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Umlaufpumpe, insbesondere für hohe Drücke Die Erfindung bezieht sich
auf Umlaufpumpen, bei .denen das die Förderflüssigkeit enthaltende Pumpengehäuse
in Drehung versetzt und die mit dem Gehäuse umlaufende Flüssigkeit von einer stillstehenden
Entnahmevorrichtung tangential entnommen, nach der Gehäusemitte zu abgeleitet und.
nach außen befördert wird.
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Diese bekannten Pumpen arbeiten im wesentlichen als sog. Schälpumpen,
bei denen. die Förderflüssigkeit im Gehäuse unter Einwirkung der Fliehkraft einen
'Ring bildet, von dessen innerer Oberfläche die Flüssigkeit durch die Entnahmeeinrichtung
abgeschält wird. Bei dieser Arbeitsweise wird die innere Oberfläche des Flüssigkeitsringes
durch die Entnahmeeinrichtung heftig aufgewirbelt, was auch durch geschickte Formgebung
des eintauchenden Teiles nicht verhindert werden kann. Dieses Aufwirbeln macht die
Anwendung größerer Umfangsgeschwindigkeiten unmöglich und bringt bedeutende Leistungsverluste
durch Flüssigkeitsreibung mit sich.
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Ferner schließt diese Arbeitsweise wegen der unvollständigen Füllung
des Gehäuses die Entstehung eines nennenswerten statischen Fliehkraftdruckesaus.
Auch ist dieAnwendung mehrerer hintereinandergeschalteter Druckstufen nicht anwendbar.
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Es ist ersichtlich, daß diese bekannte Pumpenbauart wegen ihrer inneren
Reibungsverluste und ihrer ungenügenden Druckerzeugung an Wirtschaftlichkeit hinter
den Kreiselpumpen üblicher Bauart zurücksteht.
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Es sind auch Pumpen mit umlaufendem Gehäuse bekanntgeworden, die mit
einer stärkeren Flüssigkeitsfüllung arbeiten. Deren stillstehende Entnahmeeinrichtungen
sind ähnlich den Leitapparaten. der Kreiselpumpen als Schaufelräder ausgebildet,
in welche die Flüssigkeit radial eintritt. Infolge der besseren
Gehäusefüllung
könnte -zwar ein größerer statischer Druck entstehen, aber die radiale Einströmung
der umlaufenden Flüssigkeit in die Entnahmeeinrichtung ist ungünstig. Auch verursachen
die großen- Ob-'r,_ flächen der letzteren erhebliche Reibungsve#',= luste.
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Diese Fachteile der bekannten Pumpen. werden erfindungsgemäß dadurch
beseitigt, daß zwecks Erzielung möglichst wirbelfreier Strömung im Innern des Gehäuses
dieses Gehäuse mit einer Einrichtung zur Entlüftung, beispielsweise einem Kanal,
versehen und jeder Fangflügel als Körper geringen Str6-mungswi.derstandes ausgebildet
ist.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Abb. i einen senkrechten Längsschnitt durch eine einstufige
Pumpe, Abb. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Abb. i, Abb. 3 einen Schnitt nach
Linie III-III der Abb. 2, Abb. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV der Abb-. i, Abb@.5
einen senkrechten Längsschnitt durch eine zweistufige Pumpe, Abb. 6 einen Schnitt
nach Linie VI-VI der Abb. 5.
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Das Pumpengehäuse i i ist gemäß Abb. i und 2 mit einer im Lager 12
abgestützten Antriebswelle 13 verbunden und durch einen Deckel 14 abgeschlossen.
Die Nabe 15 des Deckels 14 ist drehbar gelagert auf einer feststehenden Hohlwelle
16, in die ein Rohr 17
gleichmittig eingesetzt ist. Der so. erhaltene Ringraum
ist nach Abb. 4 durch zwei Längsrippen 19 in einen unteren Kanal 18
und einen oberen Kanal2o geteilt. Ersterer ist mit einem Zuflußrohr 2i für die Flüssigkeit,
letzterer über Rohr 22 und einen Hahn 23 mit der Außenluft verbunden. Auf dem inneren
Ende des Rohres 17 ist ein Doppelfangflügel 24 mittels einer Mutter 25 befestigt.
