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Verfahren zum Entlüften einer Kreiselpumpe und Kreiselpumpe zur Durchführung dieses Verfahrens
Selbstansaugende Kreiselpumpen können, wenn sie über dem Unterwasserspiegel angeordnet sind, selbständig die Saugleitung entlüften und somit die zu fördernde Flüssigkeit ansaugen. Sie werden daher insbesondere dort verwendet, wo die Platzverhältnisse es nicht erlauben, die Pumpen so tief anzuordnen, z. B. in einer Grube, dass sie auch bei niedrigstem Stand des Saugwasserspiegels noch mit Zulauf arbei- ten. Wenn während des Förderbetriebes der Unterwasserrpiegel zeitweise unter die Saugrohreintrittsöff- nung absinkt und die Saugleitung belüftet wird, saugen derartige Pumpen, ohne vorher abgestellt zu wer- den, wieder an. Die Pumpen fördern also zeitweilig Luft und erzeugen ein mehr oder weniger hohes Va- kuum.
Bei Förderung von Schmutzwasser oder Papierstoff hoher Konzentration, vor allem beim Entleeren von Papierstoffbütten, kommt es vor, dass der Strom in der Saugleitung der Pumpe infolge von grösseren Luft- einschlüssen abreisst. Eine nicht selbstansaugende Kreiselpumpe fördert in einem derartigen Fall erst wieder, wenn sie für kurze Zeit abgestellt wird, so dass ein Teil der in der Druckleitung stehenden Flüssigkeit durch das Laufrad hindurch in die Saugleitung zurückfliessen kann. Wird dabei der Lufteinschluss nicht aus der Saugleitung herausgestossen oder in kleine Luftblasen zerteilt, so kann nach dem Wiederanfahren die gleiche Störung auftreten. Bei einer selbstansaugenden Kreiselpumpe werden derartige Störungen vermieden, weil diese Pumpe in der Lage ist, Luft zu fördern.
Selbstansaugende Kreiselpumpen sind in vielfacher Form bekannt. So sind Pumpen mit am Laufrad angebrachten Hilfsschaufeln und mehreren Umlaufkanälen für die Hilfsflüssigkeit im Pumpengehäuse bekannt, bei denen die Luft mittels der Hilfsschaufeln mit Flüssigkeit gemischt und durch die Umlaufkanäle in den Druckraum gefördert wird. Zur Verbesserung derartiger Pumpen ist auch schon vorgeschlagen worden, den Pumpen noch eine Einrichtung zuzuordnen, die eine ejektorartige Wirkung auf die abzusaugende Luft ausübt.
Es sind ferner selbstansaugendeKreiselpumpen bekannt, welche in der die Schaufeln tragenden Laufradscheibe etwa parallel zur Achse verlaufende Bohrungen aufweisen, die sich während des Ansaugvot- ganges mit Luft füllen, wobei die Luft absatzweise durch Druckwasser aus einer Düse, die mit den Öffnungen in Deckung gelangt, aus den Bohrungen in den Druckstutzen oder an eine andere Stelle gedrückt wird. Es ist zur Verbesserung derartiger Pumpen vorgeschlagen worden, statt der Verwendung des Düsenstrahles in regelmässiger Aufeinanderfolge die luftgefüllten Bohrungen in der Laufradscheibe durch Flüssigkeit abzuriegeln und die so in den Bohrungen gebildeten Wasserpfropfen bzw. -kolben durch geeignete, gesonderte Mittel, z.
B. ein Hilfsrad, das auch mit dem Laufrad vereinigt sein kann, zusammen mit der eingeschlossenen Luft abzusaugen. Die Abriegelung der Bohrungen erfolgt durch einen Teil des sich im Spiralgehäuse bildenden Flüssigkeiisringes. der durch eine in das Spiralgehäuse hineinragende Einbuchtung oder durch Nocken an einer geeigneten Stelle des Umfanges des Spiralgehäuses in den Bereich der Bohrungen gezwungen wird.
