Die Erfindung betrifft eine selbstsaugende Zentrifugalpumpe.
Eine Übersicht über den Stand der Technik auf dem Gebiet der selbstsaugenden Pumpen ist in einem Aufsatz von Baudirektor Dipl. Ing. L. A. Haimerl gegeben, welcher in der Technischen Rundschau Nr. 24 vom 12. Juni 1970 abgedruckt ist.
Bei den bekannten selbstsaugenden Pumpen bewirken die für die Selbstansaugefähigkeit kausalen Massnahmen stets auch eine Störung der Flüssigkeitsströmung, somit eine mehr oder weniger starke Herabsetzung des Pumpenwirkungsgrades im Normalbetrieb.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen.
Ausgehend von einer selbstansaugenden Zentrifugalpumpe, deren Laufrad zwischen einem Saugraum und einem Druckraum in einem Pumpengehäuse angeordnet ist, wird dieses Ziel erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das Pumpengehäuse eine oder mehrere an seinem Umfang verteilte Öffnungen aufweist die eine Strömung in der Richtung vom Druckraum zum Laufrad oder umgekehrt zulässt bzw. zulassen, und das Pumpengehäuse selbst mittels eines zugehörigen Diffusors frei im Druckraum mündet und von der Förderflüssigkeit druckraumseitig an der Aussenwand voll oder partiell benetzt wird.
Bevor auf Einzelheiten von Ausführungsbeispielen eingetreten wird, sei nachfolgend das strömungstechnische Prinzip des Erfindungsgegenstandes erläutert. Dieses Prinzip beruht auf einem Energieaustausch, der zwischen dem Druckraum und der im Laufrad und Pumpengehäuse zirkulierenden Strömung des Flüssigkeit-Luft-Gemisches während des Ansaugvorganges erfolgt.
Grundlegend für die Bauart der Pumpe ist die oben angeführte erfindungsgemässe Ausbildung. Bei der erstmaligen Inbetriebnahme ist eine Vorfüllung der Pumpe erforderlich, dagegen kann auf eine saugseitige Rückschlagklappe oder auf ein Fussventil verzichtet werden, da nach dem Ausschalten der Saugraum mit Flüssigkeit ausgefüllt und dadurch das Rad überflutet bleibt. Ein Anlaufen der Pumpe ist sowohl bei offener wie bei einer druckseitig durch ein Absperrorgan abgeschlossenen Druckleitung möglich.
Die Zeit bis zur vollen Flüssigkeitsförderung setzt sich aus der Entleerungszeit tE, der Evakuierzeit tEv und aus der Spülzeit tsP zusammen. Während der Entleerungszeit tE wird das Flüssigkeitsvolumen aus dem Saugraum in die Druckseite gefördert, und dies bewirkt eine rasche Absenkung des saugseitigen Absolutdruckes. Das Flüssigkeitsniveau im Saugraum sinkt kontinuierlich bis zum tiefsten Punkt des Laufradeintrittes hinunter und gibt dadurch den Weg zum Laufrad für die zu evakuierende Luft frei. Während der gleichen Zeit baut sich im Druckraum entsprechend dem geförderten Flüssigkeitsvolumen, das sich teilweise auch in dem vertikalen Druckrohr befinden kann, ein Überdruck auf.
Die Grösse der Druckdifferenz zwischen dem Saug- und Druckraum ist massgebend für die Evakuierzeit tev, die dann beginnt, wenn der saugseitige Flüssigkeitsspiegel seinen tiefsten Punkt erreicht hat.
Während der Evakuierzeit tEv wird eine intensive Flüssigkeit-Luft Gemischbildung und ein Ausscheiden der Luft dadurch bezweckt, dass durch die in der Gehäusewand angeordnete(n) Öffnungen eine der Druckdifferenz, die zwischen der laufradseitigen Innenwand des Pumpengehäuses und dem Druckraum herrscht, entsprechende, vom Druckraum radial zum Laufrad gerichtete, luftarme Sekundärströmungen der im Pumpengehäuse vorhandenen und vom Laufrad in Rotation versetzten Strömung überlagert wird. Diese Energiezufuhr durch die Öffnungen in der Pumpengehäusewand bewirkt eine örtliche Erhöhung der Geschwindigkeit der kreisenden Strömung im Pumpengehäuse und dadurch eine gleichzeitige Drucksenkung.
Ausserdem wird der kreisende Strom örtlich radial gesehen von der Sekundärströmung in die von den Laufschaufeln gebildeten Laufradkanälen zurückgedrängt, was in der Radialrichtung gesehen zu einer überlagerten Beschleunigung, bzw. zu einem radialen Pulsieren der rotierenden Strömung und zusammen mit der Drucksenkung zu einem schnellen Evakuieren führt.
Die Spülzeit tsP beginnt mit dem Eintreten der Förderflüssigkeit in den Saugraum und dauert so lange, bis die dort gebildete Flüssigkeit-Luft Mischung aus diesem Raum herausgespült wird. Während dieser Zeit wird das rotierende Laufrad von der Saugseite her kontinuierlich überflutet. Die Dauer der oben beschriebenen einzelnen Phasen des Saugvorganges, die sich etwas überschneiden, ist von der Anordnung der Pumpe und von dem jeweiligen saug- und druckseitig herrschenden Absolutdruck abhängig.
