DE714290C - Mit Fluessigkeit arbeitende ein- oder mehrstufige Kreiselmaschine - Google Patents

Description

• Mit Flüssigkeit arbeitende ein-- oder mehrstufige Kreiselmaschine Bei Kreiselmaschinen, insbesondere bei. Kreiselpumpen und Wasserturbinen, geht durch die Reibung der in der Arbeitsflüssigkeit sich drehenden Außenwände der Laufräder ein beträchtlicher Anteil an Energie verloren, der im Verhältnis zur Nutzenergie um so größer wird, je kleiner die spezifische Schnelläufigkeit. der zur Verwendung kommenden Laufräder ist. Bei einer spezifischen Drehzahl n., = ioo macht beispielsweise bei einer Kreiselpumpe dieser Verlust etwa 60/0 der Nutzenergie aus, während er bei it, # 8o schon auf nahezu io010 ansteigt.
• Mit Rücksicht auf diese Verluste wird daher eine möglichst hohe spezifische'Drehzahl angestrebt, sei es durch Vergrößerung der Drehzahl, sei es durch Erhöhung der Stufenzahl der Maschine. Eine Erhöhung derDrehzahl bedingt aber, soll Kavitationsgefahr-vermieden werden, eine kleinere Saughöhe bzw. eine größere Zulaufhöhe, was vielfach zu einer Verteuerung des baulichen Teiles führt. Eine Erhöhung der Stufenzahl ist meistens mit Rücksicht auf einfache Konstruktion und Montage nicht wünschenswert.
• Bei mit Flüssigkeit arbeitenden Kreiselmaschinen läßt sich die Radseitenreibung weitgehend dadurch vermindern, daß die Arbeitsflüssigkeit ganz oder teilweise durch ein verdichtetes Gas, am besten durch Preßluft, aus den an die A#Üßenwände der umlaufenden Laufräder angrenzenden Kammern verdrängt wird; es tritt dann an Stelle der Flüssigkeitsreibung die wesentlich kleinere Gasreibung. Die Verdrängung der Flüssigkeit ist aber insofern schwierig, als das verdrängende Gas nicht in den Kreislauf der Arbeitsflüssigkeit eintreten darf-, da sich sonst Ablösungserscheinungen, verbunden mit unzulässigen Druck-Schwankungen, unruhiger Gang, Wirkungsgradeinbuße u. a. in. ergeben würden.
• Um nun bei mit Flüssigkeit arbeitendeki, ein- oder inehrstufigen Kreiselmaschinen die Radseitenreibung in der angedeuteten Weise weitgehend vermindern züi können, ohne da?) die zuletzt angeführten Nachteile in Kauf zu nehmen sind, sind gemäß der Erfindung Steuerorgane vorgesehen. die selbsttätig den el Druck des verdichteten Gases in den seitlich an das Laufrad angrenzenden Kammern in ,%.bhängig gk eitvomFlüssigkeitsdruckamLaufradumfang so einstellen, daß praktisch keine Luft ans jenen Kammern in den Arbeitskreislauf der Arbeitsflüssigkeit gelangen kann.
• Zweckmäßig können auch in der Nähe des Laufradumfanges Öffnungen zum _-#Iführen des überschüssigen Gases aus den erwähnten Kammern vorgesehen sein, wodurch dessen Eintritt in den Kreislauf der Arbeitsflüssigkeit verhindert wird. Vorteilhafterweise werden das durch die betreffenden Öffnungen abströmende Gas sowie abfällig abströmende Sperrflüssigkeit nicht ins Freie, sondern unter Gegendruck einem Abscheider zugeführt, um von hier aus durch eine Fördervorrichtung wieder auf den erforderlichen Betriebsdruck gebracht zu werden. Auf diese Weise lassen sich das abgeströmte Gas und die abgeströmte Flüssigkeit mit einem Minimum von Energieaufwand wieder auf den Druck bringen, der erforderlich ist, um sie erneut in die Kreiselniaschine einführen zu können.
• Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht, und zwar zeigt die Abbildung einen axialen Längsschnitt durch eine einstufige Kreiselpumpe, wobei in kleinerem Maßstabe und in Ansicht auch noch ein Abscheider, in den überschüssiges Gas und Sperrflüssigkeit unter Überdruck strömen können, sowie verschied#,ne Fördervorrichtungen dargestellt sind, die jene Medien wieder auf Betriebsdruck zu bringen gestatten.
