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Kreiselpumpe für hohe Enddrucke und -temperaturen: Gegenstand vorliegender
Erfindung bildet eine Vorrichtung zur Förderung unzusammendrückbarer .Flüssigkeiten
gegen hohen Druck (beispielsweise Förderung von Speisewasser im Dampfkessel), wobei
zwei voneinander unabhängige und verschiedene, an sich bekannte Methoden der Energieübertragung
in einer gemeinsamen Vorrichtung so zur Wirkung gelangen, daß möglichst große Drucksteigerung
und Temperaturerhöhung der Flüssigkeit erreicht wird. Nach der Erfindung wird die
unzusammeridrückbare Flüssigkeit im einem umlaufenden, beliebig angetriebenen Schaufelsystem
sowohl der Kesselwirkung als auch einer dynamischen Einwirkung gas- oder dampfförmiger
Treibmittelstrahlen ausgesetzt, wobei .letztere in der Flüssigkeit kondensieren.
Beide Wirkungen kommen im gleichen Sinn zur Geltung, indem sie je eine wesentliche
Erhöhung der Flüssigkeitspressung hervorrufen. Da die Kondensation des dampfförmigen
Treibmittels je nach Anordnung der Treibmittelzuführungsstellen zu der im Schaufelsystem
kreisenden .Flüssigkeit bei Flüssigkeitspressungen .erfolgen kann, die wesentlich
über atmosphärischem -Druck liegen, so vermag man nach der Erfindung Flüssigkeit
von beträchtlich höherer Ansaugetemperatur zu fördern, als beispielsweise mit reinen
Dampfstrahlpumpen. Ferner wird man bei hohen Ansaugetempeiaturen die Treibdampfstrahlen
an Stelle höherer Pressung in die kreisende Flüssigkeit einführen und kondensieren
können, so daß leicht Endtemperaturen erreicht werden, bei welchen eine selbsttätige
Ausscheidung von in der Flüssigkeit aufgelösten Fremdkörpern, z. B. Kesselstein
aus Speisewasser, eintritt.
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Von wesentlicher Bedeutung ist die Erkenntnis, daß die Vereinigung
der Kreiselwirkung des Fördermittels und der dynamischen Wirkung von Treibmittelstrahlen
in einem umlaufenden Schaufelsystem nur dann eine praktische und ausführbare Lösung
ermöglicht, wenn einerseits das.spezifische Gewicht des zu fördernden Mittels groß
genüg ist, um praktisch eine Drucksteigerung durch Kreiselwirkung au erzielen, und
wenn anderseits die Treibmittelstrahlen gas- oder dampfförmig sind und höhere Temperatur
als das Fördermittel besitzen, so daß sie darin vollkomrnen kondensieren. Die neue
Vorrichtung kann sich daher grundsätzlich nur auf Förderung unzusammendrückbarer
Flüssigkeiten (z. B. Wasser) unter Verwendung kondensierbarer Treibmittelstrahlen
(z. B. Wasserdampf) erstrecken, wobei Temperatur- und Druckverhältnis zwischen Dampfstrahl
und Flüssigkeit eine vollständige Kondensation der treibenden Dampfstrahlen in der
zu fördernden Flüssigkeit ermöglichen muß. Die umgekehrte Absicht, etwa ein dampf-
oder gasförmiges Fördermittel durch Vereinigung von Kreiselwirkung dieses Mittels
und dynamischer Wirkung von Treibmittelstrahlen fördern zu wollen, wäre ein Unding
und hat mit der Erfindung nichts gemein.
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Die Einwirkung, des gas- öder dampfförmigen Treibmittels auf die umlaufende
Flüssigkeit erfolgt zweckgemäß durch Verwendung einer Anzahl nach Maßgabe des gewählten
Schaufelsystems um die Drehachse verteilter
Dampfstrahlen. Von Bedeutung
ist hierbei die Anordnung der jeweiligen Strahlrichtungen im Vergleich zur Bewegungsrichtung
der Förderflüssigkeit im Schaufelsystem. Entweder wird man den treibenden Dampfstrahlen
die Richtung der jeweiligen, einen Wirbel um die Drehachse darstellenden absoluten
Strombahnen geben oder man führt die Treibstrahlen in, Richtung der relativen, von
der Schaufelanordnung abhängigen Strombahnen in die Flüssigkeit ein.
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Im ersteren Fall bewirken die Treibstrahlen in der Hauptsache eine
Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit des Drehwirbels und damit eine entsprechende
Drucksteigerung, während im zweiten Fall.die Treibstrahlen hauptsächlich auf eine
Beschleunigung der Relativbewegung in den Schaufelräumen hinwirken, derart, daß
die Relativgeschwindigkeit der Flüssigkeit bei entsprechender Ausbildung der Schaufelräume
innerhalb derselben in Druck umgesetzt wird.
