DE4131095A1 - Pumpenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung zum Erzeugen eines Vordrucks für einen mit veränderlichen Strömungswiderständen behafteten Verbraucher eines inkompressiblen Mediums mit einer Hochdruckpumpe und mit einer mit dieser saugseitig in Serie geschalteten Niederdruckpumpe.

Ein Verbraucher, für den eine gattungsgemäße Pumpenanordnung zum Erzeugen eines Vordrucks verwendet wird, ist insbesondere die Membran einer nach dem Umkehrosmoseprinzip arbeitenden Meerwasserentsalzungsanlage.

Wie in Fig. 1 dargestellt, versorgt bei einer Meerwasserent­ salzungsanlage gemäß dem Stand der Technik eine von einem Motor 2 angetriebene Hochdruckverdrängerpumpe 1 über eine Leitung 3 eine Membran 4 mit Meerwasser, das zuvor einen Fil­ ter 5 passiert hat. Durch eine der Membran nachgeschaltete Drossel bzw. ein Druckregelventil 6 wird in der Membran ein Druck aufgebaut, der höher liegt als der osmotische Druck der Salzlösung. Es kommt in der Membran zu einer Umkehrung des Osmoseprinzips, wobei Wasser aus der Salzlösung (dem Meerwas­ ser) durch die Membran tritt und als Produktstrom Lagertanks o. ä. zugeführt wird. Der Produktstrom beträgt dabei mengenmä­ ßig etwa 174 des gesamten eingesetzten und von der Hochdruck­ verdrängerpumpe geförderten Meerwasserstromes. Die restlichen 3/4 des ursprünglich eingesetzten Meerwassers verlassen in aufkonzentrierter Form als Sole bzw. Konzentratstrom die Mem­ bran und werden ins Meer zurückgeleitet.

Um den Widerstand des Feinfilters zu überwinden, ist der Hoch­ druckverdrängerpumpe eine Vordruckpumpe bzw. Niederdruckpumpe 7 vorgeschaltet, die entweder mit einem eigenen Motor 8 oder über ein Getriebe über den Motor 2 angetrieben wird.

Der Umsetzungsgrad, d. h. das Verhältnis zwischen Produktstrom und eingesetztem Rohwasserstrom, der Membran ist von der Bau­ art der Membran abhängig und eine fest vorgegebene Größe, die einzuhalten ist. Der zur Einhaltung des Umsetzungsgrades ein­ zustellende Arbeitsdruck der Membran liegt bei der Entsalzung von Meerwasser üblicherweise in Bereichen von 55 bis 70 bar. Die Temperatur und der Salzgehalt des Rohwassers und damit der osmotische Druck einerseits sowie Alterungs- und Verschmut­ zungsmechanismen der Membran andererseits stellen jedoch Stör­ größen dar, die den Umsetzungsgrad und den Arbeitsdruck beein­ flussen. Um einen gleichbleibenden Produktstrom bzw. einen konstanten Umsetzungsgrad zu gewährleisten, ist es daher not­ wendig, das Druckregelventil bzw. die Drossel 6 nachzuregeln.

Letzteres geschieht bei kleineren Anlagen, wie sie beispiels­ weise an Bord von Yachten installiert sind, von Hand. Während es bei großen, stationären Meerwasserentsalzungsanlagen beson­ ders auf gute Wirkungsgrade ankommt, werden an kleinere Meer­ wasserentsalzungsanlagen, die nach dem Prinzip der Umkehrosmo­ se arbeiten, andere technische Anforderungen gestellt. Bei auf kleinere Leistung ausgelegten Anlagen, die insbesondere an Bord von Schiffen o. ä. installiert werden, kommt es insbeson­ dere darauf an, daß sie preiswert in der Herstellung sind, ein niedriges Gesamtgewicht und kleine Einbaumaße aufweisen, un­ empfindlich gegen Verschmutzungen im Rohwasserstrom sind und möglichst nur eine Antriebswelle benötigen, um einen Direkt­ antrieb durch einen Verbrennungsmotor problemlos und kosten­ günstig zu ermöglichen.

Insbesondere kommt es bei kleineren Anlagen, die nicht durch Fachpersonal bedient werden, auch darauf an, daß sie in der Bedienung problemlos sind und auch Fehlbedienungen nicht zu einem Totalversagen der Anlage mit - beispielsweise an Bord eines Schiffes - unter Umständen katastrophalen Folgen führen.

