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Saugkorb mit Rückschlagventil Der Strömungswiderstand von Saugkörben
beeinflußt in starkem Maße die Leistung und die Betriebssicherheit der angeschlossenen
Pumpen. Die vorliegende Erfindung löst nun die Aufgabe, den Strömungswiderstand
der Saugkörbe erheblich zu vermindern. Sie bezieht sich dabei auf Saugkörbe für
alle möglichen flüssigen oder gasförmigen Betriebsstoffe; die weitere Beschreibung
spricht beispielsweise von Wasser als Betriebsmittel.
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Der Saugkorb hat zwei Aufgaben: einmal soll das Zurückströmen des
Wassers verhindert, zum zweiten sollen gröbere mechanische Verunreinigungen vom
Eintritt in die Saugleitung abgehalten werden. In Sonderfällen beschränkt man sich
auf eine der angeführten Teilaufgaben.
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Für die erste Teilaufgabe sind Rückschlagklappen oder Rückschlagventile
bekannt. Rückschlagventile haben dabei den geringeren Strömungswiderstand, namentlich,
@venn sie in bekannter Anordnung vom Wasser im wesentlichen achsensymmetrisch umströmt
werden. Schon frühzeitig hat man versucht, den einfachen Ventilteller strömungstechnisch
dadurch zu verbessern, d'aß man ihm eine tropfenförmige Fortsetzung gab, so daB
der Ventilteller im ganzen eine etwa birnenförmige Gestalt annahm und das Gehäuse
entsprechend geformt war. Dieser bei flüchtiger Betrachtung günstig erscheinenden
Form des Ventiltellers ist trotzdem ein größerer Erfolg versagt. Das wird verständlich,
-,venn man das Gleichgewicht einer solchen in der Strömung schwebenden Birne betrachtet.
Das Eigengewicht in seiner durch die mögliche Schräglage des Saugkorbs gegebenen
wirksamen Komponente und eine unter Umständen zusätzlich wirkende Federkraft versuchen,
die Birne auf den Ventilsitz zu drücken. Mit diesen Kräften stehen im Gleichgewicht
die von dem Wasser auf die Birne ausgeübten hydraulischen Kräfte. Als solche sind'
zunächst die hydrostatischen Auftriebskräfte zu nennen. Der hydrostatische Auftrieb
darf nun höchstens eine Größe besitzen, daß die
Birne'hei ruhender
Strömung;ngah mit einer solchen Kraft gegen den Sitz gepreßt wird, d'ie erfahrungsgemäß
für einen dichten Abschluß im Ventilsitz ausreicht. Die Resultante aus den:wiF@ksamen
Komponenten des Eigengewichts und des hydrostatischen Auftriebs sowie gegebenenfalls
aus der Federkraft liegt also für die ruhende Birne als Mindestwert fest. Auch für
die im Flüssigkeitsstromschwebende Birne hat die Resultante den gleichen Wert, sofern
man auf eine Feder verzichtet; verwendet man dagegen eine Feder, so nimmt die Federkraft
und damit die genannte Resultante mit dem Ventilhub zu; man wird die spezifische
Zunahme der Federkraft,zweckmäßig klein, also eine sog. weiche Feder wählen. Bei
der im Flüssigkeitsstrom schwebenden Birne steht nun die genannte Resultante allgemein
im Gleichgewicht mit jenen hydraulischen Kräften, die aus den irreversiblen (bleibenden)
'Druckverlusten und den reversiblen Änderungen der Geschwindigkeitshöhe herrühren.
Da nun aber die Wassergeschwindigkeit vor und hinter der Birne im wesentlichen von
der gleichen Größe ist, läßt sich der vorangehende Satz sogleich in dem Sinne einschränken,
daß die reversiblen Änderungen der Geschwindigkeitshöhe ohne beachtlichen Einfluß
sind. Die mit der weiter oben genannten Resultante im Gleichgewicht stehenden hydraulischen
Kräfte sind also im wesentlichen eine Funktion des bleibenden Druckverlustes. Diese
Erkenntnis läßt den Trugschluß erkennen, durch eine birnenförmige Form des Ventiltellers
den Strömungswiderstand nennenswert verbessern zu können. Je vollkommener die tropfenförmnige
Fortsetzung des Ventiltellers durchgebildet wird, desto geringer wird der Hub de
Ventils; der Druckverlust tritt dann also im wesentlichen dadurch ein, daß das Wasser
den sehr engen Raum zwischen Ventilsitz und Teller (Birne) mit großer Geschwindigkeit
durchströmen muß.
