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Selbstansaugende Kreiselpumpe Im Zentrifugalpumpenbau und dessen Anwendungsgebiet
sind in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte zu verzeichnen gewesen. Trotz
der hervortretenden Vervollkommnung hinsichtlich wirtschaftlicher Formgebung der
Laufräder, bester Wasserführung innerhalb des Pumpenkörpers und dem daraus resultierenden
hohen Wirkungsgrad, war es bis jetzt noch nicht gelungen, diese Pumpen ohne Verwendung
von Spezialsaugvorrichtungen selbstansaugend zu gestalten.
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Die gegen Luft sehr empfindliche Zentrifugalpumpe kann den Betrieb
nur dann aufnehmen, wenn die im Saugrohr und Pumpenkörper stehende Luft beseitigt
wird. Im allgemeinen wird die Luft dadurch fortgeschafft, daß die Saugleitung und
der Purnpenkörper bis zum höchsten Punkt der Pumpe mit Wasser oder der zu fördernden
Flüssigkeit aufgefüllt wird. Dabei ist Voraussetzung, daß am Ende der Saugleitung
ein Fußventil vorgesehen ist, welches die Flüssigkeit am Ablaufen hindert. Um das
Auffüllen von Pumpe und Saugleitung zum Zwecke der Entlüftung zu vermeiden, gibt
es noch eine ganze Anzahl von Verfahren und Vorrichtungen, z. B. Auspumpen bzw.
Entlüften der Saugleitung und des Pumpenkörpers mittels Flügelpumpe, Luftpumpe,
Schieberpumpe, Vorschalten von Wasserringluftpumpen oder direkte Kombination zwischen
Zentrifugalpumpe und Wasserringluftpumpe innerhalb eines Aggregates, ferner Vorschalten
von besonderen Wasserbehältern, sogenannten Saugtöpfen, die mit ihrem Volumen einen
von dem Inhalt der Saugleitung abhängigen Wasservorrat aufnehmen und dadurch die
Pumpe und Saugleitung bis zu einem gewissen Grade zu entlüften vermögen, ferner
Verwendung besonderer Entlüftungsvorrichtungen, wie Strahlapparate usw. All diese
Apparate und Vorrichtungen jedoch sind Notbehelfe und weisen mehr oder weniger große
Nachteile auf. Sie können wohl eine Saugleitung und Pumpe entlüften, nicht aber
verhindern, daß beim Eindringen von Luft durch undichte Verbindungen oder durch
die Stopfbüchse oder aber durch nachträglich sich bildende Luftsäcke in der Pumpe
oder Leitung doch Betriebsstörungen oder glattes Versagen der Pumpe eintreten.
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Mit den zur Zeit existierenden selbstansaugenden Kreiselpumpen der
verschiedensten Systeme, die sich in der Praxis haben verwenden lassen, ist das
schon lang angestrebte Problem, Kreiselpumpen selbstansaugend zu gestalten, gelöst.
Diese Pumpen entlüften sich selbsttätig und gehen dann automatisch zur Förderung
über. Als markantes Unterscheidungsmerkmal zwischen einer gewöhnlichen Zentrifugalpumpe
und einer selbstansaugenden Kreiselpumpe kann das Laufrad angesehen werden. Während
eine gewöhnliche Zentrifugalpumpe im Innern ein Laufrad von der üblichen und allgemeinen
Beschaffenheit aufweist, haben die kleinen selbstansaugenden Kreiselpumpen eine
Art Sternrad im Gehäuse. Dieses Sternrad ist auch die Ursache, daß der Wirkungsgrad
dieser selbstansaugenden Kreiselpumpen sehr tief liegt, etwa 28 bis 30 °/o,
während Zentrifugalpumpen einen Wirkungsgrad von etwa
7o bis 85
°j" erreichen. Außer dem schlechten Wirkungsgrad der selbstansaugenden Pumpen mit
Sternrad tritt noch der Nachteil auf, daß die Leistung und Förderhöhe nur bis zu
einer bestimmten Grenze reicht und dann aus wirtschaftlichen und technischen Gründen
nicht weiter gezogen werden kann.
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Die nachstehend beschriebene Erfindung einer selbstansaugenden Zentrifugalpuinpe
unterscheidet sich von bekannten selbstansaugenden Kreiselpumpen dadurch, daß sie
im Gehäuse kein Sternrad, sondern, wie jede gewöhnliche Zentrifugalpumpe, ein Laufrad
aufweist. Dadurch ist es auch möglich, den Faktor von Leistung, Förderhöhe und Wirkungsgrad
genau so zu erhalten, wie dieser bei erstklassigen Zentrifugalpumpen auftritt.
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Diese selbstansaugende Zentrifugalpumpe saugt an ohne Fußventil, sie
saugt über den Berg und ist unempfindlich gegen Luftsäcke, denn diese werden sofort
beseitigt, Luftschläge können also nicht eintreten. Um den verschiedensten Verhältnissen
zu entsprechen, kann das Laufrad offen, geschlossen; einseitig oder doppelseitig
beaufschlagt ausgeführt werden. Die Pumpe selbst kann je nach Förderhöhe ein- oder
mehrstufig hergestellt werden. Sie fördert Luft und Wasser oder ein Luft- und Wassergemisch.
