Mit Flüssigkeit arbeitende, ein- oder mehrstufige Kreiselmasehine. Bei Kreiselmaschinen, insbesondere bei Kreiselpumpen und Wasserturbinen, geht durch die Reibung der in der Arbeitsflüssig keit sich drehenden Aussenwände der Lauf räder ein beträchtlicher Anteil an Energie verloren, welcher im Verhältnis zur Nutz energie um so grösser wird, je kleiner die spe zifische Schnelläufigkeit der zur Verwen dung kommenden Laufräder ist.
Bei einer spezifischen Drehzahl n, = 100 macht bei spielsweise bei einer Kreiselpumpe dieser Verlust etwa 6 % der Nutzenergie aus, wäh- r-end er bei las = 80 schon auf nahezu 10 ansteigt.
Mit Rücksicht auf diese Verluste wird daher eine möglichst hohe spezifische Dreh zahl angestrebt, sei es durch Vergrösserung der Drehzahl, sei es durch Erhöhung der Stufenzahl der Maschine. Eine Erhöhung der Drehzahl bedingt aber, soll Kavitations- gcfahr vermieden werden, eine kleinere Saug höhe bezw. eine grössere Zulaufhöhe, was viel fach zu einer Verteuerung des baulichen Teils führt. Eine Erhöhung der Stufenzahl ist meistens mit Rücksicht auf einfache Kon struktion und Montage nicht wünschenswert.
Bei mit Flüssigkeit arbeitenden Kreisel- maschinen lässt sich die Radseiten-Reibung weitgehend dadurch vermindern, dass die Ar beitsflüssigkeit ganz oder teilweise durch ein komprimiertes Gas, am besten durch Preess- luft, aus den an die Aussenwände der umlau fenden Laufräder angrenzenden Kammern verdrängt wird;
es tritt .dann an Stelle der Flüssigkeitsreibung die wesentlich kleinere Gasreibung. Die Verdrängung der Flüssig keit ist aber insofern schwierig, als das ver- drängen-de Gas nicht in den Kreislauf der Arbeitsflüssigkeit eintreten darf, da sich sonst Ablösungserscheinungen, verbunden mit unzulässigen Druckschwankungen, unruhiger Gang, Wirkungsgradeinbusse u. a. m. erge ben würden.
Um nun bei mit Flüssigkeit arbeitenden, ein- oder mehrstufigen Kreis-elmaschinen, die Radseitenreibung in .der angedeuteten Weise weitgehend vermindern ziz können, ohne dass die zuletzt angeführten Nachteile in Kauf zu nehmen sind, sind gemäss vorliegender Erfin dung Steuerorgane vorgesehen,
die selbst tätig den Druck des komprimierten Gases in den seitlich an das Laufrad angrenzenden Eiammern in Abhängigkeit vom Flüssigkeits druck am Laufradumfang so einstellen, dass praktisch kleine Luft aus jenen Kammern in den Arbeitskreislauf der Arbeitsflüssigkeit gelangen kann.
Zweckmässig können auch in der Nähe des Laufradumfanges Öffnungen zum Abführen des überschüssigen Gases aus den erwähnten Kammern vorgesehen sein, wodurch dessen Eintritt in den Kreislauf der Arbeitsflüssig- keit verhindert wird. Vorteilhafterweise wer den das durch die betreffenden Öffnungen abströmende Gas, sowie allfällig abströmende Sperrflüssigkeit nicht, ins Freie, sondern un ter Gegendruck einem Abscheider zugeführt, um von hier aus durch eine Fördervorrich tung wieder auf den erforderlichen Betriebs druck gebracht zu werden.
