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Kreiselpumpe für mit Gasen durchsetzte Flüssigkeiten mit einer dem
Pumpeneinlaß vorgeschalteten Kammer Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiselpumpe
zur Förderung von mit Gasen durchsetzten Flüssigkeiten, insbesondere Abwässern,
mit einer dem Pumpeneinlaß vorgeschalteten Kammer, die einen Rorationshohlkörper
mit vertikaler Achse darstellt, in den an seinem oberen Mantelbereich die Saugleitung
tangential mündet, während der Pumpeneinlaß an den unteren Bereich der Kammer angeschlossen
ist. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Pumpe so zu gestalten, daß sie
in der Lage ist, mit Gasen durchsetzte Flüssigkeiten ohne Abreißen der Strömung
auch dann zu fördern, wenn der Gasgehalt verhältnismäßig groß ist und in Form von
Gasblasen stark wechselnder Größe auftritt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die Pumpe so gestaltet,
daß der Pumpeneinlaß in die Kammer an deren unterem Mantelbereich tangential entgegen
der Richtung des Umlaufs des in ihr kreisenden Flüssigkeitskörpers mündet. Durch
diese Maßnahme werden zwei Tatsachen nutzbar gemacht. Die eine davon ist der Umstand,
daß sich in der Kammer durch Fliehkraftwirkung die großen Gasblasen im Kern sammeln,
während die kleinen Gasblasen vorwiegend die Randzone durchsetzen. Infolgedessen
saugt der Pumpeneinlaß, wenn er im Mantelbereich und damit am Umfang der Randzone
mündet, Flüssigkeit an, die viele kleine Gasblasen enthält, während die großen Gasblasen
im Kern aufsteigen und von dem eintretenden Flüssigkeitsstrom wieder mitgerissen
werden. Die andere Tatsache besteht darin, daß eine Kreiselpumpe eine mit Gasen
durchsetzte Flüssigkeit um so besser fördert, je kleiner und feiner verteilt die
Gasblasen sind. Unter der Voraussetzung gleichen prozentualen Gasgehalts neigt also
die Strömung bei vielen kleinen Gasblasen weniger leicht zum Abreißen als bei wenigen
großen Gasblasen, was seinen Grund darin hat, daß die Neigung zur Trennung von Gas
und Flüssigkeit in der Pumpe infolge Fliehkraftwirkung unter Bildung eines Luftkerns
im Saugmund des Pumpenrades um so geringer ist, je kleiner die Gasblasen sind, weil
kleine Gasblasen langsamer nach innen wandern als große Gasblasen. Überdies wird
durch die tangentiale Einmündung des Pumpeneinlasses erreicht, daß auch bei großer
Strömungsgeschwindigkeit die in den Pumpeneinlaß gelangende Flüssigkeit aus der
Randzone stammt und daß außerdem die kinetische Energie der tangential eintretenden
und in der Kammer kreisenden Flüssigkeit zu einem erheblichen Teil erhalten bleibt,
statt in der Kammer durch Turbulenz vollständig verlorenzugehen.
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Es ist eine Pumpenanlage der eingangs bezeichneten Art bekannt, bei
der jedoch im Gegensatz zur Erfindung der Pumpeneinlaß in der Mitte der Kammer mündet,
die der Pumpe vorgeschaltet ist. Daher tritt dort die mit der Erfindung erstrebte
Wirkung nicht ein.
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Es empfiehlt sich, das Volumen der Kammer mindestens gleich dem beim
Anlauf in der Saugleitung enthaltenen Luftvolumen zu machen. Die Kammer erfüllt
dann außer ihrem Hauptzweck auch noch den bekannten Zweck, ein Flüssigkeitsvolumen
aufzunehmen, das, wenn es beim Anlauf der Pumpe abgesaugt wird, ausreicht, die Saugleitung
vollständig zu entlüften und die in ihr befindliche Flüssigkeit auf die für die
normale Förderung nötige Höhe zu bringen.
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Die Zeichnung veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel.
Es zeigt F i g. 1 einen Aufriß einer Pumpe mit den Merkmalen der Erfindung nebst
Zubehör, F i g. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II in F i g. 1 und F i g.
3 einen Längsschnitt durch die dem Pumpeneinlaß vorgeschaltete Kammer zur Erläuterung
der Wirkungsweise.
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Eine Kreiselpumpe beliebiger Bauart, von der in F i g. 1 lediglich
das die Spirale und den Läufer enthaltende Gehäuse 1 und das die Lagerung der Welle
enthaltende Gehäuse 2 sichtbar sind, wird von einem Elektromotor 3 angetrieben,
der mit der Pumpe 1, 2 auf einem Fundament 4 aufgestellt ist. Der Pumpenauslaß mündet
in einen Behälter 6, an den oben die Druckleitung 7 angeschlossen ist. Die mit einem
Rückschlagventil8 versehene senkrecht aufsteigende Saugleitung 9 ist über
einen Krümmer 10 an den Einlaßstutzen 11 einer Kammer 12 angeschlossen, die
mit ihrem Auslaßstutzen 13 unmittelbar mit dem Pumpeneinlaß 14 verbunden ist.