In jeder um die Mittelachse gelegten zylindrischen Schnittfläche, z. B. nach Linie
III-111 in Abb. a, haben die Flügel 24 einen stromlinienförmigen Querschnitt (Abb.3).
Jeder Flüge124 enthält einen Leitkanal 26 für die Flüssigkeit. Dieser ist
durch eine buerbohrung 27 des Rohres 17 mit dessen Innenraum 28 verbunden
und mündet auf der abgerundeten Stirnfläghe jedes Flügels z4 in das Innere des Gehäuses
i i. -Die Förderflüssigkeit strömt der Pumpe durch das Rohr '.21 und den Kanal 18
zu und wird beim Eintritt in das in Pfeilrichtung 29 (Abb. 2) umlaufende Gehäuse
i i nach außen geschleudert. Zur besseren Mitnahme der Flüssigkeit sind der Boden
des Gehäuses i i und der Deckel 14 mit radialen Rippen 30
bzw. 31 versehen.
Die anfangs im Gehäuse befindliche Luft wird beim Eintritt der Flüssigkeit nach
innen gedrängt und kann nach offnen des Hahnes 23 über die Kanäle 2o und ,.22 .
austreten.
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Die Entfernung der Luft, die auch durch andere Mittel herbeigeführt
werden kann, erfordert bei .der Pumpe gemäß der Erfindung besondere Beachtung. Im
Gegensatz zu den bekannten Kreiselpumpen kann die anfangs im Gehäuse befindliche
oder während des Betriebes durch die zuströmende Flüssigkeit etwa mitgeführte Luft
im allgemeinen nicht durch die Druckleitung hinausbefördert werden. Unter der Einwirkung
der Fliehkraft scheidet sich die Luft nämlich nach innen aus, während die Auffangöffnungen
der Fangflügel stets von der Flüssigkeit verdeckt sind. Es besteht also die Gefahr,
daß die Pumpe sich bei fehlender Entlüftung nicht richtig ausfüllt oder sich im
Betriebe durch etwa in der zuströmenden Flüssigkeit enthaltene Luft nach und nach
entleert. Wie Versuche ergeben haben, bildet aber die sichere Erzielung und Erhaltung
einer vollen oder nahezu vollen Gehäusefüllung im Verein mit der stromlinienförmigen
Gestaltung der Fangflügel die Voraussetzung für eine möglichst wirbelfreie Strömung
im Innern des Gehäuses, i i und dadurch für eine so weitgehende Herabsetzung der
Reibungsverluste, daß ein wirtschaftlicher Erfolg gewährleistet ist.
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Die volle Gehäusefüllung ergibt außerdem den größten möglichen statischen
Druck in der Auffangzone, so daß die Druckerzeugung und dadurch wiederum der Wirkungsgrad
der Pumpe günstig beeinflußt werden.
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Ein geringer Luffeinschluß bis zu* etwa einem Viertel des Gehäusehalbmessers
verschlechtert die Strömung und auch den statischen Druck in der Entnahmezone nicht
merkbar. Nach der Mitte zu kann die Gestalt der Fangflügel deshalb von der Stromlinienform
abweichen.
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Erfindungsgemäß erhalten die Auffanä öffnungen 2g der Fangflügel z4
eine solche Bemessung, daß die Durchflußgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch diese
Öffnungen kleiner ist als die Umlaufgeschwindigkeit der im Gehäuse i i befindlichen
Flüssigkeit. Diese Maßnahme bringt zwei wesentliche Vorteile mit sich: Die Ausströmgeschwindigkeit
im Flügelkanal 26 ist niedrig, so daß hier sowie in der Druckleitung 28 keine nennenswerten
Strömungsverluste entstehen.
