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Umlaufpumpe mit Seitenkanal zur Förderung von Flüssigkeiten, Gasen
oder Dämpfen Es sind Umlaufpumpen zur Förderung von Flüssigkeiten bekannt, bei denen
neben dem Laufrad ein Seitenkanal angeordnet ist, der sich nicht über den ganzen
Umfang erstreckt, sondern an einer Stelle auf ein kurzes Stück unterbrochen ist.
Mit solchen Pumpen können auch Gase unter Zuhilfenahme einer Flüssigkeit gefördert
werden, .die dann als Hilfsflüssigkeit dient. Diese Hilfsflüssigkeit wird in bekannter
Weise mit dem Laufrad in Umlauf gesetzt, bildet einen rotierenden Flüssigkeitsring,
der J@eim Beginn des Seitenkanals in diesen ausweicht und an seinem Ende, also bei
seiner Unterbrechung, wieder in das Laufrad hineingedrückt wird. Dabei führt die
innenliegende Oberfläche des Flüssigkeitsringes eine hin und her gehende Bewegung
innerhalb der Laufradzellen aus nach Art von Flüssigkeitgkollben und kann so Gas,
das durch diese Kolbenbewegung angesaugt wird, hinausdrücken, also gegen einen Druck
fördern. Bei dieser Gasförderung müssen die Ein- und Austrittsöffnungen innen bei
der Laufradnabe angeordnet werden, weil das gegenüber der Hilfsflüssigkeit spezifisch
leichtere Gas sich innen ansammelt. Die Laufradschaufeln reichen dann ebenfalls
weit nach innen über den Seitenkanal hinein, so daß sie die Ein- und Auslaßöffnungen
überstreichen.
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Es ist bekannt, daß bei ,diesen Umlaufpumpen mit Seitenkanal die Drucksteigerung
nicht allein durch .das Heraus- und Hineinfluten der Hilfsflüssigkeit in die Laufradzellen
erreicht wird, sondern in erheblichem Maße auch durch eine schraubenförmige Strömung
der Hilfsflüssigkeit, die infolge einer kreisenden Nebenbewegung zwischen Laufrad
und Seitenkanal entsteht.
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Soll nun in einer solchen Umlaufpumpe nur Flüssigkeit gefördert werden,
so ist die Flüssigkeitskolbenbewegung nicht erforderlich, und es kann der Förderdruck
auch allein durch die kreisende Bewegung erzielt werden. Die Ein- und Auslaßöffnungen
brauchen .dann nicht innen bei der Laufradnabe liegen, sondern können in bekannter
Weise außen im Bereich des Seitenkanals angebracht werden. Man kann .die Einrichtung
auch so treffen, daß die Laufradschaufeln nicht weiter nach innen als :der Seitenkanal
gehen, also nur dessen radiale Breite haben, und dadurch ein geschlossener Arbeitsraum
entsteht.
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In Abb. r ist angedeutet, wie bei derartigen Pumpen die kreisende
Bewegung im Laufrad und Seitenkanal stattfindet. Die Pfeile o, z, a und 3 deuten
den Verlauf der Bewegung an. Um hierbei günstige Verhältnisse, .d. h. geringe Verluste
zu bekommen, wurde schon bisher die innere Begrenzung des Achsenschnittes von Seitenkanal
und Laufrad vielfach je halbkreisförmig gemacht.- Von den Ein- und Auslaßöffnungen
am Anfang bzw. Ende des Seitenkanals haben bei den bekannten Ausführungen dieser
Art eine oder
Beile die -Seiche radiale Breite wie der Seitenkanal,
und die anschließenden ztr- bzw. abzuführenden haniile oder Rohre gellen senkrecht
zum Seitenkanal und parallel zur LaufraJachse weg.
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Es hat sich nun gezeigt, claß) es 11e1 e1Jl solchen Punipe zweckmäßig
ist, die Form-"ebting Bier Ein- un 1 Arl:laßöftritrngen sowie @lie Gestaltung u111
Richtung der anschließen-J eu S Stutzen zur # -ernte; lung l von E'nergie- 21 verltisten
und damit von Wirkungsgra;lverniin!lerttng ;n zu ändern, daß gemäß der Erfndttn-
(Sie Ein- und Auslaßöitnungen riebst clen anschließenden Stutzen der Größe trn"l
Richtung -,ler Ein- und Austrittsgeschwindigkeiten möglichst an`epaßt werden.
