DE69617421T2 - Verfahren zur kontrolle einer kreiselpumpe und vakuumpumpenkombination sowie eine kreiselpumpe zur gastrennung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Funktion einer Gas-abscheidenden Kreiselpumpen- und Vakuumpumpen-Kombination und eine Gasabscheidende Kreiselpumpe. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders gut für den Einsatz als so genannte fluidisierende Kreiselpumpe geeignet, die Faserstoff mittlerer Konsistenz fördert, doch können das Verfahren und die Kreiselpumpe, die es nutzt, auch bei anderen Anwendungen Einsatz finden, wo die Förderflüssigkeit Gas und Feststoff enthält.
• Bisher bekannte Pumpen, die für den oben erwähnten Zweck benutzt werden, sind unter anderem in den US-Patenten 4,776,758, 4,981,413, 5,078,573, 5,114,310, 5,116,198, 5,151,010, 5,152,663 und 5,366,347 beschrieben. Sämtliche oben erwähnten Patente befassen sich hauptsächlich mit Pumpen für die Holzverarbeitungsindustrie, die Gas aus Stoffsuspensionen mittlerer Konsistenz abtrennen und für die es charakteristisch ist, dass zusätzlich zum konventionellen Laufrad eine Vakuumpumpe, vorzugsweise eine Wasserringpumpe, in einer Kammer hinter dem Laufrad auf der Pumpenwelle montiert ist. Gasauslassöffnungen, durch die Gas, das sich vor dem Laufrad der Kreiselpumpe ansammelt, in den Raum hinter dem Laufrad fließen kann, sind in der Rückplatte des Pumpenlaufrads, nahe der Laufradwelle, angeordnet. Besagter Raum ist in den meisten Fällen über einen Gasauslasskanal mit der Saugöffnung der Vakuumpumpe verbünden, der zumindest teilweise die Pumpenwelle umgibt. Wenn die Vakuumpumpe eine Druckdifferenz zwischen dem Raum vor dem Laufrad und ihrer eigenen Pumpenkammer erzeugt, fließt das Gas durch die Öffnungen des Laufrads und den, die Welle zumindest teilweise umgebenden Gasauslasskanal in die Kammer der Vakuumpumpe. Auf Grund der Exzentrizität ihrer Kammer erzeugt die Vakuumpumpe auf eine an sich bekannte Weise einerseits einen Sog. um Gas in ihre Kammer einzusaugen, und andererseits eine Druckdifferenz zwischen der Atmosphäre und ihrer Kammer auf ihrer Austrittsseite, so dass das Gas aus der Kammer der Pumpe abgezogen wird. Normalerweise wird das abgeschiedene Gas aus der Vakuumpumpe direkt in die Atmosphäre abgeleitet.
• Bestimmte Spezialanforderungen werden auf die Kreiselpumpen- und Vakuumpumpen- Kombinationen gestellt, die für das Pumpen von Stoffsuspension der Holzverarbeitungsindustrie eingesetzt werden, worauf man in den oben erwähnten Patenten gründlich eingegangen ist und was deshalb hier relativ kurz behandelt werden kann.
• Erstens: weil das Fördergut Feststoff, d. h. Fasern, enthält, muss bei der Konstruktion der Kreiselpumpe und der damit verbundenen Vakuumpumpe die Möglichkeit berücksichtigt werden, dass Fasern in das Gasabzugssystem gelangen. Aus diesem Grund ist die Rückseite der Rückplatte zum Beispiel mit Rückenschaufeln versehen, um Fasern aus Material abzutrennen, das seinen Weg in den Raum hinter dem Laufrad gefunden hat. Weil Fasern auch in die Vakuumpumpe gelangen können, sind Spülmittel sowohl auf der Saugseite als auch auf der Austrittsseite der Pumpe angeordnet, um ein Verstopfen der Kanäle durch Fasern zu verhindern.
• Zweitens: die Verhältnisse beim Pumpen von Fasersuspensionen können erheblich variieren. Zum Beispiel kann die Konsistenz des Faserstoffs um mehrere Prozent und der Eintrittsdruck des Faserstoffs um mehrere Bar variieren. Weil der Gasabzug von der Vorderseite des Laufrads, um zuverlässig zu funktionieren, eine bestimmte Druckdifferenz erfordert, muss für Möglichkeiten zur Berücksichtigung des Eintrittsdrucks gesorgt werden, d. h. die Saugwirkung der Vakuumpumpe muss regelbar sein. In der Regel wird dies dadurch bewerkstelligt, dass im Zusammenhang mit dem Saugkanal eine so genannte Hilfsluftkanal arrangiert wird, durch den Extraluft der Vakuumpumpe zugeführt werden kann, falls nicht genug Gas vor dem Laufrad abgeschieden wird. Ein Ventil, das bei einem bestimmten Druck, z. B. 0,4 bar, öffnet, ist normalerweise mit dem Hilfsluftkanal verbunden.
• Drittens: beim Pumpen von Fasersuspensionen besteht das abgeschiedene Gas meistens nicht aus reiner Luft, sondern kann oft verschiedene übel riechende oder sogar in gewissem Maße giftige oder korrosive Gase enthalten, die nicht direkt in die Atmosphäre geleitet werden können. Etwas Fasern gelangen auch in den Auslass der Vakuumpumpe, und es sollte möglich sein, sie zurückzugewinnen, weshalb das Auslassrohr der Vakuumpumpe schon allein aus diesem Grunde nicht direkt mit der Kanalisation verbunden werden kann.
• Man hat versucht, die ersten zwei der oben erwähnten Grundanforderungen durch eine Anordnung gemäß US-Patent 5,366,347 zu erfüllen, das auf der Idee basiert, dass eine Faserstoff mittlerer Konsistenz fördernde fluidisierende Kreiselpumpe im Stande sein muss, unter drei verschiedenen Betriebsverhältnissen zu funktionieren.
• Im ersten Fall, wo der Eintrittsdruck niedrig, unter dem Atmosphärendruck ist, scheidet eine große Menge Gas vor dem Laufrad ab, weshalb die Kapazität der Vakuumpumpe hoch sein muss, und die Pumpe im Stande sein muss, all das abgeschiedene Gas zu entfernen.
• Im zweiten Fall, wo der Eintrittsdruck mittelhoch, nur geringfügig über dem Atmosphärendruck ist, wird Gas in bestimmtem Maße vor dem Laufrad abgeschieden, und es muss möglich sein, es durch die Vakuumpumpe ohne Mitführung von Fasern zu entfernen.
• Im dritten Fall, wo der Eintrittsdruck hoch, z. B. über 2 bar ist, wird kein Gas abgeschieden, und die Vakuumpumpe hat nichts zum Entfernen.
• Besagtes Patent schlägt vor, die Kapazität der Vakuumpumpe durch Bewegen des Gehäuses der Vakuumpumpe in Verhältnis zum Läufer der Vakuumpumpe zu regeln. Der Idee besteht darin, dass die Vakuumpumpe im ersten Betriebszustand Gas aus dem Vakuumraum vor dem Laufrad absaugt und im Stande ist, es auf einen höheren, d. h. atmosphärischen Druck zu befördern. Die Pumpe arbeitet in diesem Fall wie sie ursprünglich arbeiten soll.
• Im zweiten Betriebszustand, wo der Gasdruck des abgeschiedenen Gases über dem atmosphärischen Druck ist, wird das Gehäuse der Vakuumpumpe im Verhältnis zum Läufer in solch eine Position bewegt, dass die Vakuumpumpe eine Druckdifferenz in einer, zum ersten Fall entgegengesetzten Richtung erzeugt. Mit anderen Worten: angenommen, dass der Eintrittsdruck des Faserstoffs einen absoluten Druck von 1,5 bar vor dem Laufrad erzeugt, ist die Druckdifferenz gegenüber der Atmosphäre 0,5 bar. Weil die Druckdifferenz relativ groß ist, wird durch die Vakuumpumpe ein Gegendruck von zum Beispiel 0,3 bar Überdruck erzeugt, wobei der Druck vor dem Laufrad zuerst den Gegendruck der Vakuumpumpe übersteigen muss. Das Gas wird also mit einer Druckdifferenz von nur 0,2 bar in die Atmosphäre entweichen.