• i bezeichnet den Saugstutzen der Kreiselpumpe, durch den die Arbeitsflüssigkeit an-,gesaugt wird, und .2 ist das Laufrad, das diese Flüssigkeit in das druckseitige Gehäuse3 pumpt. Das Laufrad2 wird auf der Naben-Seite durch die mit demselben umlaufende Wand.4 auf der Seite des Saugstutzens 1 durch die sich ebenfalls drehende Wand 5 berenzt. An den Außenseiten der Wände 4 und 5 tritt in den seitlichen Kammern 6 und 7 der obenerwähnte Energieverlust durch die so-. Radseitenreibung auf.
• Die Verdrängung der in der Kammer 6 befindlichen Arbeitsflüssigkeit erfolgt durch Preßluft, die durch eine Leitung 8 zunächst in einen Raum 9 und von dort durch eine ringförinige Üffnung, io in die Kammer 6 ]an.-t. in die Leitung 8 ist ein Steuerorgan 2',3" eingebaut, atif das über eine nicht gezeigte Leitung der Stand der in der Kammer 6 11111-i;ii,ifeiiden Flüssigkeit einwirkt. Dieses Steuernr-an 28' ist so ausgebildet, daß es imstandu ist, in Abhängigkeit von jenem Flüssigkeitsstand selbsttätig den Druck der Preßluft in der l#iaii-irner 6 -So einzustellen. daß der Flüssigkeitsring in dieser Kammer, -welcher Ring etwa mit der halben Geschwindigkeit de# Latifradez 2 mitrotiert, bis nahezu an den Laufradumfang verdrängt wird. Sollte der Preßluftdruck in der Kammer 6 ans irgend-#-ineni Grunde so stark ansteigen, (laß der Flüssigkeitsring bis zum Laufradrand oder sogar Über denselben hinaus zurückgedrängt wird, s(-) entweicht dann überschüssige Prefl-Inft, verniischt mit Arbeitsflüssigkeit, durch eine als ringförmiger Spalt ausgebildete A1)-1)laseiiffniiii", ii im Pumpengehäuse in einu Kammer 12 dieses Gehäuses, von wo das Geinisch durch e4ie Leitung 13 in eine Rohrverzweigun- 3o abfließen kann, die ihrerseits an einen Abscheider 25 angeschlossen ist. Sobald Preßluft durch den Spalt i i abströmt. stellt sich in der Kammer 6 ein Druckabfall ein, was zur Folge hat, daß die Abblaseöffnung i i wieder vom Flüssigkeitsring abgedeckt wird. Die ÖffnUng i i stellt somit ein weiteres Steuerorgan dar, das selbsttätig den Druck der Preßluft in der Kammer 6 in Ab- hängigkeit vorn Stand der Flüssigkeit in dieser Kammer so einstellt, daß praktisch keine Luft aus# derselben in den Kreislauf der Arbeitsflüssigkeit gelangen kann. Mit Hilfe der Steuerorgaiie 28' und i i läßt sich somit eiii Gleichge-,vichtszustand zwischen dein Stand des in der Kammer 6 rotierenden Flüssigkeitsringes und dein Druck der in dieser Kammer vorhandenen Preßluft erreichen.