Auf ,diese Weise lassen sich das abgeströmte Gas und die ab geströmte Flüssigkeit mit einem Minimum von Energieaufwand wieder auf den Druck brin-,en, den es erfordert, um sie erneut in die Kreiselmaschine einführen zu können.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungs- beispiel des Erfindungsgegenstandes veran schaulicht, und zwar zeigt die Figur einen axialen Längssehnittdurch eine einstufige Kreiselpumpe, wobei in kleinerem Massstake und in Ansicht auch noch ein Abscheider, in den überschüssiges Gas und Sperrflüssig keit unter Überdruck strömen können, sowie verschiedene Fördervorrichtungen gezeigt sind, die jene Medien wieder auf Betriebs druck zu bringen gestatten.
1 bezeichnet den Saugstutzen der Kreisel pumpe, durch den die Arbeitsflüssigkeit an- .gesaugt, wird, und 2 ist das Laufrad. das diese Flüssigkeit in das druckseitige Gehäuse 3 pumpt. Das Laufrad 2 wird auf der Naben- seite durch die mit demselben umlaufende Wand 4, auf der Seite des Saugstutzens 1 durch die sich ebenfalls drehende Wand 5 be grenzt.
An den Aussenseiten der Wände 4 und 5 tritt in den seitlichen Kammern 6 und 7 der obenerNvähnte Energieverlust durch die sogenannte Radseitenreibung auf.
Die Verdrängung- der in der Kammer f; befindlichen Arbeitsflüssigkeit erfolgt durch Pressluft, welche durch eine Leitung 8 zu nächst in einen Raum 9 und von dort durch eine ringförmige öffnunr; 10 in die Kammer 6 gelangt. In die Leitung 8 ist ein Steuer organ 281 eingebaut, auf das über eine nicht. gezeigte Leitung der Stand der rotierenden Flüssigkeit in der Kammer 6 einwirkt.
Diese, Steuerorgan 281 ist so ausgebildet, dass es im- stande ist, in Abhängigkeit von jenem Flüs sigkeitsstand selbsttätig den Druck der Press- luft in der Kammer 6 so einzustellen, dass der Flüssigkeitsring in dieser Kammer, welcher Ring etwa mit der halben Geschwindigkeit des Laufrades 2 mitrotiert, bis nahezu an den Laizfradtimf;ing verdrängt wird.
Sollte der Pressluftdruck in der Kammer 6 aus irgend einem Grunde so stark ansteigen, dass der Flüssigkeitsring bis zum Laufradrand oder sogar über denselben hinaus zurückgedrängt wird, so entweicht dann überschüssige Press luft, vermischt mit Arbeitsflüssigkeit, durch eine als ringförmiger Spalt ausgebildete Ab- blaseöffnung 11 im Pumpengehäuse in eine Kammer 12 dieses Gehäuses, von wo das Ge misch durch eine Tjeitung 13 in eine Rohr verzweigung 30 abfliessen kann,
die ihrerseits an einen Abscheider 25 angeschlossen ist. Sobald Pressluft durch den Spalt 11 abströmt. stellt sich in der Kammer 6 ein Druckabfall ein, was zur Folge hat, dass die Abblase öffnung 11 wieder vom Flüssigkeitsring ab gedeckt wird.
Die Öffnung 11 stellt somit ein weiteres Steuerorgan dar, das selbsttätig den Druck der Pressluft in der Kammer 6 in Ab- liän-igkeit vom Stand der Flüssigkeit in dieser Kammer so einstellt, dass praktisch keine Luft aus derselben in den Kreislauf der- Arbeitsflüssigkeit gelangen kann. Mit.
Hilfe der Steuerorgane 281 und 11 lässt sich somit ein Gleichgewichtszustand zwischen dem Stand des in der Kammer 6 rotierenden Flüssigkeitsringes und dem Druck der in dieser Kammer vorhandenen Pressluft errei chen. Um die Flüssigkeit in ähnlicher Weise aus der saugseitigen Kammer 7 verdrängen zu können, ist an diese eine zum Zuführen von Pressluft dienende Leitung 14 angeschlos sen.
