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Kontinuierlich arbeitende Vakuumpumpe Es sind bereits Verfahren und
Vorrichtungen zum Vakuum-Druckpumpen bekannt, die zum unterbrochenen Umpumpen von
reinen Flüssigkeiten in ein oder mehrere übereinander angeordnete höher liegende
luftdichte Gefäße dienen. Im ersten Falle kann die Flüssigkeit maximal auf die Höhe
ihrer eigenen barometrischen Säule gefördert werden. Im zweiten Falle kann die Flüssigkeit
mit solchen Vorrichtungen auch höher gefördert werden. Bei manchen solchen Vorrichtungen
wird Umgebungsluft in das Saugrohr eingelassen.
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Diesen Vorrichtungen ist die Schwierigkeit gemeinsam, daß sie nur
unterbrochen arbeiten können und mit einer Reihe von Verschlüssen oder Mechanismen
ausgerüstet sind, mit welchen die Innenräume der einzelnen luftdichten Gefäße abwechselnd
entweder an die Luftpumpe unter gleichzeitigem Zutritt der angesaugten Flüssigkeit
oder an Druckluft aus einem Kompressor bzw. auch an Atmosphärendruck beim Austreiben
der angesaugten Flüssigkeit aus dem luftdichten Gefäß in ein Milieu von atmosphärischem
Druck oder in ein weiteres höher liegendes luftdichtes Gefäß angeschlossen werden.
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Da die Strömung des gepumpten Stoffes ständig durch Sperrorgane unterbrochen
wird, können mit solchen Vorrichtungen mit Verunreinigungen beladene Flüssigkeiten
oder Flüssigkeiten mit festen Stoffen nicht gepumpt werden, von den in der Förderleitung
bei einem solchen ständig unterbrochenen Pumpen entstehenden Stößen ganz abgesehen.
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Ferner sind auch einstufige Vakuumpumpen bekannt, die nur mit einem
luftdichten Gefäß und mit dem Zulassen der Umgebungsluft in das Saugrohr arbeiten.
Diese gestatten ein kontinuierliches Pumpen, jedoch nur auf eine unbedeutende Höhe,
die nicht einmal diejenige der eigentlichen barometrischen Säule der gepumpten Flüssigkeit
erreicht, da die in das Saugrohr zugelassene und mit dem geförderten Stoff in das
luftdichte Gefäß eindringende Luft von dem geförderten Stoff nicht einwandfrei abgetrennt
und mit diesem auch in das barometrische Ablaßrohr mitgerissen wird. Somit wird
die barometrische Säule des geförderten Stoffes in diesem Rohre verlängert und zugleich
die effektive Schöpfhöhe verkürzt und der Energieverbrauch für die verlangte Schöpfhöhe
gesteigert. Eine weitere Ursache der Unwirtschaftlichkeit liegt darin, daß selbst
bei der so erzielbaren Schöpfhöhe die bei dem bestehenden Durchflußquerschnitt und
bei der verlangten Menge des geförderten Stoffes erforderliche Luftmenge an einer
einzigen Stelle in das Saugrohr zugeführt wird. Demzufolge nimmt die verhältnismäßig
große Luftmenge einen beträchtlichen Teil eines jeden Durchflußquerschnittes im
Saugrohr zuungunsten des geförderten Stoffes ein. Dies äußert sich besonders ungünstig
bei der Förderung von festen, in einer Flüssigkeit suspendierten Stoffen, da eine
solche mit vielen Luftblasen durchsetzte Flüssigkeit die Mitnehmefähigkeit verliert,
und es können auch die sogenannten negativen Geschwindigkeiten des geförderten Stoffes
durch Absinken bzw. Durchfallen des festen Stoffes bei einer übermäßigen Menge von
Luftblasen im Saugrohr eintreten. Dadurch wird begreiflich die Wirkung der Pumpvorrichtung
in beiden Fällen herabgesetzt und der Energiebedarf für die zu pumpende Menge und
Schöpfhöhe gesteigert. Wegen der angeführten Nachteile konnten nur einige der erwähnten
Fördervorrichtungen in der Industrie als Notbehelf Anwendung finden.
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Ebensowenig konnte in der Industrie das Druckpumpen mittels Montejus
und Mischluftflüssigkeitshebern Verwendung finden, da die Montejus nicht kontinuierlich
arbeiten und die Mischluftflüssigkeitsheber eine begrenzte Schöpfhöhe aufweisen,
weil das Saugrohr bzw. Saugknie eines Mischluftflüssigkeitshebers tief unter den
Spiegel der zu pumpenden Flüssigkeit eingreifen muß.
