DE1528895A1 - Zentrifugalpumpe - Google Patents

Description

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Hidekuni Yokota und Shingo Yok'ota, Hiroshima-Shi/Japan

Zentrifugalpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf Zentrifugalpumpen, und insbesondere auf solche einer neuen Art, die zum Pumpen hochviskoser schlammartiger Flüssigkeiten mit großem Gehalt an Blasen geeignet sind.

Das Pumpen hochviskoser schlammartiger Flüssigkeiten mit einem großen inte.il an Luftblasen mit Hilfe von Zentrifugalpumpen wird im allgemeinen als ein äußerst schäeriges Problem betrachtet. Andererseits besteht aber eine große Nachfrage nach einer einfsöien sicheren und zuverlässigen Maschine zum Pumpen derartiger Flüssigkeiten, die zusätzlich noch feste Fremdkörper enthalten.

Es wurde gefunden, daß die Ursache dieser Schwierigkeiten bei gebräuchlichen Zentrifugalpumpen bei unmittelbarem Gebrauch derselben für den obenerwähnten Zweck darin besteht, daß Lufthohlräume nahe dem mittleren Teil des Flügelrades aufgrund der Zentrifugaltrennung nur schwer durch die Flüssigkeit in der oben beschriebenen Art verdrängt werden, und zwar selbst dann, wenn die Zentrifugalpumpe mit einer Vakuumpumpe kombiniert ist.

Die Hauptaufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine Zentrifugalpumpe zu schaffen, die zum Pumpen von Blasen enthaltenden schlammartigen Flüssigkeiten hoher Viskosität geeignet ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Zentrifugalpumpe, in welcher Lufthohlräume, die in der Arbeitskammer derselben gebildet werden, hieraus auf wirksame Weise beseitigt werden. ;

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Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Zentrifugalpumpe zu schaffen, die mit einer ein Vakuum erzeugenden Vorrichtung kombi-, niert ist, wobei der Eintritt der Flüssigkeit in die Vakuum erzeugende Vorrichtung auf wirksame Weise verhindert wird.

Gremäß der Erfindung ist eine Zentrifugalpumpe (im folgenden als Hauptpumpe bezeichnet) zum Pumpen der obenerwähnten schlammartigen Flüssigkeit vorgesehen, und eine weitere Zentrifugalpumpe (im folgenden mit Hilfspumpe bezeichnet), die zum Beseitigen von Lufthohlräumen in der Hauptpumpe dient neben der Hauptpumpe angebracht. Die Hilfspumpe ist vermittels ihres Ansaugstutzens in Verbindung mit den Zentralteil der Pumpkammer der Hauptpumpe, andererseits aber über ihren Auslaß in Verbindung mit dem Ansaugstutzen der Hauptpumpe. Der Zentralteil der Pumpkammer der Hilfspumpe steht über einen Snsaugkanal in Verbindung mit einer Vakuum erzeugenden Vorrichtung, so daß Lufthohlräume in der Kammer der Hauptpumpe in diese hineingezogen und durch die Kammer der Hilfspumpe in die Vakuum erzeugende Vorrichtung gedrückt werden, um damit ein kontinuierliches Strömen der Flüssigkeit durch de Kammer der Hauptpumpe sicherzustellen.

Gremäß einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung ist zwischen der Hilfspumpe und dem Vakuumerzeuger eine Ventilvorrichtung vorgesehen, welche so beschaffen ist, daß sie den Saugkanal von der Hilfspumpe zum Vakuumerzeuger immer dann Öffnet, wenn der Vakuumerzeuger in Tätigkeit ist, ihn dagegen schließt, wenn der Vakuumerseuger unwirksam ist, so daß hierdurch ein Eindringen von Flüssigkeit in den Vakuumerzeuger verhindert wird.

Das Wesen, die Grundlagen sowie die Einzelheiten der Erfindung ' und weitere Gegenstände und Ausführungsformen werden im folgenden anhand der Begleitzeiehnungen verdeutlicht werden. In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugswerten versehen.