Bei Pumpenanordnungen für kleinere Meerwasserentsalzungsanla­ gen ist die Vordruck- bzw. Niederdruckpumpe im Stand der Tech­ nik als Impellerpumpe oder als Seitenkanalpumpe ausgeführt. Beiden haftet der Nachteil an, daß sie vergleichsweise aufwen­ dig gebaut sind und damit die Investitionskosten einer solchen Anlage erhöhen. Weiterhin sind bei beiden genannten Ausfüh­ rungsformen Gesamtwirkungsgrade von unter 10% der Normalfall, so daß der spezifische Energiebedarf erhöht wird. Weiterhin läßt sich mit einstufigen Impellerpumpen bei den vorhandenen kleinen Volumenströmen im Rahmen einer Meerwasserentsalzungs­ anlage nur eine unbefriedigende Förderhöhe erzielen.

Seitenkanalpumpen hingegen erreichen auch bei kleinen Volumen­ strömen große Förderhöhen, sie sind jedoch extrem empfindlich gegen Verschmutzung im Rohwasser, da ihre Konstruktion enge Spalte aufweist, die leicht verschmutzen können.

Weiterhin sind die bekannten, als Vordruck- bzw. Niederdruck­ pumpe verwendeten Pumpenformen unverhältnismäßig teuer, erhö­ hen das Gesamtgewicht und vergrößern die Abmessungen einer Pumpenanordnung für den genannten speziellen Zweck.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Pumpen­ anordnung zum Aufbauen eines Vordrucks zu entwickeln, die sich insbesondere zur Verwendung in einer Meerwasserentsalzungs­ anlage eignet und einfacher, billiger, kleiner und zuverlässi­ ger ist als die bisher bekannten Pumpenanordnungen.

Die Lösung der Aufgabe besteht zunächst darin, daß in an sich bekannter Weise eine Strahlpumpe als Niederdruckpumpe verwen­ det wird, die mit der Hochdruckpumpe in Serie geschaltet ist, und ihren Treibmittelstrom von der Druckseite der Hochdruck­ pumpe bezieht.

Eine solche in Fig. 2 prinzipiell dargestellte Schaltung ist bekannt, um beispielsweise Wasser, Öl oder dergleichen aus größeren Tiefen zu fördern. Die Pumpenanordnung als solche ist dagegen nicht bekannt, um einen Vordruck für einen mit ver­ änderlichen Strömungswiderständen behafteten Verbraucher eines inkompressiblen Mediums zu erzeugen.

Sie ist in der einfachen, in Fig. 2 dargestellten Ausführungs­ form für diesen Zweck noch nicht geeignet.

Gemäß Fig. 2 wird die Strahlpumpe 7′ über eine Leitung 9 mit dem notwendigen Treibmittelstrom versorgt. Die Leitung 9 ist auf der Druckseite der Hochdruckpumpe angeschlossen, d. h. der Treibmittelstrom wird von dem zu fördernden Strom abgezweigt. Es kommt erst dann zu einem Fließen des Treibmittelstroms, wenn beim Starten der Hochdruckpumpe in der druckseitigen Lei­ tung 10 ein Gegendruck vorhanden ist.

Bei der Pumpenanordnung, wie sie gemäß dem Stand der Technik zum Fördern von Wasser, beispielsweise aus dem Schacht eines Bergwerks, verwendet wird, ist ein statischer Gegendruck vor­ handen, da der Auslauf üblicherweise höher angeordnet ist als der Druckstutzen der Hochdruckpumpe.

Bei dem vorgesehenen Verwendungszweck für die zu erfindende Pumpenanordnung, nämlich insbesondere die Versorgung einer Membran einer Meerwasserentsalzungsanlage mit Rohwasser unter Aufbau eines Vordrucks, ist dieser notwendige Gegendruck nicht unter allen Umständen gegeben. Bei den letztgenannten Anlagen wird der Gegendruck durch ein Drossel- bzw. Druckregelventil in der Konzentratleitung aufgebaut. Der Gegendruck ist abhan­ gig von der Ventilstellung und steigt annähernd im Quadrat mit dem Durchsatz an. Da beim Starten mit geöffnetem Drossel- bzw. Druckregelventil kein Gegendruck vorhanden ist, kommt es nicht zu dem notwendigen Treibmittelstrom durch die Leitung 9. Die Folge ist, daß die Hochdruckpumpe gegen den Widerstand des Feinfilters 5 ansaugt, wodurch in der Hochdruckverdrängerpumpe saugseitig schädliche Kavitation auftritt.

Ein weiteres Problem, das die Verwendung einer Pumpenanordnung gemäß Fig. 3 erschwert und das zu lösen ist, um eine Strahl­ pumpe zu dem genannten Zweck einsetzen zu können, ist, daß - wie bereits ausgeführt - Änderungen der Temperatur und des Salzgehaltes des Rohwassers sowie Alterungs- und Verschmut­ zungsmechanismen der Membranen ausgeglichen werden müssen, indem das Regelventil 6 bzw. die Drossel, die der Membran in Serie nachgeschaltet ist, verstellt wird.

