Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Vorrichtung zur Umlenkung eines fliessenden, flüssigen oder gasförmigen Mediums auf eine Spiralströmung sowie eine Verwendung der Vorrichtung zur Erhöhung der Saugzahl einer Zentrifugalpumpe.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse mit zwei gegenüberliegenden mit Abstand voneinander angeordneten Wänden, welche durch eine dritte, zu ihnen angenähert rechtwinklige Wand miteinander verbunden sind, die über einen Winkel von angenähert 330" einer Spirale folgt und mit ihren Enden mit den zwei Wänden einen zur Spirale tangentialen Einlaufstutzen bildet, dass in einer der zwei Wände axial im Zentrum der Spirale eine Austrittsöffnung vorgesehen ist, und dass die andere der beiden Wände geschlossen ist oder eine zur Austrittsöffnung axiale Öffnung aufweist, deren Querschnitt kleiner als der der Austritts öffnung ist.
Die erfindungsgemässe Verwendung der Vorrichtung zur Saugzahlerhöhung einer Zentrifugalpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mit der Austrittsöffnung axial an den Saugstutzen der Zentrifugalpumpe eingeflanscht ist und dass die Spirale den gleichen Drehsinn wie das Pumpenrad aufweist.
Anhand der beiliegenden schematischen Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht in der zweiterwähnten Richtung des Weges von zwei Teilchen von zwei miteinander zu vermischenden Medien,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Wirbels, der durch die Umlenkung eines laminar fliessenden Mediums auf eine logarithmische Spirale entsteht,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung im Schnitt längs der Linie III-III nach Fig. 4,
Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispieles,
Fig. 5 eine Seitenansicht von zwei nacheinander geschalteten Vorrichtungen gemäss Fig. 3 und 4, wobei die Spiralen der beiden Vorrichtungen den gleichen Drehsinn aufweisen,
Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI nach Fig. 5,
Fig. 7 eine Seitenansicht von zwei nacheinander geschalteten Vorrichtungen gemäss den Fig.
3 und 4, deren Spiralen einen entgegengesetzten Drehsinn aufweisen,
Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII nach Fig. 7,
Fig. 9 und 10 eine Seiten- und Frontansicht einer Vorrichtung nach den Fig. 3 und 4, die einer Zentrifugalpumpe zur Saugzahlerhöhung vorgeschaltet ist,
Fig. 11 zwei nacheinander geschaltete Vorrichtungen gemäss den Fig. 5 und 6 zur Erzielung einer Selbstansaugung und Saugzahlerhöhung bei einer Zentrifugalpumpe,
Fig. 12 zwei einer Zentrifugalpumpe vorgeschaltete Vorrichtungen nach den Fig. 5 und 6 zur Bildung einer Mischvorrichtung von zwei Medien unterschiedlicher Dichte,
Fig. 13 eine als Mischaggregat in einen Mischtank eingesetzte Vorrichtung.
Anhand der Fig. 1 und 2 wird nachfolgend die Funktion der erfindungsgemässen Vorrichtung beschrieben. Die Kurve 1 zeigt den Weg eines Teilchens eines ersten Mediums, das in Richtung des Pfeiles P1 bis zum Punkt A längs einer ersten Richtung einer laminaren Strömung folgt. Bei A wird das Teilchen auf eine logarithmische Spirale mit dem Neigungswinkel a umgelenkt und in Richtung des Pfeiles P2 weggeführt. Die ersterwähnte Richtung P1 ist zur zweiten Richtung P2 rechtwinklig orientiert. Das Medium bildet dadurch einen Wirbel, der in Fig. 2 perspektivisch dargestellt ist.
Der sich in Richtung des Pfeiles P2 bewegende, rotierende Strahl kann axial dem Saugstutzen einer Zentrifugalpumpe zugeführt werden, deren Schaufelrad gleichsinnig dreht, wodurch deren Saugzahl erhöht wird.
Des weiteren weist der Wirbel gemäss Fig. 2 zwei Wirbelseiten S1 und S2 auf, wobei dessen Saugkraft an den Wirbelseiten mit der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums zubzw. abnimmt. Wird nun eine oder beide der Wirbelseiten S1 bzw. S2 je durch eine Saugleitung mit einem zweiten Medium verbunden, so wird dieses angesaugt und im Wirbel mit dem ersten Medium aufs intensivste vermischt.
