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Schleuderpumpe.
Man ist bestrebt, bei Schleuderpumpen für eine gegebene Förderhöhe eine möglichst hohe Drehzahl, also eine billige Antriebsmasehine zu erhalten. Diese Bedingung ist gleichbedeutend mit der Forderung, für eine gegebene Drehzahl eine möglichst kleine Förderhöhe zu erzielen, wobei unter Förderhöhe jener Wert gemeint ist, bei dem die Pumpe mit dem günstigsten Wirkungsgrade arbeitet. Verschiedene Versuche, dieses Ziel zu erreichen, haben fehlgeschlagen.
Es sind Schleuderpumpen mit einer einzigen Laufradschaufel-bekannt geworden, die im Querschnitt eine spiralförmige Gestalt hat. Es sind auch Schleuderpumpen mit zwei einander nicht über-
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Pumpen wird der Förderflüssigkeit innerhalb des Schaufelrades eine Beschleunigung erteilt.
Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Schleuderpumpe, bei der die beabsichtigte Wirkung, nämlich die Erzielung einer geringen Förderhöhe bei einer hohen Drehzahl, in einfacher Weise und gleichzeitig mit einem sehr hohen Wirkungsgrade erzielt wird, so dass diese Pumpe sowohl in den Herstellungskosten als auch in den Betriebskosten sehr ökonomisch ist. Unter Benützung von ein oder mehreren, jedenfalls aber nur wenigen und einander nicht überdeckenden Laufradschaufeln von im Querschnitt spiralförmiger Gestalt besteht die Erfindung darin, dass jede Laufradsehaufel eine solche spiralförmige Krümmung hat, dass die absoluten Eintritts-, Durchfluss- und Austrittsgeschwindigkeiten des Wassers mit Bezug auf das Laufrad ungefähr einander gleich sind.
In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Pumpe gemäss der Erfindung in zwei aufeinander senkrechten Schnitten veranschaulicht. Die Fig. 3, 4 und 5, 6 stellen zwei Ausführungsformen einer mehrstufigen Pumpe dar.
Zur Verminderung der Wirbelungen an den Schaufelanfängen sind in Fig. l'und 2 möglichst wenig, z. B. zwei Schaufeln A, verwendet. Das Laufrad kann ohneweiters mit nur einer einzigen Schaufel ausgeführt werden. Um aber im Laufrade keinen exzentrischen Schwerpunkt zu bekommen, werden zweckmässig zwei Schaufeln angenommen, die gegenseitig um 1800 zueinander versetzt sind. Ein kennzeichnendes Merkmal des Laufrades gemäss der Erfindung besteht darin, dass innerhalb des Laufrades die relative Eintrittsgeschwindigkeit nicht verlangsamt und demnach im Laufrade selbst keine Förderhöhe erzeugt wird, weil in ihm keine Umsetzung von GeschwindigkeitsMhe in Druckhöhe erfolgen kann.
Das Wasser tritt axial in das Laufrad ein und verändert sofort seine Richtung, indem es sich nach allen Richtungen radial ausbreitet. Unter der Bedingung, dass das in das Laufrad eintretende Wasser am ganzen Umfange des Eintrittsquerschnittes in ungefähr radialer Richtung gleichförmig strömt, ergibt sich als innere Begrenzung der Schaufelform eine Spirale. Die Querschnittsverhältnisse des Laufrades sind nun gemäss der Erfindung so gewählt, dass die absolute Eintrittsgeschwindigkeit c, mit der das Wasser in das Laufrad eintritt, unverändert bleibt bis zum Austritte aus dem Laufrade.
Die Geschwindigkeit cl ist die Resultierende aus der Umfangsgeschwindigkeit us und der relativen Eintrittsgeschwindigkeit , d. i. der Geschwindigkeit relativ zu der Schaufel beim Eintritt des Wassers in das Rad. Wenn sich daher die Geschwindigkeit innerhalb des Laufrades nicht oder nur sehr wenig verändern soll, so ist cl = C2 und
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nur sehr gering. Da aber die Förderhöhe einer Pumpe sich zusammensetzt aus den beiden Förderhöhen- teilen, die einerseits im Laufrade und anderseits im Leitapparate erzeugt werden, so ergibt sich, dass durch den Fortfall einer im Laufrade erzeugten Förderhöhe die Gesamtförderhöhe der Pumpe um diesen Betrag kleiner wird.
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Bei richtiger Ausführung der Form der Spirale lässt sich jederzeit leicht jene Schaufelform finden, bei der die Geschwindigkeitsrichtung w stets parallel zum Schaufelelement verläuft. Man erhält also gemäss der Erfindung eine Pumpe, bei der Wirbelungen im Laufrade nicht vorkommen können. Das trifft auch dann zu, wenn die Pumpe mit dem gleichen Laufrade und gleicher Drehzahl und Förderhöhe für eine kleinere Liefermenge verwendet wird, was durch Verengung des Leitkanalquerschnittes erzielt werden kann ; auch dann werden die relativen Geschwindigkeiten w ohne Veränderung der Form des Laufrades wirbelungsfrei tangential zum Schaufelelement sich einstellen.