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Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßeni.Zentrifugalpujipe, die teilweise vertikal geschnitten ist;

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie U-II der . 1;

Fig, 5 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie III-III ■ der Fig. 1;

Fig. 4 ist eine teilweise vertikal geschnittene Seitenansicht, welche eine abgewandelte Form der Zentrifugalpumpe gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 5 ist ein Schnitt längs der Linie V-V der Fig. 4; Fig. 6 ist ein Schnitt längs der Linie VI-VI der Figur 4;

Fig. 7 ist ein Schnitt längs der Linie VII-VII der Figur 4, und

Fig. 8 ist eine Querschnittsansic ht einer Ausführungsform eines in der Zentrifugalpumpe der Figur 4,verwendeten Ventils.

Im folgenden wird nun auf die Figuren 1 bis 3 Bezug genommen. In diesen Figuren besteht die Pumpe aus einer Hauptpumpe A mit einem Gehäuse 1, und einer Hilfspumpe Ϊ mit einem Gehäuse 2, Bie beiden Gehäuse sind unmittelbar nebeneinander angeordnet. Das Hauptpumpengehäuse 1 hat einen Ansaugstutzen 3 und einen Auslaßstutzen 4, und das Hilfspumpengehäuse 2 einen Auslaßstutzen 5» der mit dem Ansaugstutzen 3 der Häuptpumpe A über ein Verbindungsrohr 8 und eine Rückleitung 7 verbunden ist, , welche zu dem Ansaugstutzen 3 führt. Innerhalb des Gehäuses der Hauptpumpe befindet sich ein Flügelrad 9 mit Flügelblättern 11;

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das Flügelrad 9 wird hier in einer offenen Ausführung ohne Umhüllung gezeigt; es kann jedoch von irgendeiner anderen "bekannten Ausführungsform sein, je nach der Natur der zu behandelnden Flüssigkeit. Zwischen dem Gehäuse 1 der Hauptpumpe und dem Gehäuse 2 der Hilfspumpe befindet sich eine Trennwand-6, die als Seitenwand für die Gehäuse der Haupt- und Hilfspumpe dient. Die Trennwand 6 in Form einer Platte ist mit einer zentral eingeschnittenen Öffnung versehen, durch welche sich die Antriebswelle 10 erstreckt. Die Öffnung in der Trennwand 6 ist so ausgebildet, daß ihr Durchmesser etwas größer als der der Welle 10 ist und allmählich in Richtung der Hilfspumpe B zunimmt. Man erkennt daher, daß ein Spalt 13 zwischen der Außenfläche der Nabe des Flügelrades und der Innenfläche der Öffnung der Trennwand 6 auf der Seite der Hilfspumpe B größer, und auf der Seite der Hauptpumpe A kleiner ist. Die sich verjüngende Form des Spaltes 13 dient dazu zu verhindern, daß der Spalt mit Fremdmaterial ve 'Stopft wird. Die den Spalt 13 bildenden Teile können aus einer Kombination von hartem Material und Gummi hergestellt sein, so daß ihre Beständigkeit sehr groß ist, oder können mit Zähnen zum Zerdrücken von Fremdkörpern und Faserstoffen versehen sein. Auf Jeden SLl ist es nötig, den Einlaß der Hilfspumpe B an dem Spalt 13 mit Rücksicht auf die Pumpkafiazität der Hilfspumpe B in geeigneter V/eise zu drosseln.

Innerhalb des Gehäuses 2 der Hilfspumpe befind* sich ein Flügelrad 1$ 14, welches in seinem mittlerem Teil von Öffnungen 15 durchsetzt ist. Das Flügelrad 14 ist ebenfalls auf der Antriebswelle 10 befestigt. Das Gehäuse 2 der Hilfspumpe hat einen Durchlaß 16 zum Ausaugen von Luft, der sich von dem mittleren Teil der Hilfspumpe B zu einem Einlaß 17 einer Vakuum- · pumpe 13 erstreckt, die ebenfalls von der Hauptwelle 10 zusammen mit den Flügelrädern 9 und 14 angetrieben wird. Die Antriebswelle 10 ist mit einer Stopfbüchse 19 versehen, welche in ihrem Innern abdichtendes Material 20 enthält.