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Die sämtlichen Schwierigkeiten der oben angeführten Vorrichtungen
beseitigt die Erfindung, deren Gegenstand eine kontinuierlich arbeitende Vakuumpumpe
ist, mit welcher der Pumpstoff im Gemenge mit der in das Saugrohr zugelassenen Umgebungsluft
durch Unterdruck in mehrere übereinander angeordnete, durch Rohre miteinander verbundene,
luftdichte Gefäße angesaugt wird, erfindungsgemäß dadurch,
daß die
Rohre als ungleicharmige, siphonartige Rohre ausgebildet sind, deren jeder kürzere
Arm an der tiefsten Stelle des niedriger liegenden Gefäßes und jeder längere Arm
von unten in das nachfolgende, höher liegende Gefäß münden, wobei die längeren Arme
im unteren Teil mit Vorrichtungen zum Einlassen von Umgebungsluft mit Atmosphärendruck
versehen sind, und daß an der tiefsten Stelle des höchsten Gefäßes ein barometrisches
Ablaßrohr angeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zum kontinuierlichen
Pumpen selbst aus seichten Behältern auf eine beliebige Höhe nicht nur reiner Flüssigkeiten,
sondern ohne Abänderungen auch beliebig verunreinigten, ätzenden oder eingedickten
Flüssigkeiten, ja sogar auch fester, von Flüssigkeiten mitgetragener Stoffe, wie
z. B. Sand, Asche, Koks, Schlacke, Faserstoffe, Schlämme, Schnitzel, Kartoffel,
Rüben u. dgl. Dabei ist es wichtig, daß bei der erfindungsgemäßen Pumpe der Pumpstoff
weder mit Armaturen noch mit der Vakuumpumpe in Berührung kommen kann. Es kann daher
der Pumpstoff die Armaturen und die Pumpe nicht beschädigen, und ebensowenig können
dieselben den festen, in Suspension mit der Flüssigkeit gepumpten Stoff beschädigen.
Dies hat zweierlei Bedeutung, einerseits wegen der beträchtlichen Einsparung an
teuren Buntmetallen und legierten Stählen, die zum Bau der bisherigen Pumpanlagen
und Armaturen für ätzende und feste Stoffe unerläßlich sind, andererseits für die
Beförderung von empfindlichen Früchten oder kristallischen festen Stoffen, die keine
Beschädigung beim Pumpen erleiden dürfen, wie z. B. Rüben, Gurken, Tomaten, Zuckerkristalle
u. dgl.
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Durch richtige Abtrennung der Luft vom Pumpstoff in den einzelnen
luftdichten Gefäßen vermittels geeigneten Überfallvorrichtungen kann gemäß der Erfindung
das Mitreissen der Luft in das Abflußrohr hinter einem jeden luftdichten Gefäß vermieden
werden, wodurch die effektiv erzielbare Förderhöhe einer jeden Pumpstufe erhöht
und somit der Gesamtenergiebedarf einer jeden Pumpstufe bzw. der gesamten mehrstufigen
Pumpvorrichtung herabgesetzt wird.
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Einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden im nachfolgenden
an Hand der schematischen Zeichnung beschrieben. Darin zeigt Fig. 1 eine dreistufige
Anlage zum kontinuierlichen Vakuumpumpen, Fig.2 die kaskadenartigen konischen Überfälle
und Abb. 3 eine andere Überfallausführung.
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Die Anlage nach Fig. 1 besteht aus einem Saugrohr 1, dessen unteres
offenes Ende in den zu pumpenden Stoff im offenen Behälter A eintaucht, ferner aus
luftdichten Gefäßen 2, 2a, 2b und aus einem barometrischen Ablaßrohr 3. Die
Gefäße sind an ihren obersten Enden mit Verschlüssen 4, 4a, 4 b versehen
und mittels Rohrleitungen 5, 5 a, 5 b, 5 c an eine Vakuumpumpe bekannter
Bauart angeschlossen. Das Ablaßrohr 3 mündet mit seinem oberen offenen Ende luftdicht
von unten in das höchstliegende Gefäß 2 b. Sein unteres Ende ist siphonartig abgebogen
und an der Ausflußöffnung mit einem luftdicht absperrbaren Organ, z. B. mit einer
Klappe 6 samt Gegengewicht 7 (Fig. 3) versehen. Im unteren Teil ist das Saugrohr
1 über dem Wasserspiegel des Behälters A mit einer als Kammer ausgebildeten Vorrichtung
8 zum Einlassen von Umgebungsluft mit Atmosphärendruck versehen, welche an das Saugrohr
luftdicht angeschlossen ist und eine gelochte Innenwand von annähernd gleichem,
lichtem Durchmesser wie das Saugrohr und eine äußere Vollwand aufweist. Der Hohlraum
der Kammer 8 ist über ein Absperrorgan 9 und gegebenenfalls auch eine Rohrleitung
10, 11 an die Umgebungsluft angeschlossen. Das obere Ende 12 des Saugrohres
1, welches luftdicht von unten in das Gefäß 2 eingeführt ist, erstreckt sich in
diesem Gefäß nach oben in eine Höhe, die zur Ausbildung des Überfalls 14 für den
Pumpstoff zu der Ablaßöffnung 13 im unteren Teil des Gefäßes 2 erforderlich ist.
