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