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Schnelläufige Propellerpumpe
Beim Betrieb von Flüssigkeitspumpen sind neben der sekundlichen Fördermenge der vorgeschriebene Druck und die Verdampfungstemperatur der Flüssigkeit, die beide voneinander abhängig sind, zu beachten, weil wegen der Betriebssicherheit Verdampfung vermieden werden muss. Die Abhängigkeit des Drukkes von der Verdampfungstemperatur ist bekanntlich bei jeder pumpbaren Flüssigkeit vorhanden, d. h. es gehört zu jeder Temperatur ein bestimmter Verdampfungsdruck und umgekehrt. Beim Überschreiten der Verdampfungstemperatur und Unterschreiten des dazugehörigen Verdampfungsdruckes setzt sofort die Verdampfung ein und damit infolge Dampfbildung in der Flüssigkeit eine Unsicherheit der Förderung.
Zur Erhaltung eines einwandfreien Betriebes muss deshalb der Druck im Zufluss entsprechend der zugehörigen Temperatur gesichert sein. Liegt dieser Druck unter Beachtung der im Zufluss entstehenden Widerstandsverluste und der Geschwindigkeitshöhe unter dem atmosphärischen Druck, so bestehen strömungstechnisch keine Bedenken, weil die für diesen Druck bestehende Temperaturgrenze nicht überschritten ist. Bei höherer Temperatur und dementsprechend höherem Druck bedarf es eines zusätzlichen Pumpwerkes, das den Flüssigkeitsdruck zunächst so weit erhöht, dass die Temperaturerhöhung durch Zufuhr von Wärme mittels Dampf oder Heisswasser ohne Verdampfungsgefahr erfolgen kann. Dieses zusätzliche Pumpwerk erfordert dann einen besonderen Antrieb.
Ein besonderes Pumpwerk ist auch notwendig, wenn chemische Mittel oder Farbflüssigkeiten in verhältnismässig geringen Mengen einer Hauptflüssigkeit hinzugefügt werden sollen und wenn wegen der besseren Wirksamkeit des Verfahrens erhöhte Temperatur und damit erhöhter Druck erforderlich sind.
In solchen Fällen handelt es sich bei den Hauptpumpen um Umwälzpumpen, die den Kesselinhalt oder Bottichinhalt dauernd umpumpen, damit die Hauptflüssigkeit in ausreichenderweise mit der Zusatzflüssigkeit innig gemischt wird. Diese letztere Flüssigkeit muss in den Kreislauf der Hauptflüssigkeit an der Stelle eingeführt werden, an der der niedrigste Druck herrscht. Die Wärmezufuhr kann irgendwo im Kreislauf durch Dampf oder Heisswasser erfolgen.
Die Hilfspumpe wird in Fällen, in denen es sich um die Versorgung mit geringen Mengen chemischer Art oder mit Farblösungen handelt, wo also die Hauptpumpe im wesentlichen zur Umwälzung des Kesselinhalts dient, nur verhältnismässig kleine Mengen fördern. Sie hat dann zugleich alle Leck- bzw.
Undichtgkeitsverluste, z. B. an Stopfbüchsen, Ventilen, Abflüssen usw., zu ersetzen. Diese Verluste lassen sich in bekannter Weise geringfügig halten. Gegebenenfalls könnten für diesen Zweck auch statt besonderer Pumpen andere Einrichtungen, wie z. B. Pressluftbehälter, Akkumulatoren u. dgl., ausreichen, die jedoch zusätzliche Regelungen und ausreichende Abmessungen erfordern, um auf alle Fälle betriebssicher zu sein.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine Hauptpumpe mit einer Hilfspumpe zu einem gemeinsam angetriebenen Maschinensatz zu vereinigen. Die Hauptförderung für grosse Fördermengen auf kleine Förderhöhen übernimmt dabei eine schnelläufige Propellerpumpe (grosse spezifische Drehzahl ns), während eine mit dieser zusammengebaute langsamläufige Kreiselpumpe (kleine spezifische Drehzahl ns) für kleine Fördermengen die Dmckerhöhung auf verhältnismässig grosse Förderhöhe übernimmt.
