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Zwei- oder mehrstufige, durch Flüssigkeit betriebene Strahlpumpe zum
Fördern von Flüssigkeit :Neben der bekannten Förderung von Flüssigkeit durch Kolben-
oder Kreiselpumpen sind mehrere Förderverfahren bekanntgeworden, deren Verwendung
in Sonderfällen besondere Vorteile ergibt. Von diesen verschiedenen Förderverfahren
hat die Förderung durch sogenannte Mammutpumpen (bei denen Luft oder Gas am unteren
Ende des eingetauchten Förderrohres zwecks Bildung eines Gas-Flüssigkeitsgemisches
im Förderrohr eingeführt wird) sowie durch Dampfinjektoren, durch hydraulische Widder
und durch gleichförmig wirkende Flüssigkeitsstrahlpumpen einige Anwendungen gefunden.
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Die vorliegende Erfindung beschreibt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung
dieser letztgenannten, gleichförmig wirkenden, durch Flüssigkeit betriebenen Strahlpumpen
zum Fördern von Flüssigkeit. Insbesondere wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
von Strahlpumpen erreicht, daß die Förderung durch Strahlwirkung auch für die größten
praktisch vorkommenden Förderhöhen durchführbar ist, während es bisher bekanntlich
nicht möglich war, sehr große Förderhöhen von z. B. vielen hundert Metern durch
Strahlpumpen zu überwinden. Zwar finden sich in dem einschlägigen Schrifttum einige
Vorschläge für die Ausführung und Anwendung von Strahlpumpen für diese Zwecke, u.
a. auch der Vorschlag einer mehrstufigen Anordnung, jedoch konnte keiner dieser
Vorschläge in der Praxis mit Erfolg durchgeführt werden. Die Schwierigkeiten des
praktischen Betriebes derartiger Strahlpumpen sollen an Hand der Abb. i und :2 dargelegt
werden.
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In der Abb. i ist zum Vergleich mit der erfindungsgemäßen Pumpe die
Leistungslinie einer einstufigen und normalen Strahlpumpe, wie sie bisher vielfach
ausgeführt wurde, dargestellt. Die Leistungslinie erstreckt sich über ein Gebiet
verhältnismäßig geringer Förderhöhen und verhältnismäßig großer Flüssigkeitsmengen.
Bei diesen bisher üblichen Leistungen von gleichförmig wirkenden Strahlpumpen ergeben
sich im praktischen Betrieb keinerlei Schwierigkeiten.
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In der Abb.2 ist nun die Lesstungslinie einer Strahlpumpe für sehr
große Förderhöhen von vielen hundert Metern wiedergegeben. Die Förderhöhe ist hierbei
also relativ sehr groß gegenüber der geförderten Flüssigkeitsmenge.
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Durch eine große Zahl von Versuchen wurde festgestellt, daß derartige
Strahlpumpen, welche relativ kleine Flüssigkeitsmengen auf sehr große Höhen fördern
sollen, vielfach keine normalen Leistungslinien ergeben. Es setzt vielmehr schon
bei kleinster Förderung plötzlich die Wirkungsweise des Energiestrahles aus, so
daß dieser Wert der Förderung nicht ohne weiteres überschritten werden kann. In
der Leistungslinie der Abb. z ist dieser Punkt des Leistungsabfalles mit i angegeben.
Es ist zu erkennen, daß die Leistungslinie bereits abbricht, bevor die Pumpe ihre
normale Leistung erreicht hat.
Als Ursache dieser Störung ist nach
den vorgenommenen Messungen von ausgeführten Pumpen eine Abweichung von dem normalen
Druck im Eintritt des Diffusors der Strahlpumpe anzusehen. Es tritt dort ein Unterdruck
auf, durch den eine Ablösung der Strömung-von den Wandungen herbeigeführt und naturgemäß
eine entsprechende Verengung des freien Querschnitts und Drosselung jeder weiteren
Flüssigkeitszufuhr bewirkt wird.
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Die Erfindung bezweckt, diesen Übelstand zu vermeiden und erreicht
dies durch Verwendung einer zwei- oder mehrstufigen Strahlpumpe, die so ausgebildet
ist, daß in der ersten Stufe die Größe des Austrittsquerschnittes der Preßdüse weniger
als 0,5 der Größe des kleinsten O_uerschnittes des Diffusors beträgt, und
daß in der zweiten Stufe die Größe des Austrittsquerschnittes der Preßdüse mehr
als o,6 der Größe des kleinsten Querschnittes des Diffusors beträgt.
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Eine gemäß der Erfindung ausgeführte zweistufige Strahlpumpe ist in
Abb.4 beispielsweise dargestellt. 2 ist das Zuführungsrohr der Preßdüse für beide
Stufen. Die erste Stufe besteht aus der PreßdüSe 3 mit dein Austrittsquerschnitt
4 und dem Diffusor 5 mit dem engsten Querschnitt 6, die zweite Stufe wird gebildet
von der Preßdüse 7 mit dem Austrittsquerschnitt 8 und dem Diffusor 9 mit dem engsten
Querschnitt zo. Der Querschnitt 1o steht in Verbindung mit dem Ende des Diffusors
5, während das Ende des Diffusors 9 in die nach oben führende Abflußleitung mündet.
