DE19711970A1 - Vorrichtung zum Regulieren der Fördermenge einer vertikalachsigen Kreiselpumpe - Google Patents

Description

Die vor liegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Hebeanlagen, wo der Anfall des zu fördernden Wassers schwankend ist, wie zum Beispiel bei munizipalem Abwasser oder Regenwasser, gibt es eine einfache Vorrichtung, die durch eine sinnvolle Formgebung des Pumpensumpfes, auch ohne Veränderung der Pumpendrehzahl, die Fördermenge an die jeweils anfallende Flüssigkeitsmenge anpaßt.

Die Vorrichtung besteht aus einem im Saugsumpf angeordneten, oben offenen Zylinder, über dessen Boden eine dem Drehsinn der Pumpe entsprechend tangentialen Zuführöffnung mündet und in welchem koaxial ein oben an die Saugseite der Pumpe angeschlossenes Saug­ rohr hineinragt. Diese Vorrichtung ist im Schweizer Patent 533 242 beschrieben.

Ist der Wasseranfall so groß, daß der Wasserspiegel genügend über dem Zylinderrand liegt, so strömt das Wasser über denselben in den Zylinder, und direkt zum Pumpensaugrohr, ohne daß inner­ halb und außerhalb des Zylinders eine merkbare Niveaudifferenz entsteht; die Pumpe erreicht somit ihre volle, der Kennlinie entsprechende Fördermenge. Sinkt der Wasseranfall, so kann immer weniger Wasser über den Zylinderrand fließen, das Niveau inner­ halb des Zylinders wird tiefer als dasjenige außerhalb des Zylinders. Dadurch strömt immer mehr Wasser durch die tangentiale Zuführöffnung in den Zylinder und erzeugt eine mit vergrößernder Niveaudifferenz immer stärkere Drehbewegung des Wassers im Zylin­ derinnern. Dieser im Drehsinn der Pumpe erzeugte Drall bewirkt eine entsprechende Herabsetzung der Pumpenfördermenge, derart, daß er jeweils der reduzierten Anfallmenge entspricht. Auf diese Weise kann ein Förderbereich der Pumpe von 100% bis zirka 50% geregelt werden. Der tiefste Förderbereich ist durch den Quer­ schnitt der tangentialen Zuführöffnung gegeben.

Um den Regelbereich nach unten zu erweitern wurde die tangentiale Zuführöffnung durch eine etwas unterhalb der Zylinderrandniveau­ höhe beginnende, abfallende, und die Zylinderwand tangential durchdringende Rinne ausgetauscht. Somit war der tiefste Förder­ bereich nicht mehr durch einen Rohreintrittsquerschnitt limitiert, aber die Praxis zeigte eine störende Einwirkung des tangential durch die Rinne auf die Rotationsströmung auftretenden Zulauf­ stromes. Durch Strömungsüberkreuzungen und Wellenbewegungen mit­ reißende Luft, welche das Pumpensaugrohr erreichte, wurde die Pumpenförderung in unberechenbarer Weise abgerissen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung der beschriebenen Vorrichtung in dem Sinne, daß eine ruhige, quer­ stromfreie Strömung entsteht, die nicht unberechenbar abreißt und eine Minimalfördermenge erreicht, die beträchtlich tiefer liegt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruchs 1.

Durch die Erfindung erfährt sowohl die Flüssigkeitszufuhrströmung wie auch die Rotationsströmung im Behälter vor dem Zusammen­ treffen eine Verstärkung der Kreiselbewegung, derart, daß die tangentiale Eintrittsströmung vor dem Eintreten in den zylindri­ schen Behälter als koaxiale Spirale das Fördermedium an die äußere Eintrittskanalwand preßt und damit den freien Flüssig­ keitsspiegel in eine angenähert vertikale Ebene verlegt.

Die im zylindrischen Behälter rotierende Flüssigkeit ihrerseits bildet beim Durchqueren der in der Behälterwand befindlichen Eintrittsströmungsöffnung daselbst eine vertikale Flüssigkeits­ fläche, welche dann in einem spitzen Winkel auf den erwähnten, angenähert vertikalen Flüssigkeitsspiegel der Eintrittsströmung trifft, welche querströmungsfrei die Rotationsströmung im Behälter antreibt. Im gleichen Sinne wird die Kreiselbewegung im Behälter verstärkt und gebündelt durch die Ausformung einer Rinne in der zylindrischen Behälterwand auf die Höhe der Ein­ trittsöffnung, respektive des Pumpensaugmundes, welche koaxial denselben umrundet und ihre Oberwand den Behälter in einem kleinen Durchmesser verengt.

