DE2513883A1 - Vorrichtung zur regulierung der foerdermenge von vertikalachsigen kreiselpumpen - Google Patents

Description

Martin Stähle Neunkirch 27. MRZ-1975

PATENTANWÄLTE
DR. - ING. H. FINCKP
DIPL-ING. H. BOHR
PIPL-ING. S. STAEGER

MÜNCHEN 5
,MÜLLERSTRASSE 31

Vorrichtung zur Regulierung der Fördermenge von vertikalachsigen Kreiselpumpen

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Regulierung der Fördermenge von vertikalachsigen Kreiselpumpen konstanter Drehzahl.

Kreiselpumpen der genannten Art werden vielfach in Abwasseroder Meteorwasser-Hebeanlagen verwendet. Ohne Fördermengenregulierung müssten die Kreiselpumpen solcher Anlagen intermittierend arbeiten, was aber, besonders in Kläranlagen, unerwünscht ist. Zur Fördermengenregulierung sind verschiedene Möglichkeiten bekannt. So ist es beispielsweise üblich, die Mengenreduzierung durch Drosselung in der Druckleitung der Pumpe vorzunehmen, wobei mit zunehmendem Drosselungsgrad im Laufradkanal eine zunehmende Mitrotation und eine Bewegungsabnahme in Strömungsrichtung der Wassermasse eintritt. Es ist

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auch bekannt, durch Erzeugen einer ßrallstromung auf der Saugseite der Pumpe die Fördermenge herabzusetzen; und zwar geschieht dies bei einer bekannten Vorrichtung dadurch, dass ein dem Saugeinlass der Pumpe vorgeordnetes Saugrohr in einen Flüssigkeitsbehälter eintaucht, der mit der Flüssigkeitszuführung in Verbindung steht und in welchem bei sinkendem Flüssigkeitsstand eine der Pumpendrehung entsprechende Drallströmung erzeugt wird. Damit lässt sich in der Praxis eine Reduktion bis etwa auf die halbe maximale Fördermenge erzielen. Nun ist es aber in vielen Fällen erwünscht, die Regulierung im gesamten Fördermengenbereich, also von O bis maximale Fördermenge vornehmen zu können, was bisher nur mit relativ hohem Aufwand möglich war; der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, dieses Problem mit technisch einfachen Mitteln wirtschaftlich zu lösen. Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemässe Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der den Laufradeintritt umschliessende Saugmund des Pumpengehäuses in einen mit der Flüssigkeitszufuhr in Verbindung stehenden, oben offenen Behälter eintaucht, dem Mittel zum Verbinden des Saugmundes der Pumpe mit einer Luftquelle zugeordnet sind.

Da im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen der Saugmund und damit der Laufradeinlass selbst in den Behälter eintaucht, steht die auch bei unterbrochener Flüssigkeitszufuhr im Behälter gefangene Flüssigkeitsmasse mit dem Laufrad in Verbindung und wird durch dieses zum Mitrotieren gebracht. Dadurch bildet sich im Laufrad ein mitrotierender, sowohl mit der Flüssigkeit im Behälter als auch mit der druckseitigen Flüssigkeitssäule in Verbindung stehender Flüssigkeitsring mit

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zentralem Luftkern, dessen Rotationsgeschwindigkeit gleich der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades ist, sodass jede Förderung von Flüssigkeit unterbleibt, d.h. die Fördermenge ist O. Wird dieses Gleichgewicht durch Flüssigkeitszufuhr zum Behälter gestört, nimmt das Flüssigkeitsniveau im Behälter und damit die radiale Dicke und auch die vom Laufrad zu bewegende Flüssigkeitsmasse zu, so dass zur Rotationsbewegung noch eine Förderbewegung der Flüssigkeitsmasse in Axialrichtung hinzukommt. Fördermenge und Flüssigkeitsniveau im Behälter entsprechen einander. Erreicht die Flüssigkeitszufuhr die maximale Pumpenfördermenge, wird vom Laufrad praktisch keine Rotationsbewegung auf die Flüssigkeit im Behälter übertragen und die Pumpenförderung ist entsprechend maximal. Damit ergibt sich die Möglichkeit der automatischen, stufenlosen Fördermengenregulierung zwischen O und Maximum.