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Ferner entsteht durch die Verzögerung der Strömung vor den Auffangöffnungen
ein Staudruck, dessen Höhe dem Unterschiede
der kinetischen Energien
der umlaufenden und der abströmenden Flüssigkeit entspricht. Die überschüssige kinetische
Energie wird also ohne Zuhilfenahme einer zusätzlichen Einrichtung in nutzbaren
statischen Druck verwandelt.
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Bei den Kreiselpumpen üblicher Bauart bereitet die Umsetzung der beim
Austritt aus dem Laufrede herrschenden Strömungsgeschwindigkeit in Druck erhebliche
Schwierigkeiten. Die für diesen Zweck vorgesehenen Leitapparate sind umfangreich
und teuer, sie verursachen zudem erhebliche Wandreibungen und in ihren sich erweiternden
Kanälen treten leicht Ablösungen der Strömung von den Wänden und somit Wirbelverluste
auf.
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Infolge der beschriebenen sehr wirksamen Umsetzung der kinetischen
Energie liegt bei der Pumpe gemäß der Erfindung der bei gleicher Umfangsgeschwindigkeit
einstufig erzeugbare Förderdruck erheblich höher als derjenige einer bestens durchgebildeten
einstufigen Kreiselpumpe üblicher Bauart.
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Die Druckerzeugung kann dadurch noch erheblich gesteigert werden,
daß die Pumpe gemäß der Erfindung die Anwendung sehr hoher Umfangsgeschwindigkeiten
gestattet, und zwar weil der Widerstand der stromlinienförmigen Fangflügel wesentlich
geringer ist als derjenige der Laufräder üblicher Kreiselpumpen. Außerdem bereitet
es keinerlei Schwierigkeiten, die bei großen Umfangsgeschwindigkeiten besonders
hohe kinetische Energie durch Stauwirkung in statischen Druck zu verwandeln. Auf
diese Weise sind mit der Pumpe gemäß der Erfindung einstufig Förderdrücke in einer
Höhe wirtschaftlich erzeu,gbar, zu deren Erzeugung man bei den bekannten Kreiselpumpen
eine größere Anzahl von Druckstufen benötigt.
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Die Pumpe gemäß der Erfindung ist zudem den gebräuchlichen. Kreiselpumpen
an Einfachheit des Aufbaues weit überlegen.
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Ein besonderer Vorteil der Pumpe ist der Fortfall jeglicher Spaltverluste.
Die einzige an der einstufigen Pumpe nach Abb. i vorhandene Abdichtung zwischen
der Nabe 15 und der Hohlachse 16 steht auch bei höchsten Nutzdrücken nur unter geringem
überdruck und ist somit leicht instand zu halten. Wegen des kleinen Druckes in der
Gehäusemitte ist auch der Axialschub zwischen Gehäuse i i und Achse 16 nur ganz
unbedeutend.
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Zum Unterschiede von den gebräuchlichen Kreiselpumpen ist die Pumpe
gemäß der Erfindung gegen ungenauen axialen Einbau der Hohlachse 16 mit Flügel 2q.
in das Gehäuse 11 weitgehend unempfindlich. Auch schwingungstechnisch ist sieden
bekannten Kreiselpumpen überlegen, da das umlaufende Gehäuse selbst bei größerer
Stufenzahl ein sehr steifes, schwingungssicheres Gebilde darstellt, das die Anwendung
hoher Drehzahlen gestattet.
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Enthält das Fördermittel Bestandteile verschiedenen spezifischen Gewichtes,
so tritt durch .den raschen Umlauf mit dem Gehäuse eine gewisse Trennung dieser
Teile ein. Schwerere feste Verunreinigungen setzen sich an der zylindrischen Gehäusewand
ab, und die aus der Druckleitung austretende Flüssigkeit ist hiervon mehr oder weniger
gereinigt. Andererseits kann z. B. bei ölhaltigem Wasser das nach der Gehäuseachse
hin sich ansammelnde ölreichere Wasser durch die Kanäle 2o und 22 sowie den Hahn
23 abgelassen werden, während die Flügel 24 mehr oder weniger gereinigtes Wasser
auffangen. Neben der eigentlichen Förderwirkung ergibt die Pumpe also gleichzeitig
eine gewisse Reinigung des Fördermittels.