Alle diese bekannten Einrichtungen haben denNachteil, dass durch die Anordnung von Hilfsschaufeln, Hilfsrädern und Einbuchtungen der Wirkungsgrad der Pumpe bei normalem Förderbetrieb im Verhältnis zu nicht selbstsaugenden Pumpen schlecht ist, weil durch die vorgeschlagenen Ausbildungen der Pumpen während des normalen Förderbetriebes grosse Reibungsverluste in der Flüssigkeit auftreten. Vor allem sind
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diese bekannten Pumpen für die Förderung von Papierstoff mit hoher Dichte ungeeignet, weil die Ein- buchtungen des Spiralgehäuses, Nocken usw. zu einer sofortigen Verstopfung der Pumpe führen würden.
Ausserdem sind derartige Laufräder teuer.
Bei einer weiteren bekannten Bauart wird Flüssigkeit aus einer am Saugstutzen der Pumpe. angeord- neten Tasche in die luftgefüllten Schaufelkanäle eingeführt. Diese Flüssigkeit fördert dann die Luft aus den Schaufelkanälen in den Druckraum der Pumpe.
Derartige Pumpen sind nur für geringe Saughöhen verwendbar, weil die Absaugeinrichtungen nicht wirkungsvoll genug arbeiten.
Gemäss der Erfindung wird daher zum Entlüften einer Kreiselpumpe, deren wenigstens auf einer Stirn- seite mindestens teilweise unabgedeckteSchaufelkanäle des Laufrades wenigstens angenähert radial durch- strömt sind und zum Zwecke des selbsttätigen Wiederansaugens bei belüftetem Saugraum durch regelmä- ssig aufeinanderfolgendesEinführen von Flüssigkeitskolben in den radial innerenbereich derschaufelkanä- le vom Saugraum abgeriegelt werden, so dass die dort eingeschlossene Luft durch die Flüssigkeitskolben infolge der auf diese einwirkenden Fliehkräfte aus den Schaufelkanälen in die im Spiralgehäuse befindli- che, das Laufrad ringförmig umgebende Flüssigkeit gedrückt und über den Druckstutzen in die Druckleitung abgeführt wird,
insbesondere zur Förderung von Papierstoff mit Stoffdichten bis zu Wo. ein Verfahren vor- geschlagen, gemäss. welchem die zur Bildung der Flüssigkeitskolben dienende Flüssigkeit unter Überdruck in die Schaufelkanäle eingeführt wird.
Die Kreiselpumpe zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung ist mit einem im wesentli- chen horizontalachsigen Laufrad, dessen Schaufelkanäle wenigstens angenähert radial durchströmt sind, wobei wenigstens einSchaufelkanal auf der einen Stirnseite des Laufrades in dessen radial innerem Bereich wenigstens teilweise offen ausgebildet ist, und mit wenigstens einer im gleichen radialen Bereich in den Spalt zwischen der genannten Stirnseite des Laufrades und dem Spiralgehäuse einmündenden Zuflussleitung versehen und zeichnet sich. dadurch aus, dass dieZuflussleitung an einen mitDruckflüssigkeit gefüllten Behälter angeschlossen ist, so dass der die Zuflussleitung durchfliessende Flüssigkeitsstrom in Form von Flüssigkeitskolben mit Überdruck in die Schaufelkanäle des Laufrades gelangt.
Zweckmässigerweise wird nach einem weiteren Vorschlag die Zuflussleitung an den Druckraum des Spiralgehäuses, vorzugsweise an dessen tiefster Stelle angeschlossen.
Die erfindungsgemässe Pumpe arbeitet auf folgende Weise, wobei zur Vereinfachung auf eine Ausführung mit einer einzigen Zuflussleitung Bezug genommen wird :
Beim Absinken des Saugwasserspiegels wird nur ein Teil der im Saugrohr befindlichen Flüssigkeit vomLaufrad in denDruckstutzen gefördert, der andere Teil strömt durch die Saugrohrmündung wieder aus.
In das Saugrohr und von da in den Saugraum der Pumpe dringt Luft ein, die auch in die Schaufelkanäle des Laufrades gelangt. Dieses lässt keine Flüssigkeit vom Druckraum in den Saugraum zurückströmen, weil bei der Rotation ein Flüssigkeitsring entsteht, der das Laufrad umgibt und gegen den Druckraum der Pumpe abschliesst, wobei nur die Schaufelspitzen in den Flüssigkeitsring eintauchen. Die Schaufelkanäle sind also teilweise mit Luft gefüllt. Um Luft zu pumpen, werden die Schaufelkanäle durch dem Druckraum der Pumpe entnommene Flüssigkeitspfropfen oder-kolben gegen den Saugraum hin abgeschlossen, wobei die erforderliche Flüssigkeitsmenge durch die Zuflussleitung direkt in die Schaufelkanäle eingeführt wird.