Es bleibt also die Schaufelform für verschiedene Liefermengen die gleiche und man könnte höchstens die Laufradbreiten in axialer Richtung gemessen der veränderten Liefermenge anpassen. Für kleinere Liefermengen ist es lediglich erforderlich, den Querschnitt des Leitkanales bzw. Halses B durch eine Zunge C, wie in Fig. 2 strichpunktiert angedeutet ist, zu verengen.
Der hohe Wirkungsgrad dieser Pumpe ergibt sich auch aus den grossen Kanalquerschnitten, die bei Anwendung von wenigen, z. B. nur zwei Laufradschaufeln, entstehen und den dadurch bedingten geringeren Reibungsverlusten an den inneren Wandungen des Laufrades, als auch aus der geringen Anzahl der in das Wasser einstechenden Sehaufelspitzen, weil diese Schaufelspitzen niemals messerscharf gehalten werden können, so dass, ähnlich wie am Kiel eines Schiffes, die durch die Schaufeldicke bedingte Wasserverdrängung Wirbelungen erzeugt, deren Gesamteinfluss wesentlich geringer ist, wenn die Anzahl der Schaufeln gering und die Kanalquerschnitte relativ gross sind.
Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades dieser neuen Pumpe wird dadurch erzielt, dass der Übergang aus einem Laufrade zum Leitapparat nicht wie bisher mit geringem Spiel zwischen Laufrad-und Leitapparat zwangläufig erfolgt, sondern dass das Wasser nach seinem Austritt aus dem Laufrade eine grosse freie, mitrotierende Wassermasse vorfindet, in der die geringen Wirbelungen, die durch die Umlenkung des Wassers aus der axialen in die radiale Richtung entstehen, sich ausgleichen.
Zweckmässig wird eine solche Pumpe mit einem Leitapparat mit Spiraldiffusor ausgestattet, bei dem auf dem ganzen Gehäuseumfang wieder eine Spirale vorgesehen ist, die eine allmähliche Erweiterung während eines Drehungswinkels von 360 derart vorsieht, dass das aus dem Laufrade gleichförmig austretende Wasser ebenso gleichförmig in den Spiralraum und von dort in den einzigen Leitkanal B übertritt. Hiedurch wird auch der schädliche Einfluss der Schaufelspitze der Leitschaufel bedeutend vermindert, da nur eine einzige Leitschaufel vorhanden ist, und gleichzeitig kann sich das austretende Wasser während einer ganzen Umdrehung zwanglos in einen grossen Spiralquerschnitt des Leitkanals umschichten.
Diese Spiraldiffusoren haben sich zwar bei Hochdruckpumpe nicht bewährt, weil bei ihnen infolge der grossen Wassergeschwindigkeit im Leitkanal ein beträchtlicher Reibungsverlust entsteht, bei den Niederdruckpumpen dagegen, bei denen es sich um sehr geringe Förderhöhen, also auch um entsprechend geringe Wassergeschwindigkeiten handelt, kommt dieses Bedenken nicht in Betracht, weil bekanntlich die Reibungswiderstände des Wassers mit dem Quadrate der Geschwindigkeit abnehmen.
Schliesslich muss als weitere Ursache für den bei Pumpen mit zwei bzw. wenigen Schaufeln gemäss der Erfindung erzielten hohen Wirkungsgrad der Fortfall eines grossen Teiles der Radseitenreibung hervorgehoben werden. Diese Radseitenreibung hat ihre Ursache in jener hydraulischen Reibunghöhe, die entsteht, wenn eine Scheibe im Wasser rotiert. Bei den bekannten Schleuderpumpen wird nämlich der eine vorhandene Laufradkanal von zwei Laufradschaufeln und zwei vollen Laufradseiten- scheiben gebildet. Die Laufradseitenreibung ist bekanntlich proportional der fünften Potenz des Rad- durchmessers. Der Erfindung gemäss werden die Seitenwände eines jeden Laufrades nur von je einem solchen Teil einer vollen Seitenscheibe gebildet, der den Laufradkanal gerade abdeckt.
Durch den Fortfall eines grossen Teiles der innerhalb des Kreises A'liegenden Laufradseitenseheiben ist also auch die
Radseitenreibung entsprechend geringer. Bei dem Zweischaufelrad der Zeichnung, bei dem zwei Schaufeln einander gegenüber so angeordnet sind, dass sie sich nicht überdecken, ist für die Radseitenreibung nur die Schaufellänge der beiden Schaufeln wirksam, wogegen der andere Teil des Radumfanges für diese
Radseitenreibung unwirksam gemacht ist. Dadurch sind naturgemäss hydraulische Verluste vermieden und der Gesamtwirkungsgrad der Pumpe gegenüber den normalen Pumpen mit vollen kreisrunden Seiten- scheiben an den Laufrädern erheblich gesteigert.
Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades der Pumpe erhellt aus der Betrachtung, dass die
Geschwindigkeit C2 des aus dem Laufrade austretenden Wassers eine wesentlich geringere ist als die
Umfangsgeschwindigkeit u2 des Laufrades und da alle hydraulischen Verluste proportional dem Quadrate der Wassergeschwindigkeit sind, so ist auch aus diesem Grunde ein höherer Wirkungsgrad der Pumpe j herzuleiten.
Die in den Fig. 3 und 4 im Längs-und Querschnitt dargestellte Ausführungsform der beschriebenen
Schleuderpumpe ist eine mehrstufige Pumpe mit axialer Hintereinanderschaltung der einzelnen Stufen I,
11, 111 bzw. Laufräder A. Bei jeder Stufe ist das Gehäuse D zum zugehörigen Laufrad A zentrisch angeordnet, damit beim Fördern unreiner Flüssigkeiten ein genügend grosses Spiel a für das Durchlassen der Unreinigkeiten zwischen den äusseren Schaufelenden b des Laufrades und dem inneren Umfang des Gehäusemantel vorhanden ist. Das Gehäuse besitzt in seinem Inneren eine zentrische Überleitungs- rinne d zum geschlossenen Leitkanal B.
Die Rinne nimmt, in der Pfeilrichtung der Fig. 4 verfolgt, in
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axialer Richtung an Tiefe allmählich zu, wie aus den Schnitten 1-7 in Fig. 4 und den zugehörigen Darstellungen der einzelnen Rinnenquerschnitte in Fig. 3 ersichtlich ist. Bei dem Querschnitt 6 beginnt der allseits geschlossene Leitkanal B, der sich bis zur Stelle 8, nämlich bis zum Ende der Wand e sowohl in axialer als auch radialer Richtung stetig erweitert und dort in den Verteilungsraum t mündet, von wo die Flüssigkeit in die nächste Stufe eintritt.
Durch diese Ausgestaltung ist es ermöglicht, bei Anordnung einer bei einstufigen Pumpen bekannten Reinigungsöffnung g in jeder Stufe, u. zw. in der Nähe des Beginnes des zur nächsten Stufe führenden, geschlossenen Leitkanales B eine Reinigung dieses Kanales leicht durchzuführen, da sich hier die engste Stelle des Leitkanales befindet, in dessen weiterem Verlaufe Verstopfungen kaum eintreten können. Auch faserige Bestandteile in der Flüssigkeit, die sich über die am Querschnitt 6 ergebende scharfe Kante h beim Kanalbeginn legen könnten, lassen sich durch diese Öffnung leicht entfernen. Schliesslich kann man durch die Öffnung auch in das Innere jedes Laufradkanales, u. zw. bis zu den gegenüberliegenden Anfängen der Laufradschaufeln A gelangen.
Die Öffnung g jeder Stufe wird durch einen Deckel i verschlossen, der in das Gehäuse D zentrisch eingepasst ist und in geeigneter Weise festgestellt wird, beispielsweise dadurch, dass der Deckel mit seitlichen Ansätzen i' in seitliche Ausnehmungen der die Öffnung begrenzenden Wand bajonettverschlussartig eingedreht und mittels einer am äusseren Deckel k sitzenden Schraube l festgestellt wird.
Der Austritt des Wassers aus dem Laufrad A erfolgt in ungefähr radialer Richtung. Es muss daher ein entsprechender Zwischenraum zwischen Schaufelspitze und Gehäusewand für den Übertritt des Wassers in den Leitkanal B vorgesehen sein. Wird das Schaufelrad A grösser gemacht, so dass es die zentrische Überleitungsrinne d und den Leitkanal B zum Zeil oder zur Gänze in der Breite in radialer Richtung überragt, dann ist der radiale Austritt des Wassers zu gering. In diesem Falle wird das Laufrad seitlich offen gestaltet, so dass der Übertritt des Wassers aus dem Laufrad in die Rinne und in den Leitkanal zum Teil bzw. zur Gänze in axialer Richtung erfolgen kann. Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen diese Ausgestaltung in gegenseitigen Schnitten nach < ?- bzw.. E-F.
Das Laufrad A reicht fast bis zum Gehäuse D, und dessen Schaufeln, die die Überleitungsrinne d von der radialen Breite p um das Mass q überragen, sind an einer Seite bei m offen. Durch diese Öffnung m kann nun der seitliche Austritt des Wassers in axialer Richtung in die Überleitungsrinne d und von dort in den anschliessenden Leitkanal B erfolgen. Um diesen Austritt zu erleichtern, ist die äussere und innere Wand n bzw. o des Laufrades gegen die seitliche Öffnung m hin abgeschrägt. Die übrige Ausgestaltung stimmt im wesentlichen mit den Fig. 3 und 4 überein.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schleuderpumpe mit einem oder mehreren, jedenfalls aber wenigen und einander nicht überdeckenden Laufradschaufeln von im Querschnitt spiralförmiger Gestalt, gekennzeichnet durch eine derartige Krümmung jeder Laufradschaufel, dass die absoluten Eintritts-, Durchfluss-und Austrittsgeschwindigkeiten des Wassers mit Bezug auf das Laufrad ungefähr einander gleich sind.