-
Spiralpumpe zur Förderung von flüssigen und gasförmigen Stoffen. Die
Spiralpumpe besteht aus einenv spiralförmig gewundenen Kanal, der um eine horizontale
Achse im vertikaler Ebene drehbar gelagert ist. Die Spirale taucht ungefähr bis
zur - Achsle in die zu fördernde Flüssigkeit, während' die obere Hälfte frei in
der Luft sich. befindet. Wird nun die Spirale in. Umdrehung versetzt, so taucht
ihr offenes Ende beim Durchlaufen der unteren Hälfte des Weges in die Flüssigkeit,
beim Durchlaufen der oberen Hälfte des Weges in die Luft. Es wird also bei jeder
Umdrehung wechselweise die Flüssigkeitssäule und eine Luftsäule eingeschöpft und
infolge des Spiralkan.ales von der Schöpfseite zur Druckseite der Pumpe weiterbefördert,
um schließlich die Pumpe durch das Steigrohr zu verlassen..
-
Während also die Förderung durch die schraubende Bewegung hervorgerufen;
wird, bei der die Pumpe selbst der bewegende, die Luft und die Flüssigkeit infolge
ihrer Trägh°it und geringen, Innenreibung der ruhende Teil sind, wird die Druckhöhe
dadurch hervorgerufen, daß in jedem; einzelnen Spiralgange Differentialdrücke entstehen,
deren Summe gleich der Druckhöhe ist. Jeder einzelne Spira.lgang bildet ein kommunizierendes
Gefäß, bei dem d'er eine Schenkel mit Flüssigkeit, der andere Schenkel mit Luft
angefüllt ist. Ist nun der Förderdruck gleich Null, also bei Beginn der Umdrehung
der Pumpe, so wird in jedem Spiralgang infolge des Unterszhiedes des spezifischen
Gewichts die untere Hälfte mit Wasser, die obere Hälfte mit Luft gefüllt sein. Dieser
Zustand dauert so lange, bis die zuerst geschöpfte Wassersäule durch die ganze Pumpe
hindurchgegangen _ist und in die Steigleitung tritt. In diesem Augenblick aber tritt
von der in die Steigleitung gepreßten Flüssigkeitssäule ein Gegendruck auf, der
sich durch die Spiralgänge von. je einer Flüssigkeitssäule zu je einer Luftsäule
fortpflanzt. Dadur'ch wirdi aber das in der Pumpe herrschende Gleichgewicht gestört.
Die in der unteren Hälfte der Pumpe liegenden Flüssigkeitssäulen werden. durch die
Druckübertragung der Luft einseitig hochgedrückt und die Summe dieser Partialdrücke
der einzelnen. Gärrage ergibt die gesamte Druckhöhe. Das Maximum. der Druckhöhe
in einem einzelnen Gang wird dann erreicht sein, wenn die Differenz der beiden Flüssigkeitsspiegel
die größte ist, wenn also der obere Spiegel an der hö--hsteni Stelle, der untere
Spiegel an der tiefsten Stelle der Spirale sich befindet. Es ist dann die Partialdruckhöhe
gleich dem Innendurchmesser des Spiralganges, was nur unter der Bedingung möglich
ist, daß das Flüssigkeitsvolumen gleich ist dem Luftvolumen. Diese Bedingung kann
aber nur in der ersten Spirale an, der Schöpfseite der Pumpe eingehalten werden,
wo die Luft noch unter keinem Druck steht, hier ist das Luftvolumen tatsächlich
gleich dem Flüssigkeitsvolumen. In allen anderen Spiralgängen wird das Luftvolumen
kleiner werden infolge der Kompression durch die Partialdrücke. Die Verkleinierung
