DE102005043434A1 - Einrichtung zur Leistungsanpassung einer Flüssigkeitsringpumpe - Google Patents

Abstract

Für eine Pumpenanordnung (1) mit einer Flüssigkeitsringpumpe (2), die einen zylinderförmigen Arbeitsraum (4) zur Förderung eines Föderfluids (F) zwischen einem Saugstutzen (16) und einem Druckstutzen (18) umfasst, wird eine Einrichtung (3) angegeben, mit deren Hilfe die Flüssigkeitsringpumpe (2) einfach und kostengünstig an wechselnde Leistungsanforderungen anpassbar ist. Die Einrichtung (3) umfasst eine mit dem Arbeitsraum (4) verbundene Kontrolleinheit (26), die dazu ausgebildet ist, als Stellgröße eine hydraulische Eigenschaft der Flüssigkeitsringpumpe (2) zu variieren. Es werden weiterhin eine Pumpenanordnung (1) mit der genannten Einrichtung (3) sowie ein insbesondere durch die Einrichtung (3) durchgeführtes Verfahren zur Leistungsanpassung der Flüssigkeitsringpumpe (2) angegeben.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Leistungsanpassung einer Flüssigkeitsringpumpe, die einen zylinderförmigen Arbeitsraum zur Förderung eines Förderfluids zwischen einem Saugstutzen und einem Druckstutzen umfasst, wobei in dem Arbeitsraum eine im Betrieb der Flüssigkeitsringpumpe einen Flüssigkeitsring bildende Betriebsflüssigkeit enthalten ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Pumpenanordnung mit einer Flüssigkeitsringpumpe und der genannten Einrichtung sowie ein Verfahren zur Leistungsanpassung einer solchen Flüssigkeitsringpumpe.
• Eine Flüssigkeitsringpumpe ist geeignet zum Befördern von trockenen oder flüssigkeitshaltigen Gasen und findet üblicherweise sowohl als Vakuumpumpe als auch als Verdichter Verwendung. Bei einer solchen Flüssigkeitsringpumpe ist ein Laufrad exzentrisch in einem Gehäuse angeordnet, in dem sich eine Betriebsflüssigkeit befindet. Als Betriebsflüssigkeit wird häufig Wasser oder Öl verwendet. Beim Betrieb bildet die Betriebsflüssigkeit aufgrund der Laufraddrehung im Pumpengehäuse einen mitumlaufenden Flüssigkeitsring, der sich saugseitig von einer Laufradnabe des Laufrads abhebt. In das dabei entstehende Vakuum tritt ein Förderfluid ein, das über einen Saugstutzen angesaugt wird. Nach nahezu einer Umdrehung nähert sich der Flüssigkeitsring aufgrund der exzentrischen Anordnung wieder der Laufradnabe und schiebt das verdichtete Förderfluid über einen Druckstutzen aus. Durch das Pumpprinzip wird über den Druckstutzen das Förderfluid mit der Betriebsflüssigkeit vermischt abgegeben. Die Betriebsflüssigkeit wird anschließend in einem Abscheider vom Fördergas getrennt und der Pumpe wieder zugeführt. Eine derartige Pumpenanlage mit einer Flüssigkeitsringpumpe ist beispielweise in den Druckschriften DE 40 36 516 C2 und US 4,392,783 offenbart.
• Industrielle Prozesse im Vakuum- und Überdruckbereich, im Rahmen derer Flüssigkeitsringpumpen eingesetzt werden, unterliegen oftmals periodischen und auch nichtperiodischen Veränderungen. Dadurch ändert sich in der Regel gleichzeitig die an die jeweilige Flüssigkeitsringpumpe gesetzte Leistungsanforderung. Flüssigkeitsringpumpen sind andererseits zugunsten eines einfachen konstruktiven Aufbaus hinsichtlich ihrer Antriebsleistung oft nicht steuer- oder regelbar. Solche Flüssigkeitsringpumpen werden üblicherweise auf die ungünstigen Randbedingungen, insbesondere die zu erwartende Maximalleistung oder die maximale Prozeßanforderung, ausgelegt und nehmen deshalb im Normalbetrieb stets mehr oder weniger zu viel Antriebsenergie auf. In der überwiegenden Anzahl existierender Installationen wird die überschüssige Leistung der Flüssigkeitsringpumpen durch Drossel-, Falschluft- oder Bypassregelung reduziert. Die überschüssige Antriebsleistung wird dabei lediglich vernichtet.