• Für den dritten Betriebszustand schlägt besagtes Patent vor, dass das exzentrische Gehäuse der Vakuumpumpe derart bewegt werden sollte, dass es mit der Welle und dem Läufer der Vakuumpumpe konzentrisch ist. Die Pumpe erzeugt also eine Druckdifferenz weder in der einen noch der anderen Richtung. Vermutlich nimmt man an, dass, weil laut dem Anmelder kein Gas vor dem Laufrad abgeschieden wird, trotz der großen Druckdifferenz auch keine Fasern in den Gasauslass gelangen können. Offensichtlich hat man hier die Tatsache vergessen, dass, wenn auf der Saugseite der Kreiselpumpe ein beachtlicher Überdruck herrscht, er geneigt ist, durch alle möglichen Öffnungen aus der Pumpe herauszuschießen. Wenn die Vakuumpumpe, wie im US-Patent 5,366,347 beschrieben wurde, "leer" läuft, d. h. das Gehäuse der Vakuumpumpe mit dem Läufer konzentrisch ist, und auf der Austrittsseite der Vakuumpumpe kein Ventil angeordnet ist, dessen Nichtvorhandensein bei besagtem US-Patent als Vorteil angesehen wird, fließt die Stoffsuspension unter Überdruck offensichtlich direkt durch die Vakuumpumpe in den Gasauslasskanälen.
• Das oben erwähnte Problem könnte bei der Pumpe gemäß dem US-Patent 5,366,347 zumindest auf zweierlei Weise gelöst werden: entweder durch die Anordnung eines Ventils auf der Austrittsseite der Vakuumpumpe, so dass das Ventil geschlossen oder gedrosselt würde, wenn die Pumpe "leer" läuft, wodurch folglich das gesamte Gasauslassrohrsystem zumindest teilweise abgesperrt wäre, oder durch Verbesserung der Fähigkeit der Vakuumpumpe, Gegendruck zu erzeugen, so dass der maximale von der Pumpe erzeugte Gegendruck dem höchstmöglichen Überdruck auf der Saugseite der Kreiselpumpe entsprechen würde. Somit hat man beim besagtem US-Patent zum einen vorgeschlagen, dass im Falle eines geringen Überdrucks auf der Saugseite der Kreiselpumpe die Exzentrizität des Gehäuses der Vakuumpumpe derart geändert werden sollte, dass die Vakuumpumpe einen Gegendruck erzeugt, der zur "Dämpfung" des Überdrucks ausreicht. Zum anderen wird es auch vorgeschlagen, dass die Exzentrizität des Gehäuses der Vakuumpumpe weiter auf null verringert werden sollte, wenn der Überdruck auf der Saugseite der Kreiselpumpe zunimmt. Letztere Idee funktioniert nicht und ergibt in der Praxis eine Pumpe, die beachtlich leckt. Der Sachverhalt kann aber leicht korrigiert werden, indem auch die Exzentrizität des Vakuumpumpengehäuses vergrößert wird, so dass bei ansteigendem Überdruck der Kreiselpumpe der durch die Vakuumpumpe erzeugte Gegendruck zunimmt. Mit anderen Worten, wenn der durch die Vakuumpumpe erzeugte Gegendruck auf gleicher Höhe mit dem Eintrittsdruck gehalten wird, gibt es in der Vakuumpumpe Strömung weder in der einen noch der anderen Richtung. Der Einfluss des Eintrittsdrucks kann natürlich auch durch verringert werden, dass auf der Austrittsseite der Vakuumpumpe, im Gegensatz zur Lehre besagten US-Patents, ein Drosselventil angeordnet wird, wobei der Eintrittsdruck sowohl durch das Drosselventil als auch durch Änderung der Exzentrizität des Vakuumpumpengehäuses "gedämpft" werden kann. Das heißt, die in besagtem US-Patent 5,366,347 beschriebene Anordnung kann auf einfache Weise dadurch nachgebessert werden, dass für die Exzentrizitäts-Einstellungen, eine ausreichende Spanne vorgesehen wird, die man für das Gehäuse erforderlich hält. All die in besagtem Patent beschriebenen Anordnungen können als solche eingesetzt werden, und was die verschiedenen Ausführungsformen angeht, wird auf die Beschreibung und die Figuren besagten US-Patentdokuments 5,366,347 hingewiesen.
• Die im US-Patent 5,366,347 detaillierter beschriebene Pumpe entspricht nicht einmal nach den oben erwähnten Nachbesserungen vollständig den Anforderungen, die in Fabriken heute an die Pumpen gestellt werden. Oben wurde bereits erwähnt, dass das zu entfernende Gas oft übel riechende oder giftige Chemikalien enthalten kann. Auch etwas Flüssigkeit, einige Liter pro Minute, und in einigen Fällen auch Fasern laufen ständig aus der Vakuumpumpe ab. Weil es in Hinsicht auf einen Umweltaspekt, sowie angesichts einer Rückgewinnung von Fasern und Chemikalien vorteilhaft wäre, den Auslass der Vakuumpumpe in einen getrennten Raum anstelle der Kanalisation zu leiten, sollte man bei der Konstruktion einer Kreiselpumpe und einer Vakuumpumpe daran denken, dass die Vakuumpumpe imstande sein sollte, Gas, Fasern und Flüssigkeit in einen druckbeaufschlagten Raum oder zumindest in einen oberhalb der Pumpe angeordneten Raum abzuleiten. Die Pumpe muss also, außer dass sie ein Vakuum auf ihrer Saugseite zu erzeugen vermag, auch imstande sein, eine Druckhöhe oder einen Überdruck auf ihrer Austrittsseite zu erzeugen.
• Bei den oben erwähnten Patenten hat man diese Möglichkeit entweder nicht berücksichtigt oder aus anderen Gründen sich überhaupt nicht darum gekümmert. In den meisten der Patente hat man die Regelung der Pumpenkombination auf keine Weise behandelt. In einigen Patenten hat man erwähnt, dass auf der Austrittsseite der Vakuumpumpe ein Absperrventil angeordnet werden kann, mit dem sich der Auslass drosseln oder bei Bedarf sogar absperren lässt. Dies funktioniert gut, bis das Ventil wirklich vollständig geschlossen werden muss. In geschlossenem Zustand verursacht das Ventil Kavitation und Druckschläge in der Vakuumpumpe, wobei das Risiko einer Beschädigung der Vakuumpumpe hoch ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Kapazität der Pumpe zu ändern, wie im US-Patent 5,366,347 beschrieben ist. Die Regelung der Kapazität hat jedoch zur Folge, dass die Pumpe nicht mehr die Druckhöhe hat, die zur Weiterbeförderung von Gas und/oder Fasern und/oder Flüssigkeit notwendig ist. Dies kann anhand des folgenden Beispiels erklärt werden. In dem Fall, wo nur ein wenig Gas abgeschieden wird und lediglich ein kleines Vakuum zur Entfernung des Gases aus der Kreiselpumpe benötigt wird, wird die Vakuumpumpe derart eingestellt, dass sie nur eine kleine Druckdifferenz erzeugt. Hieraus folgt, dass auf der Austrittsseite der Pumpe entsprechend nur eine kleine Druckdifferenz zur Verfügung steht, die nicht ausreicht, wenn zum Beispiel der Auslass der Pumpe in einen Raum geleitet werden sollte, der ungefähr zwanzig Meter höher angeordnet ist und manchmal sogar etwas druckbeaufschlagt ist.
• Das oben erwähnte Problem hat man durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß unserer Erfindung gelöst, indem auf der Saugseite der Vakuumpumpe Regelorgane angeordnet werden, mit denen sich das von der Vakuumpumpe vor dem Laufrad der Kreiselpumpe erzeugte Vakuum vollständig, ohne Rücksicht auf die Kapazität der Vakuumpumpe regeln lässt. Das heißt, obwohl nur ein kleiner Vakuumeffekt zur Kreiselpumpenseite gerichtet ist, steht die gesamte Kapazität der Vakuumpumpe zur Entfernung von abgeschiedenem Gas, Fasern und Flüssigkeit zur Verfügung.
• Die charakterisierenden Merkmale des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung gehen aus den beigefügten Patentansprüchen hervor.
• Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung werden im Folgenden, mit Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben. Es zeigt darin