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¥enn die Pumpe mit geschlossenem Auslaßstutzen 4 "betrieben wird, so wird die Luft an der Ansaugsieite der Hauptpumpe über den Einlaß 3,' das Rad 9, den Spalt 13, das Flügelrad 14, den Kanal 16 und den Einlaß 1? in die Vakuumpumpe 18 gezogen; gleichzeitig wirkt die Evakuierung auf den Einlaßstutzen 3 über den Auslaßstutzen 5 der Hilfspumpe B, die Rückleitung 7, das Verbindungsröhr 8, den Auslaßstutzen 5 der Hilfspumpe B, das Flügelrad 14, den Kanal 16 und den Einlaßstützen 17 der "Vakuumpumpe 18. Das auf diese Weise in der Pumpkammer erzeugte Vakuum zwingt die Betriebsflüssigkeit in den Ansaugstutzen 3 und von dort in die Kammer der Hauptpuiipe A zu fliessen und sie zu füllen. Die so in die Kammer der Hatpfcpumpe A eingeführte Flüssigkeit ist bestrebt, weiter vorzurücken und den Rücklaufkanal 7, das Verbindungsrohr 8 und den Auslaßstutzen 5 der Hilfspumpe B zu füllen und schliesslich die Kammer der Hilfspumpe B zu erreichen.Die Hilfspumpe B ist jedoch so konstruiert, daß ihr Flügelrad 14 imstande ist, das von der Pumpe 18 erzeugte Vakuum zu überwinden; damit verhindert die Hilfspumpe B, daß die Flüssigkeit aus dem Kanal 7 in die Hilfspumpe B gelangt, und wirkt somit als eine Art Absperrventil.

Infolgedessen strömt die Flüssigkeit in der Kammer der Hauptpumpe A durch den Spalt 13 in die Hilfspumpe B und von dort durch den Auslaßstutzen 5 und die Rückführung 7 in die Kammer der Hauptpumpe A zurück aufgrund der Tatsache, daß der als Einlaß der Hilfspumpe B dienende Spalt 13 gedrosselt ist.

Hierdurch wird es deutlich, daß die in die Kammer der Hilfspumpe gelangte Flüssigkeit niemals in den Luftansaugkanal 16 eindringen kann, und die Vakuumpumpe 18 von der Flüssigkeit freigehalten . wird«

Wenn die Flüssigkeit viel Luft enthält, so wird diese in die Hauptpumpe A zusammen mit vielen Hohlräumen eingeführt ■. Bei einer solchen Bedingung werden die Hohlräume aus der Hauptpumpenkammer äa

durch den Spalt·13 in die Kammer der Hilfspumpe hinausgetrieben. Da die Hi3fepumpe zugleich als starker Zentrifugalabscheider wirkt, trennt sie aufgrund der Zentrifugalkraft die "Duft von der Flüssigkeit und überführt die verbleibende Flüssigkeit von dem Auslaßstutzen 5 zurück zur Hauptpumpe A, auf.diese Weise ist ein fortlaufendes und störungsfreies Pumpen gewährleistet. Die Öffnungen 15 dienen dazu, die Blasen voijdem Spalt 13 zu dem Kanl 16 durchtreten zu lassen.

-e s a^eTüfMßc 'äpqeschig&eh vyffcrtfeh Tg mv . , , .. _7r, , ..... _ der zu pumpenden Flüssigkeit nicht groß ist. In diesen Fall ist es nur notwendig, den Luftsaugkanal 16 bis zu einer Stelle zu führen, die höher als der Saugpegel der Flüssigkeit liegt; dies kann mit Hilfe einer einfachen Rohranordnung geschehen, und es können günstigere Wirkungen erwartet werden, wenn man ein Rückschlagventil anwendet, welches das Einsaugen der äußeren Atmosphäre in diesen Kanal an einem äußersten oder mittleren Teil dieses Kanals kontrolliert.