Auf diese Weise können alle schwimmenden Bestandteile wie Schwimm­ schlamm und spezifisch leichtere Flüssigkeiten von der Pumpe in einem größeren, stabilen Bereich vor dem Abreißen der Förderung abgepumpt werden. Besonders in Abwasserpumpstationen werden durch diesen Selbstreinigungseffekt Geruchsbelästigungen reduziert und Reinigungsarbeitsaufwand vermieden.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispiels­ weise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt A-A gemäß Fig. 2 durch eine Kreisel­ pumpe mit einer zugeordneten Mengenreguliervorrichtung zwischen 100% und einem mittleren Regulierungsbereich,

Fig. 2 eine Draufsicht auf Fig. 1,

Fig. 3 eine gleiche Darstellung wie Fig. 1 in der Schnittebene B-B in Fig. 4 für eine Mengenregulierung bis zum Minimum und

Fig. 4 einen Horizontalschnitt C-C in Fig. 3 die minimale Förder­ menge illustrierend.

An die in Fig. 1 und 2 gezeigte, vertikal von unten ansaugende Kreiselpumpe 1 ist am Saugstutzen 1a ein Saugrohr 2 angeschlossen, dessen freier Mündungsteil 2a trompetenförmig erweitert ist und mit Abstand über dem Boden 3a eines Zylinders 3 liegt, der das Saugrohr 2 mit radialem Spiel koaxial umgibt. Auf der Höhe des Pumpensaugmundes des Mündungsteiles 2a mündet ein der Drehrichtung der Pumpe 1 entsprechend tangentiales Zuführrohr 4 in der Wand des Zylinders 3. Als Einlaß zum Zuführrohr 4 ist eine Rinne 4a in der Wand des Zylinders 3 vorgesehen, die auf einem höheren Niveau beginnt und von dort abfällt um im Bereich 4b durch die Wand des Zylinders 3 zu dringen.

Bei hohem Flüssigkeitsspiegel X im Saugsumpf 5 sind die Rinne 4a und der obere Zylinderrand 3b genügend hoch überflutet, so daß das Fördermedium ohne fühlbaren Druckabfall entsprechend dem Pfeil a innerhalb des Zylinders 3 zum Mündungsteil 2a fließen und von der Pumpe 1 abgesaugt werden kann, wobei entsprechend der Pumpencharakteristik die maximale Fördermenge erreicht wird.

Läßt die Zuflußmenge nach, so sinkt der Flüssigkeitsspiegel von X auf Y. Dabei kann immer weniger Wasser über den Zylinder­ rand 3b fließen, wodurch die Flüssigkeit im Zylinder 3 noch mehr absinkt als im Saugsumpf 5 und sich eine Niveaudifferenz Δ h gegenüber dem Niveau Y im Saugsumpf 5 bildet. Damit beginnt Flüssigkeit zunehmend durch das tangentiale Zuführrohr 4 in den Zylinder 3 zu fließen und versetzt die dort vorhandene Flüssig­ keit in eine immer stärkere Rotationsbewegung im Pumpendrehsinn: Dadurch verzögert sich die Relativgeschwindigkeit im Laufrad der Pumpe mit resultierender Pumpenfördermengenreduktion bis dieselbe sich der anfallenden Flüssigkeitsmenge angepaßt hat.

