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Strahlpumpe"
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Die Erfindung betrifft eine Strahlpumpe für ein gasförmiges Medium,
insbesondere Dampf, als Treibmittel, mit einer Treibmitteldüse, die auf einen Mischkanal
gerichtet ist, sowie mit einem sich dem Mischkanal anschließenden Diffusorteil.
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Strahlpumpen dieser Art sind in der Technik bekannt. Sie dienen zur
Förderung von Flüssigkeiten, und insbesondere bei der Verwendung von Dampf als Treibmittel
zur Förderung von Speisewasser in Dampfkessel. Dem Hauptvorteil von Strahlpumpen,
nämlich ihrem einfachen Aufbau und großer Betriebssicherheit, steht im wesentlichen
der Nachteil eines engen Beträebsbereichs gegenüber. Die Strahlpumpe fördert eine
konstante Menge, wodurch eine Regelung der Förder-
leistung ausgeschlossen
ist. Steigt nämlich der Druck, gegen den die Strahlpumpe zu fördern hat, auf einen
Grenzwert an, so wird die Förderung unterbrochen. Bei einem Absinken des Gegendrucks
nimmt die Strahlpumpe die Förderung nicht mehr selbsttätig auf, sondern die Zufuhr
des Treibmittels muß abgestellt und durch erneute langsame Freigabe die Strahlpumpe
wieder in Betrieb genommen werden. Ist ein sogenanntes Schlabberventil an der Strahlpumpe
vorgesehen, so tritt jetzt das Fördermedium aus diesem Schlabberventil aus. Der
normale Betrieb kann zwar hierdurch wieder erreicht werden, ein Dauerbetrieb unter
solchen Bedingungen ist jedoch nur unvollkommen und mangelhaft möglich. Bekannte
Strahlpumpen eignen sich daher nicht für selbsttätigen, kontinuierlichen Betrieb
mit stark schwankendem Förderstrom, wie dieser z.B. bei der Kesselwasserspeisung
mit Zweipunktregelung gefordert wird, bei welcher der Speisewasserstrom zwischen
dem Wert Null und einem Maximalwert pendelt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Strahlpumpe der
eingangs genannten Art, die vorzugsweise für Dampf als Treibmittel vorgesehen ist,
derart weiterzubilden, daß ihr Arbeitsbereich vergrößert ist, insbesondere eine
Fördermenge zwischen dem Wert Null und einem Nennwert ermöglicht, wobei sich der
Förderstrom nach einer vollständigen druckseitigen Drosselung, das heißt Fördermenge
Null, selbsttätig und unverzüglich wieder einstellt. Dabei soll die Strahlpumpe
im Aufbau einfach und im Einsatz betriebssicher bleiben.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nun erfindungsgemäß darin, daß das
Diffusorteil einen Hilfsdiffusor aufweist, an den ein Hauptdiffusor für das Fördermedium
und wenigstens ein für die Abfuhr von überschüssigem Fördermedium vorgesehener Zusatzdiffusor
angeschlossen sind. Dem aus dem Hilfsdiffusor austretenden Fördermedium stehen somit
zwei Wege zur Verfügung, die jeweils einzeln oder gemeinsam durchströmt werden können.
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Steigt nämlich der Gegendruck in der an dem Hauptdiffusor angeschlossenen
Förderleitung an, so tritt das Fördermedium in entsprechender Menge in den Zusatzdiffusor
ein und wird über die daran angeschlossene Abflußleitung abgeführt. Hierdurch ergeben
sich keine Rückwirkungen auf die Strömung bzw.
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Mischungsverhältnisse in der Treibmitteldüse bzw. im Mischkanal, so
daß Änderungen des Gegendrucks im Diffusorteil keinerlei Einfluß auf die Funktion
der Strahlpumpe haben, die Gesamtmasse des Fördermediums bleibt bei der Durchströmung
des Hilfsdiffusors ungefähr konstant. In der Praxis bedeutet dies auch, daß bei
einer Absperrung der an den Hauptdiffusor angeschlossenen Förderleitung das Fördermedium
über den Hilfsdiffusor abströmt, bei einer Freigabe der Förderleitung jedoch sofort
wieder in den Hauptdiffusor eintritt und zur Förderleitung abströmt. Neben dem Wegfall
eines Schlabberventils ist noch der Vorteil gegeben, d.3 die erfindungsgemäße Strahlpumpe
auch mit weiteren Strahlpumpen bezüglich des Fördermediums in Serie geschaltet werden
kann und einwandfrei arbeitet.
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Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich dann, wenn,vorteilhaft
der Zusatzdiffusor den Hauptdiffusor konzentrisch umgibt.
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Um die Strömungsverhältnisse im Hilfsdiffusor weiter zu stabilisieren,
kann gemäß einer empfehlenswerten Weiterbildung der Erfindung an den Hilfsdiffusor
ein Hilfskanal für die Zufuhr einer Hilfsflüssigkeit angeschlossen sein, der vorzugsweise
im Bereich der Treibmitteldüse mündet. Als Hilfsflüssigkeit wird am besten ein Teil
jenes Fördermediums verwendet, welches dem Ansaugstutzen des Diffusors zuströmt.
