DE19960893A1 - Vorrichtung zur Regulierung der Fördermenge von vertikalachsigen Kreiselpumpen - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Regulierung der Fördermenge von vertikalachsigen Kreiselpumpen konstanter Drehzahl weist einen Zulaufquerschnitt (5a) mit einem Wehr (5) auf, wobei der Saugmund (2a) der Pumpe in einen oben offenen, zylindrischen, zur Laufradachse (2) koaxialen, mit einer tangential im Sinne der Laufradrotation einmündenden Flüssigkeitszuführöffnung (4) ausgestatteten Behälter (3) eintaucht. Die Flüssigkeitszuführöffnung (4) bildet einen Durchbruch in dem Wehr (5) und ist unter dessen Oberkante angeordnet. Dabei ist der untere Teil der zylindrischen Behälterwand (3d) so ausgebildet, dass im Behälter (3) eine Rotationsströmung (4a) entstehen kann. In dem Teil des Zulaufquerschnittes (5a), der über dem Wehr (5) liegt, ist auf der Seite der unter dem Wehr (5) liegenden Flüssigkeitszuführöffnung (4) eine Umlenkplatte (6) vorgesehen, so dass die der Pumpe zuströmende Flüssigkeit, die über das Wehr (5) strömt, umgelenkt und im Drehsinn (6a) entgegen der besagten im Behälter (3) entstehenden Rotationsströmung (4a) um die Pumpenachse (2) herumgeleitet wird. Damit ist es einerseits möglich, durch Erzeugung der beschriebenen Rotation (4a) kleine Fördermengen sicher und störungsfrei zu pumpen und mit der andererseits bei einem großen Flüssigkeitsanfall die Pumpleistung der Pumpe in größtmöglichem Maße auszunutzen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der CH 533,242 oder der GH 580,229 bekannt. Bei Hebeanlagen, wo der Anfall des zu fördernden Wassers schwankend ist, wie z. B. bei städtischen Abwassern oder Regenwasser, gibt es eine einfache Vorrichtung, die durch eine sinnvolle Formgebung des Pumpensumpfes, auch ohne Veränderung der Pumpenzahl, die Fördermenge an die jeweils an­ fallende 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 wel­ chem koaxial ein oben an die Saugseite der Pumpe angeschlossenes Saugrohr hineinragt.

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 Zy­ linders. Dadurch strömt immer mehr Wasser durch die tangentiale Zuführöffnung in den Zylinder und erzeugt eine mit vergrössern­ der Niveaudifferenz immer stärkere Drehbewegung des Wassers im Zylinderinnern. Dieser im Drehsinn der Pumpe erzeugte Drall be­ wirkt eine entsprechende Herabsetzung der Pumpenfördermenge, derart, dass er jeweils der reduzierten Anfallmenge entspricht. Auf diese Weise kann ein Förderbereich der Pumpe von 100% bis ca. 50% geregelt werden.