Als besonders zweckmässig hat sich ein zylindrischer Behälter erwiesen, in welchen der Saugmund der Pumpe koaxial eintaucht und in dessen Boden ebenfalls koaxial ein Luftzufuhrrohr mündet, das mit der Atmosphäre oder einer geeigneten, z.B. einstellbaren Luftdruck- bzw. Unterdruckquelle in Verbindung stehen kann. Ferner ist es zweckmässig, zur Zufuhr von Flüssigkeit zum Behälter eine von aussen nach innen abfallende, im Sinne der Pumpenrotation tangentiale Zulaufrinne vorzusehen, welche die Drallströmung im Behälter unterstützt.

In der beiliegenden Zeichnung ist die Erfindung schematisch beispielsweise dargestellt; es zeigt:

Fig. la und im Axial- bzw. im Querschnitt die Pumpe

Ib: mit Reguliervorrichtung bei maximaler Förderung,

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Fig. 2α, 2b: den Fig. la, Ib entsprechende Schnitte bei Teilförderung der Pumpe,

Fig. 3a, 3b: den Fig. la, Ib entsprechende Schnitte bei O-Förderung der Pumpe,

Fig. 4 ein Geschwindigkeits-Dreieck am Eintritt

der mit Reguliervorrichtung ausgestatteten Kreiselpumpe, und

Fig. 5: ein die Drallströmung im Behälter über der Pumpenfördermenge zeigendes Diagramm.

In der Zeichnung ist 1 die vertikalachsige Kreiselpumpe mit Laufrad 2, dessen Eintrittspartie vom Saugmund la des Pumpengehäuses umschlossen ist. Dieser Saugmund la taucht koaxial in einen zylindrischen, oben offenen Behälter 3, der durch eine im Sinne der Laufrad-Rotation tangentiale, von aussen nach innen geneigte Zulaufrinne 4 mit der Flüssigkeitszuführung, z.B. einem Abwasserkanal in Verbindung steht. Im Zentrum des Behälterbodens mündet eine Luftleitung 5, die mit einer nicht gezeichneten Luftquelle in Verbindung steht. Die Nulllinie des statischen Druckes ist in der Zeichnung mit P bezeichnet, während das Wasserniveau der Zufuhr mit N bezeichnet ist.

Fig. la und Ib zeigen die Verhältnisse bei maximaler Wasserzufuhr; das Wasserniveau N liegt über dem Behälterrand bzw. der Zulaufrinne. Demzufolge gelangt durch die Pumpe zu förderndes Wasser über den ganzen Randumfang des Behälters 3 in den letzteren, während die an sich als Drallerzeugungsmittel dienende tangentiale Zulaufrinne 4 praktisch wirkungslos ist. Es entsteht somit im Behälter 3 keinerlei zuflussbedingte Drallströmung und die mit konstanter Drehzahl arbeitende Pumpe fördert die maximale Wassermenge.

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Nimmt die zufliessende Wassermenge ab (das Niveau N sinkt), so dass die Wasserzufuhr zum Behälter 3 nur noch durch die Zulaufrinne 4 erfolgt, so bewirkt dies, wie in Fig. 2a, 2b, ersichtlich, eine Drallströmung im Behälter 3 im Drehsinn des Pumpenlaufrades 2. Der Behälterrand ist nicht mehr überflutet und es bildet sich im Behälter eine trichterförmige Wasseroberfläche in die der Saugmund la und die Eintrittspartie des Laufrades 2 eintauchen; das Laufrad 2 unterstützt so die ürallströmung im Behälter. Im Achsbereich des Saugmundes la entsteht ein Unterdruck, so dass sich hier, dank der Verbindungsleitung 5 mit der Luftquelle ein Luftkern 6 bildet, Die so im Saugmund la entstandene Ringströmung 7 rotiert mit einer Geschwindigkeit die zwar kleiner ist als die Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades 2 (Fig. 4), was aber eine entsprechende Herabsetzung äer Fördermenge Q χ zur Folge hat.