Da dieses Fördermedium gegenüber dem Treibmitteldampf kalt ist, wird durch seine
Zugabe die Kondensation des Treibdampfes im Fördermedium bewirkt, falls in verschiedenen
Betriebszuständen dieser Vorgang am Ausgang +des Mischkanals nicht beendet sein
sollte.« Hierdurch wird die Auswirkung eines eventuell auftretenden Verdichtungsstoßes
unterdrückt, der den maximal erreich-
baren Druck des Fördermediums
verringern würde. Für eine Beschleunigung der Kondensation des Treibdampfes im Mischkanal
kann es empfehlenswert sein, daß der Hilfskanal als Ringspalt ausgebildet ist, der
die Treibmitteldüse wenigstens bereichsweise umgibt. Hierdurch wird die Wandung
des Mischkanals kalt gehalten und somit die Kondensation des Treibdampfes begünstigt
und somit den Auswirkungen eines Verdichtungsstoßes entgegengewirkt.
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Eine sehr empfehlenswerte Weiterbildung der Erfindung, mit der eine
optimale Anpassung an veränderte Betriebsbedingungen möglich ist, besteht darin,
daß der Hauptdiffusor in Richtung der Längsachse verstellbar ist. Sind hierbei Hauptdiffusor
und Zusatzdiffusor konzentrisch ineinander angeordnet, so ist durch eine axiale
Verstellung des Diffusors der Strömungsquerschnitt des Zusatzdiffusors einstellbar
und somit die Verteilung des Fördermediums auf die beiden Diffusoren beeinflußbar.
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Um einen guten Übergang der Strömung vom Hilfsdiffusor in den Hauptdiffusor
zu erreichen, kann der Hauptdiffusor an seinem Strömungseintritt eine Zusatzmischdüse
aufweisen, die vorteilhaft eine Länge aufweist, die dem Ein- bis Vierfachen des
Eintrittsdurchmessers gleich ist.
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Für die axiale Verstellung des Hauptdiffusors ist es empfehlenswert,
daß der Hauptdiffusor einen äußeren zylindrischen Mantelbereich aufweist, der im
Diffusorteil geführt ist. Hierbei kann der Hauptdiffusor an seinem erweiterten Endbereich
einen axialen Verschluß und in Strömungsrichtung vor dem Verschluß liegende radiale
Öffnungen für den Austritt des Fördermediums aufweisen. Auf diese Weise wird eine
günstige Ableitung des Fördermediums zur Förderleitung erreicht und gleichzeitig
die.Möglichkeit geschaffen, vorteilhaft den Endbereich des Hauptdiffusors mit einer
in den Außenraum führenden Stange für die axiale Verstellung des Hauptdiffusors
zu versehen.
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Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung, welche eine
optimale Anpassung der Strahlpumpe an die gegebenen Betriebsbedingungen ermöglicht,
kann darin bestehen, daß der Hauptdiffusor selbsttätig verstellbar ist. Hierzu ist
vorzugsweise der Hauptdiffusor mit einem doppelt wirkenden Verstellkolben verbunden,
dessen erste Kolbenseite, welche auf den Hauptdiffusor in Richtung zum Mischkanal
einwirkt, mit dem Druck des vom Hauptdiffusor abströmenden Fördermediums beaufschlagbar
ist und dessen in entgegengesetzter Richtung wirkende zweite Kolbenseite mit dem
im Hauptdiffusor im Bereich der Spitze herrschenden Druck beaufschlagbar ist.
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Am einfachsten ist es hierzu, daß vorteilhaft der Verstellkolben die
Form eines Ringes aufweist, der den Hauptdiffusor umgibt und in einem im Diffusorteil
angeordneten Zylinder geführt ist, wobei ein erster Zylinderraum, welcher an die
erste Kolbenseite grenzt durch die radialen Öffnungen mit dem Hauptdiffusor verbunden
ist, wogegen der an die zweite Kolbenfläche grenzende Zylinderraum durch wenigstens
einen im Mantel des Hauptdiffusors verlaufenden Kanal mit dem Innenbereich der Diffusorspitze
verbunden ist.
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Durch vorgenannte Ausbildung stellt sich der Hauptdiffusor selbsttätig
ein infolge der auf ihn wirkenden Kräfte des strömenden Mediums, so daß dieser für
jeden Betriebszustand eine optimale Stellung aufweist. Wird beispielsweise die an
den Hauptdiffusor angeschlossene Förderleitung freigegeben, so daß große Mengen
des Fördermediums fließen können, so schiebt sich der Hauptdiffusor selbsttätig
in Richtung zur Mischdüse. Hierbei wird der Querschnitt des Zusatzdiffusors geringer,
gegebenenfalls gleich Null, so daß lediglich kleine oder keine Mengen des Fördermediums
durch den Zusatzdiffusor abströmen können. Wird dagegen der Abfluß durch die Förderleitung
gedrosselt oder abgesperrt, so wird der Hauptdiffusor durch die auf ihn wirkenden
Kräfte vom Misch-
kanal axial weggeschoben, so daß sich der Querschnitt
des Zusatzdiffusors für den Abfluß des überschüssigen Fördermediums vergrößert,
das in diesem Falle vor allem durch die Vergróerung des Hilfsdiffusors gegenüber
dem Zusatzdiffusor verdichtet wird. Dadurch kann der Rohrleitungswiderstand überwunden
werden. Die Verstellung des Hauptdiffusors geschieht durch die auf ihn wirkenden
Kräfte des Fördermediums, d.h. ohne Antrieb von außen, der jedoch gegebenenfalls
möglich wäre. ~ Um die selbsttätige axiale Verstellung des Hauptdiffusors beeinflussen
zu können, grenzt vorteilhaft der axiale Verschluß des Hauptdiffusors an einen Raum,
der von einem Steuermedium beaufschlagbar ist. Hierbei ist der Hauptdiffusor mit
einem Steuerorgan verbunden zur Beeinflussung des Steuermediums bzw. seines Druckes
in Abhängigkeit von der axialen Stellung des Hauptdiffusors. Vorteilhaft besteht
das Steuerorgan aus einem am Verschluß befestigten axialen Dorn, der zentrisch in
einer Durchtrittsöffnung zur Drosselung des Steuermediums bewegbar ist.