• Urn die Flüssigkeit in ähnlicher Weise aus cler satigseitigen Kammer 7 verdrängen . züi können, ist an diese eine zum Zuführen von Preßluft dienende Leitung 1-4 angeschlossen. Die durch diese Leitung, 14 zuströmende Prell-Itift gelangt zunächst zur gleichmäßigen Verteiliiii,- ineineimPumpengebäuse vorgesehene Kammer- 15, die durch Bobrungen 16 mit dvi-Kaminer;7 in Verbindung steht. Zwischen let7terer und dein Saugrauin der Pumpe ist in üblicher Weise ein Drosselring 17 vorge-Um zu verhindern, daß Preßluft ans der Kanimer 7 in den Saugraum gelangen ZD kann, was unterUrnständen die Kreiselpumpe zum .-11schnappen bringen könnte, wird in den Drosselring 17 durch eine Leitung 1,8 eine unter entsprechendem Druck stehende Sperrflüssigkeit, vorzugsweise ein Teil der Arbeitsflüsigkeit. eingeführt. Die aus dein Drosselrin- austretende Sperfflüssigkeit ge-Z, langt zum Teil in den Saugrauni der Pumpe unT-zun'i, Teil in einem Karifrhe-i ig, jaus der sie durch 2ne. Leitung'jo in die bereits- genannte Rolirverzweiigung 3o abfließen k ainn. In die 1-eitupg.I"5."'is't'e'in -S-t-e'nerorgäji 2.87-eingebaut, das * dem We'seh 'nach dem -Steil-erd'rgan:281 entspricht und- auf-'da#s *über üin-e'-'#iclit gezeigte, -Leitung der Stalid der' - umlaufenden Flüssigkeit in -de7rKainn-'ier 7'einmirlzt. Dieses Steuerorl-,an:z,-, ist so ausgebil-det, --daß es i«mstan-de--isi-, in AbWängigl#zeit vom Flüssigkeits.stand -in'der 'I<a'm--mer 7 selbsttätig den Ditick-der Preßlüff -in' dieser Kammer so einzustelle ii, daß - der da-ri,n---v.-or,ha-n-dene- Flüs- sigkeitsring ebeinfallslis- n-#hez.ti an den Umfan des"Lauf . rades-2-Verdrängt wird. Bei diesen Betriebsv-erhältnissen- entwdicht -dann ein,_ Teil- der in der Kammer 7 vorliandenen pl#ßluit dr urch - einen als' Vorsteuerorgan -S alt 2 1- in # die Kähiriier ig und wirIzeiiden p ei ng ö Auch -a-uf dievon diese"t-'in- die E 'tu 2 : ser Seite der Pumpe kann es vorkommen, daß der Preßluftdruck in der Kammer7 so stark zunimmt, daß der Flüssigkeitsring bis zum Umfang des Laufrades ?- oder sogar über denselben hinaus zurückgedrängt wird. Uin dem Rechnung zu tragen, ist auch in Verbindung mit der saugseitigen Kammer 7 in der Nähe des Laufradumfanges eine als rin-"förmiger Spalt ausgebildete Abblaseöffnung2?- vorgesehen, durch die mit Arbeitsflüssigkeit vermischte Preßluft in eine Kammer:23 und von dort durch eine Leitung?-4 nach der Rohrverzweigung 3o abblasen kann, sobald der in der Kammer 7 umlatifendeFlüssigkeitsring die Öffnung-,?- abgedeckt hat. Es stellt somit der Abbliasespalt 22 ein weiteres Steuerorgan dar, das selbsttätig den Druck der Preßluft in Ader Kammer 7 in Abhängigkeit vom Stand der rotierenden Flüssigkeit in dieser Kammer so einstellt, daß praktisch keine Luft aus derselben in den Kreislauf der ArbeitsflüssigIzeit gelangen kann.
• Die durch die Leitungen 13, 2o und 24 abströmende, allenfalls mit Arbeitsflüssigkeit vermischte Preßluft, welche in die Rohrverzweigung 30 gelangt, wird von hier unter Tegendruck in den bereits erwähnten Ab-G scheider 2_# geleitet, in dessen obere17i Teil sich die Preßluft ausscheiden kann, während sich im unteren Teil die mitgerissene Arbeitsflüssigkeit ansammelt. Die Preßluft wird dann von einer Luftpumpe:26 zwecks weiterer Verwendung in der Kreiselpunipe aus dem Abscheider:25 in eine Leitung 31 gefördert, an welche die weiter oben genannten Leitungen 8 und 15 angeschlossen sind. Die im Abscheider -,?5 sich ansammelnde Flüssig-]zeit wird von einer Hilfspumpe 27 in dieLeitung 18 zurückgepumpt. Mit Hilfe von Ventilen:29, die in die Leitungen 13,...-,1.8, _:?47. pen alls-.- aber auch eingebaut sind gege4# durch Drehzahlregelung-an den Hilfspumpen 26# 2-, läßt sich der Gegendruck -in denKamiiiern.i:2, ig und 23 so einstellen, daß bei verhältnismäßig kleinem Leistungsverbrauch der ilfspumpen 26, 27 -ein weitgehend stabiles H 1 Arbeiten der Einrichtung gewährleistet ist. In Verbindung mit dem Absdheider 25 ist noch ein kleiner Hilfsverdichter 32 vorges.ehen, du rch den der -Abscheider 25 für die erste. -Inbetriebnahme und zum Ersatz der im Laufe der Zeit -",6rIorengdh#enden Preßluft nach Bedarf mit Preßluft aufgeladen werden kann.