Das erreichbare Vakuum beträgt etwa 72 bis 74 cm Quecksilbersäule.
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Im nachfolgenden soll an Hand der Zeichnungen die Wirkungsweise und
Konstruktion eingehend erläutert werden.
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Die Laufräder (Fig. 7 bis 9) stellen gewöhnliche Zentrifugalpumpenlaufräder
dar, und zwar zeigt Fig.7 ein einseitig beaufschlagtes Laufrad in geschlossener
Ausführung, Fig.8 ebenfalls ein einseitig beaufschlagtes Laufrad, aber in offener
Ausführung. Fig. 9 zeigt ein geschlossenes Rad mit doppelseitiger Beaufschlagung.
Diese mit normal zu bezeichnenden Laufräder (Fig.7 bis 9) tragen Schaufeln r in
der allgemein üblichen und bekannten Form bei gleichbleibender Schaufelstärke t
vom Laufradeintritt bis -austritt. Fig. io hingegen zeigt ein Laufrad in geschlossener
und einseitig beaufschlagter Ausführung, bei dem die Schaufeln r am Laufradeintritt
spitz zugehen und sich nach dem Austritt zu erweitern. Trotz dieser nach außen zunehmenden
Erweiterung der Schaufeln r läßt sich das Rad (Fig. io) rechnerisch so festlegen,
daß es in bezug auf Leistung, Förderhöhe und Wirkungsgrad einem normalen Rad (Fig.
7) entspricht. Die erweiterten Schaufeln (Fig. io) wirken also nicht hindernd auf
die Betriebsfaktoren und lassen sich nicht nur bei einem geschlossenen und einseitig
beaufschlagten Rad (Fig. 7) anbringen, sondern auch bei einem offenen einseitig
beaufschlagtenRad wie Fig.8 zeigt. Dasselbe gilt natürlich auch für das geschlossene
und doppelseitig beaufschlagte Rad (Fig.9). Es steht aber auch ferner nichts entgegen,
daß die Schaufeln r (Fig. io) in ihrem oberen erweiterten Teile mit einer Aussparung
s1 versehen werden, wie dies die Fig. ii zeigt. Diese Aussparung s1, welche sich
auf die ganze Radbreite durchzieht, macht das Rad leicht und dient als Hauptelement
für die Saugwirkung und Entlüftung der Pumpe und Saugleitung. Dieses Laufrad (Fig.
ii), -welclies die Luftpumpenwirkung mit Hilfe der eingegossenen Aussparungen s,
welche mit Luftkammern oder Luftzellen bezeichnet werden können, herbeiführt, nimmt
nach beendigter Entlüftung die normale Förderung automatisch auf. Dadurch nun, daß
die Stirn-und Rückseite des dargestellten Laufrades (Fig. i i) geradlinig hochgeführt
ist und zu beiden Seiten der Gehäusewandungen anliegt, wie aus Fig.6 (rechts) zu
ersehen i'st, wird diese Luftzelle s1 (Fig. i i) rechts sowohl wie links durch die
Gehäusewandungen als auch nach unten durch die Materialstärke und nach oben durch
den Wasserring begrenzt und abgedichtet. Eine direkte Verbindung mit dem Laufradinnern
ist unmöglich und kann auch nicht eintreten, da durch das in die Bohrung l und Rillen
k geleitete Sperrwasser (Fig. 6), welches nach allen Seiten an der Nabe wieder abgeschleudert
wird, eine stetige, auch seitliche Abdichtung hergestellt ist. Die Trennung der
einzelnen Luftzellen s, untereinander geschieht durch den dazwischenliegenden Teil
zt (Fig. i i). Um durch das geradlinige Hochziehen der Stirn- und Rückseite am Laufrad
(Fig. i i) keine allzu reichlichen Wandstärken v zu erhalten, also um das Rad so
leicht wie möglich zu gestalten, wird die zwischen den einzelnen Luftzellen s1 liegende
Dichtungsfläche ü (Fig. i i) ausgespart und verkürzt, so daß nur noch die Dichtungsränder
b (Fig. 2 und 6) stehenbleiben. Durch diese Aussparung ist gleichzeitig die Luftkammer
s1 bedeutend vergrößert worden, so daß auch das Fassungsvermögen der Luftkaminer
s1 erhöht ist. Für das Absaugen der Luft ist das ein großer Vörteil, da die Entlüftung
sehr spontan vor sich geht.