des Luftvolumens beträgt bei
einer geringen Druckhöhe von io m bereits
50 Prozent.
-
Bei den bekannten Bauarten von Spiralpumpen wird schon angestrebt,
die einzelnen Spiralgänge so zu bemessen, daß in jedem Gange die maximale Druckhöhe,
gleich dem Innendurchmesser des -Ganges, erreicht wird. Es soll- also hier die Bedingung
eingehalten werden, da-ß das jeweilige gepreßte Luftvolumen gleich dem Flüssigkeitsvolumen
ist. Da aber die Flüssigkeit praktisch ihr Volumen nicht ändert, das Luftvolumen
aber sehr stark verkleinert wird, so muß bei Einhaltung der vorhin erwähnten Bedingung
aus jedem Spiralgang so vielFlüssigkeit entfernt werden, als die Zusammenpressung
der Luft beträgt. Das wird dadurch erreicht, daß vom oberen Flüssigkeitsspiegel
in jedem Gange so viel Flüssigkeit in. den vorhergehenden Spirala ng überfließt,
als die jeweilige Verkleinerung des Luftvolumens beträgt. Dieses Zurückfließen bereits
gehobener Flüssigkeit bedeutet aber einen Leistungsverlust, der bei iom Druckhöhe
bereits 25 Prozent beträgt, wodurch der Wirkungsgrad um 25 Prozent
erniedrigt wird.
-
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, die vorerwärmten Nachteile
zu beseitigen. Dies wird dadurch erreicht, d.aß bei der Pumpe die Bedingung eingehalten
wird, daß der Rauminhalt jedes einzelnen Spiralganges gleich ist dem Rauminhalt
der bei einer Umdrehung geschöpften Wassermenge, vermehrt um den Rauminhalt der
Luftmenge, der sich durch den Kompressionsdruck ergibt, welcher gleich der Summe
der Einzeldrücke in, den vorangehenden Spiralgängen ist.
-
Durch: Einhaltung dieser Bedingung entsteht trotz Einhaltung von praktisch
großen Partialdruckhöhen in den einzelnen: Gängen kein Zurückfließen bereits gehobener
Flüssigkeit. Es ist somit auch kein Leistungsverlust möglich, und deshalb Üryird
der größte Wirkungsgrad erreicht, so daß diese Pumpe größte Wirtschaftlichkeit aufweist.
-
Die Zeichnung stellt eine schematische Skizze einer Planspi.ralpumpe
dar, bei welcher die Spiralgänge dadurch gebildet werden, daß ein, spiralförmig
gewundenes Band zwischen zwei parallel senkrecht auf der Achse stehenden Scheiben
befestigt ist. Die Quersch:nittsfläche eines Spiralganges ist ein Rechteck, bei
dem die Breite gleichbleibend, die Höhe h aber veränderlich ist. Unmittelbar abhängig
von der Höhe h ist aber der jeweilige Radius R, .der .daher bei jeder Veränderung
der Höhe h um dieselbe Größe verändert wird. Nun ist aber durch diese Bauart des
spiralförmigen Bandes der Innendurchmesser eines Ganges gleichzeitig ider Außendurchmesser
des nächstfolgenden Ganges, vermindert um die doppelte Dicke d des Spiralbandes,
-die gleichbleibend ist, woraus sich ergibt, daß der Durchmesser der Gänge abhängig
von der Höhe h ist, welche mithin, die einzig veränderliche Größe dieser Ausführungsart
darstellt.
-
Aus der Zeichnung ist die Einstellung der Flüssigkeitsspiegel ersichtlich,
in der die oberen Spiegel mit ol, o2, o3 . . ., die unteren Spiegel mit 2i2, ?c3,
u4 . . . bezeichnet sind, wobei sich in jedem Spiralgange partielle Drucksäulen
s2, s3, s,# ... ergeben, deren Summe gleich der Druckhöhe H ist. Die wirkliche
Förderhöhe ist aber bedeutend größer als die Druckhöhe H, da sich- im Steigrohr
abwechselnd eine Flüssigkeitssäule und eine Luftsäule bewegen. Sie ist gleich der
Druckhöhe H, vermehrt um die Höhe der im Steigrohr befindlichen Luftsäulen unter
Berücksichtigung der Ausdehnung .der Luft beim Aufwärtssteigen im Steigrohr. Vermindert
wird die gesamte Förderhöhe durch die Wandreibung an den Spiralgängem und am Steigrohr
sowie durch die Innenreibung der geförderten Flüssigkeit selbst.
-
Außer der vorher beschriebenen Planspiralpumpe sind die'häu%gsten
Bauarten die Rohrspiralpumpen, bei denen der Querschnitt der Gänge gleichbleibend
und nur der Spiral durghmesser veränderlich ist, und die -Zylinderspiralpumpe, bei
welcher die Durchmesser gleichbleibend und die Querschnitte der Spiralgänge, mithin
Ganghöhe, Gangbreite oder beide Größen veränderlich sind. Auch hierfür ist die Erfindung
anwendbar.