Die durch diese Leitung 14 zuströmende Pressluft gelangt zunächst zur gleichmässigen Verteilung in eine im Pumpengehäuse vor gesehene Kammer 15, welche durch Bohrun gen 16 mit der Kammer 7 in Verbindung steht. Zwischen letzterer und dem Saugraum der Pumpe ist in üblicher Weise ein Drossel ring 17 vorgesehen. Um zu verhindern, dass Pressluft aus der Kammer 7 in den Saug raum gelangen kann, was unter Umständen die Kreiselpumpe zum Abschnappen bringen könnte, wird in den Drosselring 17 durch eine Leitung 18 eine unter entsprechendem Druck stehende Sperrflüssigkeit, vorzugs weise ein Teil der Arbeitsflüssigkeit, zuge führt.
Diese gelangt zum Teil in den Saug raum der Pumpe und zum Teil in eine Kam mer 19, von wo sie durch eine Leitung 20 in die bereits genannte Rohrverzweigung 30 ab fliessen kann. In die Leitung 14 ist ein Steuer organ 28' eingebaut, das dem Wesen nach dem Steuerorgan 28' entspricht und auf das über eine nicht gezeigte Leitung der Stand der rotierenden Flüssigkeit in der Kammer 7 einwirkt.
Dieses Steuerorgan 28' ist so a.us- 1;ebildet, dass es imstande ist, in Abhängig- ]zeit vom Flüssigkeitsstand in der Kammer 7 selbsttätig den Druck der Pressluft in dieser ILammer so einzustellen, dass der darin vor handene Flüssigkeitsring ebenfalls bis nahezu ,in den Umfang des Laufrades 2 verdrängt wird.
Bei diesen Betriebsverhältnissen ent weicht dann ein Teil der in der Kammer 7 c-in,eführten Pressluft durch einen als Vor steuerorgan wirkenden Spalt 21 in die Kam mer 19 und von dieser in die Leitung 20. Der Spalt 21 wirkt auch als Drosselvorrich- tune-;
. Auch auf dieser Seite der Pumpe kann es vorkommen, dass der Pressluftdruck in der Kammer 7 so stark zunimmt, dass der Flüs- sigkeitsring bis zum Umfang des Laufrades oder sogar über denselben hinaus zurück gedrängt wird.
U in dem Rechnung zu tragen, ist auch in Verbindung mit der saugseitigen Kammer 7 in der Nähe des Laufradumfanges eine als ringförmiger Spalt ausgebildete Ab blaseöffnung 22 vorgesehen, durch die mit Arbeitsflüssigkeit vermischte Pressluft in eine Kammer 23 und von dort durch eine Lei tung 24 nach der Rohrverzweigung 30 ab blasen kann, sobald der in der Kammer 7 rotierende Flüssigkeitsring die ()ffnung 22 abgedeckt hat, das heisst sie freigibt.
Es stellt somit der Abblasespalt 22 ein weiteres Steuerorgan dar, das selbsttätig den Druck der Pressluft in der Kammer 7 in Abhängig keit vom Stand der rotierenden Flüssigkeit in dieser Kammer so einstellt, dass praktisch leine Luft aus derselben in den Kreislauf der Arbeitsflüssigkeit gelangen kann.
Die durch die Leitungen 13, 20 und 24 abströmende, allenfalls mit Arbeitsflüssigkeit vermischte Pressluft, welche in die Rohrver zweigung 30 gelangt, wird von hier unter Ge gendruck in den bereits erwähnten Abschei- der 25 geleitet, in dessen oberem Teil sich die Pressluft ausschneiden kann, während sich im untern Teil die mitgerissene Arbeitsflüssig keit ansammelt. Die Pressluft wird dann von einer Luftpumpe 26, zwecks weiterer Ver wendung in der Kreiselpumpe, aus dem Ab- scheider 25 in eine Leitung 31 gefördert, an welche die weiter oben genannten Leitungen 8 und 14 angeschlossen sind.