• Einige moderne Anlagen nutzen Flüssigkeitsringpumpen, die über Drehzahlanpassung mittels Umrichter den Energiebedarf bei sich ändernden Prozessbedingungen optimieren. Jedoch verbrauchen auch Umrichter einen gewissen Anteil der eingesparten Energie durch elektrische Verluste. Zusätzlich ist der Einsatz eines Umrichters nachteiligerweise mit einem vergleichsweise hohen Investitionsaufwand, zusätzlichem Platzbedarf und einer erhöhten Störanfälligkeit verbunden.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung anzugeben, mit deren Hilfe eine Flüssigkeitsringpumpe einfach und kostengünstig an wechselnde Leistungsanforderungen anpassbar ist. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Pumpenanordnung mit einer Flüssigkeitsringpumpe und einer Einrichtung zur Leistungsanpassung derselben sowie ein insbesondere von der Einrichtung durchgeführtes Verfahren zur Leistungsanpassung der Flüssigkeitsringpumpe anzugeben.
• Bezüglich der Einrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach umfasst die Einrichtung eine mit dem Ar beitsraum verbundene Kontrolleinheit, die dazu ausgebildet ist, als Stellgröße eine hydraulische Eigenschaft der Flüssigkeitspumpe zu variieren.
• Die Erfindung beruht somit auf der Erkenntnis, dass die hydraulischen Eigenschaften die Förderleistung einer Flüssigkeitsringpumpe entscheidend beeinflussen, und nutzt diese Erkenntnis gezielt für eine Anpassung der Förderleistung der Flüssigkeitsringpumpe aus. Die hydraulischen Eigenschaften der Flüssigkeitsringpumpe, d.h. die physikalischen Eigenschaften der im Arbeitsraum enthaltenen Betriebsflüssigkeit, umfassen insbesondere das Volumen, ferner die Temperatur und die Viskosität der Betriebsflüssigkeit. Durch Änderung einer dieser Eigenschaften ist es auf einfache Weise möglich, den Volumenstrom des Förderfluids, und hierüber weitere Prozessgrößen wie den Saugdruck der Flüssigkeitspumpe, die Temperatur des Fördergases, etc. zu variieren.
• Ein entscheidender Vorteil dieser Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass eine Anpassung der Pumpenleistung mittels einer hydraulischen Eigenschaft der Flüssigkeitsringpumpe sich durch eine hohe Energieeinsparung im Betrieb der Flüssigkeitsringpumpe auszeichnet. Dabei stellt eine nach diesem Prinzip funktionierende Einrichtung eine besonders gute Alternative zu der herkömmlichen verlustreichen Anpassung der Leistung mittels Bypass, Drossel oder Falschluft dar. Im Vergleich zu einer Drehzahlregelung der Flüssigkeitsringpumpe durch Frequenzumrichter oder regelbare Gleichstromumrichter weist die vorliegende Einrichtung einen deutlich geringen Investitionsaufwand und einen geringeren Platzbedarf auf.
• Bevorzugt ist die Kontrolleinheit dazu ausgebildet, die Menge der im Flüssigkeitsring und/oder im Arbeitsraum enthaltenen Betriebsflüssigkeit zu modifizieren, insbesondere ohne dabei die eigentliche Zufuhr von Frischflüssigkeit zu verändern. Dies stellt eine ganz einfache und gleichzeitig effiziente Möglichkeit dar, um den Volumenstrom des Förderfluids zu regulieren. Beim Variieren der Menge (bzw. des Volumens) an Betriebsflüssigkeit variiert zwangsläufig auch die Stärke des Flüssigkeitsrings, so dass auch das für das Förderfluid verbleibende Volumen des Arbeitsraums, und hierüber wiederum das Saugvermögen der Flüssigkeitsringpumpe geändert wird. Dabei gilt, dass eine Reduzierung des durch den Arbeitsraum geförderten Volumenstroms des Förderfluids eine Erhöhung der Menge an Betriebsflüssigkeit erfordert und umgekehrt, eine Verringerung der Menge an Betriebsflüssigkeit ruft eine Erhöhung des Volumenstroms an Förderfluid hervor.