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Damit der Hauptdiffusor reibungslos den auf ihn wirkenden Verstellkräften
folgen kann, ist vorteilhaft der Hauptdiffusor unter Zwischenschaltung eines Flüssigkeits-Druckpolsters
selbstzentrierend im Diffusorteil gelagert. Hierzu ist es empfehlenswert, daß der
Hauptdiffusor an seinen Lagerstellen jeweils mindestens eine in der Lagerstelle
angeordnete Kammer aufweist, die über ein Kanalsystem mit einer Druckflüssigkeit,
vorzugsweise Wasser, beaufschlagbar ist. Die Druckflüssigkeit strömt durch das an
den Lagerstellen vorhandene Spiel ab, so daß der Hauptdiffusor auf einem Flüssigkeits-Druckpolster
gelagert und somit praktisch reibungslos in axialer Richtung verstellbar und selbsttätig
zentriert ist.
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Weitere Vorteile und empfehlenswerte Merkmale der Erfindung gehen
aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den
schematischen Zeichnungen hervor.
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Hierbei zeigen:
Figur 1 einen axialen Längsschnitt
durch eine Strahlpumpe gemäß der Erfindung mit einem unbeweglich gelagerten Hauptdiffusor,
Figur 2 eine Ausführungsvariante des Gegenstands der Figur 1 mit einem von außen
verstellbaren Hauptdiffusort Figur 3 eine weitere Ausführungsvariante des Gegenstands
der Erfindung mit selbsttätig verstellbarem Rauptdiffusor, Figur 4 den Hauptdiffusor
der Figur 3 samt Führungselementen als Einzelheit und in größerem Maßstab, Figur
5 eine andere Ausführungsvariante des Gegenstands der Erfindung mit- selbsttätig
verstellbarem Hauptdiffusor und Figur 6 der Bereichdes Hauptdiffusors der Figur
5 als Einzelheit und in größerem Maßstabe.
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Gleiche Teile sind in den einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Die Strahlpumpe gemäß Figur 1 weist eine Treibmitteldüse 10 auf, an
deren Einlaß eine Leitung 12 für die Zufuhr des Treibdampfes angeschlossen ist.
Der Auslaß der Treibmitteldüse 10 durchdringt zentrisch einen Ansaugraum 14, der
mit einem Ansaugstutzen 16 für die Zufuhr bzw. das Ansaugen des Fördermediums vorgesehen
ist. An den Auslaß der Treibmitteldüse 10 schließt sich der sich in Strömungsrichtung
verjüngende Mischkanal 18 an, wobei zwischen dem Auslaß der Treibmitteldüse 10 und
dem Mischkanal 18 eine kreisförmige Durchtrittsöffnung 20 für das Fördermedium ausgebildet
ist. Der Mischkanal 18 ist im Bereich seines Austritts von einem Ringkanal 22 um-
geben,
dem über einen Zufuhrkanal 24 mit zwischengeschaltetem Rückflußverhinderer 26, zum
Beispiel in Form eines Rückschlagventils, eine Hilfsflüssigkeit zuführbar ist. Durch
einen sich an den Ringkanal 22 anschließenden Ringspalt 28, der den Mischkanal 18
umgibt und der im Gehäuseteil 30 ausgebildet ist, kann die zugeführte Hilfsflüssigkeit
zusammen mit dem aus dem Mischkanal 18 austretenden Fördermedium in den Hilfsdiffusor
32 eintreten.
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Der axiale Abstand zwischen dem Austrittsende des Mischkanals 18 und
dem Ringkanal 22 beträgt etwa das Zwei- bis Fünffache der Lichtweite des Mischkanal-Austritts.
Der Querschnitt des Ringkanals 22 ist etwa gleich dem Querschnitt des von ihm umgebenen
Mischkanalabschnitts, der Querschnitt des Ringspaltes 28 ist so bemessen, daß die
über den Zufuhrkanal 24 zuströmende Hilfsflüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit den
Ringspalt 28 durchströmt und eine gute Kühlung des Mischkanal-Endbereichs bewirkt.
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An den Mischkanal 18 schließt sich der Diffusorteil 34 an.
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Dieser enthält im unmittelbaren koaxialen Anschluß an den Mischkanal
18 bzw. Ringspalt 28 den Hilfsdiffusor 32, der sich in Strömungsrichtung erweitert.
An den Hilfsdiffusor 32 schließt sich koaxial der Hauptdiffusor 36 an, der von einem
Zusatzdiffusor 38 konzentrisch umgeben ist, wobei der im Querschnitt kreisförmige
Hilfsdiffusor 32 stufenlos in den kreisringförmigen Zusatzdiffusor 38 übergeht.