Als Folge von letzterem kommt es zu einer Veränderung des in der Leitung 10 herrschenden Gegendrucks. Dies führt dazu, daß der durch die Leitung 9 geführte Treibmittelstrom kleiner oder größer wird und damit der Betriebspunkt der Strahlpumpe ver­ schoben wird. Im ungünstigsten Fall- kommt es dazu, daß ein großer Teil des von der Hochdruckpumpe geförderten Rohwasser­ stromes über die Treibmittelstromleitung 9, die Strahlpumpe 7′ und das Filter 5 umläuft, während nur ein kleiner Teil bestim­ mungsgemäß durch die Leitung 10 der Membran 4 zugeführt wird.

Der ursprünglich angestrebte Zweck, durch das Verstellen des Regelventils bzw. der Drossel 6 den Produktstrom, der in der Membran 4 abgeschieden wird, konstant zu halten, wird daher nicht erreicht.

Der Erfindung liegt daher weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Pumpenanordnung unter Verwendung einer Strahl­ pumpe als Vordruck- bzw. Niederdruckpumpe so auszugestalten, daß sie regelungstechnisch beherrschbar wird, wenn sie zum Erzeugen eines Vordrucks für einen mit veränderlichen Strö­ mungswiderständen behafteten Verbraucher eines inkompressiblen Mediums, insbesondere für die Membran einer nach dem Umkehros­ moseprinzip arbeitenden Meerwasserentsalzungsanlage verwendet wird.

Die Lösung der Aufgabe ist bei einer gattungsgemäßen Pumpen­ anordnung dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckpumpe eine Strahlpumpe (Ejektor) ist, deren Treibstromeintritt über eine Leitung und eine Rohrverzweigung mit der Druckseite der Hochdruckpumpe verbunden ist, und daß die Anordnung zumindest ein Druckregelventil aufweist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein Druck­ begrenzungsventil vorgesehen, das auf der Druckseite der Hoch­ druckpumpe nach der Rohrverzweigung angeordnet ist und dessen Öffnungsdruck kleiner ist als der Arbeitsdruck des Verbrau­ chers, während ein Druckminderventil vor dem Treibmittelein­ tritt der Strahlpumpe angeordnet ist.

In einer weiterhin besonders bevorzugten Ausführungsform ist nur ein Druckregelventil vorgesehen, das ein Druckbegrenzungs­ ventil ist, das auf der Druckseite der Hochdruckpumpe nach der Rohrverzweigung vor der Membran angeordnet ist, und dessen Öffnungsdruck größer ist als der Arbeitsdruck des Verbrauchers bzw. der Membran.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Hochdruckpumpe eine Kurzschlußleitung (By-Pass-Leitung) parallel geschaltet, die zum Anfahren der Anordnung von Hand oder durch einen Stellantrieb geöffnet werden kann und Saug- und Druckseite der Hochdruckpumpe miteinander verbindet.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dem Druckbegrenzungsventil eine Drossel parallel zu schalten, um sicherzustellen, daß auch bei geschlossenem Druckbegrenzungsventil ein gewisser Prozentsatz des geförderten Volumens ausgetauscht wird und eine unzulässige Erhitzung des geförderten Volumens bzw. Roh­ wassers verhindert wird.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprü­ chen beschrieben und werden in den Zeichnungen näher erläu­ tert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Pumpenanordung zur Versorgung der Membran einer Meerwasserentsalzungsanlage gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Pumpenanordnung, bestehend aus Strahlpumpe und Hochdruckpumpe gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 3 eine Pumpenanordnung gemäß Fig. 2 zur Versorgung der Membran einer Meerwasserentsalzungsanlage, wobei zwischen Strahlpumpe und Hochdruckpumpe ein Filter geschaltet ist,

Fig. 4 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpenanordnung mit einem Druckbegrenzungsventil (DBV) und einem Druckminderventil (DNV),

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpenanordnung mit nur einem Druckbegrenzungsventil (DBV),

Fig. 6 eine Pumpenanordnung gemäß Fig. 4 mit einem zu­ sätzlichen Puffer (Speicher),

Fig. 7 eine Pumpenanordnung gemäß Fig. 4 mit einer zu­ sätzlichen, Hochdruckpumpe saugseitig und Konzen­ tratstromabfluß verbindenden Leitung,

Fig. 8 eine Pumpenanordnung gemäß Fig. 5, bei der jeweils eine Drossel in die Strahlpumpe und in das Druckbe­ grenzungsventil integriert sind,

Fig. 9 eine Pumpenanordnung gemäß Fig. 5, in der sämtliche zur eigentlichen Pumpenanordnung gehörenden Bauteile in ein Gehäuse integriert sind, und

Fig. 10 einen Schnitt durch ein Druckbegrenzungsventil mit integrierter, parallel geschalteter Drossel zur Verwendung in einer Pumpenanordnung gemäß der Erfin­ dung.

