teilstrom nach Passieren der Flüssig­ keitsberuhigungszone stromauf der Kreiselpumpe der übri­ gen Flüssigkeit wieder zugeführt wird, läßt sich das Ent­ gasungsvermögen beträchtlich steigern. Auf diese Weise tragen nämlich in der Flüssigkeitsberuhigungszone nicht abgetrennte Mikrobläschen dazu bei, in der Flüssigkeit stromauf der Kreiselpumpe bereits vorhandene Mikrobläs­ chen zu vergrößern, so daß diese nachfolgend leichter ab­ getrennt werden können. Natürlich ist es auch möglich, den die Flüssigkeitsberuhigungszone verlassenden Flüssig­ keitsteilstrom unmittelbar in Prozessen zu verwenden, die ungesättigte Flüssigkeiten erfordern.

Es wird vorgeschlagen, daß man den Flüssigkeits-Teilstrom entweder aus der Mitte des Laufrades der Kreiselpumpe in die Beruhigungszone absaugt oder über eine vom äußeren Umfang des Laufrades der Kreiselpumpe zur Mitte der Lauf­ radachse führende Nebenleitung mit großer Geschwindigkeit in die Beruhigungszone injiziert.

Eine in einem geschlossenen Kreislauf strömende Flüssig­ keit wird durch das erfindungsgemäße Verfahren besonders wirkungsvoll entgast, weil euch der die Kreiselpumpe ver­ lassende Flüssigkeitshauptstrom gegenüber der zuströmen­ den Flüssigkeit einen deutlich geringeren Gasgehalt auf­ weist, so daß die im Kreislauf geführte Flüssigkeit zumindest nach einigen Umläufen an Gas ungesättigt und deshalb in der Lage ist, Leckgase und Gaspolster im Be­ reich erhöhter Flüssigkeitstemperaturen zu absorbieren.

Das Trennen des von der Kreiselpumpe geförderten Flüssig­ keitsstromes in einen an Mikrobläschen armen Hauptstrom und einen an Mikrobläschen reichen Nebenstrom (Teilstrom) wird in Weiterbildung der Erfindung dadurch verbessert, daß die Flüssigkeit vor der Kreiselpumpe in eine spira­ lige Rotation versetzt wird. Hierdurch sammeln sich die Mikroblasen in der Mitte des Förderstromes und verbleiben dort sogar dann, wenn der Flüssigkeitsstrom stärkere Bie­ gungen passiert. Da auch in der Mitte des Laufrades einer Kreiselpumpe eine solche Konzentration von Mikrobläschen festgestellt wurde, wird der der Kreiselpumpe zu entneh­ mende Flüssigkeitsteilstrom bevorzugt aus der Mitte des Laufrades abgesaugt.

Die Erfindung wird hinsichtlich einer ersten Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens durch eine aus einem mit Pumpenflügeln besetzten Laufrad, einem Einlaßstutzen sowie einem Aussatzstutzen bestehende Krei­ selpumpe, eine im Bereich der Laufradachse mündende Saug­ leitung sowie eine nachgeordnete Flüssigkeitsberuhi­ gungszone mit einer Auslaßleitung gelöst. Die Mündung der Saugleitung befindet sich also in dem Bereich des Pumpen­ gehäuses, in dem das Förderfluid der geringsten Fliehkraft ausgesetzt ist. Bevorzugt ist die Kreiselpumpe mit einem im Bereich der Laufradachse mündenden Einlaß­ stutzen ausgestattet, weil der dann in der Saugleitung erforderliche Saugdruck unter dem Saugdruck der Kreisel­ pumpe liegt und deshalb niedrig genug ist, um beträchtli­ che Flüssigkeitsmengen aus dem Unterdruckbereich der Pum­ penflügel mit möglichst vielen der dort entstehenden Mi­ krobläschen abzusaugen. Wenn der entgaste Flüssigkeits­ teilstrom stromauf der Kreiselpumpe in deren Zulauflei­ tung mündet, sollte der Mündungsbereich des Flüssigkeits­ teilstromes innerhalb eines eingeschnürten Rohrbereiches der Zulaufleitung liegen, da dies eine Saugwirkung auf den entgasten Flüssigkeitsteilstrom bewirkt. Die Saugwir­ kung reicht in günstigen Fällen zum Ansaugen des Flüssigkeitsteilstromes aus der Kreiselpumpe aus.