Der Eintrittsbereich des Hauptdiffusors 36 ist auf einer Länge, die ungefähr dem
Ein- bis Vierfachen Eintrittsdurchmesser gleich ist, als Zusatzmischkanal 40 ausgebildet,
der die Form einer sich in Strömungsrichtung verjüngenden Düse aufweist. Das strömungsseitige
Ende des Hauptdiffusors 36 ist mit der Förderleitung 42 für die Abfuhr des Fördermediums
verbunden.
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Die Hauptdiffusoren sämtlicher Ausführungsbeispiele erweitern sich
in Strömungsrichtung.
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Für die Befestigung des Hauptdiffusors 36 im Diffusorteil 34 weist
dieser am strömungsseitigen Ende einen zylindrischen Bereich 44 auf, der in einer
entsprechenden Öffnung des Diffusorteis 34 geführt ist, wobei ein Flansch 46 zur
axialen Befestigung zwischen einem Deckel 48 und eine Stufe des Diffusorteils eingeklemmt
ist.
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Der Zusatzdiffusor 38 ist etwa halb so lang wie der Hauptdiffusor
36, und er mündet in einen den Hauptdiffusor 36 umgebenden Ringraum 50, der mit
einer Abflußleitung 52 versehen ist.
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Aus Figur 1 erkennt man deutlich, daß die Strahlpumpe aus einzelnen
Bauelementen zusammengesetzt ist, wie Treibmitteldüse 10, einem Gehäuseteil, welches
den Mischkanal 18 enthält, einem weiteren Gehäuseteil 30, welches den Zufuhrkanal
24 für die Hilfsflüssigkeit enthält, einem Zwischenteil 31, welches den Hilfsdiffusor
32 aufweist und den Zusatzdiffusor bildet sowie das vordere Ende des Hauptdiffusors
36 aufnimmt sowie schließlich einem Gehäuseteil, welches den Ringraum 50 aufweist
und in welchem der Hauptdiffusor 36 gelagert ist. Auch ist zu erkennen, daß der
Außenmantel des Hauptdiffusors 36 dieselbe Neigung aufweist wie die äußere Begrenzung
des Zusatzdiffusors 38. Bei einer axialen Verschiebung des Hauptdiffusors 36 nach
links legt sich dieser daher an das Zwischenteil 31 derart an, daß kein Zusatzdiffusor
38 mehr vorhanden ist.
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Wird während des Betriebs Dampf der Treibmitteldüse als Treibmittel
zugeführt, so wird das Fördermedium, meist Wasser, durch den Ansaugstutzen 16, den
kreisringförmigen Ansaugraum 14 sowie die Durchtrittsöffnung 20 in den sich in Strömungsrichtung
verjüngenden Mischkanal 18 eingesaugt. Im Mischkanal 18 kondensiert der zugeführte
Dampf unter Mischung mit dem Fördermedium, wobei sich die Strömungsgeschwindigkeit
infolge
der Verjüngung des Mischkanals 18 erhöht. Im sich anschließenden und sich erweiternden
Hilfsdiffusor 32 wird die Strömungsgeschwindigkeit teilweise in Druck umgesetzt.
Sind die Förderleitung 42 und die Abflußleitung 52 offen, so tritt am Ende des Hilfsdiffusors
32 ein Teil des Fördermediums in den Hauptdiffusor 36 ein, wird, unter Drucksteigerung
verzögert und strömt über die Förderleitung zu nicht dargestellten Verbrauchern
ab. Hierbei bewirkt der am Anfang des Hauptdiffusors 36 vorgesehene Zusatzmischkanal
40 gegebenenfalls eine Nachmischung des Dampf-Fördermedium-Gemischs mit dem Ziel,
den enthaltenen Dampf vollständig zu kondensieren. In die gleiche Richtung wirkt
die Zufuhr von Hilfsflüssigkeit, welche im Verhältnis zum Dampf kalt ist, in den
Ringkanal 22 sowie den Ringspalt 28. Die Hilfsflüssigkeit besteht meist aus dem
Fördermedium, welches dem Ansaugstutzen 16 zugeführt wird. Die kalte Hilfs£lüssigkeit
klihlt den Endbereich des Mischkanals 18 und fördert so auf indirekte Art die Mischung
und Dampfkondensation im Mischkanal.18. Durch den Übertritt der Hilffflüssigkeit
aus dem Ringspalt 28 in den Hilfsdiffusor 32 wird weiter eine direkte Kühlung des
Fördermedium und somit eine weitere Dampfkondensation und Durchmischung bewirkt
mit dem Ziel, die negative Auswirkung eines Verdichtunysstoßes auf den Förderdruck
der Strahlpumpe zu vermeiden.
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Ein Teil des Fördermediums tritt nicht in den Hauptdiffusor 36 ein,
sondern wird über den Zusatzdiffusor 38 ebenfalls unter Drucksteigerung in den Ringraum
50-und von hier in die Abflußleitung 52 abgeführt. Das Verhältnis der im Zusatzdiffusor
38 und im Hauptdiffusor 36 fließenden Massenströme ist vom Eintrittsquerschnitt
der beiden Diffusoren 36,38 abhängig. Da der Hauptdiffusor 36 konzentrisch im sich
erweiternden Zusatzdiffusor 38 angeordnet ist, kann je nach axialer Stellung des
Hauptdiffusors 36 dieses Querschnittsverhältnis variiert werden.