• Alternativ zur Variation der Menge an Betriebsflüssigkeit oder in Kombination damit ist die Kontrolleinheit vorzugsweise dazu ausgebildet, als hydraulische Eigenschaft die Viskosität der im Arbeitsraum enthaltenen Betriebsflüssigkeit zu modifizieren. Zweckdienlicherweise ist die Kontrolleinheit dazu ausgebildet, die Viskosität der Betriebsflüssigkeit anhand der chemischen Zusammensetzung und/oder der Temperatur derselben zu modifizieren.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine in den Flüssigkeitsring bzw. in den Arbeitsraum mündende Steuerleitung zur Abführung und/oder Zuführung von Betriebsflüssigkeit aus dem bzw. in den Arbeitsraum vorgesehen, wobei zur Anpassung der Durchflussrate der Betriebsflüssigkeit durch die Steuerleitung ein in dieser angeordnetes Stellglied durch die Kontrolleinheit angesteuert ist. Diese Ausführung ist konstruktiv besonders einfach. Einer Flüssigkeitsringpumpe ist meist ohnehin eine Leitung zur Zuführung von Betriebsflüssigkeit in den Arbeitsraum zugeordnet, über welche normalerweise die aus dem Arbeitsraum ausgetragene Betriebsflüssigkeit laufend ergänzt wird.
• In einer besonders einfachen Ausführung der Erfindung ist in diese an sich konventionelle Betriebsmittelzuführung ein Stellglied eingesetzt, das zur Regulierung der Durchflussrate von der Kontrolleinheit angesteuert ist, so dass die Betriebsflüssigkeitsmenge im Flüssigkeitsring bzw. im Arbeitsraum über den Betriebsflüssigkeitszufluss reguliert wird. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist vorgesehen, die Betriebsflüssigkeitsmenge im Flüssigkeitsring bzw. im Arbeitsraum über den Abfluss an Betriebsflüssigkeit zu regulieren. Dies geschieht wahlweise über eine separate Steuerleitung mit darin angeordnetem Stellglied oder über eine Steuerleitung, in der die Strömungsrichtung der Betriebsflüssigkeit umkehrbar ist, um wahlweise Betriebsflüssigkeit zuzuführen oder abzuführen. Das in der oder einer jeden Steuerleitung angeordnete Stellglied ist hierbei durch die Kontrolleinheit insbesondere kontinuierlich angesteuert.
• Das Stellglied kann manuell, pneumatisch oder hydraulisch angesteuert werde. In zweckmäßiger Weiterbildung ist das Stellglied ein elektrisch ansteuerbares Ventil, eine ansteuerbare Klappe oder eine Betriebsflüssigkeitspumpe. Optimal umfasst die bzw. eine Steuerleitung weiterhin eine Vorrichtung zur Umkehr der Strömungsrichtung der Betriebsflüssigkeit. Diese Vorrichtung kann in unmittelbarer Nähe des Stellglieds angeordnet sein oder im Stellglied integriert werden und damit als ein Teil des Stellglieds angesehen werden.
• Gemäß einer Variante der Einrichtung ist vorgesehen, dass die Steuerleitung bevorzugt in den Scheitel oder in den Bereich des Scheitels des Flüssigkeitsrings bzw. des Arbeitsraums mündet. Gemäß einer anderen bevorzugten Variante mündet die Steuerleitung in den Flüssigkeitsring bzw. in den Arbeitsraum an einer bodenseitig des Arbeitsraums angeordneten Totalentleerung. Bei dieser Variante besteht eine besonders hohe Kompatibilität der Einrichtung mit herkömmlichen Flüssigkeitsringpumpen, zumal einen Totalentleerung ein ohnehin vorhandenes Element der meisten Flüssigkeitsringpumpen ist. Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführung mündet die Steuerleitung in den Flüssigkeitsring bzw. in den Arbeitsraum, in Förderrichtung des Förderfluids gesehen, unmittelbar vor dem Druckstutzen oder im Bereich der Kompressionszone.
• Sind zwei getrennte Steuerleitungen für Abführung und Zuführung der Betriebsflüssigkeit vorgesehen, so können beide Steuerleitungen an unterschiedlichen Stellen in den Arbeitsraum münden. Hierbei können die Steuerleitung im Bereich des Scheitels, der Totalentleerung oder unmittelbar vor dem Druckstutzen sowohl stirnseitig an einer der Grundflächen oder auch an dem Zylindermantel des zylinderförmigen Arbeitsraums münden.