Die Anordnung der Öffnung(en) in der Gehäusewand, die Art ihrer Ausbildung, die Grösse und Form des effektiven Querschnittes am Laufradaustritt im Verhältnis zur Grösse und Form des Pumpengehäusequerschnittes, die Oberflächenbeschaffenheit, der jeweilige Barometerstand, die Länge, Beschaffenheit, Disposition und der Querschnitt der Leitungen beeinflussen den Ansaugvorgang.
Die Luftausscheidung beginnt an der Zunge des Pumpengehäuses, wird im anschliessenden Diffusorteil fortgesetzt und endet dadurch, dass die ausgeschiedenen Luftblasen frei infolge Auftrieb auf die druckseitige freie Oberfläche der Förderflüssigkeit hinaufsteigen.
Nach erfolgtem Ansaugen, je nach Betriebspunkt der Pumpe, können durch die Öffnung(en) in der Pumpengehäusewand, die während des Ansaugens zur Energiezufuhr dienen, Strömungen entstehen, deren Richtung und Grösse von der jeweiligen Druckdifferenz abhängt, die zwischen der laufradseitigen Innenwand des Pumpengehäuses und dem Druckraum herrscht. (Die Richtung der eventuellen Strömung zeigt immer in die des kleineren Druckes). Nach erfolgtem Ansaugvorgang arbeitet die Pumpe bei normaler Förderung wie eine herkömmliche Zentrifugalpumpe.
Die Erfindung schafft somit eine selbstansaugende Zentrifugalpumpe, deren strömungstechnische Eigenschaften und konstruktiver Aufbau denjenigen einer herkömmlichen, nicht selbstansaugenden Zentrifugalpumpe so gut wie möglich angenähert sind, und wodurch erreicht ist, dass bei normaler Förderung einer solchen gegenüber nur minimale zusätzliche Verluste auftreten.
Es ist zu erkennen, dass die erfindungsgemässe selbstansaugende Zentrifugalpumpe vorzugsweise ohne zusätzliche Bestandteile auskommt, die bei vorbekannten Pumpen dieser Art normalerweise nur während des Ansaugens nützlich sind, bei normaler Förderung jedoch nur zusätzliche Verluste bedeuten, dass sie ferner in allen Einzelheiten der jeweiligen spezifischen Drehzahl entsprechend optimal ausgelegt werden kann, und dass die in der Pumpengehäusewand angeordnete(n) Öffnung(en) je nach Art ihrer Ausbildung und je nach dem Betriebspunkt der Pumpe im Normalbetrieb entweder eine vollständige Beseitigung, zumindest aber eine ganz erhebliche Minderung der Verluste ermöglicht bzw. ermöglichen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen selbstansaugenden Zentrifugalpumpe dargestellt, wobei Fig. 1 die wesentlichen Teile im Schnitt und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-B in der Fig. 1 zeigt.
Mit 1 ist der den saugseitigen Anschluss 2 enthaltende Saugraum der Pumpe bezeichnet, mit 3 das Laufrad, das im Pumpengehäuse 4 angeordnet ist. Das spiralenförmig ausgebildete Pumpengehäuse 4 enthält die kreisförmigen Öffnungen 5, 6 und 7, die das Entstehen einer Sekundärströmung zwischen dem laufradseitigen Innenraum des Gehäuses und dem Druckraum 8 in beiden Richtungen ermöglichen. Das Pumpengehäuse 4 mündet mit seinem Diffusorteil 9 frei im Druckraum 8, der an der Anschlusstelle 10 mit der vorzugsweise zuerst senkrecht verlaufenden Druckleitung 11 verbunden ist. Während des Ansaugvorganges befindet sich das von dem Saugraum 1 durch das Laufrad 3 in die Druckseite hinübergeförderte Volumen teilweise im Pumpengehäuse 4, im Druckraum 8 und möglicherweise auch in der Druckleitung 11.
Im Normalbetrieb wird die Förderflüssigkeit mit den kleinstmöglichen Verlusten vom Diffusorstück 9 direkt in die Druckleitung 11 geführt. Die Übergangsstellen zwischen dem Diffusoraustritt und der Rohrleitung sind zweckmässig abgerundet. Die in der Pumpengehäusewand vorhandenen Öffnungen 5, 6 und 7 sind neben Erfüllung ihrer oben beschriebenen Aufgabe in den gezeigten Lagen nach den folgenden Überlegungen angebracht: Öffnung 5 soll ermöglichen, dass im Stillstand der Pumpe jegliche Luft aus dem Laufrad und dem Gehäuse entweichen kann, Öffnung 7 soll ein vollständiges Entleeren des Pumpengehäuses ermöglichen, und Öffnung 6 soll so angeordnet sein, dass sie am besten gegen sich absetzende Gegenstände bei Förderung verschmutzter Flüssigkeiten geschützt wird.
Die Öffnungen 5, 6, 7 könnten schlitzförmig anstatt rund sein. Mit einer gewissen Einbusse hinsichtlich Selbstansaugefähigkeit könnten solche Öffnungen aus Unterbrechungen der Dichtung 12 bestehen, die im gezeigten Beispiel das Innere des Pumpengehäuses 4 vom Druckraum 8 trennt; es könnte sogar diese Dichtung ganz weggelassen sein, so dass ein einziger, ringsherum laufender Schlitz bestünde als Ersatz für die (Sff- nungen 5, 6 und 7.