Die Fig. 1 und 2 sind bereits bei der Diskussion des Standes der Technik gewürdigt worden. Fig. 3 zeigt eine Hochdruckpumpe 1, die Rohwasser durch einen Filter 5 ansaugt, wobei dem Fil­ ter 5 eine Strahlpumpe 7′ zum Erzeugen eines Vordrucks vor­ geschaltet ist. Die Strahlpumpe 7′ bezieht ihren Treibmittel­ strom über eine Leitung 9, die auf der Druckseite der Hoch­ druckpumpe bei einer Rohrverzweigung 11 von der Rohwasserlei­ tung 10 abzweigt. Die Rohwasserleitung 10 führt zur Membran, d. h. zu einem Verbraucher, dessen Strömungswiderstand verän­ derlich ist. In der Membran 4 wird ein Produktstrom abgeschie­ den. Das Konzentrat verläßt über eine Leitung 12 die Membran und wird ins Meer zurückgeleitet. In die Leitung 12 ist ein Regelventil 6 oder eine Drossel eingefügt. Ändert sich der notwendige Gegendruck, beispielsweise weil Brackwasser mit einem entsprechend geringeren osmotischem Druck aufbereitet werden soll, so ist das Regelventil entsprechend zu verstel­ len, um den für die Membran geforderten Umsetzungsgrad bzw. Gegendruck zu gewährleisten. Entsprechend ändert sich der Druck in der Leitung 10 und damit der durch die Leitung 9 geführte Treibmittelstrom, und als Folge hiervon der Be­ triebspunkt der Strahlpumpe 7′. Eine Pumpenanordnung gemäß Fig. 3 ist daher für den angestrebten Einsatzzweck noch nicht geeignet.

Weiterhin ist ein Anfahren einer Pumpenanordnung gemäß Fig. 3 nicht möglich. Beim Anfahren sind in der Rohwasserstromleitung 10 keine nennenswerten Widerstände vorhanden, da das Regelven­ til 6 noch keinen Gegendruck aufbaut. Dementsprechend wird kein ausreichender Treibstrom über die Leitung 9 abgezweigt, was zur Folge hat, daß die Strahlpumpe 7′ keinen Vordruck aufbaut. Dies hat zur Folge, daß die Hochdruckpumpe 1 gegen den Widerstand des Filters 5 ansaugt und Kavitation im Ansaug­ bereich 13 der Pumpe auftritt.

Bei der Pumpenanordnung gemäß Fig. 4 sind die Nachteile der Pumpenanordnung gemäß Fig. 3 vermieden.

In der von der Hochdruckpumpe 1 zur Membran 4 führenden Roh­ wasserleitung 10 ist zunächst ein Druckbegrenzungsventil (DBV) 14 angeordnet. Der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils 14 ist kleiner als der normale Arbeitsdruck der Membran 4, also z. B. 50 bar.

Weiterhin ist parallel zu der Hochdruckpumpe 1 eine Kurz­ schluß- bzw. By-Pass-Leitung geschaltet, die Druck- und Saug­ seite der Hochdruckpumpe miteinander verbindet. Innerhalb der By-Pass-Leitung ist ein nicht dargestelltes By-Pass-Ventil angeordnet. Diese Anordnung dient dazu, die Membran 4 beim Hochfahren langsam und kontinuierlich zu belasten.

Zum Hochfahren der Anlage ist das By-Pass-Ventil der By-Pass-Leitung 15 geöffnet. Wenn die Hochdruckpumpe zu fördern be­ ginnt, wird der größte Teil des geförderten Rohwasservolumens durch die By-Pass-Leitung im Kreis gefördert. Durch die Lei­ tung 9 wird ein Teil des geförderten Volumens der Strahlpumpe als Treibstrom zugeführt, woraufhin diese einen Vordruck auf­ baut. Das Druckbegrenzungsventil 14 ist geschlossen und stellt sicher, daß ein Gegendruck vorhanden ist, der ein Anfahren der Anlage ermöglicht. Dem Druckbegrenzungsventil parallel ge­ schaltet ist eine Drossel 16, die einen kleinen Teil des ge­ förderten Rohwasserstroms passieren läßt. Wird das By-Pass-Ventil allmählich geschlossen, so steigt der Druck an und der Volumenstrom, welcher durch die Strahlpumpe strömt, nimmt zu. Hierdurch baut die Strahlpumpe einen entsprechend höheren Vordruck auf. Wird der Grenzdruck des Druckbegrenzungsventils erreicht, so öffnet es und läßt einen Teilstrom durch die Membran und das geöffnete Drosselventil bzw. Druckregelventil 6 strömen. Bei dieser Stellung des By-Pass-Ventils wird das Rohwasser, das sich noch in der Membran befindet, ausge­ tauscht, ohne daß eine Permeation und damit eine Produktion von Reinwasser erfolgt. Wird das By-Pass-Ventil weiter ge­ schlossen, so baut sich bei entsprechend eingestelltem Drossel- bzw. Druckregelventil in der Membran ein Druck auf, wobei bei Überschreiten des osmotischen Drucks eine Permeation ein­ tritt. Wenn das By-Pass-Ventil ganz geschlossen ist und das Drossel- bzw. Druckregelventil 6 entsprechend eingestellt ist, baut sich ein Druck auf, der über dem Grenzdruck des Druckbe­ grenzungsventils liegt. Letzteres öffnet hierdurch ganz und läßt den Rohwasserstrom nahezu verlustfrei zur Membran strö­ men.