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In den Fig. z biss 3 ist eine neue Flüssigkeitsfördereinrichtung schematisch
dargestellt. Die unzusammendrückbare Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, tritt bei
a. in die Vorrichtung ein. Das umlaufende Schaufelsystem b, welches in beliebiger
Weise angetrieben werden kann, ruft in der kreisenden Flüssigkeit eine durch die
Kreiselwirkung bedingte Pressung hervor. Das Schaufelsystem ist zweckmäßig ohne
seitliche Radböden . ausgeführt und läuft mit geringem Spielraum zwischen den feststehenden
seitlichen Begrenzungswänden c und d. Das dampfförmige Treibmittel gelangt nun durch
die in der Wand c vorgesehenen, in der Richtung der absoluten Strombahnen geneigten
Kanäle e in das kreisende Wasser und erhöht durch die Strahlwirkung die 'infolge
der Kreiselwirkung des umlaufenden Schaufelsystems erzielte Pressung, wobei die
Dampfstrahlen in der Flüssigkeit kondensieren.
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Durch die Vereinigung von Strahlwirkung und Kreiselwirkung können
die treibenden Dampfstrahlen bei zunehmendem Mischungsdruck in die Förderflüssigkeit
eingeführt werden. Beispielsweise münden die äußeren Kanäle e', je nach der durch
die Drehzahl bedingten Kreiselwirkung in Zonen wesentlich höheren Druckes als die
inneren Kanäle e. Folglich kann die Flüssigkeit' mit fortschreitender Pressung in
zunehmendem Maße Dampf kondensieren und entsprechend höher erhitzt werden, als die
Flüssigkeit, die durch gewöhnliche Dampfmischapparate gefördert wird.
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Die Treibmittelkanäle e können anstatt feststehend auch drehend angeordnet
sein, wie die Fig. 4 .bis 6 zeigen, bei welchen die Wand c mit den Dampfkanälen
e in der Strahlrichtung mit den Schaufeln umlaufend gedacht ist. Wie aus dem Geschwindigkeitsplan
in Fig. q. ersichtlich, ergibt sich bei einer Neigung a der Dampfkanäle und einer
Austrittsgeschwind@gkeit v der Dampfstrahlen eine kleinere Neigung ß, sowie eine
größere absolute - Strahlgeschwindigkeit v' des in die Flüssigkeitsbahnen dringenden
Treibdampfes. Hierdurch wird eine wesentlich bessere Strahleinwirkung auf die kreisende
Flüssigkeit und eine innigere Mischung der Dampfstrahlen mit den Flüssigkeitsteilchen
erzielt, so daß auch der Kondensationsvorgang verbessert wird. Es ist hierbei gleichgültig,
ob das die zusätzliche Kreiselwirkung hervorrufende Schaufelsystem b sich über das
Gebiet der Strahlwirkungen erstreckt, wie dies beispielsweise in Fig. 5 und 6 durch
die punktierten Schaufeln b'- angedeutet ist, oder ob die Schaufelenden' außerhalb
der eigentlichen 'Treibstrahlenzone liegen,, wie dies bei den kurzen Schaufeln b
in Fig. 6 der Fall ist. Die Strahlwirkung wird in beiden Fällen die Kreiselwirkung
energisch unterstützen.
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Am äußeren Umfang des umlaufenden Schaufelsystems kann die absolute
Austrittsgeschwindigkeit des Fördermittels wie bei Kreiselpumpen in bekannter Weise
durch geeignete Leitkanäle f in Druck umgesetzt werden.
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Die umlaufenden Dampfstrahlen können auch statt in der Richtung der
absoluten Strombahnen in Richtung der - relativen Wasserbewegung auf die Flüssigkeit
in den Schaufelkanälen einwirken, wie dies die Fig.7 und 8 zeigen. Das radiale Schaufelprofil
des -umlaufenden Schaufelsystems erhält bei g eine solche Krümmung, daß die treibenden
Dampfstrahlen aus den in der Nabe des Schaufelsystems vorgesehenen Kanälen e in
Richtung des äußeren Teils der Schaufelkanäle h, also in Richtung der entsprechenden:
Relativgeschwindigkeit, in die Flüssigkeit eindringen und diese in der wirkungsvollsten
Weise beschleunigen. Hierbei ist es zweckmäßig, den nach dem äußeren Umfang zu liegenden
Teil i der Kanäle 1a zu
erweitern, um die erhöhte Geschwindigkeit des
Fördermittels noch innerhalb des Schaufelsystems in Druck umsetzen zu können. Auch
hier liegen die Mündungsstellen der Treibkanäle e in einer Zone höheren, durch die
Kreiselwirkung des umlaufenden Schaufelsystems bedingten Druckes, so daß die Flüssigkeit
mit hoher Ansaugetemperatur dem Schaufelsystem zugeführt werden kann, und trotzdem
noch fähig ist, die Dampfwärme unter vollkommener Kondensation des Dampfes aufzunehmen.