Die im Abschei- der 25 sich ansammelnde Flüssigkeit wird von einer Hilfspumpe 27 in die Leitung 18 zurückgepumpt. Mit Hilfe von Ventilen 29, die in die Leitungen 13, 18, 20, 24 eingebaut sind, gegebenenfalls aber auch durch Dreh- zahlregulierung der Hilfspumpen 26, 27, lässt sich der Gegendruck in den Kammern 12, 19 und 23 so einstellen"dass bei verhältnismässig lzleinem Leistungsverbrauch der Hilfspumpen 26, 27 ein weitgehend stabiles Arbeiten der Einrichtung gewährleistet ist.
In Verbin dung mit dem Abscheider 25 ist noch ein kleiner Hilfskompressor 32 vorgesehen, durch den der Abscheider 25 für die erste Inbe triebnahme und zum Ersatz der im Laufe der Zeit verloren gehenden Pressluft nach Be darf mit Pressluft aufgeladen werden kann. , An Stelle zweier Pumpen 26, 27 die, in der Strömungsrichtung betrachtet, nach dem Abscheider 25 angeordnet sind, lässt sich un ter Umständen auch mit einer einzigen, vor dem Al,seheider \25 angeordneten Pumpe,
zum Beispiel einer Wasserringpumpe, au s- kommen, die dann imstande sein muss, das (las sind Wasser bez\v. ein Craswassergemiseb in den Abscheider zu drücken, woselbst sich das Gas und Wässer wieder trennen.
Die Erfindung lässt sich sinngemäss auch bei mehrstufigen Pumpen und Wasserturbi nen ,anwenden.
Der Stand der rotierenden Flüssigkeit in den an die Aussenwände des Laufrades oder 'er Laufräder angrenzenden Kammern kann auch auf elektrischem Wege, zum Beispiel mit Hilfe von Kontakten, auf die Steuer organe 28', 28= einwirken.
Statt der ringförmigen Spalte 11, 22 kön nen in der Nähe des Laufradumfanges auch mehrere (Öffnungen vorgesehen werden. Fer ner lassen sich an Stelle dieser als Steuer organe wirkenden Abbla.seöffnungen 11, 22 auch Steuerventile vorsehen, die dann so lange bezw. so weit geöffnet bleiben müssen. his zwischen dem innern, auf einem kleineren Radius liegenden Teil der Kammern C, 7 und ihrem aussen auf einem grösseren Radius lie genden Teil, praktisch keine Drizelcdifferenz mehr besteht.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist nur auf der Saugseite ein Drosselring 17 vorgesehen. Hierdurch ergibt sieh ein von der Saugstutzenseite her auf das Lanfrad 2 wirkender Achsialsehub. Zwecks Ausgleiches <U>dieses</U> Aehsialschuhes lassen sich natürlich
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Hilfseinrielitungen nur eine untergeordnete Rolle spielen.
Single or multi-stage centrifugal machine working with liquids. In centrifugal machines, especially centrifugal pumps and water turbines, a considerable amount of energy is lost due to the friction of the outer walls of the impellers rotating in the working fluid, which in relation to the useful energy becomes greater the lower the specific speed of the Use coming impellers.
At a specific speed n = 100, for example in a centrifugal pump, this loss accounts for around 6% of the useful energy, while at las = 80 it increases to almost 10.
Taking these losses into account, the aim is therefore to achieve the highest possible specific speed, either by increasing the speed or by increasing the number of stages in the machine. However, if the risk of cavitation is to be avoided, an increase in the speed requires a lower suction height, respectively. a greater inlet height, which often leads to an increase in the cost of the structural part. An increase in the number of stages is usually not desirable with regard to simple construction and assembly.