Im folgenden bezieht sich die Beschreibung auf die Figuren 4 bis 8, in denen eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Form der Pumpe gezeigt wird. Die Konstruktion der abgewandelten Form ist im wesentlichen derjenigen der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Form gleich mit der Ausnahme, daß die abgewandelte Pumpe mit einem Sicherheitsventil 21 versehen ist, welches zwischen dem Saugkanal 16 und dem Einlaß 17 der Vakuumpumpe 18 eingeschaltet ist und auf dem Gehäuse der Pumpe angebracht sein kann. Die Figur zeigt ein besonderes Ausführungsbeispiel, in dem ein halboffenes Flügelrad und ein besonderer Kunstgriff angewendet wurdes um die Wirkung J.e_r_£a-VjLtailpji an der Rückseite der Flügel zu verringern. Er besteht darin, daß/an dem Mantel des

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Flügelrades ein Schlitz 12 längs der Rückseite eines jede&h Flügerblattes 11 vorgesehen ist, so daß der innenliegende Endteil dieses Schlitzes 12 dem Spalt 13 gegenüberliegt. Dementsprechend sind die Rückseiten der Flügel 11 stets in direkter Verbindung mit dem Unterdruck der Vakuumpumpe. Das Sicherheitsventil 21 umfasst ein Ventilgehäuse 22, welches in seiner Bodenplatte eine Öffnung 25 aufweist, in welche ein Ventilsitz 24 eingepaßt ist. Das Ventilgehäuse 22 ist außerdem an seiner Seitenwand mit einem Durchlaß 25 versehen, welcher sich zu dem Einlaßstutzen 17 der Vakuumpumpe 18 hin öffnet. Im oberen Teil des Gehäuses 22 befindet sich eine Membran 26, die sich quer darüber ersteckt und an ihrem Umfang mit dem Gehäuse 22 luftdicht befestigt ist. Ein Deckel ist an dem oberen Ende des Gehäuses 22 befestigt und mit einer Öffnung 28 versehen. Unmittelbar unter der Membran 26 befindet sich ein Ventilschaft 29, der sich senkrecht und zentai durch das Gehäuse 22 erstreckt und"von einer Stütze 30 getragen wird, welche eine senkrechte Bewegung zuläßt. Der Ventilscbaft 29 wird mit Hilfe einer Spiralfeder 31 ständig nach oben gedrückt und ist an seinem unteren Ende» mit einem Ventilteller 32 versehen, der dicht auf den Ventilsitz 24 anstößt. Die Spiralfeder 31 ist so bemessen, daß bei Gleichheit des Druckes in dem Ventilgehäuse 22 mit dem äußeren Atmosphärendruck, d.h. bei unwirksamer Vakuumpumpe der Ventilteller 32 mit dem Ventilsitz 24 in Kontakt ist, Die Membran kann in der Praxis durch ein anderes equiment es Mittel, z.B. einen Balg oder einen Kolben, ersetzt werden.

Die in Verbindung mit den Figuren 4 bis 8 oben beschriebene Pumpe eignet sich als Gebrauchspumpe in dem Fall, daß der zu pumpende Flüssigkeitsspiegel höher als derjenige der Pumpe liegt. Die Flüssigkeit wird daher bei abgeschalteter Pumpe in die Pumpkammer fliessen. Jedoch ist dir Anstieg des Flüssigkeitsspiegels in der Kammer der Hilfspumpe begrenzt, weil das Ventil 21 den Durchlaß 16 schließt, so daß die Luft hierdurch in dem oberen Teil des Durchlasses 16 zusammengedrängt wird.

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Wenn nun die Pumpe in Betrieb gesetzt wird, so strömt die Flüssigkeit von der Kammer der Hauptpumpe durch den verengten Spalt 13 in die Kammer der Hilfspumpe, während die Flüssigkeit von dem zum Luftansaugen dienenden Durchlaß 16 in den Auslaßstutzen 5 unter der Wirkung des rotierenden Flügelrades 14 der Hilfspumpe B gefördert wirdj sie fliesst durch die Rückleitung 7 zur Hauptpumpenkammer zurück. In diesem Betriebszustand hält das rotierende Flügelrad 14 der Hilfspumpe B Lufthohlräume nahe seinem mittleren Teil zurück. -