Damit ist die Möglichkeit
hoher Erhitzung der Flüssigkeit ohne
weiteres gegeben.
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Ferner kann die neue Vofrichtung noch dadurch verbessert werden, daß
die Kanäle des umlaufenden Schaufelsystems in ihrem ganzen Verlauf nach Art der
bekannten Dampfstrahllumpen für hohe Förderdrücke (Injektoren) ausgebildet werden.
In Fig. 9 ist eine solche Dampfstrahlpumpe mit Dampfdüse k, Wasserzuführungsdüse
1, Mischdüse m, engster Stelle z-a und Druckdüse o schematisch wiedergegeben.
Denkt man sich dieses System um die Drehachse x rasch umlaufend, so wird zu der
Strahlwirkung noch die Kreiselwirkung der umlaufenden Flüssigkeit kommen, und beide
Wirkungen werden die- Überwindung eines hohen Förderdruckes ermöglichen. Außerdem
wird wieder die durch Kreiselwirkung bedingte Druckerhöhung in der Wasserzuführungsdüse
1 von besonderer Bedeutung sein, da hierdurch Aufnahme von bereits hoch vorgewärmter
Flüssigkeit ermöglicht und hohe Endtemperaturen derselben erreicht werden können.
Die Kreiselwirkung in der Zuführungsdüse 1 übt den gleichen Einfluß aus, wie das
bei einer Doppelstrahlpumpe übliche Vordüsensystem, welches das Wasser ansaugt und
dem Hauptsystem unter erhöhtem Druck zuführt, zu dein Zweck, hohe Ansaugetemperatur
zu erreichen. Da aber bei dem neuen Verfahren dieser Druck durch beliebig zu steigernde
Kreiselwirkung und nicht durch die begrenzte Dampfstrahlwirkung erzielt wird, besteht
die Möglichkeit, Wässer von noch höherer Temperatur aufzunehmen, als wie dies bei
der Doppelstrahlpumpe der Fall ist.
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Nach erfolgter Mischung des Dampfes mit dem Wasser in dem umlaufenden
Mischraum zn wird das Gemisch gemäß der Strahlwirkung durch die engste Stelle x
der Mischdüse getrieben und 'in dem .darauffolgenden erweiterten Teil o in Druck
umgesetzt. Dieser Druck wird ferner nach Maßgabe der Kreiselwirkung noch wesentlich
erhöht, derart, daß unter Ausnutzung der Fliehkraft und der absoluten Austrittsgeschwindigkeit
des Wassers aus den Düsensystemen ein bedeutender Gegendruck überwunden werden kann.
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Die Fig. io und i i zeigen die Anordnung solcher gleichmäßig um eine
Drehachse x verteilter Injektordüsensysteme, und zwar gibt Fig. io einen mit Rücksicht
auf die Darstellung etwas verkürzten Schnitt nach der Linie z-z in Fig. i i wieder,
während Fig. i i selbst einen in der Drehebene liegenden Schnitt der um die Achse
x in der Pfeilrichtung drehenden Düsensysteme I, II, III, IV usw. zeigt.
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Wie aus Fig. io hervorgeht, ist das einzelne Düsensystem mit-beiderseitigem
Einlauf für Wasser und für Dampf. versehen. Dies ist natürlich nicht unbedingt notwendig.
Die Anordnung kann auch so getroffen werden, wie Fig. 12 zeigt, wobei der Eintritt
für den Dampf bei k auf der einen Seite, derjenige für das Wasser auf der anderen
Seite bei l erfolgt. Ferner ist es durchaus nicht erforderlich, daß der zur Verfügung
stehende Dampf mit seiner vollen Spannung den. Dampfdüsen c zugeführt wird.
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Beispielsweise kann man das dampfförmige Treibmittel zweckmäßig erst
einer Turbine zuführen und einen Teil des Druckgefälles zur Erzeugung der Drehbewegung
des Düsensystem ausnützen, während der Rest des Gefälles in, den Düsensystemen nach
Art der Strahlpumpen arbeitet und im Verein mit der Kreiselwirkung den Gegendruck
überwindet. Naturgemäß besteht bei der neuartigen Vereinigung von Kreisel- und Strahlwirkung
irgendwo ein Höchstwert der beabsichtigten Gesamtwirkung, und es wird Sache der
Erfahrung sein, dieses günstigste Verhältnis festzustellen.