Die einzelnen luftdichten Gefäße 2, 2 a, 2 b sind untereinander durch ungleicharmige,
syphonartige Rohre 15, 15a luftdicht verbunden, deren kürzere Arme 16, 16a luftdicht
an die Ablaßmuffen 17, 17 a der Gefäße 2, 2 a angeschlossen sind. Die längeren Arme
18, 18 a sind luftdicht von unten in die Gefäße 2a, 2b eingeführt, wobei
deren Enden sich in diesen Gefäßen nach oben in eine Höhe erstrecken, die zur Ausbildung
eines wie bei der oberen Ausmündung des Saugrohres 1 im Gefäß 2 angeordneten Überfalls
ausreicht. Die längeren Arme 18, 18a sind ferner an ihren unteren Teilen oberhalb
deren Biegestellen mit Kammern 8 a, 8 b und Absperrorganen 9 a, 9 b zum Einlassen
der Umgebungsluft in diese Arme versehen, und zwar in gleicher Ausführung wie die
bereits beschriebene Kammer 8 mit Absperrorganen 9 an dem Saugrohr 1 ausgeführt
ist. Die Umgebungsluft kann in die Kammern 8, 8 a, 8 b direkt oder aus einer gemeinsamen
Rohrleitung 10, 11, 11a, 11b zugelassen werden.
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Die beschriebene Anlage arbeitet wie folgt: Nach Öffnen der Verschlüsse
4, 4 a, 4 b bei gesperrten Absperrorganen 9, 9 a, 9 b und gesperrter Klappe
6 kann mittels einer Vakuumpumpe die Luft aus der gesamten Pumpanlage abgesaugt
werden. Durch die entstehende Luftverdünnung wird der Pumpstoff aus dem offenen
Behälter A zunächst in das Saugrohr 1 bis zu einer Höhe angesaugt, die dem dort
obwaltenden Unterdruck entspricht. Nach Öffnung des Absperrorgans 9 dringt die Luft
in die Kammer 8 und durch die Löcher des Saugrohres bis in die Säule des Pumpstoffes
im Saugrohr ein und gelangt durch diese Säule in Blasen aufwärts. Dadurch wird deren
spezifisches Gewicht vermindert und die Säule des entstehenden Luft-Pumpstoff-Gemenges
verlängert, bis dieselbe durch die obere Ausflußöffnung des Saugrohres in den Unterteil
des Gefäßes 2 überfällt. Die sich vom Pumpstoff trennende Luft entweicht und wird
durch Vakuumpumpe abgesaugt. Der entgaste Pumpstoff sinkt durch die Ablaßöffnung
13 und durch die Ablaßmuffe 17 in das siphonartige Rohr 15, füllt den gesamten kürzeren
Arm 16 aus und steigt auch in dem längeren Arm 18 bis in die Höhe des Flüssigkeitsspiegels
im Gefäß 2 empor. Nach Öffnung des Absperrorgans 9 a dringt die Umgebungsluft durch
die Kammer 8 a in die Säule des entgasten Pumpstoffes im längeren Arme 18
ein, steigt durch diese in Blasen empor, wodurch das spezifische Gewicht der Säule
des entstehenden Luft-Pumpstoff-Gemenges im längeren Arme oberhalb der Kammer derart
abnimmt, daß die spezifisch schwerere Säule des Pumpstoffes allein im kürzeren Arme
16 das Gleichgewicht mit der spezifisch leichteren, jedoch der eingelassenen Luftmengen
entsprechend verlängerten Gemengesäule im längeren Arm aufrechthält. Dieses
Gemenge
überfällt dann durch die obere Ausflußöffnung des längeren Armes in den Unterteil
des Gefäßes 2a und von hier aus in das siphonartige Rohr 15a, füllt dessen kürzeren
Arm 16a aus und steigt im längeren Arm 18a bis in die Höhe des im Gefäß 2a
angestauten Flüssigkeitsspiegels empor. Nach Öffnung des Absperrorgans 9 b fällt
dieses Gemenge aus dem längeren Arm 18a durch die obere Ausflußöffnung dieses Armes
in den Unterteil des Gefäßes 2 b und von hier aus in der bereits beschriebenen Art
und Weise in das barometrische Ablaßrohr 3. Wird schließlich auch die Klappe 6 geöffnet,
so fließt der entgaste Stoff in den offenen Trog B aus.