Die in den Schaufelkanälen gebildeten Flüssigkeitskolben werden durch die Fliehkraft nach aussen ge- drängt ; dabei verdichten sie die zwischen Kolben und äusserem Flüssigkeitsring eingeschlossene Luft und stossen sie in Form von Luftblasen in den Druckraum der Pumpe aus. Bei der Bewegung nach aussen passen sich die Flüssigkeitskolben den grösser werdenden Schaufelkanalquerschnitten selbsttätig an. Die in den Druckraum ausgestossenenLuftblasen wandern nach oben zum Druckstutzen. Dieses Ausstossen der Luftblasen wiederholt sich jedesmal, wenn ein Schaufelkanal mit der Einmündung einer Zuflussleitung in Verbindung kommt. Durch die Auswärtsbewegung der Flüssigkeitskolben in den Schaufelkanälen wird Luft aus dem Saugraum der Pumpe in die Schaufelkanäle gesaugt und so das Saugrohr nach und nach entlüftet.
Bei der Pumpe gemäss der Erfindung werden also die Flüssigkeitskolben aus dem Druckraum der Pum- pe mittels einer oder mehrerer Zuflussleitungen unmittelbar in die Schaufelkanäle des Laufrades eingeftihrt, von wo sie durch die auf sie einwirkenden Fliehkräfte in das Spiralgehäuse der Pumpe gefördert werden und dabei die in den Schaufelkanälen eingeschlossene Luft aus denselben verdrängen. Es ist bei dieser Pumpe daher ausser wenigstens einer Zuflussleitung keine weitere Einrichtung zur Entlüftung notwendig, so dass der Wirkungsgrad der Pumpe sehr hoch ist.
Es tritt bei Anordnung einer einzigen Zuflussleitung und stirnseitig offenem Laufrad bei normalem Pumpenbetrieb, wie Versuche gezeigt-haben, nur eine Wirkungsgradverminderung von etwa 40/0 gegenüber einer gleichen Pumpe ohne Zuflussleitung, d. h. einer nicht selbstsaugenden Pumpe auf, was als sehr günstiger Wert anzusehen ist. Ausserdem wird durch die erfindungs-
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gemässe Ausbildung der Pumpe eine Verstopfung derselben selbst bei Förderung von Papierstoff mit einer Dichte bis etwa'7% sicher vermieden, weil der Strömungsweg der Stoffsuspension in der Pumpe uneingeschränkt den besonderen Ansprüchen dieses Fördergutes angepasst werden kann. Somit besteht die Möglichkeit, die für Papierstoffe hoher Konzentration besonders ausgebildeten Laufräder zu verwenden.
Die Zuflussleitung kann ausserdem an jede bereits vorhandene Pumpe ohne Schwierigkeiten nachträglich angebracht werden. Es besteht dadurch die Möglichkeit, nicht selbstansaugende Pumpen mit minimalem Aufwand in selbstansaugende umzubauen.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung mündet die Zuflussleitung in den Spalt zwischen Laufrad und Spiralgehäuse an einer Stelle im radial inneren Bereich des Laufrades ein, die in Umlaufrichtung des Laufrades gesehen zwischen der tiefsten Stelle des Spiralgehäuses und dem Sporn liegt. Besonders in diesem Bereich ist, wie der Erfinder erkannt hat, die Gewähr dafür gegeben, dass die Luftblasen auch wirk- lich vollständig die Pumpe über den Druckstutzen verlassen und nicht im Laufrad verbleiben und damit die weitere Entlüftung des Saugraumes behindern.