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Ist nun das Gehäuse g (Fig. 5 und 6 und Fig. 12 und 13) mit Wasser
gefüllt, der Absperrschieber s geschlossen, und wird das Laufrad a in eine schnell
rotierende Bewegung versetzt, so wird die das Laufrad a umgebende Flüssigkeit infolge
der Zentrifugalkraft nach außen geschleudert. Da der Schieber s geschlossen ist,
kann die abgedrängte Flüssigkeit nicht durch den Druckstutzen entweichen und ist
gezwungen, sich der inneren Form des Gehäuses g anzupassen. Das
abgedrängte
Wasser legt sich also in einer gleichmäßig starken Schicht an die innere Gehäusewandung
an und bildet im Innern einen Luftkern. Da das Gehäuse g eine Spirale bzw. einen
Exzenter bildet, so liegt der äußere Umfang des Rades an der oberen Seite ziemlich
tief und auf der unteren Seite nur zu einem Teil in dieser Wasserschicht, wie dies
in Fig. 1a und 13 dargestellt ist. Diese mit einem Wasserring vergleichbare Wasserschicht
stellt sich also sowohl zwischen den Schaufelräumen w (Fig. 1a und i3), die als
Laufradinneres bezeichnet werden können, als auch in den Luftzellen s, ein, so daß
praktisch ein völlig dichter Abschluß für das Laufradinnere wie auch für die Luftzellen
nach außen bin gewährleistet ist. Das L aufradinnere und die Luftkammern .s1 haben
dadurch innerhalb des Gehäuses keine Verbindung miteinander, da sie auch, wie schon
erwähnt. seitlich voneinander getrennt sind durch die Abdichtung an der Gehäusewandung
und die Dichtungsflächen bzw. Dichtschaufeln b. Dadurch ist es möglich, offene Laufräder
zu verwenden und trotzdem eine selbstansaugende Wirkung zu erzielen.
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Infolge der exzentrischen Lage des Kreisels a zum Wasserring (Fig.
1a und 13)
tauchen diese Luftkammern s1 in der oberen Stellung bis auf den
Grund in diese Wasserschicht, während sie in der unteren Stellung nur zu einem Teil
in diese Wasserschicht greifen, und zwar nur so viel, daß der Abschluß nach außen
stattfindet und die Zelle isoliert ist. Dreht sich nun das Laufrad a nach der durch
Pfeil angegebenen Richtung (Fig.l2 und i3). so wird jede Luftzelle s,. von rechts
oben kommend, sich allmählich erweitern und in der unteren Stellung die größte Ausdehnung
erhalten. Bei der weiteren Drehtin- von nuten wieder nach ob:n wird das Volumen
dieser Luftzelle wieder abnehmen und bis auf Null sinken. Dieser Vorgang, d. h.
das Sichbilden bzw. Wiederverschwinden dieser Luftzelle, wiederholt sich beim Lauf
der Pumpe dauernd und hätte praktisch genommen keinen Wert, wenn nicht zwei Öffnungen
vorgesehen wären, die diesen Zustand zu einer Arbeitsermöglichung ausnützen würden.
Indem sich eine solche Zelle (Luftzelle) bildet und ausdehnt, entsteht in derselben
ein gewisser Unterdruck (Vakuum) . Nun ist aber am Gehäuse g (Fig. 5 und 6) eine
mit der äußeren Atmosphäre in Verbindung stehende öffnung e vorgesehen, an der die
unter Vakuum stehenden Luftzellen vorbei müssen. Sobald die unter Vakuum stehende
Luftzelle die Öffnung e passiert, wird sie sich durch diese Öffnung sofort Luft
heranziehen. Bei der weiteren Drehung, und nachdem die Zelle ihre größte Ausdehnung
gehabt hat, tritt die Umkehrung ein. Die Luftzelle wird wieder abnehmen und allinählich
verschwinden, und bei diesem Vorgang wird die in der Zelle enthaltene Luft zusammengepreßt
- komprimiert. Um für diese zusammengepreßte Luft einen Ausgang zu schaffen, ist
die Öffnung f (Fig. 5 und 6) vorgesehen. Durch das Ansaugen und Abstoßen der Luft
ist die Luftpumpenwirkung gegeben. Bis jetzt steht aber das Laufradinnere und die
Luftpumpenräuine noch in keinem Verhältnis zueinander, denn beide Teile sind, wie
schon erwähnt, vollkommen voneinander getrennt. Erst dadurch, daß an die Einlaßöffnung
e eine Rohrleitung h angeschlossen ist, die mit der Saugleitung i und dadurch
mit dem Laufradinnern in Verbindung steht, wie aus Fig. 5 und 6 ersichtlich, ist
es möglich, die Saugleitung sowohl als auch das Pumpen- und Laufradinnere zu entlüften.
Das Wasser wird dann von der äußeren Atmosphäre bis an den Saugmund des Laufrades
a tierangedrückt, und von diesem Augenblick ab arbeitet das Rad a mit Zentrifugalpumpenwirkung,
und zwar gegen geschlossenen Schieber. Wird der Schieber s geöffnet, dann fördert
die Pumpe, der Wasserring löst sich auf, und die Luftpumpenwirkung schaltet automatisch
ab. Die beiden Öffnungen e und f verschließen sich durch zwei eingebaute,
einfache Abschlußorgane (Gummikugeln) selbsttätig.
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Die Fig. i, 3 und 4. stellen ebenfalls Laufräder der erfindungsgemäßen
Bauart dar.