Als besonders wirkungsvoll hinsichtlich der Aufkonzen­ trierung einer an Mikrobläschen reichen Flüssigkeitsteil­ menge in der Kreiselpumpe hat sich erfindungsgemäß ein solches Laufrad erwiesen, das ein axiales Ansaugrohr auf­ weist, welches bevorzugt radial nach innen gerichtete Flügel trägt.

Nach einem Vorschlag der Erfindung weist eine mit dem Laufrad koaxial angetriebene Hilfskreiselpumpe einen grö­ ßeren Durchmesser ale das Laufrad der Kreiselpumpe auf. Der gesamte Flüssigkeitsteilstrom, dessen Konzentration an Mikrobläschen durch die Hilfskreiselpumpe erfindungs­ gemäß noch weiter erhöht wird, verläßt die Hilfskreisel­ pumpe durch eine radiale Verbindungsöffnung zum Einlaßbe­ reich der Flüssigkeitsberuhigungszone. Dadurch ist die Verteilung der Mikrobläschen in dem die Hilfskreiselpumpe verlassenden Flüssigkeitsteilstrom vergleichsweise homo­ gen. Sollten jedoch - vor allem beim Inbetriebsetzen der Hauptkreiselpumpe - größere Gasblasen als Mikrobläschen in die Hilfskreiselpumpe gelangen, wird das im oberen Be­ reich des Pumpengehäuses sich zwangsläufig bildende Gas­ polster erfindungsgemäß durch eine obere Verbindungsöff­ nung der Hilfskreiselpumpe zu einem Gasraum der Flüssig­ keitsberuhigungszone - gegebenenfalls mit einer einstell­ baren Drossel mit vorgegebener Mindestleckrate - aus dem Pumpengehäuse ausgetrieben. Hierbei schützt ein Tropfen­ abweiser unterhalb der Verbindungsöffnung empfindliche mechanische Teile in der Flüssigkeitsberuhigungszone. Aufgrund der unterschiedlichen Laufraddurchmesser der beiden Pumpen lassen sich sehr günstige Saugdruckverhält­ nisse erreichen.

Eine zweite Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsge­ mäßen Verfahrens weist ein mit Hilfsflügeln besetztes Laufrad auf, die im Bereich des Einlaßstutzens radial nach außen angeordnet und einer Nebenleitung im Pumpenge­ häuse zugeordnet sind.

Damit läßt sich eine zusätzliche Hilfskreiselpumpe mit Laufrad vermeiden und gleichzeitig das Freisetzen von Ga­ sen sehr viel schneller erreichen. Es stellt sich nämlich auf diese Weise im Teilstrom zwischen der Venturidüse und der Einspritzdüse des Zuführrohres ein schlagartiger, das Gas freisetzender Druckabfall ein, so daß sich unmittel­ bar hinter den radial nach innen ragenden Flügeln des Laufrades das mit großer Geschwindigkeit zugeführte gas­ arme Wasser mit dem gasreichen Wasser aus dem Kern des Ansaugrohres vermischen kann. Eine weitere Luft- bzw. Gasmenge der Lösung wird sodann im Unterdruckbereich der Venturidüse freigesetzt. In der rotierenden Venturikammer bewirkt die Zentrifugalkraft ein weiteres Zentrieren der Gasbläschen, die der Bohrung der Antriebswelle mittig zu­ geführt werden.

