DE3308895C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Pumpenturbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Pumpenturbine ist vorbekannt durch die DE-OS 30 40 468. Diese Offenlegungsschrift beschreibt eine mehrstufige Wasserkraftmaschine und ein Verfahren für deren Betrieb. Die Besonderheit des dort beschriebenen Betriebs­ verfahrens besteht darin, daß vor dem Beginn des Pumpenbetriebs sämtliche Stufen des Gehäuses mit Luft gefüllt werden. Die in das Gehäuse gepreßte Luft soll den Wasserspiegel so weit absenken, daß das Laufrad der niedrigsten Stufe nicht mehr mit Wasser in Berührung kommt. Danach kann die nun als Pumpe arbeitende Maschine anlaufen. Der Start in Luft benötigt wesentlich weniger Energie als ein Anlaufen in Wasser.

Nach dem Start, mit beginnendem Pumpbetrieb muß die eingeschlossene Luft wieder aus dem Gehäuse abgeführt werden. Hierzu dienen in den druckseitigen Deckscheiben der Laufräder angebrachte Bohrungen, welche in eigens vorgesehene Entlüftungskammern münden. Die Entlüftungskammern wiederum sind über Kanäle mit der Außenseite der Maschine verbunden. Erst wenn das Absaugen oder Ausblasen der Luft abgeschlossen ist, kann die Pumpenturbine in den normalen Pumpbetrieb übergehen, welcher endgültig durch das Öffnen der bis dahin vollständig geschlossenen höchsten Druckstufe eingeleitet wird.

Die vorstehend beschriebene, allein für die Startphase des Pumpbetriebes ausgelegte Entlüftungseinrichtung ist ungeeignet für die Abführung von Gas während des normalen Pump- oder Turbinenbetriebes. Nun werden aber bei Gaswäscheanlagen oder bei petrochemischen Prozessen, bei denen stark gasbeladene Flüssigkeiten entspannt werden, während des Entspannungsvorgangs größere Gasmengen aus der Flüssigkeit ausgeschieden. Diese Ausgasung wirkt sich bei den bekannten Pumpenturbinen sehr nachteilig aus, weil deren Strömungskanäle durch das Gas versperrt werden, was zu einer drastischen Verringerung der Leistungsabgabe führt.

Bei den bekannten Ausführungen der unter Verwendung von Bauelementen aus vorhandenen Pumpenbaureihen gebildeten Pumpenturbinen gibt es außer dem Problem des Leistungsabfalls auch noch durch Ausgasungsvorgänge bedingte Schwierigkeiten mit dem Axialschubausgleich. Während der Entspannung von gasbeladenen Flüssigkeiten treten nämlich vor allem in den Stufen niederen Systemdruckes unterschiedliche Gas-Flüssigkeits- Füllungen in den Radseitenräumen auf, die für eine Veränderung des Axialschubes verantwortlich sind. Darüber hinaus wirkt sich die Ausgasung auch im Entspannungsbereich der Axialschub­ ausgleichseinrichtung nachteilig auf die axiale Läuferstabilität aus.

Es ist auch bereits eine Kreiselpumpenanlage bekannt, die mittels besonderer Vorkehrungen befähigt werden soll, Gasausscheidungen des Fördermediums in die freie Umgebung abzuführen (CH-PS 2 61 718). Der Saugeintritt dieser vor allem zur Förderung von Abwasser bestimmten Anlage ist oberhalb des Laufrades angeordnet und die Pumpenwelle weist eine solche Stellung zur Horizontalen auf, daß im Laufrad ausscheidende Gase und Dämpfe nach oben entweichen können. Eine Variante sieht vor, daß der Weg der aufsteigenden Gase über eine Bohrung in der vertikal angeordneten Welle führt. Da die zur Bohrung führenden Auslaßöffnungen an der Schaufelwurzel nahe der Schaufeleintrittskante angeordnet sind, muß allerdings mit Schwierigkeiten gerechnet werden: Der am Laufrad entstehende Sog erscheint geeignet, Außenluft über die Bohrung einzuziehen.