Wird die Meerwasserentsalzungsanlage zum Entsalzen von Brack­ wasser eingesetzt, das einen niedrigeren osmotischen Druck aufweist, so daß die Drossel 6 bzw. das Regelventil 6 weit geöffnet werden muß, so tritt in der Hochdruckverdrängerpumpe saugseitig trotzdem keine Kavitation auf, da durch das Druck­ begrenzungsventil sichergestellt ist, daß ein ausreichender Gegendruck und damit ein Treibmittelstrom zum Betrieb der Strahlpumpe und zum Erzeugen eines Vordrucks vorhanden ist.

Steigt andererseits der in der Membran benötigte Druck stark an und liegt weit über dem Druck, auf den das Druckbegren­ zungsventil 14 eingestellt ist, so sorgt ein in die Treibmit­ telstromleitung 9 eingefügtes Druckminderventil 17 dafür, daß der der Strahlpumpe treibmittelseitig zugeführte Druck kon­ stant bleibt.

Vor dem Treibmittelanschluß der Strahlpumpe ist weiterhin eine Drossel 18 angeordnet, die sicherstellt, daß Alterungserschei­ nungen der Strahlpumpe eliminiert werden. Es kann nämlich durch Verschmutzung im Rohwasser, wie beispielsweise Sandan­ teile, zu einem Verschleißen der Düse kommen, was eine Ver­ änderung der Charakteristik der Strahlpumpe zur Folge hat. Dieser Effekt wird durch die Drossel 18 kompensiert.

Der Grenzdruck des Druckminderventils liegt vorzugsweise eben­ falls niedriger als der Arbeitsdruck der Membran 4.

Da die Hochdruckpumpe üblicherweise mit einer geringen Anzahl an Kolben bzw. Plungern ausgeführt ist und demgemäß unzulässig hohe Schwankungen im Förderstrom auftreten, sorgt ein Pulsa­ tionsdämpfer 19 in Form eines Speichers für eine Vergleichmä­ ßigung des geförderten Rohwasserstroms. Der Pulsationsdämpfer 19 ist üblicherweise in Form eines Blasenspeichers mit einer Gasblase ausgeführt, die mit einem Fülldruck befüllt ist, der etwa 2/3 des Arbeitsdrucks beträgt, also etwa 40 bar bei­ spielsweise. Beim Starten und Abschalten sowie beim Entsalzen von Brackwasser tritt bei Meerwasserentsalzungsanlagen, die dem Stand der Technik gemäß der Fig. 1 entsprechen, das Pro­ blem auf, daß der osmotische Druck bzw. der in der Membran auftretende Druck geringer ist als der Fülldruck in der Gas­ blase des Pulsationsdampfers, weswegen eine Dämpfung nicht möglich ist.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Fig. 4 tritt an die Stelle des in der Membran herrschenden Drucks der Grenzdruck des Druckbegrenzungsventils, so daß der Fülldruck der Gasblase in jedem Fall geringer ist, als der herrschende Arbeitsdruck. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß abgesehen von einem kleinen durch die Drossel 16 fließendem Rohwasserstrom nur ein geglätteter Rohwasserstrom zur Membran gelangt.

Die bereits erwähnte, dem Druckbegrenzungsventil 14 parallel geschaltete Drossel 16 erfüllt in der erfindungsgemäßen Anord­ nung von Pumpen gemäß Fig. 4 noch weitere Aufgaben. Wird die Meerwasserentsalzungsanlage über einen längeren Zeitraum bei einem Druck unterhalb des Grenzdrucks des Druckbegrenzungs­ ventils betrieben, so läuft das in der Leitung enthaltene Rohwasser im Kreis um und erwärmt sich dabei. Die Drossel 16 stellt sicher, daß ein kleiner Volumenstrom des geförderten Rohwasserstroms durch die Membran abfließt und gleichzeitig ein kleiner Volumenstrom von der Strahlpumpe angesaugt werden kann. Auf diese Art und Weise wird für ein thermisches Gleich­ gewicht gesorgt.