• Vorzugsweise ist die Kontrolleinheit dazu ausgebildet, die Leistung der Flüssigkeitsringpumpe unter Berücksichtigung eines als Regelgröße herangezogenen Prozessparameters zu regeln. Als Prozessparameter wird hierbei insbesondere eine physikalische Eigenschaft des Förderfluids herangezogen, mit deren Hilfe Veränderungen in den Betriebsbedingungen erfasst werden. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass somit die Leistungsdaten der Flüssigkeitsringpumpe prozessabhängig geregelt und besonders wirkungsvoll an die geforderten Betriebsbedingungen angepasst werden.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Sensor vorgesehen, der einen Istwert des als Regelgröße herangezogenen Prozessparameters erfasst und der Kontrolleinheit zuführt. Die Schwankungen dieses Prozessparameters werden durchgehend mittels des Sensors gemessen. Die durch diese Messung erhobenen Daten werden der Kontrolleinheit zugeführt. Die Kontrolleinheit steuert das Stellglied in Abhängigkeit der Veränderung des Prozessparameters an, um die Pumpenleistung schnell und effektiv an die aktuellen Betriebsanforderungen anzugleichen.
• Vorzugsweise ist als Prozessparameter für die Regelung ein Druck des Förderfluids herangezogen, indem der Sensor als Drucksensor ausgebildet ist. Zusätzlich oder alternativ ist als Prozessparameter für die Regelung ein Volumenstrom des Förderfluids herangezogen, indem der Sensor als Volumenstrommesser ausgebildet ist. Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist als Prozessgröße für die Regelung eine Temperatur des Förderfluids herangezogen, indem der Sensor als Temperatursensor ausgebildet ist. Gemäß einer vierten bevorzugten Variante ist für die Regelung eine Feuchte des Förderfluids herangezogen, indem der Sensor als Feuchtesensor ausgebildet ist.
• Vorzugsweise ist der Sensor im Saugstutzen, d. h. auf der Saugseite angeordnet. Diese Ausführung ist besonders vorteilhaft, denn im Saugstutzen sind die Werte für Druck, Volumenstrom, Temperatur und Feuchte des Förderfluids noch nicht durch Druckverlust, Leckagen oder Diffusion der Betriebsflüssigkeit in das Förderfluid beeinflusst und verfälscht.
• Bezüglich der Pumpenanordnung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 17. Danach umfasst die Pumpenanordnung eine Flüssigkeitsringpumpe sowie eine Einrichtung nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin durch ein Verfahren nach Anspruch 18 gelöst. Die vorstehenden Ausführungen zu Vorteilen und bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind sinngemäß auf dieses Verfahren zu übertragen. Insbesondere sind bei Mitförderung größerer Mengen von Prozeßwasser eine Entlastung der Pumpe und eine verringerte Leistungsaufnahme vorgesehen. Zudem kann als Prozeßparameter die anfallende Prozeßflüssigkeit und/oder der Trockengehalt des Produktes herangezogen werden. Auch kann auf einen druckseitigen Wasserabscheider verzichtet werden, wenn das Betriebswasser durch die Totalentleerungsöffnungen abgeführt wird.
• Zur weiteren Erläuterung der Einrichtung und des Verfahrens werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen hierbei schematisch:
• 1 im Querschnitt eine Pumpenanordnung mit einer Flüssigkeitsringpumpe sowie mit einer Einrichtung zur Leistungsanpassung der Flüssigkeitsringpumpe, wobei die Einrichtung eine in die Totalentleerung der Pumpe mündende Steuerleitung zur Ableitung von Betriebsflüssigkeit aus einem Arbeitsraum der Pumpe sowie eine Kontrolleinheit zur Ansteuerung eines in die Steuerleistung geschalteten Stellglieds umfasst,
• 2 in Darstellung gemäß 1 eine Variante der Pumpeneinrichtung, bei der die Einrichtung zur Leistungsanpassung zusätzlich eine in den Scheitel des Arbeitsraums der Pumpe mündende Steuerleitung umfasst, und
• 3 in Darstellung gemäß 1 eine weitere Variante der Pumpeneinrichtung.