Der Einsatz der vorstehend geschilderten Einrichtung ist auf vertikal angeordnete Pumpen und auf solche ausscheidende Gase beschränkt, die leichter sind als Luft. Da die ausscheidenden Gase in die Umgebung entlassen werden, ist auch auf deren Umweltverträglichkeit sowie deren Brand- und Explosionssicherheit zu achten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpenturbine für ausgasende Flüssigkeiten zu schaffen, bei der eine den Betrieb nicht beeinflussende Abführung der austretenden Gase sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale. Die Unteransprüche nennen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, wobei auch auf die vollständige Abführung des Gases aus Pumpenturbinen mit Entlastungseinrichtungen Wert gelegt wird.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird erreicht, daß die bei Turbinenbetrieb im Laufe des Entspannungsvorgangs von Stufe zu Stufe und in der Entlastungseinrichtung freiwerdenden Gasanteile, die jeweils im Fliehkraftfeld der Kreiselmaschine separiert und im Bereich der kleinsten Flüssigkeitsrotations­ radien konzentriert werden, in Gebiete geringeren Druckes abgeführt werden.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Schnittdarstellung den Oberteil einer mehrstufigen Pumpenturbine.

Bei Turbinenbetrieb, also rückwärtsdurchströmter Kreiselpumpe, tritt das Medium über den Pumpendruckstutzen (1) in die Maschine ein und entspannt sich über die Leiträder (2) und die Laufräder (3) zum Pumpensaugstutzen (4). Im Laufe des Entspannungsvorganges werden von Stufe zu Stufe die im Entspannungsprodukt enthaltenen Gase frei. Die Gasanteile konzentrieren sich in den wellennahen Bereichen (5) zwischen den Laufrädern (3) und den Leiträdern (2). In diesen Bereichen (5) sind Öffnungen (6) angeordnet, die über Kanäle (7) in der Pumpenwelle (8) und Kanäle (9) in den Naben der Laufräder (3) mit dem Pumpensaugstutzen (4) in Verbindung stehen. Über die Öffnungen (6) und die Kanäle (7) und (9) strömt das während des Entspannungsprozesses freiwerdende Gas ab.

In der gleichen Weise werden die auch im Bereich der Entlastungseinrichtung anfallenden Gasanteile abgeführt: Die mit der Welle (8) rotierende Entlastungsscheibe (10) und die stationäre Gegenscheibe (11) bilden einen Drosselspalt (12), durch welchen ein Druckabfall im Medium erzeugt wird, so daß im nachgeschalteten Raum (13) ebenfalls mit Gasausfall zu rechnen ist. Damit das Gas nicht durch den sehr engen Arbeitsspalt zwischen der Entlastungsscheibe (10) und der Gegenscheibe (11) strömen muß, wird es über Öffnungen (14), radial verlaufende Bohrungen (15), eine Axialbohrung (16) in der Pumpenwelle (8) und radiale Bohrungen (17) in den Entspannungsraum (18) der Entlastungseinrichtung abgeführt. Die Öffnungen und Bohrungen sind dabei so bemessen, daß die Funktionsweise der Entlastungseinrichtung nicht gefährdet wird. Das im Entspannungsraum (18) anfallende Flüssigkeits- Gas-Gemisch wird über Bohrungen (19) der Pumpenturbine entzogen.

Claims (5)

1. Mehrstufige Pumpenturbine mit mehreren in der Nähe ihrer Welle angeordneten Öffnungen für den Durchtritt von Gas und mit einem oder mehreren Kanälen zur Abführung des Gases, gekennzeichnet durch Kanäle (7, 9, 15, 16, 17), die, ausgehend von Öffnungen (6, 14) im Bereich der kleinsten Flüssigkeitsrotationsradien, in dem von der Welle (8) und den Naben der Laufräder (3) gebildeten Mittelteil verlaufen und die in einem Gebiet (4, 18) münden, dessen Druck geringer ist als der im Bereich der Öffnungen (6, 14) herrschende Druck.

2. Mehrstufige Pumpenturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (6) der Kanäle (7, 9) jeweils im Bereich zwischen einem Laufrad (3) und einem Leitrad (2) angeordnet sind.

3. Mehrstufige Pumpenturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (14) zwischen einem Drosselspalt (12) und einer dem Drosselspalt (12) nachgeschalteten Entlastungseinrichtung (10, 11) angeordnet sind.

4. Mehrstufige Pumpenturbine nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (7, 9, 15, 16) im Pumpensaugstutzen (4) münden.

5. Mehrstufige Pumpenturbine nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (15, 16, 17) im Entspannungsraum (18) der Entlastungseinrichtung (10, 11) münden, wobei der Entspannungsraum (18) mit einer oder mehreren, der Abführung eines entstehenden Flüssigkeits- Gas-Gemisches dienenden Bohrungen (19) versehen ist.