Die parallel zum Druckbegrenzungsventil 14 geschaltete Dros­ sel 16 dient auch dazu, die Meerwasserentsalzungsanlage auto­ matisch zu entlüften. Wird die Anlage neu in Betrieb genommen, so wird die Hochdruckverdrängerpumpe mit Rohwasser manuell befüllt. Anschließend wird sie bei weit geöffnetem By-Pass-Ventil gestartet. Entsprechend der Stellung des By-Pass-Ven­ tils wird das Rohwasser mit der noch enthaltenen Luft durch die By-Pass-Leitung sowie die Strahlpumpe umgewälzt. Dabei strömt jedoch auch ein Teilstrom durch die Drossel der Membran Strahlpumpe Rohwasser, welches keine Luft enthält, ansaugen. Durch diesen Vorgang wird die gesamte Anlage nach einer gewis­ sen Zeit entlüftet.

Anstelle des Druckminderventils 17 und der Drossel 18 kann in der Leitung zur Strahlpumpe 9 auch ein Konstantstromventil (Stromregelventil) geschaltet werden. Auch anstelle des Druck­ begrenzungsventils 14 und der Drossel 16 kann ein Konstant­ stromventil verwendet werden.

Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Pumpenanordnung, bei der das Druckminderventil 17 in der Treibmittelstromleitung der Strahlpumpe 7′ weggelassen worden ist.

Zum Ausgleich hierfür ist das Druckbegrenzungsventil 14 so ausgelegt, daß sein Öffnungsdruck größer ist als jeder zu er­ wartende Arbeitsdruck in der Membran 4. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß sämtliche Veränderungen in der Membran 4 von der Pumpenanordnung ferngehalten werden. Bei einem zu erwartenden Arbeitsdruck in der Membran in einem Bereich zwi­ schen 55 bar und 70 bar kann das Druckbegrenzungsventil bei­ spielsweise auf einen Öffnungsdruck von 75 bar eingestellt sein.

Der Nachteil dieser Anordnung ist, daß die Hochdruckpumpe in jedem Fall gegen den maximal denkbaren Druck zu fördern hat und der spezifische Energieverbrauch demgemäß zu hoch liegt, wenn in der Membran beispielsweise Meerwasser mit einem gerin­ gen Salzanteil umgesetzt wird.

Der Vorteil der Anordnung liegt darin, daß der Aufbau und da­ mit die Herstellungskosten wesentlich vereinfacht werden. Eventuelle Fehlbedienungen des Regelventils 6 durch einen fachunkundigen Bediener führen bei dieser Anordnung nicht zu einer Beschädigung der Hochdruckpumpe durch Kavitation.

Bei einer Pumpenanordnung gemäß Fig. 6 ist erfindungsgemäß darüber hinaus Sorge dafür getroffen, daß auch eine Fehlbedie­ nung der By-Pass-Leitung 15 nicht zu einer Beschädigung der Anlage führt.

Auf der Saugseite der Hochdruckpumpe ist ein Puffer bzw. Spei­ cher 20 angeordnet. Wird die Anlage gestartet, d. h. der Motor 2 eingeschaltet, obwohl die By-Pass-Leitung 15 geschlossen ist, so stellt der Puffer 20 ein Volumen zur Verfügung, das von der Hochdruckpumpe angesaugt werden kann, bis von der Strahlpumpe ein ausreichender Vordruck aufgebaut worden ist, so daß schädliche Kavitation vermieden wird.

Fig. 7 zeigt eine alternative Pumpenanordnung zu der in Fig. 6 gezeigten. Anstelle des Puffers 20 ist eine Leitung 21 vor­ gesehen, die die Saugseite der Hochdruckpumpe mit der das Konzentrat abführenden Leitung 22 verbindet. Wird der Motor 2 eingeschaltet, obwohl die By-Pass-Leitung 15 geschlossen ist, so kann die Hochdruckpumpe durch die Leitung 21 Konzentrat an­ saugen, so daß schädliche Kavitation verhindert wird. Um ein Ansaugen von Meerwasser zu verhindern, ist in der Leitung 22 ein Rückschlagventil 23 angeordnet.

Weiterhin ist in der Leitung 21 selbst ein Rückschlagventil 24 angeordnet, das sicherstellt, daß der nach dem Hochfahren der Anlage von der Strahlpumpe 7′ erzeugte Vordruck nicht durch die Leitung 21 abgebaut werden kann.

Fig. 8 zeigt eine erfindungsgemäße Pumpenanordnung gemäß Fig. 5, wobei verschiedene Bauelemente integriert worden sind.