Das Freisetzen von Mikrobläschen läßt sich bei schräg angeordneten Hilfsflügeln des Laufrades noch verstärken. Hierdurch wird nicht nur die Umlaufgeschwindikeit im Teilstrom erhöht sondern außerdem die Austrittsgeschwindigkeit des Injektorstroms an der Einspritzdüse des Zuführrohres, wodurch eine höhere Massenbeschleunigung erreicht wird, die den Unterdruck in der nachgeordneten Venturidüse verstärkt. Eine größere Austrittsgeschwindigkeit verbessert weiterhin den Mitreißeffekt von gashaltigem Wasser aus dem Ansaugrohr des Laufrades. Je nach Anzahl der Hilfsflügel lassen sich abhängig von der Motordrehzahl hochfrequenzte, pulsierende Wassergeschwindigkeiten erzeugen, die die Venturiwirkung optimieren und ein Verschmutzen der Zuführleitungen nahezu ausschließen. Der Injektorstrom wird von der Druckkammer im Bereich des Auslaßstutzens der Kreiselpumpe in die Nebenleitung abgezogen, so daß der in der Druckkammer herrschende Überdruck die Intensität der von den Hilfsflügeln erzeugten Impulse unterstützt. Die Hilfsflügel optimieren das Beschleunigen des Injektorstroms; grundsätzlich reicht allerdings schon der zwischen dem Druck des Auslaßstutzens und dem Unterdruck des Einlaßstutzens herrschende Druckunterschied aus, um einen Wasserstrom aus dem Druckraum in die Nebenleitung zu drücken.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematisch dargestellte Anlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Kreiselpumpe, zum Teil im Schnitt;

Fig. 3 eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Kreiselpumpe, zum Teil im Schnitt;

Fig. 4 als Einzelheit ein gegenüber dem Gegenstand gemäß Fig. 3 geändertes Pumpengehäuse, im Schnitt; sowie

Fig. 5 eine Abwicklung periodisch an einer Nebenleitung in einem Pumpengehäuse vorbeigeführter, pulsierende Flüssigkeitsfrequenzen erzeugende Hilfsflügel einer Laufradachse, schematisch dargestellt.

Eine Kreiselpumpe 1 wälzt Flüssigkeit in einem geschlossenen Rohrleitungskreislaufsystem 2 um. Eine Hilfskreiselpumpe 3 saugt übe eine Saugleitung 4 einen im wesentlichen von der Unterdruckseite von den Pumpenflügeln 5 (Fig. 2) kommenden Flüssigkeitsteilstrom ab und fördert ihn durch eine nachgeschaltete Flüssigkeitsberuhigungszone 5, deren Auslaßleitung 7 stromauf der Kreiselpumpe 1 in das Rohrleitungssystem 2 zentrisch prallel zur allgemeinen Strömungsrichtung mündet, wobei der parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtete Mündungsbereich 8 der Auslaßleitung einen eingeschnürten Rohrbereich 9 des Rohrleitungssystems 2 etwa in Form einer Venturiedüse bildet. Ein gewendeltes Blech 10 stromauf der Kreiselpumpe 1 versetzt die strömende Flüssigkeit in eine spiralige Rotation, durch die sich in der Flüssigkeit enthaltene Gasbläschen in der Mitte des Flüssigkeitsstromes konzentrieren.

Die Kreiselpumpe 1 besteht gemäß Fig. 2 aus einem Motorgehäuse 11 mit einem angeflanschten Pumpengehäuse 12 an der einen Seite und einem angeflanschten Entlüftergehäuse 13 an der anderen Seite.

Die eine Überdruck- und eine Unterdruckseite aufweisenden Pumpenflügel 5 des Laufrades 14 der Kreiselpumpe 1 erzeugen bei Rotation des Laufrades einen Unterdruck im Einlaßstutzen 15, aufgrund dessen ein Flüssigkeitsstrom in das Pumpengehäuse gesaugt wird.

Das Laufrad 14 weist ein axial ausgerichtetes Ansaugrohr 16 mit einer stirnseitigen Öffnung 17 für den Flüssigkeitseintritt auf und trägt auf der inneren Rohrwandung radial nach innen gerichtete, ebenfalls eine Über- und eine Unterdruckseite aufweisende Pumpenflügel 18.