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Der Hauptvorteil einer Strahlpumpe in der vorliegenden Bauart besteht
darin, daß bei einer Absperrung der Förderleitung 42 und offener Abflußleitung 52
der gesamte Massenstrom über den Zusatzdiffusor 38 zur Abflußleitung 52 strömt und
somit zumindest fast keine Rückwirkungen auf die Strömungsverhältnisse im Mischkanal
18 und in der Treibmitteldüse 10 vorhanden sind. Bei einer Öffnung der Förderleitung
42 wird diese unmittelbar wieder vom Fördermedium beaufschlagt, wobei die Abströmung
über die Abflußleitung 52 entsprechend zurückgeht.
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Die Abflußleitung 52 ist vorteilhaft mittels eines Kühlers an den
Ansaugstutzen 16 der Strahlpumpe-angeschlossen, so daß das überschüssige Fördermedium
nicht verlorengeht. Die Strahlpumpe gemäß der Erfindung ist somit besonders geeignet
zur Förderung gegen extrem schwankenden Gegendruck, bzw. für Dauerbetrieb mit variabler
Fördermenge zwischen Null und einem Maximum.-In Figur 2 ist eine Ausführungsvariante
einer Strahlpumpe mit axial verstellbarem Hauptdiffusor 56 dargestellt. Gegen über
der Ausführungsform nach Figur 1 bestehen die Hauptunterschiede hier darin, daß
der Hauptdiffusor 56 an seinem strömungsseitigen Ende einen verlängerten zylindrischen
Bereich 54 aufweist, der im Diffusorteil 34 axial bewegbar gelagert ist. Das erweiterte
Ende des Hauptdiffusors weist hierbei einen Verschluß 58 auf, an dem zentrisch eine
Stange 60 befestigt ist und in den Außenraum 62 für die axiale Verstellung des Hauptdiffusors
56 führt. Für die Abfuhr des Fördermediums aus dem strömungsseitigen Ende des Hauptdiffusors
56 sind wenigstens zwei etwa radial verlaufende Öffnungen 64 vorgesehen, die in
einen den zylindrischen Bereich 54 umgebenden Ringkanal 66 münden, an den die Förderleitung
42 radial angeschlossen ist. In den Endbereich des Hauptdiffusors 56 ragt eine kegelförmige
Spitze 68, welche das Fördermedium verlustfrei zu den Öffnungen 64 umlenkt, wie
deutlich aus Figur 2 zu erkennen ist.
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Durch die axiale Verstellmöglichkeit des Hauptdiffusors 56 kann die
Strahlpumpe in der vorliegenden Ausführungsform auf den jeweiligen Betriebszustand
eingestellt werden. Ist zum Beispiel die Förderleitung 42 geöffnet und soll der
gesamte Förderstrom über diese Leitung den Verbrauchern zugeführt werden, so ist
der Hauptdiffusor 56 bis zum Anschlag in den kegelmantelförmigen Zusatzdiffusor
38 zu verschieben. In diesem Falle ist kein Zusatzdiffusor 38 mehr vorhanden und
das gesamte Fördermedium muß über den Hauptdiffusor 56 abströmen. Ist dagegen kein
Förderstrom über die Förderleitung 42 erwünscht, so wird der Hauptdiffusor 56 nach
rechts bewegt, so daß ein Zusatzdiffusor 38 von großem Querschnitt für die Abfuhr
des überschüssigen Fördermediums entsteht.
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In Figur 3 ist eine Strahlpumpe mit einem sich selbsttätig verstellenden
Hauptdiffusor dargestellt.
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Um die selbsttätige axiale Verstellung des Hauptdiffusors 76 zu bewirken,
weist die Strahlpumpe im vorliegenden Ausführungsbeispiel gegenüber Figur 2 bei
gleichem prinzipiellen Aufbau einige Unterschiede auf, die anhand der Figur 4 näher
erläutert werden sollen, welche den Bereich des Hauptdiffusors 76 als Einzelheit
und in größerem Maßstabe darstellt. So ist der zylindrische Bereich 54 des Hauptdiffusors
in Strömungsrichtung vor den Öffnungen 64 mit einem kreisringförmigen Verstellkolben
70 versehen, welcher in einem Zylinder 72 geführt ist. Der Zylinder 72 besteht aus
einer Hülse, welche im Diffusorteil 34 der Strahlpumpe fest eingesetzt ist. Der
linke Endbereich 74 bildet gleichzeitig. eine Führung für den zylindrischen Bereich
54, welcher gegenüber dem Verstellkolben 70 einen geringeren Durchmesser aufweist.
Zwischen dem linken Endbereich 74 und dem Verstellkolben 70 ist ein ringförmiger
zweiter Zylinderraum 78 gebildet, der durch wenigstens einen im Mantel des Hauptdiffusors
76 verlaufenden Kanal 79 mit einer Druckentnahmestelle 80 im Bereich der Spitze
des
Hauptdiffusors verbunden ist. Die Druckentnahmestelle 80 weist eine im Innern des
Hauptdiffusors 76 umlaufende Rille auf, die mit dem Kanal 79 verbunden ist. Vorzugsweise
ist die Druckentnahmestelle 80 in Strömungsrichtung gesehen unmittelbar am Ende
des Zusatzmischkanals 40 angeordnet, so daß während des Betriebs die zweite Kolbenseite
82 mit dem Druck der Druckentnahmestelle 80 beaufschlagt ist.