Diese Vorrichtung weist aber beim Vollastbetrieb einen Nachteil auf. Bedingt durch die Gestaltungsform der oben beschriebenen Vorrichtung bleibt auch unter voller Förderleistung der Pumpe eine Drehbewegung des Wassers im Zylinderinneren bestehen. Die­ ser im Drehsinn der Pumpe verbleibende minimale Drall verhindert ein volles Erreichen der maximalen Fördermenge und beschränkt diese auf Werte kleiner als 100%.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die erreichbare maximale Fördermenge bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art im Vollastbetrieb zu ver­ bessern.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Diese Merkmale gestatten die Eliminierung einer Restrotation in der Mengenreguliervorrichtung einer vertikalachsigen Kreiselpum­ pe. Es ist hierfür eine Umlenkplatte im Zulauf oberhalb eines Wehres angebracht, das in Anströmrichtung vor dem Zylinder steht. Um dem nachteiligen Effekt entgegentreten zu können und trotzdem nicht den Eigenschaften der Mengenregelung im Sinne der beschriebenen Vorrichtung entgegenzuwirken, wird diese Umlenk­ platte über der tangentialen Zuführöffnung zum Zylinder positio­ niert, die unterhalb der Wehroberkante liegt. Somit fliesst bei kleiner Fördermenge das Wasser ungehindert unter der Umlenkplat­ te in den Zylinder; sie folgt dabei der drallgebenden tangentia­ len Zuführöffnung. Steigt jedoch das Niveau des Wassers an, tritt dieses Wasser auch über das Wehr hinaus und die Umlenk­ platte wird langsam überflutet. Somit lenkt diese mit verstärk­ ter Eintauchtiefe eine zunehmende Portion der einströmenden Was­ sermenge um, welches einen Drall im Gegensinn des tangentialen Einlaufes ausübt. Bei Vollastniveau ist praktisch der ganze Zu­ laufquerschnitt oberhalb des Wehres in eine Gegendrehrichtung gezwungen. Die hiermit verbundene Drehströmung wirkt der durch die tangentiale Zuführöffnung unterhalb des Wehres in Drehrich­ tung des Laufrades erzeugten Strömung entgegen und neutralisiert diese.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachfolgend wird nun die Erfindung anhand eines in den Zeichnun­ gen dargestellten Ausführungsbeispiels beispielhaft erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer vertikalachsigen Kreiselpumpe mit einer zugeordneten Mengenregulierung gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1, und

Fig. 3 eine Vorderansicht des Zulaufquerschnitts der Vorrichtung nach Fig. 1.

An die in Fig. 1 bis 3 gezeigte, vertikal von unten ansaugende Kreiselpumpe 1 ist am Saugstutzen 1a ein Saugrohr 2 angeschlos­ sen, 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 eine der Dreh­ richtung der Pumpe 1 entsprechend tangentiale Zuführöffnung 4 in die Wand des Zylinders 3. Der Einlass der Zuführöffnung 4 ist in dem Pumpenstumpf 7 vorgelagerten Wehr 5, dessen Oberkante höher als der obere Rand des Zylinders 3 liegt. Insbesondere liegt die Flüssigkeitszuführöffnung 4 vollständig unter der Oberkante des Wehrs 5 und bildet einen Durchbruch in dem Wehr 5.

Bei kleinerer Zulaufmenge befindet sich der Flüssigkeitsspiegel beispielsweise auf dem Niveau Y. Die Flüssigkeit fliesst aus­ schliesslich durch die Zuführöffnung 4 in den Zylinder 3, ge­ trieben von einer Niveaudifferenz Δh vom Niveau Y zum Flüssig­ keitsspiegel innerhalb des Zylinders 3. Dadurch ist die dort vorhandene Flüssigkeit in eine starke Rotationsbewegung im Pum­ pendrehsinn 4a versetzt. Die Relativgeschwindigkeit im Laufrad der Pumpe in Bezug auf die einströmende Flüssigkeit ist dadurch reduziert und die Pumpenfördermenge der anfallenden Flüssig­ keitsmenge angepasst.

Steigt nun die Zuflussmenge, steigt auch das Flüssigkeitsniveau an, insbesondere über die Wehroberkante 5. Die Zuströmung er­ folgt ab diesem Zeitpunkt über die ganze Breite des Zuströmquer­ schnittes 5a, die Niveaudifferenz Δh verringert sich somit und der Zustrom wird aufgeteilt in eine der tangentialen Zuführöff­ nungen 4 folgenden und einen im wesentlichen gradlinig über das Wehr 5 in den Zylinder 3 strömenden Anteil. Das Ausmass der Ro­ tationsbewegung der einströmenden Flüssigkeit im Pumpendrehsinn wird gemindert.