An sich ist der Zusammenbau einer Axial- und einer Radialpumpe bekannt, wobei die Axialpumpe in Form einer archimedischen Schraube innen liegt und eine erste Druckstufe geringer Förderhöhe bildet ; diese Stufe dient in der Hauptsache der Flüssigkeitsförderung aus dem Sumpf.
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Man kennt auch sonst Flüssigkeitsturbinen in konzentrischer Anordnung hinsichtlich der Stufenzahl, die sicn aber nicht für wechselnde Strömungsrichtungen eignen.
Weiter hat man bei Zentrifugalpumpen zur Vermeidung von Verdampfungen schon vorgeschlagen, dem Förderstrom von der Laufradnabe aus Luft zuzuführen. Schliesslich sind bei Zentrifugalpumpen Hilfsbeschaufelungen beiderseits des Laufrades zur Anwendung gelangt.
Bei der Erfindung besteht das Neue in konstruktiver Hinsicht im wesentlichen darin, dass das am Aussenumfang mit den Axialschaufeln versehene Laufrad als Hohlkörper ausgebildet ist, dem durch eine in axialer Verlängerung der Laufradwelle angeschlossene Leitung ein zusätzliches Fördermittel zuführbar ist, und der Innenraum des Hohlkörpers radial sich erstreckende, die Radialschaufeln bildende Wände aufweist, durch die das Zusatzfördermittel gegen die Laufradumfangfläche zu gefördert wird, von wo es entweder durch in dieser vorgesehene, zwischen den Axialschaufeln mündende Bohrungen oder durch längs den Axialschaufeln in radialer Richtung verlaufende, an den äusseren Schaufelkanten mündende Kanäle in den Förderkanal der Propellerpumpe austritt.
Mit Hilfe einer solchen Pumpe kann man einem Flüssigkeitskreislauf in besonders einfacher und sicherer Weise weitere Flüssigkeiten in verhältnismässig geringer Menge hinzufügen und zugleich eine erhebliche Druckerhöhung im Kreislauf erzielen, vor allem dann, wenn unter Temperatur-und Druckver- hältnissen gearbeitet werden muss, welche die Gefahr von Verdampfung mit sich bringen. Dies gilt z. B. bei Flüssigkeitskreisläufen in Anlagen zum Färben von Textilgut, bei denen die Flotte in Behandlungsbe- hältern umgewälzt wird. Dabei ist für die dazu notwendigen Pumpen die Fördrmenge durch den Verbrauch an Umwälzflüssigkeit, die Förderhöhe durch die in den Behältern zu erwajteiden Widerstände bestimmt.
Schliesslich wird in solchen Fällen oft die Möglichkeit zur Umkehr der Strömungsrichtung gefordert.
Zur Erfüllung der letztgenannten Forderung eignen sich insbesondere reine Axialpumpen, wie Schrau- ben- oder Propellerpumpen. Diese können so eingerichtet werden, dass sie in der einen und/oder andern Strömungsrichtung bestimmte vorgeschriebene Leistungen voUbringen. Dabei ist es nicht notwendig, dass sie in beiden Strömungsrichtungen für die gleiche Leistung eingerichtet werden, sondern gegebenenfalls und je nach Bedarf andere Mengen fördern bzw. Förderhöhen in der einen ode, andern Strömungsrichtung überwinden.
Mit den üblichen Bauarten von Propeller- und Schraubenpumpen lassen sichel wen'1 man den an die Wirtschaftlichkeit zu stellenden Anforderungen gerecht werden will, nur Drücke von verhältnismässig geringer Höhe erzeugen.
Um höhere Drücke wirtschafltich bewältigen zu können, verwendet die Erfindung eins weitere Druckstufe in der Weise, dass die beiden Druckstufen des Laufrades hintereinander geschaltet sind, indem zwischen den Stufen im Gehäuse ein Umlenkraum vorgesehen ist, der gegebenenfalls mit in der Winkelstellung einstellbaren Leitschaufeln versehen ist. Auf diese Weise werden ausser grösseren Förderhöhen auch bessere Wirkungsgrade erzielt.
Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch dieselbe erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
Fig. l zeigt eine Ausführungsform im Hauptlängsschnitt parallel zur Achse, mit radial angeordnetem Druckstutzen, Fig. 2 ein 2twas abgewandeltes Aggregat im Hauptlängsschnitt parallel zur Achse, mit ebenfalls radial angeordnetem Druckstutzen, Fig. 3 eine weitere Ausführungsform im Hauptlängsschnitt parallel zur Achse, mit beiden Stutzen in Achsenrichtung konzentrisch zur Mittelachse ; Fig. 4 zeigt den Hauptquerschnitt zu Fig. 1 und 2, Fig. 5 stellt eine weitere vorteilhafte Ausbildungsform im Hauptlängsschnitt dar.
Die Hauptpumpe besteht aus einem Gehäuse mit Räumen 1 und 2 sowie zwischen diesen angeordnetem Laufrad 4 mit Laufradwelle 11 und Schaufeln 9 am Aussenumfang.
Die vorgesehene Hilfspumpe besteht aus einem Zulaufrohr 3 und dem inneren Hohlraum 5 des Laufrades 4, der mit dem Zuführungsrohr 3 durch die Öffnung 7 verbunden ist. Innerhalb des inneren Hohlraumes sind Rippen 6 vorgesehen (s. auch Fig. 4), welche die Rotation des Laufrades 4 auf die Flüssigkeitsmasse übertragen und damit eine Drucksteigerung von dem Einlaufrohr 3 bis zum Aussendurchmesser des Laufrades 4 bewirken.
Der Strom der Hauptpumpe geht von dem Raum 1 nach Raum 2 oder umgekehrt, wobei die Drehrichtung des Laufrades durch die Strömungsrichtung bedingt ist. Die Förderung der Hilfspumpe erfolgt über die Rohrleitung 3, den Hohlraum 5, die Öffnung 7 und an den Rippen 6 vorbei und steht entweder über die Bohrungen 13 mit den Laufradkanälen oder über die mit den Schaufeln 9 verschweissten Rohre 12
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mit den äusseren Zonen der Laufradkanäle in Verbindung. In diesem letzteren Fall, unter Benützung der eingeschweissten Rohre 12, sind die der Strömung aufgezwungenen Drücke erheblich höher als bei der Benützung der direkten Bohrungen 13.
Die Temperatur der von der Hilfspumpe geforderten Flüssigkeit wird möglichst gleichbleibend unterhalb des Verdampfungs-oder Vergasungspunktes gehalten bis diese Flüssigkeit von der Betriebsflüssigkeit aufgenommen wird. Deshalb muss die Druckerhöhungsflüssigkeit gegen Wärmeaufnahme, vor allen Dingen von der Betriebsflüssigkeit her, gesichert werden, gegebenenfalls durch Luftisolation, indem das Rohr 3 ohne Metallberührung mit den der Zu- und Abführung dienenden Gehäuseteilen 1, 2 eingeführt wird (s. Fig. 1 und 3).
Die Anordnung des Pumpenlaufrades nach Fig. 1 mit Zuströmung von aussen nach innen zu hat eine Druckabnahme zur Folge und entsprechend eine Steigerung der Rotationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit.
Die Auswirkung dieser Erscheinung ist deshalb günstig, weil der Kraftbedarf der schnelläufigenPumpenbei geringer Fördermenge nicht so stark zunimmt, wie sonst bei derartigen Pumpen üblich, sondern eher abnimmt, wohingegen der Druck ansteigt.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 ist der Auslassstutzen 10 nach oben geführt, so dass Einlassstutzen 8 und Auslassstutzen 10 in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die Rohrleitung 3 kann daher in axialer Richtung angeschlossen werden und braucht nicht mehr, wie bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1, das Pumpengehäuse durchsetzen.