Die Drossel 18 ist hier in die Strahlpumpe 7′ so integriert worden, daß ein einziges Bauteil, d. h. eine Strahlpumpe 7′′ entsteht. In gleicher Weise ist die dem Druckbegrenzungsventil 14 parallel geschaltete Drossel 16 in ersteres integriert.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Druckbegrenzungs­ ventils, in das eine parallel geschaltete Drossel in Form einer Bohrung 16 integriert ist.

Das Druckbegrenzungsventil 14′′ gemäß Fig. 10 besteht aus einem Ventilsitz 26, in dem ein Ventilkörper 27 sitzt. Der Ventilkörper 27 ist über eine Kolbenstange 28 mit einem Kolben 29 verbunden, der von einer Feder 30 belastet wird. Unterhalb des Kolbens 29 befindet sich ein Hohlraum 32, der über einen Zufluß 33 mit dem Fluid in Verbindung steht, dessen Druck zu begrenzen ist. Das über den Zufluß 33 zuströmende Fluid übt einen Druck auf die kreisringförmige Fläche A des Kolbens 2 aus. Übersteigt die erzeugte Druckkraft die Federkraft 30, so wird der Ventilkörper 27 von dem Ventilsitz 26 abgehoben und gibt einen kreisringförmigen Spalt frei, durch den das Fluid abfließen kann.

Ist der im Hohlraum 32 herrschende Druck zu gering, um den Kolben 29 anzuheben, so verschließt der Ventilkörper 27 den Ventilsitz 26. Die sich im Ventilkörper 27 befindende Bohrung 16 wirkt dann als parallel geschaltete Drossel, wobei Fluid durch die Bohrung 16 abfließen kann.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der sämt­ liche hydraulischen Teile im Kopf der Hochdruckpumpe 1 inte­ griert sind. Die Strahlpumpe 7′ und die Drossel 18 können ebenso wie By-Pass-Leitung 15, Druckbegrenzungsventil 14 und Drossel 16 in einem gemeinsamen Gehäuse 40 untergebracht sein. Es sind dann lediglich noch der Motor 2 und der Pulsations­ dämpfer 19 anzuflanschen. Die gesamte Einheit bzw. das Gehäuse 40 weist lediglich fünf Anschlüsse 41 bis 45 auf, mit denen die sie mit dem Filter 5, der Membran 4 und dem Pulsations­ dämpfer 19 verbunden werden muß. Der aus dem Gehäuse 40 her­ ausführende Anschluß 41 dient der Zufuhr von Roh- bzw. Meer­ wasser. Mit den Anschlüssen 42 und 43 wird der Filter 5 ver­ bunden und der Anschluß 44 dient der Verbindung mit der Mem­ bran 4. Der Anschluß 45 dient zur Montage des Pulsationsdämp­ fers 45.

Die erfindungsgemäße Pumpenanordnung ermöglicht es, eine kom­ pakte Einheit zu konstruieren, die sich in vorzüglicher Weise dazu eignet, einen Vordruck für einen mit veränderlichen Strö­ mungswiderständen behafteten Verbraucher zu erzeugen. Dabei ist die erfindungsgemäße Pumpenanordnung kostengünstig zu fertigen, weist geringe Abmessungen auf und ist Bedienerfeh­ lern gegenüber unempfindlich.

Die erfindungsgemäße Pumpenanordnung eignet sich daher ins­ besondere für die Versorgung einer Membran einer kleineren, nach dem Umkehrosmoseprinzip arbeitenden Meerwasserentsal­ zungsanlage, insbesondere an Bord von Schiffen o. ä.

Bezugszeichenliste

 1 Hochdruckpumpe
 2 Motor
 3 Leitung
 4 Membran
 5 Filter
 6 Druckregelventil
 7 Vordruckpumpe (Niederdruckpumpe)
 7′ Strahlpumpe
 7″ Strahlpumpe mit integrierter Drossel
 8 Motor
 9 Treibmittelstromleitung
10 Rohwasserleitung
11 Rohrverzweigung
12 Konzentratleitung
13 Saugseite (von 1)
14 Druckbegrenzungsventil
14″ Druckbegrenzungsventil mit integrierter Drossel
15 Kurzschlußleitung (By-pass)
17 Druckminderventil
18 Drossel
19 Pulsationsdämpfer
20 Puffer (Speicher)
21 Leitung
22 Konzentratstromleitung
23 Rückschlagventil
24 Rückschlagventil
26 Ventilsitz
27 Ventilkörper
28 Kolbenstange
29 Kolben
32 Hohlraum
33 Anschlußstutzen
40 Gehäuse
41 Rohwasseranschluß
42 Filteranschluß
43 Filteranschluß
44 Rohwasseranschluß
45 Pulsationsdämpferanschluß
A kreisringförmige Fläche

