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Steuervorrichtung für die Regelung des Rückflusses in Pumpenanlagen
zu deren Schutz gegen Gefährdung durch Aufsieden Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung,
die dazu dient, eine Anlage zum Pumpen von Flüssigkeit gegen die Gefährdung durch
Aufsieden der Flüssigkeit an bestimmten Stellen zu schützen, und zwar insbesondere
eine Kreiselpumpe zur Speisung eines Wasserkessels.
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Bekanntlich erzeugt eine Kreiselpumpe bei geringer Fördermenge oder
bei einer Fördermenge Null eine Erwärmung der gepumpten Flüssigkeit. Diese Erwärmung
kann so groll werden, daß sie zu einer Verdampfung der Flüssigkeit führt. In einer
mehrstufigen Kreiselpumpe, die mit einer Vorrichtung zum hydraulischen Ausgleich
der Schubwirkung versehen ist, befindet sich die am stärksten beanspruchte Stelle
hinter der Ausgleichsscheibe, wo Kavitationen infolge der nahezu vollständigen Umsetzung
der Energie in Wärme hervorgerufen werden.
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Zur Vermeidung der Erwärmung und der Verdampfung von Wasser an der
gefährdeten Stellen wird in der Technik eine sogenannte Rückflußleitung benutzt.
Damit ist es möglich, über die Pumpe eine Mindestflüssigkeitsmenge laufen zu lassen,
falls die Abgabe zum Kessel hin ungenügend ist. Die Fördermenge in der Rückflußleitung
wird durch einen Schieber geregelt, dessen Einstellung entweder von der Öffnung
des Ausflußventils der Pumpe abhängt oder von einem Durchflußmesser, der die Abgabemenge
der Pumpe mißt, oder von eineue Differenz-Thermometer, das die Erwärmung des Wassers
in der Pumpe mißt.
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Diese Einstellvorrichtungen für den Rückflußsteuerschieber müssen
für die ungünstigsten Arbeitsbedingungen bemessen sein. Die der Regelung unterliegenden
Abgabemengen sind daher im gewöhnlichen Betrieb sehr groß. Aus diesem Grunde verursachen
die bekannten Einstellvorrichtungen einen erheblichen Energieverlust.
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Überdies liefern die beiden erstgenannten Arten der bekannten Einstellvorrichtungen,
die auf der Volumenregelung beruhen, eine praktisch gleichbleibende Mindestabgabemenge,
unabhängig von der Temperatur des Wassers am Pumpeneingang und der Drehgeschwindigkeit
der Pumpe. Die thermometrisch gesteuerten Einstellvorrichtungen sorgen für eine
Mindestabgabe in Abhängigkeit von der Pumpgeschwindigkeit, jedoch unabhängig von
der Wassertemperatur am Eingang der Pumpe.
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Ferner ist der Einsatz der bekannten Vorrichtungen mit großen Schwierigkeiten
verbunden, da diese Vorrichtungen mit sehr leistungsstarken und bei hohen Temperaturen
arbeitenden Pumpen verbunden werden müssen. Die volumenabhängigen Einstellvorrichtungen
haben nämlich Stabilitätsschwierigkeiten, falls die Fördermenge in der Rückf3ußleitung
einen merklichen Bruchteil der gewöhnlichen Pumpenleistung erreicht, und die wärmeabhängigen
Einstellvorrichtungen müssen mit stark verringerten Temperaturunterschieden arbeiten,
falls die Temperatur am Pumpeneingang sich erhöht.
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Im einzelnen ist noch für eine mit einem Ablaßventil an. der Auslaßleitung
versehene Pumpe eine Steuerungsvorrichtung bekanntgeworden, die einen Regler zur
Betätigung des genannten Ventils aufweist, welcher mit einem Waagebalken arbeitet,
der in der einen Richtung durch den Druck beeinflußt wird, der in der Einlaß- oder
Auslaßleitung der Pumpe herrscht, während die Bewegung des Balkens in der anderen
Richtung von einem Druck abhängt, der von dem Druck in der Auslaßleitung oder einem
Druck abgeleitet ist, welcher zur Steuerung des Druckes in der Auslaßleitung festgelegt
wird. Entsprechend der Bewegung des Waagebalkens werden dann weitere Regelungsorgane
betätigt.