• Fig. 1 ist eine axiale Schnittansicht einer Kreiselpumpe nach dem Stand der Technik dar, die mit einer Vakuumpumpe versehen ist, bei welcher Kreiselpumpe das erfindungsgemäße Regelungssystem eingebaut ist.
• Fig. 2 stellt eine Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe dar,
• Fig. 3 stellt eine Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe dar,
• Fig. 4 stellt eine Ansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe dar, und
• Fig. 5 stellt eine Ansicht einer vierten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe dar.
• Fig. 6 stellt eine Ansicht einer fünften bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe dar.
• Fig. 7 stellt eine Ansicht einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe dar.
• Fig. 8a und 8b stellen eine Ansicht einer siebten und einer achten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe dar.
• Fig. 9 stellt eine Ansicht einer neunten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe dar.
• Fig. 1 zufolge besteht eine Kreiselpumpe nach dem Stand der Technik aus einem Spiralgehäuse 10 und einem Pumpenkörper 40. Das Spiralgehäuse 10 umfasst die Saugöffnung 12 der Kreiselpumpe und einen im Wesentlichen tangentialen Auslass (nicht dargestellt). Das Spiralgehäuse 10 umgibt das Laufrad 14 der Kreiselpumpe, welches Laufrad aus einer so genannten Rückplatte 16, Arbeitsschaufeln 18, die an der Oberfläche auf der Saugseite 12 befestigt sind, der so genannten Frontfläche und Rückenschaufeln 20, die auf der Rückseite der Rückplatte befestigt sind. Eine Vielzahl Gasauslassöffnungen 22 ist des Weiteren in der Rückplatte 16 des Laufrads 14 angeordnet. Eine vorzugsweise lösbare Rückwand 24 der Pumpe ist zwischen dem Spiralgehäuse 10 und der innerhalb des Pumpenkörpers 40 arrangierten Vakuumpumpe angeordnet, zwischen welcher Rückwand und der Welle, oder wie in der Figur dargestellt, ein sich vom Laufrad erstreckender zylindrischer, vorspringender Teil, ein Gasauslasskanal 26 ausgebildet ist, der sich bei dieser Ausführungsform zu einer Ringkammer 28 erweitert. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform ist ein zur Kammer 28 führender Spülkanal 30 in der Rückwand 24 zur Abreinigung des Gasabzugssystems angeordnet. Ein Fluidisierungsläufer 32, der vorzugsweise aus Flügeln 34 besteht, die sich über einen Abstand sowohl von der Pumpenwelle als auch von der Wand der Saugöffnung 12 erstrecken, ist am Laufrad der Kreiselpumpe in dem Fall angeordnet, dass es sich beim Fördergut um eine Stoffsuspension mittlerer Konsistenz der Holzverarbeitungsindustrie handelt.
• Fig. 1 zufolge ist im Inneren des Pumpenkörpers 40 des Weiteren eine, aus einem Gehäuse 42 und einem darin angeordneten Läufer 44 bestehende Vakuumpumpe arrangiert. Bei der Ausführungsform der Figur umfasst das Gehäuse 42 eine integrale Rückwand 46, die aber gewünschtenfalls auch lösbar sein kann. Eine getrennte lösbare Platte 48 oder die Rückwand 24 der Kreiselpumpe dient als Vorderwand (der Kreiselpumpe zugewandt) des Gehäuses 42, obwohl die Vakuumpumpe auch so konstruiert werden kann, dass ihre Vorderwand ein integraler Teil des Vakuumpumpengehäuses ist und die Rückwand lösbar ist. Der Läufer 44 ist, dem Laufrad 14 der Kreiselpumpe ähnlich, auf der Welle 49 befestigt und mit Flügeln 50 versehen, die jedoch nicht an die Innenwand 52 des Gehäuses 44 heranreichen. Beim Laufen der Vakuumpumpe rotieren die Flügel 50 einen Flüssigkeitsring 51. Die Innenwand 52 des den Läufer 44 umgebenden Gehäuses 42 ist exzentrisch, so dass der von den Flügeln 50 im Gehäuse rotierte Flüssigkeitsring Volumenänderungen der Räume zwischen den Flügeln 50 verursacht, je nach der Stellung von Schaufeln 50 und Innenwand 52 des Gehäuses 42 gegenüber einander. Die Vorderwand 48 des Gehäuses 42 ist mit einer Saugöffnung 54 für die Vakuumpumpe versehen, die einen Teil des Gasauslasskanals zwischen Kreiselpumpe und Vakuumpumpe bildet, welche Saugöffnung halbmondförmig ist und im Verhältnis zum Gehäuse 42 derart positioniert ist, dass an der Saugöffnung 54 das Volumen der Räume zwischen den Flügeln 50 des Rotors 44 zunehmend ist. Dies hat zur Folge, dass zwischen den Flügeln des Läufers ein Vakuum erzeugt wird, dem zu verdanken ist, dass die Vakuumpumpe Gas in die Raume zwischen den Flügeln 50 saugt. An einer entsprechenden Stelle der Rückwand 46 der Vakuumpumpe gibt es bei der Ausführungsform von Fig. 1 einen so genannten Hilfsluftkanal 56, durch den die Vakuumpumpe Gas genau auf eine ähnliche Weise in den Raum zwischen den Flügeln saugt, falls sie nicht genug Gas von der Kreiselpumpe erhält. Ein Ventil (nicht dargestellt), das bei bestimmter Druckdifferenz öffnet, ist normalerweise mit dem Hilfsluffkanal 56 verbunden. Der Hilfsluftkanal kann auch durch die Rückwand 24 der Kreiselpumpe oder durch die Vorderwand 48 der Vakuumpumpe zur Kammer 28 geführt sein. Ebenfalls ist in der Rückwand 46 der Vakuumpumpe ein Auslasskanal 58 der Vakuumpumpe arrangiert, durch den hauptsächlich Gas, aber auch kleine Flüssigkeitsmengen und möglicherweise auch Feststoff abgezogen wird. Der Auslasskanal 58 führt zur Vakuumpumpe an einer Steile, die ungefähr 180º von der Saugöffnung 54, vorzugsweise in der Rückwand 46 der Vakuumpumpe ist, obwohl er auch in der Vorderwand 48 der Vakuumpumpe oder der, die Pumpen trennenden Rückwand 24 der Kreiselpumpe angeordnet sein kann, wobei er direkt auf der gegenüber liegenden Seite der Welle im Verhältnis zur Saugöffnung 54 angeordnet ist.
• Beispiele für verschiedene mögliche Pumpenkonstruktionen sind in Einzelheiten in den US- Patenten 4,981,413, 5,078,573, 5,114,310, 5,116,198, 5,151,010 und 5,152,663 der A. AHLSTROM CORPORATION dargestellt, auf die hingewiesen wird. Die in den oben erwähnten Patenten gezeigten Konstruktionen sind Beispiele für vorteilhafte und nützliche Anordnungen, sollen aber nicht als alle möglichen Konstruktionen repräsentierend verstanden werden.
• Fig. 2 zeigt einen partiellen, detaillierten Schnitt durch eine Kreiselpumpe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Figur zeigt die Welle 49 der Pumpe, das Laufrad 14 mit seinem zylindrischen, vorspringenden Teil, den Läufer 44 der Vakuumpumpe und die Rückwand 24 der Kreiselpumpe mit ihrer Kammer 28 sowie die Saugöffnung 54 in der Rückwand zwischen Kammer 28 und Vakuumpumpe. Die Vorrichtung 100 zur Regelung der Saugströmung der Vakuumpumpe gemäß der Erfindung besteht in diesem Fall aus einem ringförmigen Rohr 60, das aus Gummi oder ähnlichem elastischem Material hergestellt ist, das hydraulisch, pneumatisch oder auf ähnliche Weise expandiert werden kann, welches Rohr in einer Nut 62 an der, in der Radialrichtung der Rückwand 24 der Kreiselpumpe innersten Kante, vorzugsweise auf der Kreiselpumpenseite von Kammer 28 angeordnet ist. Ein Druckmittel wird in das ringförmige Rohr 60 zum Beispiel durch einen Kanal geleitet, der in der Rückwand 24 angeordnet ist. Wenn die Regelvorrichtung 100 der Figur entsprechend platziert ist, kann der Hilfsluftkanal 64 durch die Rückwand 24 der Kammer 28 geleitet werden. Die Vorrichtung funktioniert auf solche Weise, dass wenn der Strömungsquerschnitt von der Kreiselpumpe zur Vakuumpumpe gedrosselt werden soll, der Druck des Druckmittels erhöht wird, wobei das ringförmige Rohr 60 sich ausdehnt und dem zylindrischen, vorspringenden Teil des Laufrads nähert. Wenn sich der Druck im Rohr 60 entspannt, ist der Strömungsquerschnitt praktisch offen und es gibt kein Hindernis für die Strömung von der Kreiselpumpe zur Vakuumpumpe. Ein entsprechendes Expansionsrohr oder desgleichen kann selbstverständlich auch in der Ringkammer 28 angeordnet werden, wobei das Rohr beim Ausdehnen nicht nur den Strömungsquerschnitt sondern auch direkt die Saugöffnung 54 der Vakuumpumpe drosselt.