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Die gegenüberliegende erste Kolbenseite 84 grenzt an den ersten Zylinderraum
86. Der erste Zylinderraum 86 wird, genau wie der zweite Zylinderraum 78 vom Zylinder
72 in radialer Richtung begrenzt, das rechte Ende des ersten Zylinderraums bildet
ein im Zylinder 72 vorgesehener ringförmiger Einsatz 88. Dieser bildet gleichzeitig
eine weitere Führung des zylindrischen Bereichs 54. Wie aus Figur 4 zu ersehen,
münden in den ersten Zylinderraum 86 die Öffnungen 64, durch welche das Fördermedium
aus dem Hauptdiffusor 76 abströmt. Für die Abfuhr des Fördermediums sind wenigestens
zwei Durchtrittsöffnungen 90 im Zylinder 72 vorgesehen, die den ersten Zylinderraum
86 mit dem Ringkanal 66 verbinden, so daß das Fördermedium unyehindert in die Förderleitung
42 abströmen kann, wobei der Druck des Fördermediums die erste Kolbenseite 84 beaufschl
agt.
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Der linke Endbereich 74 des Zylinders72, welcher den zylindrischen
Bereich 54 führt, weist im Bereich 54 des Hauptdiffusors eine Kammer 92 auf, die
über einen radial verlaufenden Kanal 94 und ein Kanalsystem 96 (vergl. Fig. 3) mit
einem Druckmedium versorgbar ist. Vorzugsweise sind mindestens zwei Paare von Kammern
vorhanden, wobei die Kammern jedes Paares diametral gegenüberliegen und die Paare
gleichmäßig verteilt am Umfang des Zylinders 72 angeordnet sind. Dicke einzelncr"
voneinander getrennten Kammern haben jeweils einen etwa rechteckigen Umriß und sind
an das Kanalsystem 96 angeschlossen. In den Figuren ist der radiale
Kanal,
durch welchen der oberen diametral angeordneten Kammer Druckflüssigkeit zugeführt
wird sowie der Anschluß dieses Kanals an das Kanalsystem 96, nicht dargestellt.
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Das Druckmedium ist vorzugsweise identisch mit dem Fördermedium und
wird in den meisten Fällen Wasser sein.
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Der Wandbereich 98, welcher die Kammer 92 vom zweiten ylinderraum
78 trennt, weist eine an den zylindrischen
Bereich 54 grenzende
umlaufende Nut 100 auf, die durch wenigstens einen axial verlaufenden Kanal 102
mit der linken Stirnseite 104 des Zylinders verbunden ist. Da diese Stirnseite 104
an den Ringraum 50 grenzt, ist So die Möglichkeit geschaffen, über den Kanal 102
abfließendes Druckmedium der Abflußleitung 52 zuzuführen.
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Der am rechten Ende des Zylinders angeordnete Einsatz 88, welcher
das rechte Ende des zylindrischen Bereiches 54 führt, ist ebenfalls mit einer (bzw.
mehreren) Kammer 106 versehen, die durch Kanäle 108, welche den Einsatz 88 und den
Zylinder 72 radial durchdringen, an das Kanalsystem 96 angeschlossen ist. Gleichzeitig
ist der an den ersten Zylinderraum 86 grenzende Wandbereich 110 mit einer an den
Bereich 54 grenzenden umlaufenden Nut 112 versehen, die über einen abgewinkelten,
m wesentlichen axial verlaufenden Kanal 114 mit dem am Ende des Zylinders 72 angeordneten
Raum 116 verbunden ist.
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Der am rechten Ende des Hauptdiffusors angeordnete Verschluß 58 weist
einen im Durchmesser wesentlich geringeren. Fortsatz in Form eines Dornes 118 auf.
Wie aus Figur 3 ersichtlich, durchdringt dieser Dorn 118 den Raum 116 und endet
in einer Kammer 120, die in einem Deckel 122 angeordnet ist, welcher den Raum 116
axial verschließt. Der Dorn 118 verjüngt sich zu seinem freien Ende hin, so daß
je nach axialer Stellung des Dorns eine mehr oder wenige große Durchtrittsöffnung
vom Raum 116 in die Kammer 122 freigegeben wird.
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Im oberen Wandbereich der Kammer 116 ist eine mit einem einstellbaren
Drosselorgan 124 ausgerüstete Eintrittsöffnung 126 vorgesehen, die über einen etwa
axial im Diffusorteil 34 verlaufenden Kanal 128 mit dem Ringraum 50 verbunden ist,
durch welchen das überschüssige Fördermedium zur Abflußeitung 52 abströmt. Hierbei
ist es erforderlich, daß
der Kanal 128 im Bereich der zur Förderleitung
42 führenden Durchtrittsöffnung 130 um diese herumgeführt ist. Wie sich aus Vorstehendem
ergibt, bildet der Dorn 118 ein Steuerorgan, welches den Übertritt des Steuermediums
vom Ratm 116 in die Kammer 120 in Abhängigkeit von der axialen Stellung des Hauptdiffusors
76 beeinflußt. Schließlich ist die Kammer 120 mit einer Abflußöffnung 132 samt angeschlossener
Abflußleitung versehen.
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In Figur 3 ist weiter das bereits erwähnte Kanalsystem 96 zu erkennen,
welches zwischen eine an das Diffusorteil 34 angeschlossene Rohrleitung 134 und
die Kammern 92 und 106 eingeschaltet ist.