Steigt die Zuflussmenge weiter, taucht bei dem hier dargestell­ ten Ausführungsbeispiel die Umlenkplatte 6 in den Zuflussstrom ein und mit zunehmender Wirktiefe verleiht sie der zuströmenden Flüssigkeit über dem Wehr 5 eine Flussrichtung 6a auf die Seite der Pumpe, die der tangentialen Zuführöffnung 4 gegenüberliegt, denn die Umlenkplatte 6 liegt in dem Teil des Zulaufquerschnit­ tes 5a, der über dem Wehr 5 liegt, auf der Seite der unter dem Wehr 5 liegenden Flüssigkeitszuführöffnung 4, so dass die der Pumpe zuströmende Flüssigkeit, die über das Wehr 5 strömt, umge­ lenkt und im Drehsinn 6a entgegen der besagten im Behälter 3 entstehenden Rotationsströmung 4a um die Pumpenachse 2 herumge­ leitet wird.

Das Ausmass der Umlenkung hängt unter anderem von der Grösse der Umlenkplatte 6 ab. Die effektive Grösse ergibt sich aus der Grö­ sse des Winkels 8, in welchem sie zu dem Zuströmquerschnitt 5a steht. Weiterhin kann die untere Kante 9 der Umlenkplatte 6 dem abfallenden Profil des Pumpenstumpfes 7 folgen. Die effektive Breite der Platte 6 bezogen auf die Breite im Zulaufquerschnitt ist vorteilhafterweise grösser als die Breite der Zuführöffnung 4. Die Höhe der Platte entspricht der Höhe des Pumpenstumpfes 7.

Die Umlenkplatte 6 weist in der Draufsicht der Fig. 2 auf die Pumpe einen Winkel 8 von 45 Grad mit der Ebene des Wehres 5 und der Flüssigkeitszuführöffnung 4 auf. Dieser Winkel 8 kann bei anderen Ausführungsbeispielen insbesondere zwischen 20 und 70 Grad, vorzugsweise zwischen 30 und 60 Grad liegen.

In dem in den Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Winkel 8 so vorbestimmt, dass die Pumpenachse 2 aus Richtung der zuströmenden Flüssigkeit gesehen hinter der Ebene der gedachten Verlängerung der Umlenkplatte 6 liegt. Somit wird eine ausrei­ chende Ablenkung der einströmenden Flüssigkeit um den Pumpenkopf 1 herum erzeugt.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Umlenkplatte 6 als ein Rechteck ausgestaltet. Sie kann aber auch mit ihrer un­ teren Kante 9 der abfallenden Oberfläche des hinter dem Wehr liegenden Pumpensumpfes folgen und als Trapez oder geschwungene Linie ausgestaltet sein.

Der Zufluss durch den ganzen Zulaufquerschnitt 5a über dem Wehr 5 wird in eine Richtung 6a gezwungen, die eine Drehung der Flüs­ sigkeit um die Pumpenachse 2 erzeugt, die. in Gegenrichtung zu der durch die Zuführöffnung 4 erzeugten Drehung 4a der eintre­ tenden Flüssigkeit ausgerichtet ist. Somit wird der durch die durch die Zuführöffnung 4 bewirkte und im Zylinder 3 verbleiben­ de Restdrall bei voller Förderleistung zum Stillstand gebracht und die Pumpe erreicht die der Pumpencharakteristik entsprechen­ de maximale Fördermenge.

Dabei weist immer die besagte im Behälter 3 entstehende Rotati­ onsströmung 4a die Drehrichtung der Laufradrotation auf und die durch die Umlenkplatte 6 umgelenkte 6a Flüssigkeitsdrehströmung wird gegen die Laufradrotation um die Pumpenachse 2 herumgelei­ tet.