Die sich in dem Flüssigkeitsstrom befindenden und an den Pumpenflügeln bildenden Gasbläschen sammeln sich spontan in dem der Laufradachse nahen Kernbereich des Laufrades und gelangen von dort durch eine zentrische Bohrung 19 des Laufrades in ein Kernloch 20 einer hohlen Antriebswelle 21, die an der Hinterseite des Motorgehäuses 11 ein Laufrad 22 einer im Entlüftergehäuse 13 angeordneten Hilfskreiselpumpe 3 trägt. Das Laufrad 22 wird zentral über das Kernloch 20 der Antriebswelle 21 mit dem aus der Kreiselpumpe 1 abgesaugten Flüssigkeitsstrom beaufschlagt; dieser wird entlang der Pumpenflügel radial nach außen geschleudert, wobei an der Unterdruckseite der Pumpenflügel weitere Mikrobläschen entstehen. Der Durchmesser D2 des Laufrades 22 ist größer als der Durchmesser D1 des Laufrades 14, so daß ein ausreichend hoher Unterdruck im Kernbereich des Ansaugrohres der Hauptkreiselpumpe 1 erzegt wird.

Ein radialer Überdruckraum 21 der Hilfskreiselpumpe 3 ist über eine Verbindungsöffnung 24 mit dem Einlaßbereich einer z. B. aus der deutschen Offenlegungsschrift 32 08 998 bekannten Flüssiggkeitsberuhigungszone 6 mit einem darüber liegenden Gasraum 25 innerhalb des Entlüftergehäuses 13 verbunden. An sich bekannte, spiralförmig angeordnete Drähte 26 halten die Flüssigkeit in Ruhe.

Der von der Hilfskreiselpumpe 3 geförderte Flüssigkeitsteilstrom verläßt die Flüssigkeitsberuhigungszone 6 über eine bodenseitige Öffnung 27 und eine intern von dem Entlüftungsgehäuse durch das Motorgehäuse in das Pumpengehäuse 1 führende Auslaßleitung in Form einer Gehäusedurchbohrung 28. Von dort gelangt der Flüssigkeitsteilstrom über die Bohrungsmündung 29 in den Flüssigkeitshauptstrom stromauf der Kreiselpumpe 1, der im Bereich der Bohrungsmündung 29 durch das gewendelte Blech 10 in schnelle, spiralige Rotation gesetzt wird.

Auf diese Weise entsteht innerhalb der Gesamtpumpe ein besonderer Flüssigkeitskreislauf, in dem Mikrobläschen an den Unterdruckseiten der Haupt- und der Hilfspumpe freigesetzt werden, welche sich innerhalb der Flüssigkeitsberuhigungszone 6 von der Flüssigkeit trennen und ansonsten wieder dem Kernbereich des Ansaugrohes 16 der Hauptpumpe zugeführt werden.

Die in der Flüssigkeitsberuhigungszone 6 in deren Gasraum 25 aufgestiegenen Gasbläschen werden von dort über ein automatisch arbeitendes, an sich bekanntes Ablaßventil 30 in die Atmosphäre überführt.

Während der Inbetriebnahme der Vorrichtung können die in den Einlaßstutzen 15 der Kreiselpumpe 1 eintretenden größeren Gasblasen ebenfalls in die Hilfskreiselpumpe 3 gelange, wo sie sich auf die Pumpenfunktion störend auswirken.

Deshalb führt von dem Überdruckraum 23 der Hilfskreiselpumpe 3 eine obere Verbindungsöffnung 31 zum Gasraum 25 der Flüssigkeitsberuhigungszone 6. Der Strömungsquerschnitt der Verbindungsöffnung 31 wird über eine Stellschraube 32 kontrolliert.

Nachdem die größeren Gasmengen aus der Hilfskreiselpumpe abgeführt worden sind, wir der Querschnitt der Verbindungsöffnung 31 soweit verkleinert, daß nur noch eine sehr kleine Restöffnung für eventuelle spätere Gasleckagen verbleibt. Ein U-förmig gebogenes Blech 33 schützt das Ablaßventil 30 nach der Art eines Tropfenabweisers vor allem vor Verschmutzung.