• In den Figuren sind einander entsprechende Teile und Größen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• 1 zeigt in schematisch symbolhafter Darstellung eine Pumpenanordnung 1 mit einer Flüssigkeitsringpumpe 2 sowie mit einer Einrichtung 3 zur Anpassung der Leistung der Flüssigkeitsringpumpe 2.
• Die Flüssigkeitsringpumpe 2 umfasst einen etwa zylindrischen Arbeitsraum 4, in welchem ein Laufrad 6 bezüglich des Arbeitsraums 4 exzentrisch gelagert ist. Das Laufrad 6 ist mit um dessen Umfang gleich verteilt angeordneten, etwa radial abstehenden Förderschaufeln 8 versehen. Der Arbeitsraum 4 ist weiterhin teilweise mit einer Betriebsflüssigkeit B, insbesondere Wasser, gefüllt. Im Betrieb wird das Laufrad 6 von einem (nicht näher dargestellten) Pumpenmotor in Rotationsrichtung R drehangetrieben. Die Förderschaufeln 8 versetzen dabei die Betriebsflüssigkeit B in eine schnelle Rotationsbewegung, so dass die Betriebsflüssigkeit B unter Wirkung der Zentrifugalkraft einen zum Arbeitsraum 4 konzentrischen Flüssigkeitsring 12 bildet. Dieser dichtet eine zwischen den Förderschaufeln 8 und einer Wand 14 des Arbeitsraums 4 gebildete Spalte ab.
• Infolge der exzentrischen Aufhängung des Laufrades 6 ist zwischen dem Flüssigkeitsring 12 und dem Laufrad 6 ein sichelförmiger Freiraum 10 gebildet, innerhalb welchem Förderfluid F in Rotationsrichtung R befördert wird. Bei dem Förderfluid F handelt es sich um ein trockenes oder feuchtes Gas.
• Zur Zuführung des Förderfluids F ist die Flüssigkeitsringpumpe 2 mit einem Saugstutzen 16 verbunden. Druckseitig wird das Förderfluid F über einen Druckstutzen 18 abgeführt.
• Die Einrichtung 3 umfasst gemäß 1 eine Steuerleitung 20a zur Abführung und Zuführung von Betriebsflüssigkeit B in den Arbeitsraum 4. Die Steuerleitung 20a mündet in eine Totalentleerung 22 des Arbeitsraumes 4. Als Totalentleerung 22 wird eine Auslassöffnung bezeichnet, die bodenseitig in einer Stirnseite des Pumpengehäuses angeordnet ist, und die es ermöglicht, die Betriebsflüssigkeit B bei Bedarf gänzlich aus dem Arbeitsraum 4 abzulassen. Die Steuerleitung 20a weist ein Stellglied 24a auf, welches insbesondere nach Art einer bidirektionell betreibbaren Betriebsflüssigkeitspumpe ausgebildet ist. Je nach Ansteuerung des Stellglieds 24a kann somit wahlweise Betriebsflüssigkeit B dem Arbeitsraum 4 zugeleitet oder aus dem Arbeitsraum 4 abgezogen werden. Die Einrichtung 3a umfasst weiterhin eine Kontrolleinheit 26, die das Stellglied 24a über eine Leitung 28a angesteuert.
• Die Einrichtung 3 beeinflusst die Förderleistung der Flüssigkeitsringpumpe 2, indem die Kontrolleinheit 26a durch Ansteuerung des Stellglieds 24a die Durchflussrate und die Durchflussrichtung des Betriebsmittels B durch die Steuerleitung 20a einstellt und hierdurch eine hydraulische Eigenschaft der Flüssigkeitsringpumpe 2, nämlich die Menge an Betriebsflüssigkeit B im Arbeitsraum 4 der Flüssigkeitsringpumpe 2 variiert.
• Zur Erhöhung der Förderleistung der Flüssigkeitspumpe 2, und damit zur Steigerung des Volumenstroms des geförderten Förderfluids F, wird die Menge an Betriebsflüssigkeit B durch Abführung über die Steuerleitung 20a reduziert, so dass der Freiraum 10 vergrößert wird. Für eine Senkung der Förderleistung bzw. des Volumenstroms des Förderfluids F wird die Flüssigkeitsmenge im Arbeitsraum 4 erhöht, so dass der Freiraum 10 entsprechend verringert wird.
• In 2 ist eine weitere Ausführungsform der Pumpenanordnung 1 dargestellt. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 1 umfasst die Einrichtung 3 hier anstelle der Steuerleitung 20a zwei separate Steuerleitungen, nämlich eine Zufuhr-Steuerleitung 20b und eine Abfuhr-Steuerleitung 20c. Die Abfuhr-Steuerlei tung 20c mündet im Scheitel 32 des Arbeitsraums 4, die Zufuhr-Steuerleitung 20b mündet an der Totalentleerung 22 in den Arbeitsraum 4. Die Lage des Scheitels 32 kann auch unten oder schräg unten, d. h. gegenüber den Darstellungen nach 1 oder 2 um etwa 180° gedreht sein. Die Zufuhr-Steuerleitung 20b und die Abfuhr-Steuerleitung 20c weisen je ein Stellglied 24b und 24c in Form eines Stellventils zur Regulierung der Durchflussrate der Betriebsflüssigkeit auf. Die Stellglieder 24b, 24c sind hierbei von der Kontrolleinheit 26 über Leitungen 28b und 28c angesteuert.