Mit sinkender Wasserzufuhr sinkt auch die wasseroberfläche im Behälter 3 und damit das Gefälle in der Wasserzulaufrinne 4, d.h. trotz abnehmender Wasserzufuhr steigt die Rotationsgeschwindigkeit der Wassermasse im Behälter 3, der Unterdruck im Kern 6 und damit die Grosse des letzteren nehmen zu, während die radiale Dicke der Ringströmung 7 und die Fördermenge abnehmen. Dabei ist zu beachten, dass das in die Ringströmung 7 eintauchende Laufrad 2 mit zunehmender Verkleinerung der im Behälter 3 gefangenen Wassermasse zunehmend die Rotation dieser Wassermasse unterstützt, bzw. bewirkt und beim Aussetzen der Wasserzufuhr diese Rotation vollständig allein erzeugt, wie dies aus Fig. 3a, 3b ersichtlich ist. Die Wasseroberfläche im Behälter 3 hat ihren tiefsten Stand erreicht (liegt aber noch über dem Rand des Saugmundes la), während

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der Luftkern 6 seine grosste Ausdehnung besitzt. Dieser Luftkern ermöglicht eine radial relativ dünne Ringströmung 7 im Saugmund Ia₁ die zusammen mit der geringen Wassermenge im Behälter 3 von dem in sie eintauchenden Laufrad 2 in seiner Umfangsgeschwindigkeit entsprechende Drehung versetzt wird. Aus den Diagrammen nach Fig. 4 und 5 geht ohne weiteres hervor, dass, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Wassers gleich der Umfangsgeschwindigkeit u des Laufrades 2 wird, die Fördermenge O ist. Da der Behälter 3 zylindrisch und koaxial zum Laufrad 2 ist, erhält man eine praktisch ungebremste Drallströmung. Im Diagramm nach Fig. 5 bedeutet die schraffierte Fläche die Drallübermittlung durch das Laufrad, während die nicht schraffierte Fläche die Drallübermittlung durch den tangentialen Eintritt darstellt.

Aus dem Vorangehenden ist ersichtlich, dass dank der beschriebenen Massnahmen eine vollautomatische, sich selbstätig der Wasserzufuhr anpassende Regulierung der Fördermenge zwischen O und Maximum einstellt, ohne dass die Wassersäule im Pumpengehäuse je unterbrochen würde. Wie Versuche zeigen, ist die Schaffung eines einwandfreien Luftkerns bei reduzierter Fördermenge besonders wichtig. Es ist deshalb zweckmässig, den Druck der zuströmenden Luft zu steuern» wird z.B. mit Unterdruck von z.B. O,5 m HO gearbeitet, so ergibt sich ein Anheben der statischen Druck - Null - Linie und der Wasserstand im Behälter sinkt; bei Null - Förderung könnte dies bewirken, dass der Saugmund la freigelegt würde, sodass Luft zwischen Saugmund und Wasseroberfläche eindringen könnte; dem könnte durch entsprechende radiale Verdickung (nach aussen) des Saugmundes begegnet werden. Dagegen könnte die Höhe des Behälters 3 verringert werden.

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Claims (4)

1. PA TENTANSPRUECHE

   .) Vorrichtung zur Regulierung der Fördermenge von vertikalachsigen Kreiselpumpen konstanter Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, dass der den Laufradeintritt umschIiessende Saugmund des Pumpengehäuses in einen mit der Flüssigkeitszufuhr in Verbindung stehenden, oben offenen, zylindrischen und zur Laufradachse koaxialen Behälter (3) eintaucht, in dessen Bodenmitte eine Luftzufuhrleitung (5) zum Verbinden des Saugmundes der Pumpe mit einer Luftquelle mündet.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftzufuhrleitung (5) Mittel zur Steuerung des Luftdruckes zugeordnet sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitszufuhrleitung eine im Sinne der Laufradrotation tangential in den Behälter (3) mündende Zulaufrinne (4) ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufrinne (4) von aussen nach innen gegen den Behälter (3) hin abfällt.

   Für Martin Stähle:

   PATBtt ANWÄLTE R FlNCKE, DIPL-ING. H. 8OHt WP-M.«. STAEGK

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