In centrifugal machines that work with liquid, the wheel-side friction can be largely reduced by displacing the working liquid wholly or partly by a compressed gas, ideally by compressed air, from the chambers adjoining the outer walls of the rotating impellers;
it then occurs instead of the liquid friction, the much smaller gas friction. The displacement of the liquid is difficult insofar as the displacing gas must not enter the circuit of the working fluid, otherwise separation phenomena, associated with impermissible pressure fluctuations, unsteady gait, loss of efficiency and the like. a. m. would yield.
In order to be able to largely reduce the side friction of the wheel in the manner indicated in liquid-working, single or multi-stage rotary machines without having to accept the disadvantages mentioned last, control organs are provided according to the present invention,
which themselves actively adjust the pressure of the compressed gas in the egg chambers adjacent to the side of the impeller depending on the liquid pressure on the impeller circumference so that practically small air can get from those chambers into the working circuit of the working fluid.
Appropriately, openings for discharging the excess gas from the mentioned chambers can also be provided in the vicinity of the impeller circumference, whereby its entry into the circuit of the working fluid is prevented. Advantageously, whoever the gas flowing out through the openings in question, as well as any sealing liquid flowing out, are not fed into the open air, but under counter pressure to a separator in order to be brought back to the required operating pressure from here by a conveyor device.
In this way, the gas that has flowed out and the liquid that has flowed out can be brought back to the pressure that is required in order to be able to reintroduce them into the centrifugal machine with a minimum of expenditure of energy.
In the drawing, an exemplary embodiment of the subject of the invention is illustrated, namely the figure shows an axial longitudinal section through a single-stage centrifugal pump, with a smaller scale and in view also a separator into which excess gas and barrier liquid can flow under excess pressure, and various conveying devices are shown that allow those media to be brought back to operating pressure.
1 designates the suction port of the centrifugal pump through which the working fluid is sucked in, and 2 is the impeller. that pumps this liquid into the housing 3 on the pressure side. The impeller 2 is bounded on the hub side by the wall 4 surrounding the same, and on the side of the suction nozzle 1 by the wall 5 which is also rotating.
On the outer sides of the walls 4 and 5, the above-mentioned energy loss occurs in the lateral chambers 6 and 7 due to the so-called wheel lateral friction.
The displacement- the in the chamber f; located working fluid is carried out by compressed air, which through a line 8 to the next into a space 9 and from there through an annular opening; 10 enters the chamber 6. In the line 8, a control organ 281 is installed, on the one not. The line shown the level of the rotating liquid in the chamber 6 acts.
This control element 281 is designed in such a way that it is able to automatically adjust the pressure of the compressed air in the chamber 6 as a function of that liquid level so that the liquid ring in this chamber, which ring is at about half the speed of the Impeller 2 rotates with it until it is almost displaced to the Laizfradtimf; ing.
If, for whatever reason, the compressed air pressure in chamber 6 rises so strongly that the liquid ring is pushed back to the edge of the impeller or even beyond it, then excess compressed air, mixed with working liquid, escapes through a blow-off opening 11 designed as an annular gap in the pump housing in a chamber 12 of this housing, from where the mixture can flow through a Tjeitung 13 in a pipe branch 30,
which in turn is connected to a separator 25. As soon as compressed air flows out through the gap 11. a pressure drop occurs in the chamber 6, with the result that the vent opening 11 is again covered by the liquid ring.
The opening 11 thus represents a further control element which automatically adjusts the pressure of the compressed air in the chamber 6 as a function of the level of the liquid in this chamber so that practically no air can get from it into the working liquid circuit . With.
With the help of the control members 281 and 11, a state of equilibrium between the level of the liquid ring rotating in the chamber 6 and the pressure of the compressed air present in this chamber can thus be achieved. In order to be able to displace the liquid in a similar manner from the suction-side chamber 7, a line 14 serving for supplying compressed air is connected to this chamber.
The compressed air flowing through this line 14 first arrives for uniform distribution in a chamber 15 which is seen in the pump housing and which is in communication with the chamber 7 through holes 16. Between the latter and the suction chamber of the pump, a throttle ring 17 is provided in the usual way. In order to prevent compressed air from getting into the suction space from the chamber 7, which could cause the centrifugal pump to snap off under certain circumstances, a barrier fluid under corresponding pressure, preferably part of the working fluid, is fed into the throttle ring 17 through a line 18. supplied.