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In den Abb. r und a ist eine Umlaufpumpe mit Seitenkanal dargestellt,
ciie. soweit es sich um Anorchiung und Gestaltung von Laufrad und Seitenkanal. auch
Leitrad genannt, handelt, 4kannt ist. Abb. r stellt einen Achsenschnitt clar, wobei
er (las Laufrad und il der stillstellende Seitenkanal ist.
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Die Abb.4 zeigt die Ansicht auf den Seitenkanal und in einem Teil
des Umfanges auch die Laufralscliaufeltrng b. Der Seitenl:anal ist. wie aus Abb.
2 ersichtlich und in Abb. r durch Schraffierung angedeutet ist, auf einem kleinen
Teil seines Umfanges zwischen ' uri,l lt unterbrochen. An dem in bezug auf
die Drehrichtung des Laufrades hinteren Ende der C"nterl)rechungsstelle, also bei
g, strömt die zu fiirdernde Flüssigkeit dem Laufrad ztr und, wird an dem vorderen
Ende der I'nterhrecbunsstelle, also bei h, elltrlOmllien.
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Die selion erwähnte kreisende, in Abb. r durch (Sie Pfeile o, r, z
und 3 gekennzeichnete Bewegung der Flüssigkeit für Seitenkanal un,I Laufrad erhielt
rnit der ihr -durch das Laufrad aufgedrückten Unifangsgeschwindigkeit eine scliratrllelif<irniige
Flüssigkeitsuni die hrei,fi>rmige Mittellinie des Seitenkanals und Laufrades, wie
sie irl Abb. 2 durch die gestrichelte Linie rnit eingezeichneten Pfeiluri angedeutet
ist. Die Flüssigkeit tritt dabei ztr wie:lerliolten Malen vom feststeIienaen Seitenkanal
in das umlaufende Laufrad ein und vorn Laufrad in den Seitenkanal atis, wobei durch
die Massenkräfte des kreisenden Fördermittels und die Schleppkraft der Laufradschatrfeln
die Förderhöhe entstellt.
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Bei diesen ;fhraullenförn ügen Bewegungen 1111 Suiterrkanztl un:l
Laufrad wird sich für Irrnein fle: Striirnungsquerschnittes eine Art lerrn;tri@n
Song rnit kleiner Geschwindigkeit eirr;tellen, währen ,1 nach außen gegen -die «'an_lnnen
von Scitenkanal und Laufrad zu ,Sie Gescliwinrliglceiten 11i; zur Grenzschicht immer
größer werden. Erfolgt nun clic Zufünrung der Flüssigkeit über die ganze radiale
Breite fies Seitenkanals und parallel zur Laufradachse, so wird das Entstehen fier
kreisenden Bewegung gehemmt, und es treten Stoßverluste am Eintritt in die :.Laufrarlschaufeln
auf. Um diese Verluste zu 'vermeiden und die Förderflüssigkeit dem Laufrad hei ihrem
ersten Eintritt, dein Haupteintritt, richtig zuzuführen, so daß sie mögliclist in
Richtung der schraubenförmigen Bewegung und ohne Stoß (lern Laufrad zufließt. darf
sich die Eintrittsöffnung nur über einen Teil der radialen Seitenkanalbreite, und
zwar über den inneren Teil, erstrecken, und die Richtung des Eintrittsstutzens ist
windschief gegen die Laufradachse zu legen. Außerdem sollen sich .die Querschnitte
des Eintrittsstutzens gegebenenfalls in der Fließrichtung düsenartig verringern,
damit die Größe der Zuflußgeschwincligkeit sich der des stoßlosen Eintritts anpaßt.
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Abb. 3 zeigt beispielsweise für denSchaufelwinkel j3, = go° das Haupteintrittgdiagrarnm,
in dein c, die sich ans der Umfangsgeschwindigkeit 1c, des Laufrades und dem Winkel
ß, bzw. der relativerrEintrittsgeschwindigkeitw, in das Laufrad ergebende mittlere
absolute Zuflußgeschwindigkeit ist, der ,die Geschwindigkeit der Förderflüssigkeit
am Ende des Eintrittsstutzens nach Größe uncl Richtung möglichst gleichkommen muß.