Sinkt die anfallende Flüssigkeitsmenge noch weiter ab, dann kommt es zu einer Teilfüllung des Eintrittsquerschnittes des Zuführrohrs 4, was bei geradlinigem Eintritt der Strömung zu Turbulenzen mit Luftvermischungen mit dem im Zylinder rotierenden Flüssigkeits­ ring führen würde, was durch folgende Mittel vermieden wird: In Fig. 4 sind die Abgrenzungslinien des Strahlflusses der Zulauf­ flüssigkeit mit Strich - Doppelpunkt - Strichlinien (- . . -) ein­ gezeichnet. Letzteres windet sich, einem Gefälle folgend spiral­ förmig (wendelförmig) zum unteren Teil des Zylinders 3 und durchdringt dessen Wand 4b. Die außen liegende Wand 4c des Zuführrohres 4 setzt sich bis zum Ende der Durchdringungsfläche bei Punkt 3c als Rinne spiralförmig fort und mündet tangential in die Zylinderwand aus. Beim Durchfluß der Zulaufflüssigkeit durch das Zuführrohr 4 unterliegt sie im gebogenen Abschnitt der Außenwand 4c einer Fliehkraft, wodurch sie an die äußere Leitungswand 4c gedrückt wird und der innere freie Wasserspiegel 4d eine annähernd vertikale Lage einnimmt.

Die im Behälter rotierende, mit punktierter Linie ( . . . .) ange­ deutete Flüssigkeit ihrerseits durchquert mit ihrem äußeren freien, mit einer Knotenlinie (∎) angedeuteten Wasserspiegel (eine gerade Strömung bildend) den Zuflußleitungsabschnitt 4b. Die Zulaufströmung mit Spiegel 4d und die Rotationsströmung mit dem Außenspiegel 4e vereinigen sich unter einem spitzen Winkel α im Punkt 4f, turbulenzfrei, wodurch die Zulaufströmung in opti­ maler Weise die Energie an die Rotationsbewegung überträgt.

Im gleichen Sinne wirkt, die Strömung bündelnd und die Kreis­ bewegung unterstützend, die Ausbildung der unteren Zylinderwand in Form einer Rinne 3d auf der Höhe der Eintrittsöffnung 4b respektive des Pumpensaugmundes 2a, wobei ihre Oberwand den Zylinder 3 in einem kleinen Durchmesser 3e verengt und das tiefste Niveau mit freiem inneren Spiegel 4g in ihrer Lage und Neigung stabilisiert und unberechenbare Lufteintritte in den Mündungsteil 2a vermeidet.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Regulierung der Fördermenge von ver­ tikalachsigen Kreiselpumpen konstanter Drehzahl, derart, daß der Saugmund (2a) der Pumpe in einen oben offenen, zylindrischen, zur Laufradachse koaxialen, mit einer tangential im Sinne der Laufradrotation einmündende Flüssigkeitszufuhrleitung (4) ausge­ statteten Behälter (3) eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil der zylindrischen Behälterwand (3d) und/oder die Flüssigkeitszufuhrleitung (4) in Form eine Radius mit Zentrum innerhalb des Behälters folgenden Rinne oder Rohr ausgebildet ist, derart, daß die im Behälter (3) entstehende Rotations­ strömung, respektive die die Rotation antreibende Zulaufströmung gebündelt sowie ihr Flüssigkeitsspiegel stark in die Vertikale gedrückt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinne (3d) im zylindrischen Behälter (3), auf der Höhe des Pumpensaugmundes koaxial denselben umrundet und ihre Ober­ wand den Behälter (3) in einem kleinen Durchmesser (3e) verengt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Flüssigkeitszufuhrleitung (4) von einem höheren Niveau (Y) zum unteren Teil des zylindrischen Behälters (3) abfällt, wo sie dann einem Radius horizontal folgend als Rohr oder Rinne ausgebildet, im Sinne der Pumpendrehrichtung die untere Wand besagten zylindrischen Behälters (3) durchbricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der einem Radius horizontal folgende Kanal (4) derart durch die Wand des zylindrischen Behälters (3) dringt, daß die äußere Wand (4c) des Kanals (4) sich weiterhin um einen Radius im zylind­ rischen Behälter (3) fortsetzt und in der Zylinderwand eine kleinere äußere Rinne abnehmender Tiefe bildet und schließlich tangential in die Zylinderwand übergeht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius des in den zylindrischen Behälter (3) eintretenden Kanals (4) derart ausgebildet ist, daß sich in folge der Fliehkraft die Flüssigkeitsoberfläche (4d) mindestens näherungsweise vertikal ausrichtet und sich mit dem Außenspiegel (4e) der Rotationsströmung unter einem spitzen Winkel vereinigt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (4) zumindest im unteren Teil als Rohr die Behälter­ wand durchbricht.