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Ferner ist zum Schutz von Kreiselpumpen mit hydraulischer Achsschubentlastung
eine Einrichtung bekanntgeworden, bei welcher zwecks Verhinderung einer unzulässigen
Temperatursteigerung des Fördermittels
in der Pumpe bei Schwach-
und Nullast eine Mindestflüssigkeitsmenge durch die Entlastungseinrichtung in den
Zulaufbehälter der Pumpe zurückgeführt wird. Die Menge der rückgeführten Flüssigkeit
wird in diesem Fall durch ein einstellbares Regelorgan beeinflußt, das auch bei
Vollast einen Mindestwert aufweist, der gerade den Durchsatz der zur hydraulischen
Entlastung notwendigen Flüssigkeitsmenge erlaubt. Das Regelorgan ist in diesem bekannten
Falle als Drosseleinrichtung ausgebildet; die Mengenregelung erfolgt dabei in Abhängigkeit
von der Pumpenbelastung derart, daß bei Übergang zu Schwachlastbetrieb die Drosselwirkung
vermindert wird.
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Für eine Kreiselpumpe zur Förderung flüssiger Medien, die mit einer
hydraulischen Entlastungsvorrichtung versehen ist und bei der die Temperatur der
Entlastungsflüssigkeit gemessen und diese Messung zur Vermeidung unzulässiger Erwärmung
der Pumpe bei Schwachlast benutzt wird, ist es bekanntgeworden, eine Überwachungsvorrichtung
vorzusehen, die sowohl von der Temperatur der aus der Entlastungsvorrichtung austretenden
als auch von der Temperatur der in die Pumpe eintretenden Flüssigkeit beeinflußt
wird.
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Ein weiteres bekanntes Verfahren zum selbsttätigen Rückführen von
Förderflüssigkeit bei durchlaufenden Kreiselpumpen besteht darin, daß die rückzuführende
Freilaufmenge in mehrere Teilströme zerlegt wird, wobei jeder dieser Teilströme
mit voller Menge durchströmt wird und eine stetig wirksame Drosselung hat.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bisher
bekannten Vorrichtungen auszuschalten. Nach der Erfindung wird zur Steuerung des
Rückflußschiebers eine Vorrichtung benutzt, die auf den Druckunterschied zwischen
dem Dampfdruck der gepumpten Flüssigkeit und dem Druck dieser Flüssigkeit an der
zu schützenden Stelle anspricht. Das bedeutet, daß an der zu schützenden Stelle
einerseits die gepumpte Flüssigkeit eine bestimmte Temperatur besitzt, bei der auch
ihr Dampfdruck einen bestimmten Wert erreicht und andererseits die Flüssigkeit an
dieser Stelle einen bestimmten Druck hat. Die nach der Erfindung ausgeführte Vorrichtung
arbeitet in Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen diesem Druck und dem Dampfdruck,
um danach den Schieber zu stellen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung mit einer
dichten Kapsel versehen, die teilweise mit der gepumpten Flüssigkeit gefüllt ist,
welche unter einer Temperatur gehalten wird, die an der zu schützenden Stelle herrscht
und auf eine Seite eines Druckunterschiedsmessers einwirkt, dessen andere Seite
dem Druck an der zu schützenden Stelle ausgesetzt ist, wobei der Druckmesser auf
den Schieber der Rückflußleitung gegebenenfalls unter Verwendung einer Verstärkervorrichtung
einwirkt.