Fig. 1 zeigt schematisch die Beimischung eines zweiten, auf der Wirbelseite S2 angesaugten Mediums. Das zweite Medium wird dabei dem ersten Medium auf einer Spirale 2 zugeführt. Die dargestellte Spirale 2 stellt den Weg eines Teilchens dieses zweiten Mediums dar. Die Spirale 2 ist axial zur Richtung P2 angeordnet und schneidet die erste Spirale 1. Das angesaugte Teilchen folgt vorerst in Richtung des Pfeiles P3 einer laminaren Strömung und wird beim Punkt A' zur Bildung eines zweiten Wirbels auf die Spirale 2 umgelenkt. Da die zweite Spirale 2 die erste Spirale 1 schneidet, wird das erwähnte Teilchen zwangsläufig dem ersten Medium beigemischt.
Die Spirale 2 kann ebenfalls als logarithmische Spirale ausgebildet sein. Je grösser deren Neigungswinkel gegenüber dem Neigungswinkel a des ersten Mediums ist, um so intensiver ist die Mischwirkung bzw. um so rascher sind die Medien miteinander vermischt.
Zur Steigerung der Mischwirkung bei Medien mit stark unterschiedlicher Dichte können die Medien einander auf Spiralen, vorzugsweise logarithmischen Spiralen, mit gegenläufigem Drehsinn zugeführt werden.
DieFig. 3 und 4 zeigen eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Die Vorrichtung wird nachstehend Leitapparat genannt. Der Leitapparat weist zwei parallele und mit Abstand voneinander angeordnete Wände 3 und 4 auf, welche zur Bildung eines Gehäuses durch eine Wand 5 miteinander verbunden sind. Die Wand 5 ist von einem Punkt A" zu einem Punkt A"' über einen Winkelbereich von angenähert 330" als logarithmische Spirale ausgebildet. Sie bildet weiter, zusammen mit den Wänden 3 und 4, einen Einlaufstutzen 6 für ein Medium. Der Einlaufstutzen 6 ist mit einem Flansch 7 für den Anschluss einer nichtdargestellten Leitung versehen.
In der Wand 3 ist axial zu der von der Wand 5 gebildeten Spirale eine Austrittsöffnung 8 angeordnet, durch welche das Medium aus dem Gehäuse austritt. Die Querschnittsfläche der Austrittsöffnung 8 muss mindestens gleich gross sein, wie der kleinste Querschnitt im Einlaufstutzen 6, um einen Rückstau des Mediums im Gehäuse zu vermeiden.
Aussenseitig ist die Wand 3 mit einer zur Öffnung 8 konzentrischen Dichtungsfläche 9 versehen, welche dem Anschluss einer Leitung, dem Anschluss eines zweiten Leitapparates oder dem Anschluss an den Saugstutzen einer Zentrifugalpumpe dient. In der Wand 4 kann axial zur Austritts öffnung 8 eine zweite Eintrittsöffnung vorgesehen sein, deren Querschnitt kleiner als jener der Austrittsöffnung 8 sein muss. Diese zweite Eintrittsöffnung ist dann vorzusehen, wenn dem im Leitapparat gebildeten Wirbel von der Wirbelseite S1 her ein zweites Medium zuzuführen ist, oder wenn zwei Leitapparate zu einer Misch- oder selbstansaugenden Gruppe miteinander verbunden werden. Hierzu ist auf der Aussenseite der Wand 4 eine zur zweiten Eintrittsöffnung konzentrische Dichtungsfläche 10 vorgesehen, welche parallel zur Dichtungsfläche des vorgeschalteten Leitapparates zu liegen kommt.
Die Austrittsöffnung 8 des vorgeschalteten Leit apparates geht dabei bündig in die koaxiale zweite Eintritts öffnung des nachgeschalteten Leitapparates über.
Sind ein oder mehrere Leitapparate einer Zentrifugalpumpe vorgeschaltet, so muss die Leistung (Volumen/Zeiteinheit) der Leitapparate zusammen grösser sein als die Lei stung der Zentrifugalpumpe, die sie bei ihrem besten Wir kungsgrad aufweist.
Die Fig. 5 und 6 zeigen zwei miteinander verbundene Leit apparate, welche einer nichtdargestellten Zentrifugalpumpe vorgeschaltet sind. Einem ersten Leitapparat 11 mit einem
Einlaufstutzen 12 zur Zuführung eines ersten Mediums ist ein zweiter Leitapparat 13 nachgeschaltet. Der Leitapparat
12 besitzt eine erste, durch den Einlaufstutzen 12 gebildete
Eintrittsöffnung und eine zu dieser quer orientierte Aus trittsöffnung 14. Der erste Leitapparat 11 ist flüssigkeits dicht am zweiten Leitapparat 13 angeflanscht. Der zweite
Leitapparat 13 besitzt eine durch einen Einlaufstutzen 15 gebildete erste Eintrittsöffnung und eine zweite Eintritts öffnung 16 sowie eine Austrittsöffnung 17. Die Austritts öffnung 14 des ersten Leitapparates und die zweite Ein trittsöffnung 16 des zweiten Leitapparates gehen bündig in einander über.