Es wirken nämlich auf eine im Spiralgehäuse befindliche Luftblase drei verschiedene Kräfte ein, u. zw. die Auftriebskraft lotrecht nach oben, eine weitere Kraft, die zurLaufradmitte hin gerichtet ist und die abhängig ist von der vom Laufrad induzierten Kreisströmung sowie von dem damit verbundenen Druckgefalle in Richtung zur Laufradachse hin, und eine Widerstandskraft, die ebenfalls von der Kreisströmung bewirkt wird und mit tangentialer Richtung an der Luftblase an-
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nannten Bereich angeordnet wird, u. zw. entsprechend der Drehzahl, für die die Pumpe ausgelegt ist, und in Abhängigkeit von Laufradform, Stoffart und Stoffdichte.
Die Verwendung eines Laufrades, das nur auf einer Stirnseite mit einer Deckscheibe versehen ist, wäh- rend die Schaufelkanäle nach der andern Stirnseite zu offen sind, hat für die erfindungsgemässe Pumpe den Vorteil, dass die Flüssigkeit aus der Zuflussleitung direkt in die Schaufelkanäle des Laufrades gelangt.
Derartige Laufräder sind insbesondere für Dickstoffe besonders gut geeignet.
Es kann aber auch ein geschlossenes Laufrad verwendet werden, das beiderseits mit Deckscheiben versehen ist, wenn vorzugsweise in einer der Deckscheiben im radial inneren Bereich mindestens eine mit wenigstens einem Schaufelkanal in Verbindung stehende Öffnung angeordnet ist, die bei Drehung des Laufrades mit der Einmündungsöffnung der Zuflussleitung bzw. den Einmündungsöffnungen der Zuflussleitungen zur Deckung kommt. Da diese Öffnung in der Deckscheibe bei Dickstofflaufrädern relativ gross ausgeführt werden kann, braucht eine Verstopfung nicht befürchtet zu werden. Je mehr Schaufelkanäle bei einer Umdrehung des Laufrades mit einer Zuflussleitung in Verbindung kommen, desto besser ist die Entlüftung der Pumpe, desto grösser ist aber auch die Wirkungsgradverschlechterung.
Es muss deshalb bei Konstruktion einer derartigen Pumpe ein entsprechender Kompromiss getroffen werden, indem entweder die Zahl der nach der einen oder nach beiden Stirnseiten zu offenen Schaufelkanäle und bzw. oder die Zahl der Zuflussleitungen entsprechend gewählt wird.
Die für die Förderung vonDickstoffen ausserdem bekanntenschlauchräder können ebenfalls in die erfindungsgemässe Pumpe eingebaut werden. In diesem Fall bewegt sich der Flüssigkeitskolben in einem zwischen der umgebenden Flüssigkeit und der Schaufel gebildeten Schaufelkanal. Die in diesem keilför- migenSchaufelkanal eingeschlossene Luft wird bei der Rotation des Laufrades durch die Flüssigkeitskolben in gleicher Weise wie bei andern Laufradbauarten verdichtet und in den Druckraum gefördert.
Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, den Sporn des Spiralgehäuses bis nahe an das Laufrad heranreichend auszubilden, vorzugsweise mit einem Abstand von 1-2 mm. Bei den bekannten Dickstoffpumpen wurden zwischen Sporn und Laufrad bedeutend grössere Zwischenräume angeordnet, um ein Verstopfen der Pumpe zu vermeiden. Wie der Erfinder erkannt hat, ist diese Massnahme nicht erforderlich. Sie begünstigt im Gegenteil die Ausbildung einer Kreisströmung im Spiralgehäuse, die zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades bei Pumpbetrieb führt.
Durch die vorgeschlagene Ausbildung des Sporns wird ausser der Wirkungsgradverbesserung bei Pumpbetrieb ferner vor allem die Entlüftung wesentlich verbessert, weil die aus den Schaufelkanälen austretende Luft durch den weit herausstehenden Sporn gehindert wird, zwischen Sporn und Laufrad am Druckstutzen vorbei und wieder ins Spiralgehäuse zurückströmen. Die Pumpe kann dadurch schneller entlüften und ein grösseres Vakuum erzeugen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Kreiselpumpe mit stirnseitig offenem Laufrad, gemäss'der Linie I-I in Fig. 2, Fig. 2 einen Schnitt gemäss der Linie II-II in Fig. 1 ; Fig. 3 zeigt in einem Schnitt gemäss der Linie III-III in Fig. 4 die Anwendung der Erfindung auf eine Kreiselpumpe mit geschlossenem Laufrad und Fig. 4 einen Schnitt gemäss Linie IV-IV in Fig. 3..