• Fig. 3 zeigt eine partielle, detaillierte Schnittansicht einer Kreiselpumpe gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Figur zeigt die Welle 49 der Pumpe, das Laufrad 14 mit seinem zylindrischen, vorspringenden Teil, den Läufer 44 der Vakuumpumpe und die Rückwand 24 der Kreiselpumpe mit ihrer Kammer 28 sowie die Saugöffnung 54 in der Rückwand zwischen Kammer 28 und Vakuumpumpe. Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung 100 besteht aus einer vorzugsweise radialen, Ringnut 72, die in der Rückwand 24 angeordnet ist, und zumindest einer oder vorzugsweise mehreren Absperrklappen 70, die gleitend darin angeordnet sind. Es kann zum Beispiel eine Absperrklappe 70 geben, wobei der Gasauslasskanal 26 zwischen Kreiselpumpe und Vakuumpumpe in der Umfangsrichtung lediglich auf einer Strecke von 180º gedrosselt werden kann. Sogar solch eine Möglichkeit muss berücksichtigt werden, weil eines der oben erwähnten US-Patente eine nichtringförmige Öffnung in der Rückwand 24 erwähnt, d. h. einen Strömungskanal, der einer Ausführungsform zufolge lediglich aus einem halben Kreisring besteht. Wenn es zwei Absperrklappen 70 gibt, sind sie vorzugsweise auf einander gegenüber liegenden Seiten der Welle 49 und auf solche Weise angeordnet, dass sie einander in der Nut 72 überlappen. Die Innenkante der Klappen 70 hat vorzugsweise die gleiche gebogene Form mit dem Umfang der Welle, wie in der Figur, oder mit dem zylindrischen, vorspringenden Teils des Laufrads. Wenn es mehrere Klappen 70 gibt, sind sie derart angeordnet, dass sie sich nach dem, im Zusammenhang mit den zwei Klappen beschriebenen Prinzip überlappen, oder sie sind auf solche Weise arrangiert, dass sie sich in der Art eines Kameraverschlusses öffnen und schließen. Wenn die Absperrklappe zwischen Kammer 28 und Kreiselpumpe angeordnet ist, kann Zusatzluft auf die in Fig. 2 dargestellte Weise in die Kammer 28 eingeleitet werden. Zusätzlich zu der in Fig. 3 dargestellten Weise kann die Drosselung des Strömungsquerschnitts auch dadurch bewerkstelligt werden, dass entsprechende Absperrklappen in einer im Boden von Kammer 28 angeordneten Nut vorgesehen werden. Die Klappen können zum Beispiel hydraulisch, pneumatisch oder auf ähnliche Weise durch Stangen betätigt werden, die sich von der Außenseite zu den Klappen erstrecken. Die Klappen können sich dabei linear in der Radialrichtung bewegen oder sich um ein Gelenk gegen die Welle drehen. Ferner ist es möglich, den Boden der Radialnut derart zu gestalten, dass er gegen die Welle ansteigt, wobei die Klappen gegen die Welle/den vorspringenden Teil des Laufrads bewegt werden können, indem die Klappen den Boden der Nut entlang in der Umfangsrichtung verschoben werden. Es sei zu beachten, dass sowohl bei dieser als auch den nächsten Ausführungsformen der Zusatzluftkanal nicht beschrieben ist, weil dessen Lage und Funktion oben deutlich genug beschrieben wurden. Somit ist es offensichtlich, dass bei allen Ausführungsformen gewünschtenfalls ein Zusatzluftkanal vorgesehen werden kann.
• Fig. 4 zeigt eine partielle, detaillierte Schnittansicht einer Kreiselpumpe gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Figur zeigt die Welle 49 der Pumpe, das Laufrad 14 mit seinem zylindrischen, vorspringenden Teil, den Läufer 44 der Vakuumpumpe und die Rückwand 24 der Kreiselpumpe mit ihrer Kammer 28, sowie die Saugöffnung 54 in der Rückwand zwischen Kammer 28 und Vakuumpumpe. Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung 100 besteht aus einer Absperrplatte 80, die in der Umfangsrichtung zumindest die gleiche Größe wie die Saugöffnung 54 der Vakuumpumpe hat. Wenn die Absperrplatte 80 gegen die Saugöffnung 54 bewegt wird, nimmt der Strömungsquerschnitt von der Kammer 28 zur Vakuumpumpe ab. Die Absperrklappe 80 kann derart arrangiert werden, dass sie sich mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigen lässt. Eine Möglichkeit besteht darin, einen Raum in der Rückwand 24 auf beiden Seiten der Absperrplatte für ein Organ vorzusehen, das mit Hilfe eines Druckmittels seine Größe ändert, oder zum Beispiel für kleine Druckmittelzylinder, mit denen sich die Absperrplatte axial bewegen lässt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Federrückstellung für die Absperrplatte zum Beispiel auf solche Weise zu arrangieren, dass die Platte zum Beispiel gegen die Feder zur Saugöffnung 54 hin bewegt wird.
• Fig. 5 zeigt eine partielle, detaillierte Schnittansicht einer Kreiselpumpe gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Figur zeigt die Welle 49 der Pumpe, das Laufrad 14 mit seinem zylindrischen, vorspringenden Teil, den Läufer 44 der Vakuumpumpe und die Rückplatte 24 der Kreiselpumpe mit ihrer Kammer 28, sowie die Saugöffnung 54 in der Rückwand zwischen Kammer 28 und Vakuumpumpe. Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung 100 besteht aus einer Nut 92, die im Boden der Kammer 28 angeordnet ist, und einer darin angeordneten, radial gleitenden Absperrplatte 90. Die Absperrplatte 90 und ihre Nut 92 sind in der Umfangsrichtung zumindest im Wesentlichen der gleichen Größe wie die Saugöffnung 54 der Vakuumpumpe. Wenn die Absperrplatte 90 radial bewegt wird, schließt oder öffnet die Saugöffnung 54 der Vakuumpumpe je nach Bewegungsrichtung der Absperrplatte 90. Die Platte 90 kann derart arrangiert werden, dass sie auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform von Fig. 3 betätigt wird. Anstelle einer Drosselung der Saugöffnung 54 durch radiale Bewegung der im Boden der Kammer 28 angeordneten Platte ist es auch möglich, die Platte in der Umfangsrichtung zu bewegen.