Die Austrittsöffnungen 14 und 17 sind derart dimensioniert, dass im entsprechenden Leitapparat kein Rück stau des Mediums erfolgt. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die logarithmischen Spiralen 18 bzw. 19 der beiden
Leitapparate 11 und 13 den gleichen Neigungswinkel a und den gleichen Drehsinn auf. Der zweite Leitapparat 13 ist an den Saugstutzen 20 einer nichtdargestellten Zentrifugal pumpe flüssigkeitsdicht angeflanscht. Diese Anordnung der
Leitapparate 11 und 13 wird insbesondere verwendet, um zwei Medien miteinander zu vermischen oder um eine Zentri fugalpumpe selbstansaugend zu gestalten.
Die Fig. 7 und 8 zeigen analog den Fig. 5 und 6 zwei einer nichtdargestellten Zentrifugalpumpe vorgeschaltete
Leitapparate 21 und 22. Die beiden Leitapparate sind flüs sigkeitsdicht und koaxial miteinander verbunden. Der zweite
Leitapparat 22 ist am Ansaugstutzen 23 einer nichtdarge stellten Zentrifugalpumpe flüssigkeitsdicht angeflanscht. Die logarithmischen Spiralen 24 und 25 der beiden Leitapparate besitzen die gleichen Neigungswinkel a, jedoch einen ent gegengesetzen Drehsinn. Diese Anordnung der Leitapparate wird insbesonders zum Mischen von zwei Medien mit stark unterschiedlicher Dichte verwendet.
Die Fig. 9 und 10 zeigen einen, einer Zentrifugalpumpe vorgeschalteten Leitapparat, der mit seiner Austrittsöffnung axial zum Ansaugstutzen der Zentrifugalpumpe angeflanscht ist. Das von der Zentrifugalpumpe 26 zu fördernde Medium strömt durch den Einlaufstutzen 29 des Leitapparates 27 in diesen und wird darin in einen Wirbel umgesetzt, der den gleichen Drehsinn hat, wie das Schaufelrad der Zentrifugal pumpe 26. Diese Verwendung des Leitapparates dient der
Saugzahlerhöhung einer Zentrifugalpumpe.
Die Fig. 11 zeigt schematisch ein Anwendungsbeispiel von zwei miteinander verbundenen Leitapparaten 30 und 32, wie dies im einzelnen mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 beschrieben wurde. Dieses Anwendungsbeispiel dient dazu, eine Zentri fugalpumpe selbstansaugend zu gestalten. Die beiden loga rithmischen Spiralen der Leitapparate 30 und 31 haben den gleichen Drehsinn und diese wiederum haben den gleichen .Drehsinn wie das Schaufelrad einer nachgeschalteten Zentri fugalpumpe 32, an deren Saugstutzen sie axial angeflanscht sind. Die Zentrifugalpumpe 32 ist an einem Lagerbock 33 befestigt und von einem Motor 34 angetrieben. Druckseitig ist an die Pumpe zeine Druckleitung 35 mit einem Schieber
36 und einem Ausgleichsgefäss 37 angeschlossen. Das Aus gleichsgefäss 37 kann auch entfallen.
Der Einlaufstutzen des zweiten Leitapparates 31 ist an eine Saugleitung 38 ange schlossen, welche nahe dem Boden eines Tankes 39 endet.
Zwischen der Zentrifugalpumpe 32 und dem Ausgleichsge fäss 37 führt von der Druckleitung 35 eine Umlaufleitung 40 mit einem Schieber 41 zum Einlaufstutzen des ersten Leit apparates 30. Im Ausgleichsgefäss 37 und im Tank 39 befin det sich ein flüssiges Medium M. Damit die Zentrifugalpumpe 32 das Medium M aus dem Tank 39 ansaugen kann, wird von der Inbetriebsetzung der Zentrifugalpumpe 32 der Schieber 36 geschlossen und der Schieber 41 geöffnet. Die Leitapparate 30, 31, die Pumpe 32, die Ausgleichsleitung 40 sind mit dem Medium M gefüllt. Beim Einschalten der Zentrifugalpumpe 32 entsteht ein Kreislaufstrom von der Zentrifugalpumpe 32 über die Ausgleichsleitung 40 und die Leitapparate 30 und 31 zum Ansaugstutzen der Zentrifugalpumpe 32 zurück. In der Saugleitung 38 entsteht dabei durch den vom Leitapparat 30 gebildeten Wirbel ein Unterdruck.