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Einen ersten Schritt zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse bedeutet
die Teilung der oben betrachteten Birne im größten oder einem nahe benachbarten
Durchmesser; der obere Teil wird dabei als Einsatz mit dem Gehäuse fest verbunden,
währ xnd nur der untere Teil der Birne als Ventilteller dient. Diese Anordnung ermöglicht
es, die Geschwindigkeit an der Trennfläche so zu steigern, daß der Ventilteller
auch durch einen kleinen Wasserstrom schon sicher auf großen Hub gehoben wird. Der
gesamte Strömungswiderstand ist aber immer noch erheblich, wie sich aus den späteren
Ausführungen ergibt.
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Es wird nun erfindungsgemäß vorgeschlagen, in die Strömung eine allseitig
umströmte feste Leitschaufel oder auch ein Gitter aus mehreren solcher Leitschaufeln
so einzubauen, daß sie die Umlenkung der Strömung von der achsenabgewandten in die
zur Achse strebende Richtung unterstützt. Diese Leitschaufel oder das Gitter aus
Leitschaufeln ist in der Folge als feste Leitschaufel bezeichnet. Bei Krümmern ist
die Anbringung von Leitschaufeln zur Verminderung des Strömungswiderstands bekannt.
Es ist daher zunächst nicht sonderlich überraschend, daß auch hier die in der Umlenkungszone
angebrachte Leitschaufel günstig wirkt. Bei Leitschaufeln in Krümmern ist man aber
bestrebt, den Schaufeln eine recht geringe Stärke zu geben, um den freien Querschnitt
möglichst wenig zu verengen. Demgegenüber ist es überraschend, daß die hier vorgeschlagene
feste Leitschaufel dann ihre beste Wirkung ausübt, wenn sie eine nennenswerte Stärke
besitzt. Will man diese Erkenntnis schärfer fassen, so kann man sagen, daß der freie
Strömungsquerschnitt durch den Einbau der festen Schaufel merklich verkleinert werden
soll. Das ist eben die Bedingung dafür, daß die Geschwindigkeitshöhe sich örtlich
erhöht und damit der Wasserdruck sich in reversibler Form verkleinert. Diese örtliche
Verminderung des Wasserdrucks wirkt dabei gerade auf den Spalt zwischen dem Ventilkegel
und dem festen Einsatz. Sie ist die Ursache dafür, daß der Ventilkegel schon bei
geringer Wasserströmung den vollen Hub ausführt.
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Die bekannten Leitschaufeln in Krümmern werden nach den heutigen strömungstechnischen
Erkenntnissen so kurz wie möglich ausgeführt, auf keinen Fall aber in die anschließenden
geraden Rohrleitungen hinein verlängert, weil sie sonst zusätzliche Strömungsverluste
hervorrufen. Auch in dieser Beziehung ist hier ein überraschender Unterschied festzustellen.
Es wird nämlich weiter erfindungsgemäß vorgeschlagen, die feste Leitschaufel im
Saugkorb durch ein erhebliches gerades Schaufelstück zu verlängern. Durch diese
Maßnahme werden nämlich die Umsetzungsverluste der an der Umlenkungsstelle der festen
Leitschaufel herrschenden Geschwindigkeitshöhe in Druck erheblich vermindert, weil
das gerade Schaufelstück zusammen mit dem Gehäuse und dem festen Einsatz die Strömung
nach der Art eines günstigen Diffusors führt.
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Eine weitere Verbesserung läßt sich erzielen durch eine andere mit
dem Ventilteller verbundene Leitschaufel oder ein Gitter von Leitschaufeln, welche
zusammen mit dem Ventilteller die Strömung von der axialen in die (ganz oder teilweise)
radiale Richtung ablenkt. Diese mit dem beweglichen Ventilteller fest verbundene
Schaufel oder das entsprechende Schaufelgitter wird in der Folge abgekürzt als bewegliche
Leitschaufel bezeichnet im Gegensatz zu der weiter oben behandelten festen Leitschaufel.
Derartige bewegliche Leitschaufeln sind nun an sich bereits bekanntgeworden durch
das Patent 545 g81. Der neue überraschende Erfolg liegt aber bei der vorliegenden
Erfindung in dem Zusammenwirken der beweglichen Leitschaufel mit der festen. Es
zeigt sich nämlich, daß die Kombination von fester und beweglicher Leitschaufel
zu einem erhöhten hydrodynamischen Auftrieb des .Ventiltellers führt; solange der
Ventilteller noch nicht den vollen Hub ausgeführt hat, also die feste Leitschaufel
noch nicht im Strömungsschatten der beweglichen liegt.
