DE3419305C2 - - Google Patents
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- DE3419305C2 DE3419305C2 DE3419305A DE3419305A DE3419305C2 DE 3419305 C2 DE3419305 C2 DE 3419305C2 DE 3419305 A DE3419305 A DE 3419305A DE 3419305 A DE3419305 A DE 3419305A DE 3419305 C2 DE3419305 C2 DE 3419305C2
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- F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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- B01D19/00—Degasification of liquids
- B01D19/0042—Degasification of liquids modifying the liquid flow
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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.
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