This gets partly into the suction chamber of the pump and partly into a Kam mer 19, from where it can flow through a line 20 into the pipe branch 30 already mentioned. In the line 14 a control organ 28 'is installed, which essentially corresponds to the control organ 28' and acts on the level of the rotating liquid in the chamber 7 via a line not shown.
This control element 28 'is designed so that it is able to automatically adjust the pressure of the compressed air in this chamber 7 as a function of the liquid level in the chamber 7 so that the liquid ring present therein is also up to almost , is displaced into the circumference of the impeller 2.
In these operating conditions, part of the compressed air in chamber 7 c-in, efooted through a gap 21 acting as a pre-control element in the chamber 19 and from there into the line 20. The gap 21 also acts as a throttle device. ;
. On this side of the pump, too, it can happen that the compressed air pressure in the chamber 7 increases so much that the liquid ring is pushed back up to the circumference of the impeller or even beyond it.
U in the account is also in connection with the suction-side chamber 7 in the vicinity of the impeller circumference formed as an annular gap from the bubble opening 22 is provided, through the compressed air mixed with working fluid into a chamber 23 and from there through a Lei device 24 after the pipe branch 30 can blow off as soon as the liquid ring rotating in the chamber 7 has covered the () opening 22, that is to say it releases it.
The blow-off gap 22 thus represents a further control element which automatically adjusts the pressure of the compressed air in the chamber 7 depending on the level of the rotating liquid in this chamber so that practically no air can get into the working liquid circuit.
The compressed air flowing out through lines 13, 20 and 24, possibly mixed with working fluid, which reaches the pipe branch 30, is directed from here under counter pressure into the aforementioned separator 25, in the upper part of which the compressed air can cut , while the entrained working fluid accumulates in the lower part. The compressed air is then conveyed by an air pump 26, for the purpose of further use in the centrifugal pump, from the separator 25 into a line 31 to which the lines 8 and 14 mentioned above are connected.
The liquid that collects in the separator 25 is pumped back into the line 18 by an auxiliary pump 27. With the help of valves 29, which are built into the lines 13, 18, 20, 24, but optionally also by regulating the speed of the auxiliary pumps 26, 27, the back pressure in the chambers 12, 19 and 23 can be adjusted so that at Relatively little power consumption of the auxiliary pumps 26, 27 ensures a largely stable operation of the device.
In connection with the separator 25, a small auxiliary compressor 32 is provided through which the separator 25 can be charged with compressed air for the first commissioning and to replace the compressed air lost over time after loading. Instead of two pumps 26, 27 which, viewed in the direction of flow, are arranged after the separator 25, under certain circumstances it is also possible to use a single pump arranged in front of the Al, separate \ 25,
For example a water ring pump, which must then be able to push the water or a crash water mixture into the separator, where the gas and water separate again.
The invention can also be used analogously in multi-stage pumps and water turbines.
The level of the rotating liquid in the chambers adjoining the outer walls of the impeller or 'he impellers can also act electrically, for example with the aid of contacts, on the control organs 28', 28 =.
Instead of the ring-shaped gaps 11, 22 several openings can be provided in the vicinity of the impeller circumference. Furthermore, instead of these vent openings 11, 22 acting as control organs, control valves can also be provided, which then last for so long or so far must remain open until between the inner part of the chambers C, 7 lying on a smaller radius and their outer part lying on a larger radius, there is practically no longer any Drizelcdifference.
In the embodiment shown, a throttle ring 17 is only provided on the suction side. This results in an axial stroke acting on the lane wheel 2 from the suction nozzle side. In order to compensate <U> this </U> Aehsialschuhes can of course
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Auxiliary lines only play a subordinate role.