• Die über die Steuerleitung 20c abgeführte Betriebsflüssigkeit B wird optional in den Druckstutzen 18 eingespeist. Alternativ zu der gemeinsamen Ansteuerung beider Stellglieder 24b, 24c über die gemeinsame Kontrolleinheit 26 können zwei voneinander unabhängig funktionierende Kontrolleinheiten zur Ansteuerung der Stellventile 24b und 24c vorgesehen sein.
• Gemäß 1 und 2 bewirkt die Einrichtung 3 eine rein gesteuerte Leistungsanpassung der Flüssigkeitsringpumpe 2. In diesen Ausführungen ist die Einrichtung 3 insbesondere dann vorteilhaft einsetzbar, wenn die an die Förderleistung der Flüssigkeitsringpumpe 2 nach einem bekannten zeitlichen Ablauf variiert werden soll. Für viele Anwendungen sind dagegen die an die Pumpe gesetzten Leistungsanforderungen a priori nicht bekannt, sondern hängen in mitunter komplizierter Weise von einem oder mehreren Parametern eines Prozesses ab, in den die Flüssigkeitsringpumpe 2 eingebunden ist. In diesem Fall wird die Förderleistung der Flüssigkeitsringpumpe 2 bevorzugt in Abhängigkeit des oder der Prozessparameter geregelt betrieben. Eine hierzu geeignete Ausführungsform der Pumpenanordnung 1 ist in 3 abgebildet.
• Gemäß 3 umfasst die Einrichtung 3 im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 2 nur die Steuerleitung 20c zur Ableitung von Betriebsflüssigkeit B mit dem darin angeordneten Stellglied 24c, nicht aber die im Zusammenhang mit
• 2 beschriebene Zufuhr-Steuerleitung 24b. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird die Betriebsflüssigkeitsmenge im Arbeitsraum 4 somit nur über den Flüssigkeitsablauf reguliert. Um zu verhindern, dass die Flüssigkeitsringpumpe 2 im Betrieb trockenläuft, wird dem Arbeitsraum 4 über eine (nicht näher dargestellte) Zufuhrleitung ständig Betriebsflüssigkeit mit konstanter Rate zugeführt.
• Die Einrichtung 3 gemäß 3 umfasst zusätzlich einen Sensor 34 im Saugstutzen 16 zum Erfassen des für die Regelung herangezogenen Prozessparameters P. Als Prozessparameter P wird insbesondere der Druck des Fördergases erfasst. Der Sensor 34 ist entsprechend ein Drucksensor, der den (hydrodynamischen) Druck des Fördergases F im Saugstutzen 16 misst. Alternativ hierzu können auch weitere physikalische Größen des Fördergases F, insbesondere die Temperatur, der Volumenstrom, die Feuchte, die Prozeßfluidmenge, der Trockengehalt des Prozesses oder eine Kombination dieser Größen durch geeignete Varianten des Sensors 34 erhoben werden.
• Im Zuge der Regelung wird ein von dem Sensor 34 kontinuierlich gemessener Istwert P_i des Prozessparameters über eine Signalleitung 36 der Kontrolleinheit 26 zuführt.
• Die Kontrolleinheit 26 vergleicht den zugeführten Istwert P_i des Prozessparameters P mit einem vorgegebenen Sollwert P_s und steuert in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses das Stellglied 24 derart an, dass unter Variation der Betriebsflüssigkeitsmenge im Arbeitsraum 4 der Istwert P_i an den Sollwert P_s angeglichen wird.
• Die Einrichtung 3 gemäß einer der 1 bis 3 kann von vorneherein als integraler Bestandteil der Pumpenanordnung 1 konzipiert sein. Die Einrichtung 3 kann aufgrund ihres einfachen Aufbaus und ihrer hohen Kompatibilität zu gewöhnlichen Flüssigkeitsringpumpen aber auch als Nachrüstsatz konzipiert sein, der mit sehr geringem technischen Aufwand an einer bereits eingesetzten Flüssigkeitsringpumpe nachträglich montiert werden kann.