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kreiselpumpe weist ein stirnseitig offenes, nur mit einer einzi-
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genDeckscheibe 19 versehenes Laufrad 1 auf, das auf einer Welle 2 befestigt ist. Das Laufrad 1 rotiert in dem Spiralgehäuse 3 in Richtung des Pfeiles 4,-saugt durch den Stutzen 5 und den Saugraum 18 Flüssigkeit an und drückt die Flüssigkeit durch den Druckstutzen 6 wieder hinaus.
Die Saugleitung 7 ist in bekannter Weise so angeordnet, dass sich beim Abstellen der Pumpe das Gehäuse 3 nicht entleert und im Gehäuse 3, Laufrad 1 und Saugstutzen 5 noch so viel Flüssigkeit stehen bleibt, dass die nach dem Aussetzen der Pumpe im Spiralgehäuse 3 zurückbleibende Flüssigkeit ausreicht, um einen Flüssigkeitsring 25 um das rotierende Laufrad 1 herum zu bilden, und die ferner genügt für die im Kreislauf vom Spiralgehäuse 9 über die Zuflussleitung 8 und die Schaufelkanäle 11, 11', 11" strömende Flüssigkeitsmenge.
Zur Entlüftung der Pumpe nach dem Aussetzen ist an der der deckscheibenlosen Stirnseite des Laufrades 1 zugekehrten Seite des Spiralgehäuses 3 die Zuflussleitung 8 angeordnet, die von einer Stelle 9 des Spiralgehäuses 3 ausgeht, an der die Flüssigkeit entlüftet ist und die sich im allgemeinen an der tiefsten Stelle des Spiralgehäuses 3 befindet. Die Zuflussleitung 8 mündet an der Stelle 10 (Einmündungsöffnung) im radial inneren Bereich des Laufrades in den Spalt zwischen Laufrad und Spiralgehäuse. Die Einmündungsöffnung 10 ist in den Fig. 1 und 2 als länglicher Schlitz ausgebildet. Es können aber auch andere Formen, z. B. eine halbmondförmige Form, gewählt werden. Die Form und die Grösse des Schlitzes ist
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und der Drehzahl des Laufrades 1.
Die Ausbildung des Flüssigkeitsringes 25 im Spiralgehäuse 3 und die Bewegung der Flüssigkeitskolben 12', 12" sowie der Luftblasen 13 während des Entlüftungsvorganges sind in Fig. 2 dargestellt.
In den Fig. 3 und 4 ist an Stelle eines stirnseitig offenen, mit einer einzigen Deckscheibe versehenen Laufrades ein geschlossenes Laufrad 16 mit zwei Deckscheiben 20, 21 in demSpiralgehäuse 3 angeordnet. DieDeckscheibe 21 weist im'radial inneren Bereich zwei Öffnungen 15, 15' auf, die mit jeweils mehreren Schaufelkanälen 14, 14' usw. in Verbindung stehen. Bei der Rotation des Laufrades 16 fliesst durch die Öffnungen 15, 15'während des Vorbeigangs an der Einmündungsöffnung 26 der Zuflussleitung 8 ebenfalls jeweilseinegewisseFlüssigkeitsmengeindieSchaufelkanäle14, 14',diedortingleicherWeisewiebeider in den Fig. 1 und 2 dargestellten Pumpe als Flüssigkeitskolben wirkt.
Bei allen Ausführungen ist der Sporn 24 bis auf 1-2 mm an das Laufrad heranreichend ausgebildet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Entlüften einer Kreiselpumpe, deren wenigstens auf einer Stirnseite mindestens teilweise unabgedeckte Schaufelkanäle des Laufrades wenigstens angenähert radial durchströmt sind und zum Zwecke des selbsttätigen Wiederansaugens bei belüftete Saugraum durch regelmässig aufeinander folgendes Einführen von Flüssigkeitskolben in den radial inneren Bereich der Schaufelkanäle vom Saugraum abgeriegelt werden, so dass die dort eingeschlossene Luft durch die Flüssigkeitskolben infolge der auf
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zur Bildung der Flüssigkeitskolben (12', 12") dienende Flüssigkeit unter Überdruck in die Schaufelkanäle eingeführt wird.