Infolge dieses Unterdruckes wird das Medium M vom Tank 39 zum zweiten Leitapparat 31 gesaugt und von diesem zur Pumpe 32 geleitet. Steigt hierauf das Niveau des Mediums M im Ausgleichsgefäss 37, wird der Schieber 36 geöffnet und der Schieber 41 geschlossen.
Die Fig. 12 zeigt schematisch ein weiteres Anwendungsbeispiel von zwei miteinander verbundenen Leitapparaten 42 und 43, wie dies im einzelnen mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 beschrieben wurde. Dieses Anwendungsbeispiel dient dazu, zwei flüssige Medien unterschiedlicher Dichte in einem Tank zu mischen. Die logarithmischen Spiralen der Leitapparate 42 und 43 haben den gleichen Drehsinn wie das Schaufelrad einer nachgeschalteten Zentrifugalpumpe 44, an deren Saugstutzen sie axial angeschlossen sind. Die Zentrifugalpumpe 44 mit einem Lagerbock 45 ist von einem Motor 46 angetrieben.
Weiter ist ein Tank 47 vorgesehen, in dem zwei Medien M1 und M2 unterschiedlicher Dichte miteinander zu vermischen sind. Eine Druckleitung 48 ist mit dem Druckstutzen der Zentrifugalpumpe 44 verbunden und führt von diesem in den Tank 47 und mündet ungefähr in der Mitte des schweren Mediums M2. Vom Einlaufstutzen des zweiten Leitapparates 43 führt weiter eine Saugleitung in den Tank 47 und endet angenähert in der Mitte des leichten Mediums M1. Von der tiefsten Stelle des Tanks 47 führt eine Zulaufleitung 50 zum Einlaufstutzen des ersten Leitapparates 42. Wird die Pumpe 44 eingeschaltet, so saugt sie das Medium M2 durch die Leitapparate 42 und 43.
Der im ersten Leitapparat 42 erzeugte Wirbel saugt im zweiten Leitapparat 43 durch die Saugleitung 49 das zweite Medium M1 aus dem Tank 47, welches im zweiten Leitapparat ebenfalls auf eine mit dem ersten Wirbel gleichsinnig drehende logarithmische Spirale umgelenkt und mit dem zweiten Medium M2 vermischt und der Pumpe 44 zugeführt wird. Von der Pumpe 44 gelangen die vermischten Medien durch die Druckleitung 48 in den Tank 47 zurück. Nach einer einmaligen Umwälzung des Tankinhaltes wird bereits eine weitgehende Mischung der Medien erzielt, die durch weitere Umwälzungen noch weiter gesteigert werden kann.
Die Fig. 13 zeigt eine weitere Anwendungsmöglichkeit, eines Leitapparates zum Mischen von Medien unterschiedlicher Dichte. In einem Tank 51 sind zwei flüssige Medien M3 und M4 eingefüllt. Im Bereich der Trennlinie 52 zwischen den Medien M3 und M4 ist ein Leitapparat 53 angeordnet. Die zweite Eintrittsöffnung 54 des Leitapparates ist gegen das leichtere Medium M3 gerichtet, während die Austrittsöffnung in einen am Leitapparat befestigten Rohrstutzen 55 mündet, der gegen den Boden des Tanks 51 gerichtet ist. Vom tiefsten Punkt des Tanks 51 führt eine Saugleitung 56 zum Saugstutzen einer Zentrifugalpumpe 57. Der Druckstutzen der Zentrifugalpumpe ist durch eine Druckleitung 58 mit dem Einlaufstutzen des Leitapparates 53 verbunden. Wird die Zentrifugalpumpe 57 mit Lagerbock 59 vom Motor 60 in Betrieb gesetzt, so treibt sie das Medium M4 durch den Leitapparat 53.
Der in diesem erzeugte Wirbel tritt durch den Rohrstutzen 55 in den Tank aus und saugt durch die zweite Eintrittsöffnung 54 in Richtung der eingezeichneten Pfeile das Medium M3 in den Leitapparat 53, in welchem es mit dem Medium M4 vermischt wird.
Es können nach einem nichtdargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Leitapparate übereinander an der Druckleitung 58 in gleicher Weise angeschlossen sein.