1

Pumpenanordnung

2

Flüssigkeitsringpumpe

3

Einrichtung

4

Arbeitsraum

6

Laufrad

8

Förderschaufel

10

Freiraum

12

Flüssigkeitsring

14

Wand des Arbeitsraums

16

Saugstutzen

18

Druckstutzen

20a, 20b, 20c

Steuerleitung

22

Totalentleerung

24a, 24b, 24c

Stellglied

26

Kontrolleinheit

28a, 28b, 28c

Leitung

32

Scheitel

34

Sensor

36

Signalleitung

B

Betriebsflüssigkeit

F

Förderfluid

P

Prozessparameter

P_i

Istwert

P_s

Sollwert

R

Rotationsrichtung, Förderrichtung

Claims (24)

1. Einrichtung (3) zur Leistungsanpassung einer Flüssigkeitsringpumpe (2), die einen zylinderförmigen Arbeitsraum (4) zur Förderung eines Förderfluids (F) zwischen einem Saugstutzen (16) und einem Druckstutzen (18) umfasst, wobei in dem Arbeitsraum (4) eine im Betrieb der Flüssigkeitsringpumpe (2) einen Flüssigkeitsring (12) bildende Betriebsflüssigkeit (B) enthalten ist und wobei eine mit dem Arbeitsraum (4) verbundene Kontrolleinheit (26) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, als Stellgröße eine hydraulische Eigenschaft der Flüssigkeitsringpumpe (2) zu variieren.
2. Einrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (26) dazu ausgebildet ist, als hydraulische Eigenschaft die Menge und/oder die Verteilung der im Flüssigkeitsring (12) oder im Arbeitsraum (4) enthaltenen Betriebsflüssigkeit (B) zu modifizieren.
3. Einrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (26) dazu ausgebildet ist, als hydraulische Eigenschaft die Viskosität der im Arbeitsraum (4) enthaltenen Betriebsflüssigkeit (B) zu modifizieren.
4. Einrichtung (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (26) dazu ausgebildet ist, die Viskosität der Betriebsflüssigkeit (B) anhand der chemischen Zusammensetzung und/oder der Temperatur derselben zu modifizieren.
5. Einrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine in den Flüssigkeitsring (12) bzw. in den Arbeitsraum (4) mündende Steuerleitung (20a, 20b, 20c) zur Abführung und/oder Zuführung von Betriebsflüssigkeit (B) aus dem bzw. in den Arbeitsraum (4), wobei zur Anpassung der Durchflussrate der Betriebsflüssigkeit (B) durch die Steuerleitung (20a, 20b, 20c) ein in dieser angeordnetes Stellglied (24a, 24b, 24c) durch die Kontrolleinheit (26) angesteuert ist.
6. Einrichtung (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (24a, 24b, 24c) ein ansteuerbares Ventil, eine ansteuerbare Klappe oder eine Betriebsflüssigkeitspumpe ist.
7. Einrichtung (3) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitung (20a, 20b, 20c) in den Bereich des Scheitels (32) des Flüssigkeitsrings (12) bzw. des Arbeitsraums (4) mündet.
8. Einrichtung (3) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitung (20a, 20b, 20c) an einer bodenseitig des Flüssigkeitsring (12) bzw. des Arbeitsraums (4) angeordneten Totalentleerung (22) in den Arbeitsraum (4) mündet.
9. Einrichtung (3) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitung (20a, 20b, 20c) – in Förderrichtung (R) des Förderfluids (F) gesehen – im Bereich der Kompressionszone oder unmittelbar vor dem Druckstutzen (18) in den Arbeitsraum (4) mündet.
10. Einrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (26) dazu ausgebildet ist, die Leistung der Flüssigkeitsringpumpe (2) unter Berücksichtigung eines als Regelgröße herangezogenen Prozessparameters (P) zu regeln.
11. Einrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen Sensor (34), der einen Istwert (P_i) der als Regelgröße herangezogenen Prozessgröße (P) erfasst und der Kontrolleinheit (26) zuführt.
12. Einrichtung (3) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessparameter (P) für die Regelung ein Druck des Förderfluids (F) herangezogen ist, indem der Sensor (34) als Drucksensor ausgebildet ist.
13. Einrichtung (3) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessparameter (P) für die Regelung ein Volumenstrom des Förderfluids (F) herangezogen ist, indem der Sensor (34) als Volumenstrommesser ausgebildet ist.
14. Einrichtung (3) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessparameter (P) für die Regelung eine Temperatur des Förderfluids (F) herangezogen ist, indem der Sensor (34) als Temperatursensor ausgebildet ist.
15. Einrichtung (3) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessparameter (P) für die Regelung eine Feuchte des Förderfluids (F) herangezogen ist, indem der Sensor (34) als Feuchtesensor ausgebildet ist.
16. Einrichtung (3) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (34) im Saugstutzen (16) angeordnet ist.
17. Pumpenanordnung (1) mit einer Flüssigkeitsringpumpe (2) sowie mit einer Einrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
18. Verfahren zur Leistungsanpassung einer Flüssigkeitsringpumpe (2), die einen zylinderförmigen Arbeitsraum (4) zur Förderung eines Förderfluids (F) zwischen einem Saugstutzen (16) und einem Druckstutzen (18) umfasst, wobei in dem Arbeitsraum (4) eine im Betrieb der Flüssigkeitsringpumpe (2) einen Flüssigkeitsring (12) bildende Betriebsflüssigkeit (B) enthalten ist, bei welchem als Stellgröße eine hydraulische Eigenschaft der Flüssigkeitsringpumpe (2) variiert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als hydraulische Eigenschaft der Flüssigkeitsringpumpe (2) die Menge der im Flüssigkeitsring (12) bzw. im Arbeitsraum (4) enthaltenen Betriebsflüssigkeit (B) variiert wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als hydraulische Eigenschaft der Flüssigkeitsringpumpe (2) die Viskosität der in dem Arbeitsraum (4) enthaltenen Betriebsflüssigkeit (B) variiert wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität anhand der chemischen Zusammensetzung und/oder der Temperatur der in dem Arbeitsraum (4) enthaltenen Betriebsflüssigkeit (B) variiert wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung der Flüssigkeitsringpumpe (2) nach Maßgabe eines als Regelgröße herangezogenen Prozessparameters (P) geregelt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessparameter (P) für die Regelung ein Druck, ein Volumenstrom, eine Temperatur und/oder eine Feuchte des Förderfluids (F) herangezogen wird, indem ein Istwert (P_i) dieses Prozessparameters (P) gemessen wird.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert (P_i) des Prozessparameters (P) in dem Saugstutzen (16) gemessen wird.