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Während des Betriebs wird über die Rohrleitung 134 und das Kanalsystem
96 den Kammern 92 und 106 eine Druckflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, zugeführt.
Infolge des Spieles zwischen dem zylindrischen Bereich 54 und dem als Lagerstelle
dienenden Endbereich 74 bzw. Einsatz 88 strömt die Druckflüssigkeit durch die das
Spiel bewirkende Ringspalte axial ab, so daß der zylindrische Bereich 54 des Hauptdiffusorteils
auf einem Flüssigkeits-Druckpolster gelagert ist und somit weitgehend reibungsfrei
in axialer Richtung verstellt werden kann und sich im Betrieb selbsttätig zentriert.
Hierbei ist es wichtig, daß der Druck der Druckflüssigkeit so hoch gewählt ist,
daß das gewünschte Flüssigkeits-Druckpolster gebildet wird. Um einen Übertritt der
Druckflüssigkeit aus der Kammer 106 in den ersten Zylinderraum 86 und von der Kammer
92 in den zweiten Zylinderraum 78 zu unterbinden, sind die Nuten 112 bzw. 100 vorgesehen,
welche die Druckflüssigkeit auffangen und über die Kanäle 114 bzw. 102 ableiten.
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Wird jetzt der Treibmitteldüse der Treibdampf zugeführt, so daß die
Strahlpumpe zu arbeiten beginnt, stellt sich der Hauptdiffusor in axialer Richtung
aufgrund der auf ihn einwirkenden Drücke des Fördermediums selbsttätig ein. Ist
nämlich
zum Beispiel die Förderleitung 42-vollständig abgesperrt, so daß im Hauptdiffusor
76 keinerlei Strömung und damit verbundener Druckabfall stattfindet, so ist der
auf die erste Kolbenseite 84 wirkende Druck identisch mit jenem Druck, der auf die
zweite Kolbenseite 82 einwirkt. Unter diesen Umständen ist die Stellung des Hauptdiffusors
im wesentlichen von jenem Druck abhängig, welcher im Bereich des Zusatzdiffusors
38 und des Ringraumes 50 auf den Hauptdiffusor wirkt und diesen in seine Endstellung
nach rechts drückt, so daß der Querschnitt des Zusatzdiffusors 38 seine maximale
Größe erreicht und das überschüssige Fördermedium ungehindert zur Abflußleitung
52 strömen kann.
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Da in den Kanal 128, welcher den Ringraum 50 mit dem Raum 116 verbindet,
das Drosselorgan 124 eingeschaltet ist, weist der Raum 116 einen geringeren Druck
auf als der Ringraum 50, so daß sich der Hauptdiffusor 76 ungehindert in seine Endstellung
nach rechts bewegt. Der Dorn 118, welcher als stellungsabhängiges Steuerorgan dient,
drosselt bei seiner Bewegung nach rechts den Durchfluß vom Raum 116 in die Kammer
120 immer stärker, so daß der Hauptdiffusor 76 nicht schlagartig in seine Endstellung
nach rechts läuft, sondern sich allmählich dieser Endstellung nähert, in welcher
selbstverständlich der Durchfluß vom Abflußraum 116 in die Kammer 120 nicht vollständig
unterbunden sein darf.
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Wird jetzt die Förderleitung 42 freigegeben, so daß das Fördermedium
durch den Hauptdiffusor 76 abströmen kann, so steigt der Druck im ersten Zylinderraum
86 an, wogegen der Druck im zweiten Zylinderraum 78 durch seine Verbindung (mittels
des Kanals 79) mit der Spitze des Hauptdiffusors 76 abfällt, so daß sich der Hauptdiffusor
76 in seine Endstellung nach links bewegt und der Zusatzdiffusor 38 vollständig
versctlwindet. Daher ist der Ringraum 50 und somit
auch der daran
angeschlossene Raum 116 drucklos, so daß von dieser Seite keinerlei Einwirkungen
auf die Endfläche 136 des Verschlusses 58 stattfinden.
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Ist die Förderleitung 42 nur teilweise gedrosselt, so bewegt sich
der Hauptdiffusor 76 in eine Mittelstellung, die sowohl den Abfluß des Fördermediums
durch die Förderleitung 42 zu den Verbrauchern gestattet als auch den Abfluß des
überschüssigen Fördermediums durch die Abflußleitung 52 ermöglicht.
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In Figur 5 ist eine weitere Möglichkeit für die selbsttätige Verstellung
des Hauptdifffusors dargestellt. Der Aufbau der Strahlpumpe ist weitgehend identisch
mit der Ausführungsform gemäß Figur 2. Im Unterschied zur Figur 2 ist im vorliegenden
Ausführungsbeispiel jedoch an die am Hauptdiffusor 56 befestigte Stange 60 ein Stellgerät
138 angeschlosssen, so daß dieses Stellgerät den Hauptdiffusor 56 in axialer Richtung
verstellen kann. Das Gehäuse des Stellgeräts 138 ist durch Halterungen 140 am Gehäuse
der Strahlpumpe befestigt.
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Dem Stellgerät 138 werden die Stellsignale von einem Regler 142 zugeleitet,
wobei gegebenenfalls noch ein Verstärker 144 zwischengeschaltet sein kann, um die
Stellsignale auf die für das Stellgerät erforderliche Stärke zu bringen. Um die
Größe der Verstellung festlegen zu können, ist am Regler 142 noch ei Sollwert-Einsteller
146 angeschlossen, der mit einem nichtlinearen Positionsgeber 148 zusammenarbeitet.