Die Schraube 32 läßt sich so einstellen, daß eine relativ kleine stationäre Restöffnung zwischen dem Druckraum 23 und dem Gasraum 25 verbleibt, und große Gasblasen werden schnell hindurchfließen. Hierbei fließt üblich kontinuerlich gashaltiges Wasser durch die Öffnung 31 und tropft auf das Abweiserblech/-rohr 33. Dieses Gemisch aus Wasser sowie Mikrobläschen tropft dann in eine völlig beruhigte Zone. Auf diese Weise in den Gasraum 25 eintretende Mikrobläschen lassen sich in gleicher Weise über das Ventil 30 abführen, wie die über die Verbindungsöffnung 24 in den Gasraum 25 gelangten Bläschen.

Die Bohrung 19 und das Kernloch 20 des Laufrades 14 sind zum Zwecke der Reinigung über eine, z. B. durch eine Gummimembran, geschützte Revisionsöffnung 34 im Gehäuse 12 der Kreiselpumpe 1 durch koaxiale Anordnung zur Laufradachse zugänglich.

Die in Fig. 3 dargestellte Kreiselpumpe 1 stimmt hinsichtlich des Aufbaus und der Betriebsweise im wesentlichen mit der vorbeschriebenen Pumpe überein. Sie unterscheidet sich demgegenüber allerdings hinsichtlich der Art und Weise des Entnehmens des Teilstromes, wodurch insbesondere zum Erzeugen weiterer Mikrobläschen keine Hilfskreiselpumpe mehr benötigt wird. Das im Pumpengehäuse 12 umlaufende Laufrad 14 weist neben den Haupt-Pumpenflügeln 5 auf dem mit der Laufradachse identischen Absaugrohr 16 des Laufrades 14 mehrere Hilfsflügel 35 auf. Den Flügeln 35 ist in dem eine Druckkammer 36 des Auslaßstutzens begrenzenden oberen Pumpengehäuse eine Nebenleitung 37 zugeordnet. Die Leitung 37 setzt sich mittels eines Zuführrohres 38 bis durch die stirnseitige Öffnung 17 des Ansaugrohres 16 fort und endet vor einer als Venturidüse 39 ausgebildeten Kammer der Laufradachse mit einer Einspritzdüse 42.

Beim Rotieren des Laufrades 14 treiben die Hilfsflügel 35 einen Injektorstrom der in der Druckkammer 36 unter Überdruck stehenden Flüssigkeit in die Nebenleitung 37. Die Flüssigkeit strömt mit großer Geschwindigkeit durch die Nebenleitungg 37 sowie das Zuführrohr 38 und ermöglicht nach dem Austritt aus der Spritzdüse 42 und beim Eintritt in die Venturidüse bzw. -kammer 39 eine Injektionswirkung, so daß das durch die am vorderen Ende der Laufradachse nach innen ragenden Flügel 18 bereits primär entgaste Wasser-/Luftgemisch aus dem Rohr 16 mitgerissen und in die Venturidüse 39 injiziert wird. Von dort gelangt die Flüssigkeit über das Kernloch 20 der hohlen Antriebswelle 21 bis in einen an der Hinterseite des Motorgehäuses 11 im Entlüftergehäuse 13 angeordneten Abführkanal 23, der über eine Verbindungsöffnung 24 mit dem Einlaßbereich der Flüssigkeitsberuhigungszone 6 verbunden ist.