Wenn der Druck in dem Ventilgehäuse 22 aufgrund des Arbeitens der Vakuumpumpe .18 abnimmt, so wird die Membran 26-■durch den Atmosphärendruck nach untan verschoben und veranlaßt den Stab 29, sich entgegen der Kraft der Feder 31 nach unten zu bewegen; er ermöglicht es damit, daß das Ventil 21 sich öffnet, wodurch der Druck in den Durchlaß 16 zugleich mit dem Drücken in den Mittelsteilen der Haupt- und Hilfspumpe A und B gesenkt wird. Hierdurch wird die erwünschte Arbeitsweise der Pumpe gewährleistet. ■

Im Falle, daß im mittleren Teil der Hauptpumpenkammer durch Einführung von mit Luft gemischter Flüssigkeit Lufthohlräume gebildet werden, werden diese in die Kammer der Hilfspumpe verdrängt und gelangen von dort in den zur Luftabsaugung \ dienenden Durchlass 16. Die Hilfspumpe B dieses Ausführungsbeispieles ist also so konstruiert, daß das Flügelrad 14 derselben imstande ist, das Vakuum, welches von der Vakuumpumpe 18 entwickelt wird, ziutberwinden. '

Infolgedessen wird die zu fördernde Flüssigkeit daran gehindert,, in den Durchlaß 16 einzudringen. Das Flügelrad kann so geformt sein, daß es seine Doppelfunktion als Zentrifugalabscheider in günstiger Weise erfüllt.

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Bas Sicherheitsventil 2J_ ist wichtig, weil die-Flüssigkeit für den Fall _r daß die Pumpe den Betrieb einstellt, in die Ansaugseite. derN Vakuumpumpe 18 eindringen würde, wenn das SiGherneitsvent.il 2j_ nieht 'beniitzt würde. Das Eindringan von Flüssigkeit in die Vakuumpumpe 18 ist unerwünscht und verursacht häufige Pumpausfälle, wenn die Flüssigkeit aus einem der Pumpe schädlichen Stoff "besteht.

Während bisher bevorzugte Ausführungsformen, der Erfindung ν -.:-■ beschrieben wurden, ist doch zu erwähnen, daß zahlmche Änderungen und Abwandlungen derselben vorgenommen werden können, ohne daß dabei vom Wesen und Umfang der Erfindung abgewichen wird» 2.By kann ein Schwimmerventil in dem luftansaugenden Durchlaß 16 vorgesehen sein _t um hierdurch ein unerwünschtes Eindringen äer Flüssigkeit in-die ■Vakuumpumpe 18 für den Fall einer Beschädigung des Flügelrades 14 öder bei einem Anhalten der Pumpe zu verhindern. Die Saugleitung zwischen dem Durchlaß 16 zur Luftabsaugung und dem Einlaß der Vakuumpumpe 18 kann einen Flüssigkeitss^umpf mit einem Rückschlagventil zur Verteilung der Flüssigkeit am Boden desselben, aus Sicherheitsgründen aufweisen* Fern er kann das Flügelrad 14 zwei Platten zur wirksamen Zentrifugaltrennung der Flüssigkeit von liuftbeimengungen aufweisen, und die in dem Flügelrad 14 vorgesehenen Öffnungen IS können exzentrisch und gegeneinandeir versetzt angeardnet sein.

Claims (2)

1. -ίο- 15288S5

   Ansprüche

   Zentrifugalpumpensystemmi-fe einer Hauptzentrifugalpumpe, welche einen Ansaugstutzen und einen Auslaßstutzen besitzt,, g ek e η η ζ e i c h η e t durch, eine HiIfszentrifugalpumpe, deren Ansaugstutzen mit dem Mittelteil der Kammer der Hauptpumpe, (und deren Auslaßstutzen mit dem Ansaugstutzen der Hauptpumpe in Verbindung steht, wobei der Ansaugstutzen der Hilfspumpe im Verhältnis zur Pumpkapazität der Hilfspumpe übermäßig gedrosselt ist, und durch einen Vakuumerzeuger, dessen Saugeinlaß mit dem Mittelteil der Kammer der Hilfspumpe verbundan ist. /
2. 2. Zentrifugalpumpensystem nach Anspruch !,dadurch g.e k e η η ζ e i e h ne t, daß in der Saugleitung des Vakuumerzeugers ein Ventil angebracht isi, welches diese Leitung bei niedrigem Vakuum schließt w&.& bei hohem Vakuum öffnet.

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