• An S telle zweier Pumpen 26,27, die, in der Strömungsrichtung betrachtet, nach dem Ab- - ZD -scheider 2 # _angeordnet, sind, läßt sich unter Umständen auch mit einer einzigen, vor dem .#Uscheider 25 _angeordneten_ Pumpe auskommen, die dann imstande sein muß, ein- Luftringen. Ivassergemisch auf höheren Druck zu b Di - e - Erfiedung läßt.... - sich sin!#ggmäb.,-a-uch bei mehrstüfizen Pumpen undWasserturbinen anwenden.
• Der Stand der rotierenden Flüssig - keit in den an die Außenwände des Laufrades oder der Laufräder angrenzenden Kammern kann auch auf elektrischem Wege, z. B. mit Hilfe von Kontakten, auf die Steuerorgane 28', 28' einwirken.
• Statt der ringförrnigen Spalte 11, 22 können in der Nähe des Laufradumfanges auch mehrere Öffnungen vorgesehen werden. Ferner lassen sich-an Stelle dieser als Steuerorgane wirkenden- Abblaseöffnungen 11, :22 auch Steuerventile vorsehen, die dann so lange bzw. so weit geöffnet bleiben müssen, bis zwischen dem inneren, auf einem kleineren Radius liegenden Teil der Kammern 6, 7 und ihrem außen auf einem größeren Radius liegenden Teil, praktisch keineDruckdifferenz mehr besteht.
• Bei dein gezeigten Ausführungsbeispiel ist nur auf der Satigseite ein Drosselring 17 -vorgesehen. Hierdurch ergibt sich ein von der Saugstutzenseite her auf das Laufrad 2 wirkender Axialschub. Zwecks Ausgleichs dieses Axialschubes lassen sich natürlich auch auf der -Nabenseite des Laufrades 2- in der Kammer 6 ein oder mehrere Drosselringe vorsehen.
• An Stelle von Preßluft kann auch irgendein verdichtetes Gas zum Verdrängen der Flüssigkeit aus den seitlich des Laufrades bzw. der Laufräder vorhandenen Kammern verwendet werden.
• Die Erfindung ermöglicht namentlich bei größeren Speicherkraftanlaigen eine wesentliche Erhöhung der Wirtschaftlichkeit zu erzielen, da hier die Kosten für die zusätzlichen Hilfseinrichtungen nur eine unterggeordnete .R.olle-§#.pielen,

Claims (1)

1. PATENTJANSPRÜCHE: i. Mit Flüssigkeit arbeitende, ein- oder inehrstufige Kreiselmaschine, bei der die Arbeitsflüssigkeit mit Hilfe von verdichtetem Gas aus den seitlich an das Laufrad angrenzenden Kammern mindestens teilweise verdrängt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerorgane vorgesehen sind, die selbsttätig den Druck des verdichteten Gases in den erwähnten Kammern (6, 7) in Abhängigkeit vom Stand der umlaufenden Flüssigkeit in diesen Kammern so einstellen, daß praktisch keine Luft aus letzteren in den Kreislauf der Arbeitsflüssigkeit gelangen kann. --. Kreiselmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerorgane als in der Nähe des Laufradumfanges vorgesehene Öffnungen (11, 22) zum Abführen des überschüssigen Gases aus den seitlidhan das Laufrad (2) angrenzenden Kammern (6,7) ausgebildet sind. 3. Kreiselmaschine nach Anspruch i -, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mindestens einer der gasgefüllten Kammern (7) und dem Saugraum (i) der als Pumpe arbeitendenKreiselmaschine durch eine Sperrflüssigkeit abgedichteteDrosselvorrichtungen (17) vorgesehen sind. 4. Kreiselmaschine nach den Ansprüchen i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Saugseite zwischen der oder den Drosselvorrichtungen (17) und der gasgefüllten Kammer (7) eine Kammer (ig) vorgesehen ist, durch welche die Sperrflüssigkeit abfließen kann. 5. Kreiselmaschine nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das überschüssige Gas und die Sperrflüssigkeit unter Gegendruck in einen Ab- scheide r (?.5) strömen und durch eine Fördervorrichtung (:26 bzw. :27) wieder auf den erforderlichen Betriebsdruck ge-'bracht werden.