Eine Schauflung 18 (Fig. 1), die aus radialen Rippen mit geringer Höhe, z. B. etwa 3 mm hoch, besteht, dient dem Zweck, zu verhindern, dass Druckflüssigkeit aus dem Druckraum der Hauptpumpe durch den Dichtungsspalt 17 in den Hohlraum 5 der Hilfspumpe übertritt.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Pumpengehäuses in Verbindung mit der erfindungsgemässen Gestaltung des Pumpenlaufrades ist in Fig. 3 dargestellt. Hier erfolgt der Einlauf aus einem an sich bekannten konzentrischen oder Spiralgehäuseraum, dessen Eintrittsdurchmesser zur Pumpe um etwa 50/0 oder mehr grösser ist als der Aussendurchmesser des Laufrades. Anschliessend wird der Flüssigkeitsstrom in den axialen Eintrittsquerschnitt der Schaufel des Laufrades umgelenkt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemässen Pumpe ist die Axialpumpe zweistufig ausgebildet, wobei die zweite Druckstufe in bekannter Weise radial vor der ersten Druckstufe angeordnet ist und zwischen beiden Stufen im Gehäuse sich ein Umlenkraum befindet, in welchem gegebenenfalls Leitschaufeln vorgesehen sind, deren Winkelstellung einstellbar ist.
In Fig. 5 ist eine solche Pumpe dargestellt. Bei der einen Strömungsrichtung erfolgt der Eintritt der Flüssigkeit in die erste Stufe bei 1, die Schaufel des Laufrades der ersten Stufe ist mit 9 bezeichnet. Die Umlenkung der Flüssigkeit zur zweiten Druckstufe erfolgt im Raum 21, der mit Leitschaufeln versehen ist, die gegebenenfalls in ihrem Winkel einstellbar sein können. Die Schaufel der zweiten Druckstufe ist mit 22 bezeichnet. Nach Durchlauf derselben tritt die Flüssigkeit bei 2 aus. Zum Anschluss dienen der Einlassstutzen 8 und der Auslassstutzen 10. Bei Umkehrung der Förderrichtung wird der Einlassstutzen 8 zum Auslassstutzen und der Auslassstutzen 10 zum Einlassstutzen.
Die Zuführung der zusätzlichen Flüssigkeit erfolgt, wie bei den übrigen Ausführungsformen der Pumpe, durch das Rohr 3 in den Innenraum 5 der Nabe des Laufrades 4 der Propellerpumpe, welcher Raum durch Rippen 6 unterteilt ist. Die Zusatzflüssigkeit tritt von der Mitte her durch die Öffnungen 7 in den Raum 5 ein und strömt von dort durch Rohrungen 13 bzw. durch sich an diese anschliessende Rohre 12 vorzugsweise bis in den Raum der zweiten Druckstufe. Gegebenenfalls kann aber auch schon eine genügende Druckerhöhung in der ersten Stufe an der Bohrung der Nabe bei 13 erreicht werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. SchneLäufige, in zwei Drehrichtungen antreib bare Propellerpumpe, deren Laufrad ausser den Axialschaufeln noch in radialer Richtung fördernde Schaufeln aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das am Aussenumfang mit den Axialschaufeln (9,22) versehene Laufrad (4) als Hohlkörper ausgebildet ist, dem durch eine in axialer Verlängerung der Laufradwelle angeschlossene Leitung ein zusätzliches Förder- mittel zuführbar ist, und der Innenraum (5) des Hohlkörpers radial sich erstreckende, die Radialschaufeln bildende Wände (6) aufweist, durch die das Zusatzfördermittel gegen die Laufradumfangsfläche zu geför- dert wird, von wo es entweder durch in dieser vorgesehene, zwischen den Axialschaufeln mündende Bohrungen (13)
oder durch längs den Axialschaufeln in radialer Richtung verlaufende, an den äusseren Schaufelkanten mündende Kanäle (12) in den Förderkanal der Propellerpumpe austritt.