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Da der Reibungsverlust um so kleiner ist, j e schlanker der Flügel
2q. bzw. j e kleiner der Kana126 gehalten werden kann, so ist die Pumpe auch zur
Förderung sehr kleiner Flüssigkeitsmengen bei hohen. Drücken verwendbar, z. B. als
Brennölpxmpe.
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Die zweistufige Pumpe nach Abb-. 5 und 6 ist in jeder Druckstufe nur
mit je einem einfachen Fangflügel 32 b.zw. 33 versehen. Die Flügel sind gebogen,
um eine scharfe Umlenkung der Flüssigkeit bei Eintritt in den Flügelkanal 34 bzw.
35 zu vermeiden. Im übrigen entsprechen die Ouerschnittsformen in zylindrischen
Schnittflächen wieder der Abbl. 3.
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Für die Mitnahme der Flüssigkeit im Gehäuse könnten radiale Rippen
entsprechend Abb-. i und 2 vorgesehen werden.. Diese verursachen aber beim V orbeistreichen
am Flügel eine Stauung der Flüssigkeit. Die hierdurch hervorgerufenen Wirbel haben
Leistungsverluste zur Folge, die bei besonders hochwertigen Pumpen vermieden werden
müssen. Dies wird erreicht durch die in Abb.5 und 6 dargestellten gleichmittigen
zylindrischen Rippen 36, 37, welche die Mitnahme der Flüssigkeit durch Oberflächenreibung
bewirken. Sie können bis dicht an die Flügel 32, 33 herangeführt werden, ohne daß
eine Wirbelbildung zu befürchten ist.
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Zur Erleichterung der radialen Flüssigkeitsströmung und zur Verbesserung
der Mitnahme der Flüssigkeit werden die Rippen 36, 37 zweckmäßig mit radialen Durchlässen
3$ versehen.
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Bei Verwendung j e .eines einfachen Fangflügels und waagerechter Hohlachse
werden die Fangflügel zweckmäßig so angeordnet, daß ihre Auffangöffnungen die höchste
mögliche Lage im Gehäuse einnehmen. Dies ermöglicht die Füllung der Pumpe im Stillstand
ohne
besondere Entlüftung. Dies ist von besonderer Bedeutung für mehrstufige Pumpen,
da sonst jede Stufe für sich beispielsweise eine Entlüftung nach Abb. i oder je
eine Entlüftungsschraube an der Außenwand des Gehäuses erhalten müßte. Bei ihrem
Eintritt durch die Kanäle 39, 40 in den Innenraum 41 der ersten Stufe entweicht
die Luft durch den Flügelkanal 34 und den Ringraum. 42 in das Innere 43 der zweiten
Druckstufe und von dort durch den Flügelkanal 35 in die Druckleitung 44. Nachdem
die Flüssigkeit den Raum 41 bis auf einen unschädlichen kleinen Rest angefüllt hat,
gelangt sie ebenfalls durch die Kanäle 34 und 4.2 in den Raum 43, füllt auch diesen
fast vollständig an und tritt schließlich in die Druckleitung 44 ein. Die
Pumpe ist dann betriebsfertig.
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Zum Unterschiede von der einstufigen Ausführung nach Abb. i tritt
bei der mehrstufigen Pumpe nach Abb. 5 zwischen der Flügelachse und dem Gehäuse
ein merkbarer Axialschub auf. Dieser kann durch eine entsprechende Stellung der
Fangflügel aufgehoben werden. Bei entsprechender Neigung der Symmetrieebene des
Flügelquerschnittes (Abb.3) zur Umlaufebene entsteht durch schräge Anströmung eine
Axialkraft, die dem obenerwähnten Axialschub gleich und entgegengesetzt gemacht
werden kann. Die gleiche Wirkung kann -dadurch erzielt werden, daß man die Querschnitte
der Fangflügel alle oder teilweise unsymmetrisch nach Art der Tragflügelprofile
ausbildet.
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Die Umlaufpumpe gemäß der Erfindung ist auch zur Förderung von Gasen
verwendbar.