• Fig. 6b zeigt eine partielle, detaillierte Schnittansicht einer Kreiselpumpe gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Anordnung ist in der Axialrichtung von der Seite der Kreiselpumpe des partiellen Querschnitts von Fig. 6a auf solche Weise gesehen, dass das Laufrad 14 der Kreiselpumpe und die Rückwand 24 der Kreiselpumpe entfernt worden sind, abgesehen von der Saugplatte 124, die in der Rückwand konzentrisch angeordnet ist. Die Nabe 126 des Vakuumpumpenläufers kann als innerstes in Fig. 6b gesehen werden. Der Kreis um sie deutet ein Loch in der Saugplatte 124 an für eine Welle oder einen zylindrischen, vorspringenden Teil des Laufrads. Der durch eine gestrichelte Linie angedeutete exzentrische Kreis 128 stellt das exzentrische Gehäuse der Vakuumpumpe dar. Die längliche gekrümmte Öffnung 130, die durch eine unterbrochene Linie angedeutet ist, stellt die Auslassöffnung für das aus der Vakuumpumpe zu entfernende Gas dar, die in der Rückwand des Vakuumpumpengehäuses angeordnet ist. In der in Fig. 6b dargestellten Position befindet sich die Auslassöffnung auf der konvergierenden Seite des exzentrischen Gehäuses 128 der Vakuumpumpe, d. h. auf der Druckseite, wobei der Raum zwischen Flüssigkeitsring und Läufernabe auf solche Weise konvergiert, dass das Gas in besagtem Raum durch die Öffnung 130 aus der Pumpe herausgepresst wird. Die längliche gekrümmte Öffnung 132, die durch eine ununterbrochene Linie angedeutet ist, ist die Saugöffnung der Vakuumpumpe. Unter den durch Fig. 6b dargestellten Verhältnissen ist die Öffnung 132 auf solch eine Weise positioniert, dass der Raum zwischen dem im Gehäuse umlaufenden Flüssigkeitsring und der Läufernabe expandiert, die Pumpe also Gas durch die Öffnung 132 saugt, um den Raum zu füllen. Unten den Verhältnissen der Figur ist die Vorderkante der Öffnung 132' wesentlich auf Höhe der größten Exzentrizität des Gehäuses positioniert. Der gekrümmte Pfeil R zeigt die Umlaufrichtung des Vakuumpumpenläufers an. Für diese Ausführungsform der Erfindung ist es charakteristisch, dass die Gasströmung aus der Kreiselpumpe zur Vakuumpumpe geregelt wird, indem die Saugplatte 124 von der in Fig. 6b dargestellten Stellung zum Beispiel im Uhrzeigersinn gedreht wird, wobei sich die Vorderkante 132' der Saugöffnung über die maximale Exzentrizität des Vakuumpumpengehäuses hinaus zu der Seite bewegt, wo die Pumpe beginnt, Druck aufzubauen. Hierbei wird das Gas zwischen Flüssigkeitsring und Läufernabe durch die Saugöffnung zurück zur Saugseite, d. h. zur Kreiselpumpe hin, gepresst. Dies resultiert zumindest in einem Rückgang der Kapazität der Vakuumpumpe, und, wenn die Saugplatte 124 genug gedreht wird, in einem vollständigen Stopp der Saugung. Die Drehung der Saugplatte 124 wird leicht zum Beispiel durch eine Spindel erreicht, die durch den Kreiselpumpenkörper zur Trennfläche von Rückwand 24 und Saugplatte 124 geführt ist. Das Ende der Spindel ist dabei vorzugsweise mit einem Gewinde und die Kante der Saugplatte mit Zähnen versehen, so dass beim Drehen der Spindel die Saugplatte sich dreht. Die Drehung der Spindel kann entweder von Hand oder zum Beispiel elektrisch durch einen Motor bewirkt werden, wobei das System bei Bedarf mit verschiedenen Regelvorrichtungen versehen sein kann.
• Fig. 7 stellt, den Fig. 2 bis 5 ähnlich, eine partielle Schnittansicht einer Kreiselpumpe gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dar. In der Figur ist das Laufrad 14 der Kreiselpumpe oder vielmehr der zylindrische, vorspringende Teil desselben mit einer Schulter 140 versehen, und die Rückwand ist mit einer Leitfläche 242 versehen, an der entlang das vorzugsweise ringförmige Regelorgan 244 entweder zur Schulter 140 hin oder weg von ihr bewegt werden kann. Hierdurch kann die Saugwirkung gegenüber der Strömung, die aus der (den) Gasauslassöffnung(en) 142 des Laufrads kommt, auf gewünschte Stärke eingestellt werden. Die Bewegung der Regelvorrichtung 142 kann kontrolliert werden, indem einige Hebel 246 am Umfang der ringförmigen Regelvorrichtung mit gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet werden. Für diese Hebel sind in Rückwand 24 Hohlräume angeordnet, in welchen Hohlräumen zum Beispiel ein Federorgan 248 auf einer Seite der Hebel positioniert ist, und zum Beispiel ein Organ 250, das durch Druck expandiert werden kann, auf der anderen Seite positioniert ist. Natürlich kann ein Druckorgan 250 zum Beispiel durch drehbare exzentrische Hebel oder dergleichen ersetzt werden.
• Die Fig. 8a und 8b stellen Anordnungen gemäß einer siebten und achten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dar. Besagte Anordnungen basieren auf dem beweglichen Regelorgan 242, das bereits im Zusammenhang mit der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben wurde. Bei diesen Ausführungsformen ist die Oberfläche, die den Strömungsquerschnitt zusammen mit dem Regelorgan 242 begrenzt, durch eine kegelförmige Oberfläche 150 (Fig. 8a) oder eine stufenweise konvergierende Oberfläche 152 des zylindrischen, vorspringenden Teils des Laufrads 14 gebildet. Die Anordnungen, die sich auf das Bewegen des Regelorgans 142 beziehen, können auf die in den vorhergehenden Figuren beschriebene Weise angewandt werden.
• Ein anderes Regelsystem, das benutzt werden könnte, ist eine Vorrichtung, bei der im Wesentlichen bis an die Welle/den zylindrischen, vorspringenden Teil des Laufrads heranreichende Zähne an der Innenkante der Rückwand der Kreiselpumpe derart ausgebildet sind, dass sie ungefähr die Hälfte, bevorzugt zumindest die Hälfte des Umfangs abdecken. Als Gegenstück wird eine drehbare Platte benutzt, dessen Zähne bevorzugt der gleichen Größe wie jene der Rückwand sind, wobei durch Drehung der Platte der restliche Strömungsquerschnitt geöffnet werden kann, indem die Zähne derart arrangiert werden, dass sie in Strömungsrichtung übereinander sind, oder dadurch geschlossen werden, dass die Zähne in Eingriff gebracht werden.
• Des Weiteren kann ein noch anderes potenzielles Regelsystem realisiert werden, indem die Spiele des Vakuumpumpenläufers geändert werden, was in der Praxis bedeutet, dass zumindest ein Ende des Vakuumpumpengehäuses im Verhältnis zum Läufer bewegt wird, oder dass zumindest beide, ein Ende und der Läufer bewegt werden. Wenn der Abstand zwischen dem Läufer, insbesondere den Rotorflügeln und dem Gehäuse vergrößert wird, nimmt die Gasströmung um die Kanten der Flügel schnell zu, wodurch die von der Pumpe erzeugte Saugwirkung wesentlich zurückgeht. In der Praxis besteht die wahrscheinlichste Art zur Einstellung der obigen Abstände darin, die Vorderwand der Vakuumpumpe beweglich anzuordnen.
• Die Funktion der Regelvorrichtung, das heißt die Strömung, wird entweder von Hand oder vorzugsweise automatisch als Funktion der Konsistenz des Förderguts, als Funktion des Eintrittsdrucks des Förderguts, als Funktion sowohl der Konsistenz des Förderguts als auch des Eintrittsdrucks, oder des Gasgehalts des Förderguts geregelt. Die Regelung in Abhängigkeit vom Eintrittsdruck kann zum Beispiel dadurch bewerkstelligt werden, dass das Regelorgan in einer Richtung bewegt wird, die bei steigendem Eintrittsdruck den Strömungsquerschnitt des Gasauslasskanals drosselt. Die Klappen können zum Beispiel durch einen Druckmittelzylinder bewegt werden, der in der Rückwand der Kreiselpumpe angeordnet ist, welcher Zylinder die Klappe zur Welle hin gegen eine Federkraft drückt, oder durch einen Zylinder, zum Beispiel einen Zweiwegezylinder, der außerhalb des Pumpenkörpers angeordnet ist.