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Solange die Vakuumpumpe in Tätigkeit ist, strömt der zu pumpende Stoff
in der beschriebenen Art und Weise kontinuierlich und selbsttätig aus dem Behälter
A in den Trog B. Falls die erforderliche Schöpfhöhe noch größer sein soll, so wird
die entsprechende Anzahl von weiteren Pumpstufen, d. h. von weiteren siphonartigen
Röhren und Gefäßen, in der bereits beschriebenen Ausführung und Anordnung angeschlossen.
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Der bei dem beschriebenen Pumpvorgang in den Unterteil des Gefäßes
2 überfallende Pumpstoff kann zwecks einer besseren Entgasung durch verschiedenartig
angeordnete Kaskadenüberfälle, z. B. über konische Tellerüberfälle 14b (Fig.
2) geleitet werden, die am oberen Ausflußende des Saugrohres 1 mit sich in der Überfallrichtung
des Pumpstoffes erweiternden Grundflächen angeordnet sind. Mit gleich angeordneten
Überfällen werden auch die oberen Ausflußenden des längeren Armes eines jeden siphonartigen
Rohres im betreffenden Gefäß versehen. Mit einer solchen Anordnung der Überfälle
wird die Überfallstrecke verlängert und die Dicke des überfallenden Stoffes derart
abgeschwächt, daß die Luft sich vom Pumpstoff leicht trennt und nicht mit demselben
in das Ablaßrohr mitgerissen wird, wodurch die Wirksamkeit der Pumpanlage steigt,
ohne daß diese überfälle den gegebenenfalls in Suspension mit einer Flüssigkeit
zu pumpenden Stoff zurückhalten können.
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Der kürzere Arm 16 des siphonartigen Rohres, mit welchem der entgaste
Pumpstoff aus dem Gefäß 2 in ein weiteres, höher liegendes Gefäß 2a abgeführt wird,
kann vorteilhaft gleichachsig mit dem Saugrohr angeordnet sein und dieses Rohr seiner
ganzen Länge nach umschließen, wie dies Fig.2 veranschaulicht. Ganz ähnlich können
auch die übrigen kürzeren Arme der weiteren Pumpstufen als auch das barometrische
Ablaßrohr 3 aus dem höchst liegenden luftdichten Gefäß angeordnet sein.
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Fig. 3 veranschaulicht eine andere Anordnung des Überfalls
14a der zu pumpenden Flüssigkeit im Gefäß, die besonders zur Beförderung
von festen, jedoch empfindlichen Stoffen, geeignet ist, die beim Pumpen nicht beschädigt
werden dürfen, wie z. B. Rüben, Gurken, Tomaten u. dgl. Damit auch in diesem Falle
eine richtige Abtrennung der Luft vom Pumpstoff gewährt bleibt, wird das obere Ausflußende
12 des Saugrohres 1 im Gefäß 2 dicht an der Zylinderwandung
hochgeführt und in einem scharfen Winkel (30 bis 60°) zur Rohrachse schräg zur Ablaßöffnung
abgeschnitten. Bei einer solchen Anordnung der Ausflußöffnung findet die Abnahme
der Ausflußgeschwindigkeit des überfallenden Pump-Stoffes zunächst an der untersten
Stelle 14a statt und hierauf an fortlaufend höherliegenden Stellen der Öffnung,
wodurch ein fächerförmig erweiterter, gegen die Ablaßöffnung gerichteter Bogenstrom
entsteht, aus welchem die Luft leicht entweicht und die in Suspension beförderten
empfindlichen Stoffe in die entlüftete Flüssigkeit gelangen, ohne daß sie dabei
an den Wänden oder Kanten abgeschlagen werden. In gleicher Weise können die Überfälle
der übrigen Gefäße der gesamten Pumpanlage angeordnet werden, wodurch die Beschädigung
des festen Pumpstoffes und das Mitreißen der Luft in das Ablaßrohr vermieden werden.
Somit wird die Wirksamkeit einer jeden Pumpstufe erhöht und der Energiebedarf der
gesamten Pumpanlage herabgesetzt. Fig.3 zeigt ferner die Ausbildung des barometrischen
Ablaßrohres 3 mit der siphonartigen Abbiegung und somit an der Ausflußöffnung vorgesehenen,
luftdicht verschließbaren Klappe 6 samt Gegengewicht 7. Diese Anordnung ermöglicht
ein kontinuierliches Ablassen des Pumpstoffes aus dem obersten Gefäß der ganzen
Pumpanlage unmittelbar in den freien Raum mit Atmosphärendruck. Bei einer siphonartigen
Anordnung des barometrischen Ablaßrohres 3 genügt es, die Klappe 6 einfach zu schließen,
damit die Pumpanlage in Betrieb gesetzt werden kann.