In der ersten Stufe beträgt die Ouerschnittsfläche 4 der Preßdüse weniger als o,5
der Ouerschnittsfläche 6. In der zweiten Stufe beträgt die Querschnittsfläche 8
mehr als o,6 der Querschnittsfläche z o.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Strahlpumpe ist folgende:
Von der durch das Rohr 2 zugeführten Preßflüssigkeit tritt in der ersten Stufe ein
demDüsenquerschnitt4entsprechender kleiner Teil mit hoher Geschwindigkeit aus und
reißt die zu fördernde Flüssigkeit mit sich in den Diffusor 5. Im Diffusor wird
die Geschwindigkeit in Druck umgewandelt, so daß die Flüssigkeit mit einem erhöhten
Druck in die zweite Stufe eintritt. Hier wird sie von dem aus der Preßdüse 7 austretenden
Hauptteil der Preßflüssigkeit erfaßt und auf hohen Druck gebracht.
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Dadurch, daß in der ersten Stufe (der Vorstufe) die Flüssigkeit schon
auf einen gewissen Druck gebracht wird, mit dem sie der zweiten Stufe (der Hauptstufe)
zufließt, wird erreicht, daß in der Hauptstufe keine Kavitation eintritt. Es ist
damit das Abreißen der Strömung, bevor der geNvünschte Wert der Fördermenge erreicht
ist, mit Sicherheit verhindert.
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Die beiden Stufen der Strahlpumpe haben also ganz verschiedene, scharf
voneinander getrennte Aufgaben. Die eigentliche Förderung der Flüssigkeit auf den
verlangten hohen Druck erfolgt durch die Hauptstufe, während die Vorstufe die Aufgabe
hat, einen Zulaufdruck für die Hauptstufe zu erzeugen. Gemäß der Erfindung sind
die Querschnittsv erhältnisse der beiden Stufen so abgestimmt, daß sie diese verschiedenen
Aufgaben in möglichst vollkommener Weise erfüllen können. Bei der Vorstufe muß vor
allem dafür gesorgt sein, daß in dieser Stufe, die ja ohne Zulaufdruck arbeitet,
die verlangte Flüssigkeitsmenge gefördert wird, ohne daß ein Abreißen eintritt.
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Durch Versuche ist festgestellt worden, daß das Abreißen in der Vorstufe
vermieden wird, wenn die in dieser Stufe erzeugte Förderhöhe verhältnismäßig klein
ist, und zwar wurde als Bedingung für die Förderhöhe gefunden, daß sie kleiner sein
muß als der Triebdruck, wobei unter Triebdruck der Unterschied der Drücke unmittelbar
vor und hinter der Stufe zu verstehen ist. Umgekehrt muß in der Hauptstufe die bei
einem bestimmten Triebdruck erzeugte Förderhöhe möglichst groß sein, damit bei gegebener
Förderhöhe der erforderliche Triebdruck möglichst klein gehalten wird. Es wurde
gefunden, daß diese Bedingung erfüllt ist, wenn in der Hauptstufe die erzeugte Förderhöhe
größer ist als der Triebdruck dieser Stufe.
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Für die konstruktive Ausführung der Strahlpumpe folgt daraus auf Grund
der hydraulischen Beziehungen, daß in der Vorstufe die Größe des Austrittsquerschnittes
der Preßdüse weniger als o,5 des kleinsten Querschnittes des Diffusors betragen
muß, und daß in der Hauptstufe die Größe des Austrittsquerschnittes mehr als o,6
der Größe des kleinsten Querschnittes des DifFusors betragen muß.
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Die so ausgebildete Strahlpumpe ist auch im Hinblick auf den Wirkungsgrad
besonders vorteilhaft. An sich ist mit jeder mehrstufigen Anordnung der Strahlpumpe
eine Verringerung des Wirkungsgrades verknüpft. Dies ergibt sich daraus, daß die
für die erste Stufe verwendete Triebflüssigkeit zusammen mit der Förderflüssigkeit
in die zweite Stufe eintritt, so daß also in der zweiten Stufe eine vermehrte Energie
aufgewendet werden muß, weil auch die Triebflüssigkeitsmenge der ersten Stufe mit
auf die verlangte Höhe zu heben ist. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung der Querschnitte
in der Vorstufe und in der Hauptstufe ist nun die Triebflüssigkeitsmenge der ersten
Stufe verhältnismäßig
sehr klein. Damit wird aber auch die in der
zweiten Stufe erforderliche zusätzliche Energiemenge klein gehalten, und es tritt
somit keine nennenswerte Verringerung des Gesamtwirkungsgrades ein.
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Ein Beispiel für die-mit der erfindungsgemäß ausgeführten Strahlpumpe
erzielten Leistungskurven ist in Abb. 3 dargestellt. Diese Abbildung zeigt die Leistungslinie
einer zweistufigen Pumpe, die ebenso wie die einstufige Pumpe der Abb. a verhältnismäßig
sehr kleine Wassermengen auf sehr große Höhen fördert. Durch die Ausführung der
Strahlpumpe gemäß der Erfindung wird aber im Gegensatz zur Abb. 2 ein normaler Verlauf
der Kennlinien bis über das Wirkungsgradmaximum hinaus erreicht, ohne daß ein Abreißen
der Förderung eintritt.
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Aus der Wirkung der beiden hintereinandergeschalteten Stufen ergibt
sich, daß in allen Fällen die zweite Stufe verhältnismäßig nahe hinter der ersten
angeordnet sein soll, so daß die ersten beiden Stufen der erfindungsgemäßen Strahlpumpe
im allgemeinen gemeinsam am Anfang eines Förderrohres anzubringen sind.