Bei einer geeigneten, dem Fachmann in einfacher Weise zugängli­ chen Ausgestaltung der Grösse und des Strömungswinkels der Um­ lenkplatte 6 ist es möglich, die durch diese Platte 6 erzeugte Stärke der Drehströmung 6a grösser als das Moment der durch die Flüssigkeitszuführöffnung 4 erzeugten Drehung auszugestalten. Dann führt die Flüssigkeit im Zylinder 3 eine Drehung entgegen der Pumpenlaufraddrehrichtung aus, die in ihrer Drehrichtung ja der Strömung 4ä entspricht, so das die Flüssigkeit nun aktiv auf die sich drehenden Pumpelemente der Pumpe geführt wird, so dass einer Erhöhung der maximal erreichbaren Pumpenfördermenge mög­ lich ist. Damit ist eine Vorrichtung angegeben, mit der einer­ seits durch Erzeugung der beschriebenen Rotation kleine Förder­ mengen sicher und störungsfrei gepumpt werden können und mit der andererseits bei einem grossen Flüssigkeitsanfall die Pumplei­ stung der Pumpe in grösstmöglichem Masse ausgenutzt wird.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Regulierung der Fördermenge von vertika­ lachsigen Kreiselpumpen konstanter Drehzahl, die einen Zulauf­ querschnitt (5a) mit einem Wehr (5) aufweist, wobei der Saugmund (2a) der Pumpe in einen oben offenen, zylindrischen, zur Laufra­ dachse (2) koaxialen, mit einer tangential im Sinne der Lauf­ radrotation einmündenden Flüssigkeitszuführöffnung (4) ausge­ statteten Behälter (3) eintaucht, wobei die Flüssigkeitszuführ­ öffnung (4) einen Durchbruch in dem Wehr (5) bildet und unter dessen Oberkante angeordnet ist, so dass im Behälter (3) eine Rotationsströmung (4a) entstehen kann, dadurch ge­ kennzeichnet, dass in dem Teil des Zulaufquerschnit­ tes (5a), der über dem Wehr (5) liegt, auf der Seite der unter dem Wehr (5) liegenden Flüssigkeitszuführöffnung (4) eine Um­ lenkplatte (6) vorgesehen ist, so dass die der Pumpe zuströmende Flüssigkeit, die über das Wehr (5) strömt, umgelenkt und im Drehsinn (6a) entgegen der besagten im Behälter (3) entstehenden Rotationsströmung (4a) um die Pumpenachse (2) herumgeleitet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte im Behälter (3) entstehende Rotationsströmung (4a) die Drehrichtung der Laufradrotation aufweist und dass die durch die Umlenkplatte (6) umgelenkte (6a) Flüssigkeitsdrehströmung gegen die Laufradrotation um die Pumpenachse (2) herumgeleitet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Umlenkplatte (6) derart ausgestaltet ist, dass die durch sie erzeugte Stärke der Flüssigkeitsdrehströmung (6a) so gross ist wie die Stärke der Rotationsströmung (4a), die durch die tangentiale Flüssigkeitszuführöffnung (4) erzeugt wird, so dass diese neutralisiert wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Umlenkplatte (6) derart ausgestaltet ist, dass die durch sie erzeugte Stärke der Flüssigkeitsdrehströmung (6a) grösser als die Stärke der Rotationsströmung (4a) ist, die durch die tangentiale Flüssigkeitszuführöffnung (4) erzeugt wird, so dass die Flüssigkeit im Behälter (3) entgegen der Pum­ penlaufraddrehrichtung rotiert.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Umlenkplatte (6) in der Vorderansicht auf den Zulaufquerschnitt (5a) eine grössere Breite aufweist, als die Flüssigkeitszuführöffnung (4), so dass die Umlenkplatte (6) in der Draufsicht über den Beginn des Wehres (5) hinausragt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Umlenkplatte (6) in der Draufsicht auf die Pumpe einen Winkel (8) zwischen 20 und 70 Grad, vorzugsweise zwischen 30 und 60 Grad, mit der Ebene des Wehres (5) und der Flüssigkeitszuführöffnung (4) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (8) so vorbestimmt ist, dass die Pumpenachse (2) aus Richtung der zuströmenden Flüssigkeit gesehen hinter der Ebene der gedachten Verlängerung der Umlenkplatte (6) liegt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Umlenkplatte (6) ein Rechteck ist oder mit ihrer unteren Kante (9) der abfallenden Oberfläche des da­ hinterliegenden Pumpensumpfes folgend als geschwungene Linie oder als Trapez ausgestaltet ist.