Dieser ist an der Stange 60 befestigt, erfaßt somit die Lage des Hauptdiffusors
56 und dient zur Korrektur des am Sollwertgeber 146 eingestellten Sollwertes.
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Dem Regler 142 wird ein Eingangssignal zugeführt, das an einer Additionsstelle
150 aus Drucksignalen gebildet wird, die vom Hauptdiffusor 56 und vom Zusatzdiffusor
38 abgenommen und über Leitungen 152,154 zugeführt sind. Diese Leitungen sind, wie
die übrigen in Figur 5 dargestellten Verbindungsleitungen entweder als elektrische
Leitungen ausgeführt oder im Falle von hydraulischer oder pneumatischer Signalübertragung
als Rohrleitungen ausgebildet.
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Die Drucksignale werden im linken Endbereich des Hauptdiffusors 56
gewonnen und über in der Wand des Hauptdiffusors axial verlaufende Kanäle 156,158
jeweils einer-Übergabestelle zugeführt, an welche die Leitungen 152,154 angeschlossen
slRd.
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Die Gewinnung der Drucksignale sowie deren Zufuhr zu den Leitungen
152,154 ist am besten aus Figur 6 zu erkennen, welche den Bereich des Hauptdiffusors
56 als Einzelheit und in größerem Maßstab darstellt. Am engen Endbereich des Zusatzmischkan-als
40 ist die Druckentnahmestelle 80 für den Druck im Hauptdiffusor 56 angeordnet.
Diese Druckentnahmestelle ist in Form einer umlaufenden Rille ausgebildet, die zum
Innenraum des Hauptdiffusors 56 offen ist und an den in der Wand des Hauptdiffusors
verlaufenden axialen Kanal 158 angeschlossen/i im zylindrischen Bereich des Hauptdiffusors
eine radiale Mündungsstelle 160 aufweist. Eine weitere Druckentnahmestelle 159 ist
außen am Hauptdiffusor 56 als umlaufende Rinne vorgesehen, die zum Zusatzdiffusor
38 offen ist und an welche der axial verlaufende Kanal 156 angeschlossen ist, der
im zylindrischen Bereich des Hauptdiffusors 56 ebenfalls eine radiale Mündungsstelle
160 aufweist. Im Bereich dieser Ausmündungen 160 sind im Gehäuse der Strahlpumpe
axial verlaufende Ausnehmungen 162 vorgesehen, an welche die Radialkanäle 164 angeschlossen
sind, welche diese.Ausnehmungen mit den Leitungen 152,154 verbinden. Durch die Ausnehmungen
162 ist gewährleistet, daß auch bei einer axialen Verstellung
des
Hauptdiffusors 56 die Radialkanäle 164 und somit die Leitungen 152,154 immer mit
den Druckentnahmcstellen verbunden bleiben. Die Lage der äußeren Druckentnabmestelie
159 gegenüber der im Innenraum angeordneten Druckentnahmestelle 80 ist experimentell
zu ermitteln, ihre Position ist auf alle Fälle zwischen der inneren Druckentnahmestelle
80 und dem vorderen Ende des Hauptdiffusors 56. Der an der Druckentnahmestelle 80
gemessene Druck ist eine Funktion des Druckes an der Druckentnahmestelle 159 sowie
des Abstandes X zwischen dem Ende des Mischkanals 18 und dem Anfang des Hauptdiffusors
56.
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Während des Betriebs wird, wie aus Figur 5 ersichtlich, die Differenz
aus den beiden Drucksignalen gewonnen und in den Regler 142 eingegeben. Gleicllzeitig
wird der am Sollwert-Einsteller 146 eingestellte Sollwert dem Regler eingegeben,
der hieraus ein Signal bildet, das über den Verstärker 144 dem Stellgerät 138 zugeführt
wird und dort die Verstellung des Hauptdiffusors 56 durch die Stange 60 solange
bewirkt, bis der eingestellte Sollwert erreicht ist. Hierbei wird durch den nichtlinearen
Positionsgeber 148 der eingestellte Sollwert korrigiert, urn Regelabweichungen gering
zu halten.
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Im übrigen verläuft der Betrieb analoy wie im Ausführungsbei spiel
gemäß Figur 3 beschrieben, so daß sich hier weitere Erläuterungen erübrigen. Zu
bemerken ist jedoch noch, daß eine besondere Lagerung des Hauptdiffusors 56 im Gehäuse
der Strahlpumpe nicht erforderlich ist, da das Stellgerät 138 durch entsprechende
Auswahl beliebig große Verstellkräfte aufbringen und somit beliebige Reibungen überwinden
kann.
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Für die allgemeine Dimensionierung der Strahlpumpe gelten die für
solche Pumpen gültigen und bekannten Regeln. Die Flächen der Kolbenseiten 82,84
sind so groß zu wählen, daß bei den auftretenden Drücken die gewünschte axiale Verstellung
des Hauptdiffusors auftritt. Richtwerte können der Zeichnung entnommen werden, die
eine Strahlpumpe zwar verkleinert, die Einzelteile jedoch etwa im richtigen Größenverhältnis
zeigt. Soweit erforderlich, sind die einzelnen Bauteile, z.B. der Hauptdiffusor,
aus rostfreiem Stahl hergestellt, andere Teile, z.B. den Zylinder 72, kann man aus
Gußstahl herstellen.