Claims (23)

1. Verfahren zur Regelung der Funktion einer Kreiselpumpen- und Vakuumpumpen- Kombination, in welcher Kombination das Laufrad (14) der Kreiselpumpe und der Läufer (44) der Vakuumpumpe auf der gleichen Welle (49) platziert sind, wobei das in der Kreiselpumpe aus dem Fördergut abgetrennte Gas aus der Kreiselpumpe mit Hilfe der Vakuumpumpe in einem Gasauslasskanal (26) abgeleitet wird, der zwischen besagter Kreiselpumpe und besagter Vakuumpumpe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströmung im Gasauslasskanal (26) zwischen Kreiselpumpe und Vakuumpumpe geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Strömung dadurch geregelt wird, dass der Strömungsquerschnitt des Gasauslasskanals (26) geändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Strömung dadurch geregelt wird, dass der Strömungsquerschnitt der im Gasauslasskanal (26) angeordneten Vakuumpumpen-Saugöffnung (54) geändert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Strömung als Funktion der Konsistenz des Förderguts geregelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Strömung als Funktion des Eintrittsdrucks des Förderguts geregelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Strömung als Funktion sowohl der Konsistenz als auch des Eintrittsdrucks des Förderguts geregelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Strömung als Funktion des Gasgehalts des Förderguts geregelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das abgeschiedene Gas auf einen Druck über dem Atmosphärendruck zurückgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Strömung dadurch geregelt wird, dass der Abstand zwischen Vakuumpumpenläufer und Gehäusewand geändert wird.