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Vorzugsweise ist die dichte Kapsel, die eine geringe Menge der gepumpten
Flüssigkeit enthält, in einem Gehäuse angeordnet, das einerseits mit der zu schützenden
Stelle und andererseits mit einer Stelle verbunden ist_, an der ein schwächerer
Druck herrscht, wobei die Kapsel und das Gehäuse jeder an eine Seite des Druckunterschiedsmessers
angeschlossen sind.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
und der Zeichnung hervor, die lediglich als Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung
darstellen.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Speisepumpenanlage
nach der Erfindung für einen Wasserheizkessel.
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In der Figur ist eine Pumpe 1 dargestellt, die Wasser aus einem Speisebehälter
3 ansaugt und es über die Rohrleitung 6a an den Kessel 4 abgibt. Ein Steuerschieber
5 und ein Schieber und Auslaßventil 6 sind in der Leitung 6 a zur Regelung der Abgabemenge
angeordnet. Die Pumpe 1 wird von dem schematisch dargestellten Motor 2 angetrieben,
der mit gleichbleibender oder mit veränderlicher Geschwindigkeit läuft.
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In der Leitung 6a befindet sich vor dem Schieber und Auslaßventil6
eine Abzweigung, die die Rückflußleitung 7 bildet. Die Rückflußleitung 7 dient der
Aufgabe, eine genügende Fördermenge über die Pumpe 1 laufen zu lassen, falls die
Mengenabgabe an den Kessel 4 zu gering ist. In die Leitung 7, durch die das Wasser
in den Speisebehälter 3 zurückfließt, ist der selbsttätige Steuerschieber 8 eingebaut.
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Nach der Erfindung wird dieser Schieber 8 von der im folgenden zu
beschreibenden Vorrichtung gesteuert. Die zu schützende Stelle der Pumpe ist durch
die Leitung 9 mit dem Gehäuse 10 verbunden, und dieses ist über die Leitung 11 an
die Ansaugseite 1 a der Pumpe 1 angeschlossen. Dieses Gehäuse wird also von Wasser
durchflossen, das den Druck und die Temperatur der zu schützenden Pumpenstelle besitzt.
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In dem Gehäuse 10 befindet sich eine abgedichtete Kapsel 12. Diese
Kapsel ist teilweise mit Wasser oder mit einer Flüssigkeit gefüllt, die die gleiche
Dampfspannungskurve besitzt.
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Die Kapsel 1.2 in dem Gehäuse 10 wird auf die Temperatur gebracht,
die an der zu schützenden Stelle herrscht, und der Dampfdruck des Wassers bei dieser
Temperatur wirkt über die Leitung 13 auf die Seite 14a des Druckunterschiedsmessers
14. Das Gehäuse 10 ist über die Leitung 15 mit der Seite 14b des Druckunterschiedsmessers
14 verbunden. Dieser ist daher einerseits dem Dampfdruck des Wassers bei der Temperatur
der zu schützenden Stelle und andererseits dem Druck des Wassers an der gleichen
Stelle ausgesetzt. Die von dem Druckunterschiedsmesser 14 aufgenommene Wirkung
wird durch den Hebel 16 verstärkt, der um den Drehpunkt 16a schwingen kann und auf
die Betätigungsstange 8 a des Schiebers 8 wirkt. Selbstverständlich kann die Wirkung,
der der Druckunterschiedsmesser 14 ausgesetzt ist, auch über eine beliebige
andere Verstärkeranlage verstärkt werden, wie beispielsweise durch eine elektronische,
pneumatische oder hydraulische Anlage.
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Neben anderen Vorzügen, die die nach der Erfindung arbeitende Steuervorrichtung
besitzt, muß hervorgehoben werden, daß sie allen Arbeitsbedingungen der Pumpe gerecht
wird, d. h. sowohl der Ansaugleistung als auch der Temperatur und der aufgenommenen
Kraft, und die Pumpe wirksam ohne Vergeudung von Energie schützt. Dabei wächst die
Empfindlichkeit der Vorrichtung mit der Temperatur.