Da hinter der Venturidüse 39 außer einer hohen Temperatur im Teilstrom der Pumpe auch ein gewisser Unterdruck herrscht, gehen die in der Venturidüse freigesetzten Bläschen nicht mehr in Lösung über und werden, sofern sie nicht im Gasraum 25 der Flüssigkeitsberuhigungszone 6 abgefangen werden, sofort wieder über die bodenseitige Öffnung 27 und der von dem Entlüftungsgehäuse durch das Motorgehäuse in das Pumpengehäuse führenden Auslaßleitung 28 in den Einlaßstutzen 15 und damit im geschlossenen Kreislauf zurückgeführt.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Pumpengehäuse 12 handelt es sich um eine fertigungstechnisch abgewandelte Gußform des Gehäuses. Die Nebenleitung 37 läßt sich hierbei als horizontales Kernloch ausführen; sie erstreckt sich in der Gehäusewand parallel oberhalb der Laufradachse. Das Zuführrohr 38 ist in diesem Fall rechtwinklig umgebogen und führt den Injektorstrom von oben her zunächst durch einen vertikalen Rohrabschnitt und nach dem Umbiegen durch einen horizontalen Rohrabschnitt bis zur Venturidüse 39. Das rechtwinklige Zuführrohr 38 läßt sich mit der Nebenleitung 37 so verbinden, daß der vertikale Rohrabschnitt von oben mittig in den Einlaßstutzen 15 hineinragt. Das Zuführrohr 38 quert den in den Einlaßstutzen 15 einfließenden Wasserstrom hierbei nur noch teilweise. Die schon in den Kern des Ansaugrohres 16 getriebenen freien Mikrobläschen können sich um das Zuführrohr 38 anlagern, vom Smog der mit hoher Geschwindigkeit aus der Spritzdüse 42 austretenden Flüssigkeit mitreißen und in die Venturidüse 39 injizieren lassen.

Die Fig. 5 zeigt schematisch mehrere beim Rotieren der Laufradachse an der Nebenleitung 37 vorbeigeführte Hilfsflügel 35. Unter den in Pfeilrichtung 43 umlaufenden Hilfsflügeln 35 baut sich ein allmählich zunehmender Druck auf, der weitestgehend beim Eintreten des von den Hilfsflügeln 35 in die Nebenleitung 37 getriebenen Injektorstroms abgebaut wird. Der Injektorstrom fließt danach mit großer Geschwindigkeit durch die Leitungen 37, 38 und tritt anschließend mit großer Geschwindigkeit aus der hier nicht dargestellten Düse 42 (Fig. 3, 4) aus. Die Anzahl der auf diese Weise periodisch erzeugten pulsierenden Frequenzen hängt außer von der Motordrehzahl der Pumpe gleichermaßen von der Zahl der Hilfsflügel 35 ab.

Claims (9)

1. Verfahren zur Verminderung des Gasgehaltes einer Flüssigkeit mit einer Kreiselpumpe, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man einen Teilstrom der Flüssigkeit an der Unterdruckseite der Pumpenflügel entnimmt, unter Abtrennung feiner Gasblasen durch eine Flüssigkeits­ beruhigungszone führt und stromauf der Kreiselpumpe der übrigen Flüssigkeit wieder zuführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Flüssigkeits-Teilstrom entweder aus der Mitte des Laufrades der Kreiselpumpe in die Beruhi­ gungszone absaugt oder über eine vom äußeren Umfang des Laufrades der Kreiselpumpe zur Mitte der Laufrad­ achse führende Nebenleitung mit großer Geschwindig­ keit in die Beruhigungszone injiziert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Flüssigkeit in einem geschlossenen Kreislauf strömt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß man den Haupt- und Teilstrom vor der Kreiselpumpe in spiralige Rotation versetzt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß An­ spruch 1, gekennzeichnet durch eine aus einem mit Pumpenflügeln (5, 18) besetzten Laufrad (14), einem Einlaßstutzen (15) sowie einem Auslaßstutzen beste­ hende Kreiselpumpe (1), eine im Bereich der Laufrad­ achse mündende Saugleitung (4; 19, 20) sowie eine nachgeordnete Flüssigkeitsberuhigungszone (6) mit ei­ ner Auslaßleitung (7; 27, 28).

6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach An­ spruch 5, gekennzeichnet durch ein mit Hilfsflügeln (35) besetztes Laufrad (14), die im Bereich des Ein­ laßstutzens (15) radial nach außen angeordnet und ei­ ner Nebenleitung (37) im Pumpengehäuse (12) zuge­ ordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine mit dem Laufrad (14) koaxial angetriebene Hilfs­ kreiselpumpe (3), deren Laufrad (22) einen größeren Durchmesser als das Laufrad (14) der Kreiselpumpe (1) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Laufrad (14) ein axiales Ansaugrohr (16) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugrohr (16) radial nach innen gerichtete Pumpenflügel (18) trägt.