10, Gas-abtrennende Kreiselpumpe, bestehend hauptsächlich aus einem Spiralgehäuse (10) und einem Pumpenkörper (40); welches Spiralgehäuse (10) eine Saugöffnung (12) und einen im Wesentlichen tangentialen Auslass umfasst und das Laufrad umgibt (14), das zumindest eine Arbeitsschaufel (18) umfasst, die an der Oberfläche der Rückplatte (16) auf Seite ihrer Saugöffnung (12), d. h. auf der Vorderseite befestigt ist, wobei zumindest eine Rückenschaufel (20) auf der Rückseite der Rückplatte befestigt ist, und zumindest eine Gasauslassöffnung (22) in der Rückplatte (16) angeordnet ist; welcher Pumpenkörper (40) eine darin angeordnete Vakuumpumpe umfasst, die aus einem Gehäuse (42) und einem Läufer (44) mit Schaufeln (50) besteht, die auf der gleichen Welle (49) wie das Laufrad (14) angeordnet sind; welches Gehäuse (42) eine Rückwand (46), eine Vorderwand (48) der Vakuumpumpe mit einer, auf der Kreiselpumpenseite derselben angeordneten Saugöffnung (54), und eine exzentrische, den Läufer (44) umschließende Innenwand (52) des Gehäuses (42) umfasst, welches Gehäuse (42) des Weiteren einen so genannten Hilfsluftkanal (56) und einen Auslasskanal (58) der Vakuumpumpe umfasst; wobei eine Rückwand (24) der Pumpe einen, zwischen Spiralgehäuse (10) und Vakuumpumpe angeordneten Gasauslasskanal (26) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Strömung begrenzendes Regelorgan (100) in besagtem Gasauslasskanal (26) angeordnet ist.

11. Kreiselpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelorgan (100) eine Platte (70, 80, 90) ist, die sich in einer, in der Wand des Auslasskanals (26) angeordneten Nut (72, 82, 92) bewegt.

12. Kreiselpumpe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelorgan (100) eine Platte (70, 80, 90) ist, die sich in der Axial-, Radial- oder Umfangsrichtung bewegt.

13. Kreiselpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelorgan (100) ein Organ (60) ist, das in der Axial- und/oder Radialrichtung expandiert werden kann und in der Wand des Auslasskanals (26) angeordnet ist.

14. Kreiselpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugöffnung (132), die sich in Hinsicht auf das Pumpengehäuse drehen lässt und in der Vorderwand der Vakuumpumpe positioniert ist, als Regelorgan (100) benutzt wird

15. Kreiselpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugöffnung (132) in der drehbaren Vorderwand (124) der Vakuumpumpe positioniert ist.

16. Kreiselpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelorgan (100) ein Ring (242) ist, der in der Axialrichtung drehbar ist, und der die Drosselöffnung mit dem Laufrad oder einem Teil (140, 150, 152) davon festlegt.

17. Kreiselpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelorgan (100) eine Platte (90) ist, die sich in der, in der Wand des Abzugskanals (26) angeordneten Nut (72, 82, 92) drehen lässt.

18. Kreiselpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Ausdehnungsteil gibt, eine Kammer (28) im Gasauslasskanal (26).

19. Kreiselpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsluftkanal zu besagter Kammer (28) führt.

20. Kreiselpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluidisierungsläufer (32), der aus der Saugöffnung (12) der Pumpe hervorspringt, vor dem Laufrad (14) angeordnet ist.

21. Kreiselpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslasskanal (58) der Vakuumpumpe in der Rückwand (46) der Vakuumpumpe angeordnet ist.

22. Kreiselpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwand (24) der Kreiselpumpe und die Vorderwand (48) der Vakuumpumpe einstückig sind.

23. Kreiselpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwand (24) der Kreiselpumpe und die Vorderwand (48) der Vakuumpumpe den Gasauslasskanal (26) begrenzen.