Claims (23)

1. Pumpenanordnung zum Erzeugen eines Vordrucks für einen mit veränderlichen Strömungswiderständen behafteten Ver­ braucher eines inkompressiblen Mediums, insbesondere für die Membran einer nach dem Umkehrosmoseprinzip arbeiten­ den Meerwasserentsalzungsanlage, mit einer Hochdruckpumpe und mit einer mit dieser saugseitig in Serie geschalteten Niederdruckpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die Nieder­ druckpumpe (7) eine Strahlpumpe (7′) (Ejektor) ist, deren Treibstromeintritt über eine Leitung (9) und eine Rohr­ verzweigung (11) mit der Druckseite der Hochdruckpumpe (1) verbunden ist, und daß die Anordnung zumindest ein Druckregelventil (14, 17) aufweist.

2. Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckpumpe (1) eine nach dem Verdrängerprin­ zip arbeitende Pumpe ist.

3. Pumpenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil (14) ein Druckbegrenzungsventil (DBV) ist, das auf der Druckseite der Hochdruckpumpe (1) nach der Rohrverzweigung (11) angeordnet ist.

4. Pumpenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils (DBV 14) größer ist als der Arbeitsdruck des Verbrauchers (4).

5. Pumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Druckregelventil (17) ein Druckminder­ ventil (DMV) ist, das vor dem Treibstromeintritt der Strahlpumpe (7′) angeordnet ist.

6. Pumpenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzdruck des Druckminderventils (DMV 17) klei­ ner ist als der Arbeitsdruck des Verbrauchers (4).

7. Pumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Druck­ seite der Hochdruckpumpe (1) nach der Rohrverzweigung (11) ein Druckbegrenzungsventil (14) angeordnet ist und daß vor dem Treibstromeintritt der Strahlpumpe ein Druck­ minderventil (17) angeordnet ist.

8. Pumpenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils (14) kleiner ist als der Arbeitsdruck des Verbrauchers (4).

9. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Grenzdruck des Druckminder­ ventils (17) kleiner ist als der Arbeitsdruck des Ver­ brauchers (4).

10. Pumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hoch­ druckpumpe (1) eine ihre Saug- und Druckseite verbindende Kurzschlußleitung (By-Pass-Leitung) (15) parallel ge­ schaltet ist.

11. Pumpenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußleitung (11) ein Absperrventil enthält.

12. Pumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckbe­ grenzungsventil (14) zumindest eine Drossel (16) parallel geschaltet ist.

13. Pumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Treibstromeintritt der Strahlpumpe (7′) eine Drossel (18) in Serie geschaltet ist.

14. Pumpenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (18) in die Strahlpumpe (7′) integriert ist.

15. Pumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Saug­ seite der Hochdruckpumpe (1) zumindest ein Puffer (Spei­ cher) (20) verbunden ist.

16. Pumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugseite der Hochdruckpumpe (1) über eine Leitung (21) mit der Ausgangsseite des Verbrauchers (4) verbunden ist.

17. Pumpenanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (21) ein Rückschlagventil (24) ange­ ordnet ist.

18. Pumpenanordnung nach Anspruch 17 oder Anspruch 16, da­ durch gekennzeichnet, daß stromabwärts der Anschlußstelle der Leitung (21) mit der Ausgangsseite des Verbrauchers (4) ein Rückschlagventil (23) angeordnet ist.

19. Pumpenanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (16) in das Druckbegrenzungsventil (14) integriert ist.

20. Druckbegrenzungsventil zur Verwendung in einer Pumpen­ anordnung nach Anspruch 19, mit einem Kegelsitz (26) und einem diesen verschließenden, federbelasteten Ventilkör­ per (27), der über eine Kolbenstange (28) mit einem von dem zu regelnden Fluid mit Druck beaufschlagten Kolben (29) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ven­ tilkörper (27) wenigstens eine Drosselbohrung (16) auf­ weist.

21. Pumpenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet daß die Hochdruckpumpe (1) eine nach dem Verdrängerprinzip arbeitende Pumpe ist und mit einem Motor (2) angetrieben wird, dessen Drehzahl in Abhängigkeit vom auf der Druckseite der Hochdruckpumpe herrschenden Druck regelbar ist.

22. Pumpenanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, da­ durch gekennzeichnet, daß Hochdruckpumpe (1) und parallel geschaltete Kurzschlußleitung (15), Strahlpumpe (7′) und in Serie geschaltete Drossel (18) sowie Druckbegrenzungs­ ventil (14) und parallel geschaltete Drossel (16) als integrierte Baueinheit ausgeführt sind.

23. Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil ein Konstantstromventil ist.