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Weiter ist es vorteilhaft, in an sich bekannter Weise den äußeren
Durchmesser des Ventiltellers größer zu halten als den Sitzdurchmesser. Damit wirkt
der .hydrodynamische Unterdruck an der Umlenkungsstelle auf einem größeren Querschnitt.
Ebenso
wie das Rückschlagventil kann auch der Einlaufrechen strömungstechnisch erheblich
verbessert werden. Hier wird erfindungsgemäß zunächst vorgeschlagen, auf dem Mantel
des Saugkorbs, der ein Zylinder- oder Kegelmantel oder eine sonstige Rotationsfläche
sein soll, einzelne Stäbe von strömungsgünstigen (tropfeiförmigen) Querschnitt im
wesentlichen nach Mantellinien auszurichten. Es ist leicht zu übersehen, daß ein
derartiger Rechen sich außerdem auch bequem fertigen läßt, wenn äquatoriale Rechenstäbe
zunächst fehlen. Diese sind aber notwendig und werden nachträglich aus Draht in
Nuten gewickelt, die als geschlossene oder schraubenförmige Nuten in den Mantel
des Saugkorbs eingearbeitet sind. Der betreffende Draht hat dabei zweckmäßig wieder
ein tropfeiförmiges Profil; zur Vereinfachung mag man aber auch kreisrunden Draht
wählen.
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Ebenso wie der auf dem Mantel angeordnete Rechen mag auch ein Rechen
am Boden des Saugkorbs aus einem Netz von Stäben tropfeiförmigen Querschnitts aufgebaut
sein.
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Die Bilder i und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel. Bild i stellt dabei
einen axialen Schnitt durch den Saugkorb dar, während Bild 2 (abgebrochen gezeichnet)
den in Bild i mit I-1 bezeichneten Schnitt wiedergibt. Die Mittellinie ist strichpunktiert
eingezeichnet, um in Bild i die linke und die rechte Hälfte voneinander zu unterscheiden.
In der linken Hälfte ist nämlich das Ventil bei vollem Hub, in der rechten Hälfte
in geschlossenem Zustand gezeichnet.
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Das Wasser strömt entweder durch den aus tropfeiförmigen Stäben a
und b aufgebauten Rechen am Boden des Saugkorbs oder durch den auf einer Mantelfläche
liegenden Rechen, der aus den tropfeiförmigen Stäben c und den ebenso geformten
Drähten d besteht. Das Wasser strömt alsdann durch den Mund e des Gehäuses. Es umströmt
dabei die bewegliche Schaufel f, die mit dem Ventilteller g fest verbunden ist'
Der Ventilteller g zusammen mit dem Gehäuseteil lc und der beweglichen Schaufel
f leiten dabei das Wasser in eine achsenabgewandte Richtung. Aus dieser wird
es durch die feste Leitschaufel i, das Gehäuseteil k und den festen
Einsatz l
in eine wieder zur Achse strebende Richtung gelenkt. Die feste Leitschaufel
i verengt dabei den freien Strömungsquerschnitt so, daß in dem Spalt m zwischen
dem Ventilteller g und dem festen Einsatz l ein beachtlicher Unterdruck entsteht,
der den vollen Hub des Ventiltellers g herbeiführt. Der Durchmesser des Ventiltellers
g ist dabei größer als der zum Abdichten notwendige Sitzdurchmesser; der Unterdruck
wirkt also auf eine vergrößerte Fläche. Das nahezu gerade Ende n der festen Leitschaufel
i
bildet dabei mit dem Gehäuseteil o und dem festen Einsatz l diffusorarti,ge
Kanäle. Hier wird die Geschwindigkeitshöhe zum größten Teil wieder in Druckhöhe
verwandelt. Alsdann strömt das Wasser durch dien Stutzen p in die anschließende
(nicht gezeichnete) Saugleitung. Die praktische Bedeutung der hier beschriebenen
Erfindung ergibt sich aus einem durch einwandfreie Messungen gewonnenen Versuchsergebnis.
Ein nach den Grundsätzen dieser Patentschrift gestalteter Saugkorb hatte nur 45%
des Widerstands, den ein nach dem bisherigen Stand der Technik gut durchgebildeter
Saugkorb Mit den gleichen Außenabmessungen aufwies.