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Am Hauptaustritt aus dein Laufrad und dein Seitenkanal bzw. dem Gehäuse
der Umlaufpumpe ergeben sich durch die schraubenförmige Strömung fier Flüssigkeit
ini Seitenkanal und Laufrad ähnliche Verhältnisse wie beim Haupteintritt, und es
treten bei der bekanntere Ausführung starke Anstauungen und plötzliche Umlenkungen
auf, die mit erheb= eichen Verlusten verbunden sind.
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In Abb. q. ist das Geschwindigkeitsdiagramm für den Hauptaustritt
gezeichnet, und zwar beispielsweise für einen Laufradwinkel ß= = 9o`. Die mittlere
absolute Austrittsgeschwindigkeit ist c,. Die beschriebene Strömung verlangt, tun
feie Förderflüssigkeit möglichst verlustfrei abzuführen, entgegen fier bisherigen
Gestaltung, daß die Austrittsöffnung sich nur über einen Teil der radialen Breite
des Seitenkanals, und zwar über den äußeren Teil, erstreckt und daß die Richtung
des abgehenden Stutzens windschief gegen die Laufradachse entsprechend der Richtung
von c.= liegt. Bei anderen Schaufelwinkeln als Elen in den Abb.3 und :I angenommenen
9o° ergeben sich natürlich andere Richtungen von c, und c_, und clarnit andere Richtungen
der Ein- und Austrittsstutzen, doch gehen sie irnnier im inneren bzw. äußeren Teil
der radialen Seitenkanalbreite ab und stehen windschief zur Laufradachse.
Die
absolute Austrittsgeschwindigkeit c2 ist `hei den hohen Umfangsgeschwindigkeiten
dieser Pumpe recht groß, und es wird deshalb der Austrittsstutzen mit in der Strömungsrichtung
allmählich zunehmenden Ouerschnitten ausgeführt, um die .derAustrittsgeschwindigkeit
c, innewohnende Geschwindigkeitsenergie in nutzbare Druckenergie umzusetzen.
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Bei der Beschreibung der schraubenförmigen Bewegung .der Flüssigkeit
in dem durch Laufrad und Seitenkanal gebildeten Arbeitsraum der Pumpe ist oben <schon
zum Ausdruck gebracht worden, ,daß die absolute Strömungsgeschwindigkeit in den
inneren Teilen des Arbeitsraumes klein ist und nach außen hin gegen die Wandungen
zu immer größer wird. Bei eingehender Untersuchung zeigt sich, daß :die Meridiankomponente
dieser Geschwindigkeit, das.ist die Geschwindigkeit- der kreisenden Bewegung, nahe
beim Mittelpunkt des Arbeitsraumes gleich Null ist und dann aber ebenfalls rasch
gegen dessen Begrenzung hin zunimmt. Im Seitenkanal kreist demnach .die ganze Flüssigkeitsmenge
in dein Raum zwischen der Wand des Seitenkanals und diesem Nullpunkt. Die Verluste
beim Hauptein- und -austritt der Flüssigkeit werden .gerifiger und der Wirkungsgrad
der Pumpe besser, wenn die Endquerschnitte der Ein- und Austrittskanäle gegen das
Laufrad zu diesem tatsächlichen Strömungsverlauf angepaßt werden und keinegrößereBreite
haben, als .dem Abstand dieses Nullpunktes bzw. der Arbeitsraummitte. von der Seitenkanalwand
entspricht. Diese Breite ist deshalb nicht nur kleiner als die ganze Breite des
Seitenkanals, sondern gleich oder kleiner als die Hälfte dieser Breite zu machen.
Die Abb. z zeigt diese Ausführung. Besonders wichtig ist diese Formgebung beim Austrittskanal,
weil dort die Strömungsgeschwindigkeiten größer als beim Eintrittskanal sind und
es günstiger -ist, wenn sein Ouerschnitt so bemessen wird, daß in -ihm eine etwas
größere mittlere Strömungsgeschwindigkeit herrscht als im Seitenkanal selbst. Die
verschieden großen Geschwindigkeiten im Seitenkanal gleichen sich dann im .-'Austrittskanal
besser . aus, und die hohen Geschwindigkeiten müssen nicht so stark verzögert werden,
was geringere Verluste bedeutet.
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Die beschriebene Pumperil)anart mit den Merkmalen der Erfindung kann
außer für Flüssigkeiten auch-für.Gase und Dämpfe ohne Hinzuziehung einerHilfsflüssigkeit
verwendet werden.