Die
Kammer 12 besteht aus einem Mantel 15 von der Form eines Kreiszylinders mit vertikaler
Achse, der oben und unten durch Deckel 16 und 17 abgeschlossen ist. Die beiden
Stutzen 11 und 13 liegen derart exzentrisch zur Achse des zylindrischen Hohlraums
der Kammer 12, daß die aus der Saugleitung 9 kommende Flüssigkeit tangential in
die Kammer eintritt und sie tangential austretend verläßt, wie in F i g. 2 durch
Pfeile angedeutet ist. Dabei brauchen sich die beiden Stutzen im Grundriß gesehen
nicht gemäß F i g. 2 gegenüberzustehen. Doch ist es von erheblichem Vorteil, wenn
der Einlaßstutzen 11 oberhalb des Auslaßstutzens 13 liegt, und diese Bedingung muß
erfüllt sein, wenn die in der Kammer 12 befindliche Flüssigkeit beim Anlauf zur
Entlüftung der Saugleitung dienen soll.
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Vor der ersten Inbetriebnahme der Anlage wird die Pumpe einschließlich
des Behälters 6 und der Kammer 12 bis zur Einmündung des Stutzens 11, also etwa
auf die Höhe H, mit Wasser gefüllt. Hierauf wird die Pumpe in Betrieb gesetzt. Das
dabei von ihr aus der Kammer 12 abgesaugte Wasser wirkt wie ein Kolben, der die
in der Saugleitung 4 befindliche Luft in die Kammer 12 saugt. Das Volumen dieser
Kammer ist so bemessen, daß die Saugleitung 9 vollständig entlüftet ist und der
Eintritt von Wasser in die Kammer 12 einsetzt, solange die Pumpe noch Wasser
fördert. Hat der Eintritt von Wasser in die Kammer 12 durch den Stutzen 11 begonnen,
so wird die darin noch vorhandene Luft durch die strömende Flüssigkeit mitgerissen,
und das Luftvolumen würde schließlich auf Null sinken, wenn die aus der Saugleitung
9 angesaugte Flüssigkeit selbst keine Lufteinschlüsse enthielte.
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Dadurch, daß die Flüssigkeit in die Kammer 12 tangential eintritt,
setzt sie sich in kreisende Bewegung, wobei sich die eintretenden Flüssigkeitsteilchen
auf Schraubenbahnen abwärts bewegen. Diese Wirkung wird dadurch unterstützt, daß
die Flüssigkeit aus der Kammer tangential abgesaugt wird. Dabei entsteht das von
Zentrifugen her bekannte Paraboloid, wie es in F i g. 3 etwas übertrieben angedeutet
ist. Infolge der Fliehkraft wandern die Lufteinschlüsse zum Kern 18 des umlaufenden
Flüssigkeitskörpers 19
mit der Folge, daß in der Randzone 20 nahe dem
Mantel 15 der Kammer 12 der Luftgehalt am kleinsten ist. Die hauptsächlich aus dem
Kern 18 aufsteigenden Luftblasen bilden oberhalb des Flüssigkeitskörpers
19 einen Luftraum 21, dessen Volumen konstant bleiben würde, wenn
der Luftgehalt in der angesaugten Flüssigkeit konstant wäre. Ist dies nicht der
Fall, so nimmt das Luftvolumen 21 während einer Periode hohen Gasgehaltes in der
angesaugten Flüssigkeit zu, und es sinkt entsprechend, wenn der Gasgehalt in der
angesaugten Flüssigkeit absinkt. Die Kammer 12 mit ihrem rotierenden Flüssigkeitskörper
19 und dem darüber lagernden veränderlichen Luftvolumen wirkt daher wie ein Puffer,
der die Veränderlichkeit des Luftgehaltes der angesaugten Flüssigkeit ausgleicht.
Diese Schwankungen im Luftgehalt wirken sich daher auf den Luftgehalt in der Randzone
20 und somit in der in die Pumpe gesaugten Flüssigkeit nicht oder nur in geringem,
tragbarem Maß aus.
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Die Gestaltung der zylindrischen Kammer 12 mit tangentialem Eintritt
und Austritt hat den weiteren Vorteil, daß die kinetische Energie der eintretenden
Flüssigkeit zu einem erheblichen Teil als solche erhalten bleibt und nicht, wie
dies sonst der Fall ist, fast gänzlich in Wirbelverlusten verlorengeht. Die Kammer
bewirkt also eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Anlage.
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Wird die Pumpe stillgesetzt, so wird sie und die Kammer
12 durch aus der Druckleitung und dem Behälter 6 rückströmende Flüssigkeit
für den nächsten Anlauf selbsttätig gefüllt.