-
Strahlpumpe Die Erfindung bezieht sich auf Strahlpumpen, welche Flüssigkeiten
fördern, die mit Feststoffen, z. B. Kies, vermengt sind. Es ist bekannt, für diesen
Zweck Strahlpumpen üblicher Bauart zu verwenden, die eine einzige Treibdüse von
kreisförmigem Querschnitt besitzen, welche mittig zur Fangdüse sitzt.
-
Für den gleichen Zweck hat man auch schon Ringdüsen vorgeschlagen,
also Düsen mit kreisringförmiger Mündung, deren äußere Begrenzung durch die Fangdüse
gebildet wird. Bei der Förderung von Flüssigkeiten, die mit Feststoffen vermengt
sind, hat diese Ausführung den Vorteil eines großen freien Raumes für den Durchtritt
der Feststoffe. Ringdüsen haben aber im allgemeinen den Nachteil eines .geringeren
Wirkungsgrades. Das ist durch die Reibungsverluste bedingt, welche der Treibstrahl
an der Wand der Fangdüse erfährt. Nur für den Fall, daß der radiale Spalt der Ringdüsenmündung
verhältnismäßig groß ist, lassen sich bei der Förderung von Feststoffen in Flüssigkeit
gute Wirkungsgrade erzielen, weil der am Rande der Fangdüse strömende Treibstrom
aus reiner Flüssigkeit die Reibung der Feststoffe an der Fangdüsenwand zunächst
verhindert. Darüber hinaus erteilt die Ringdüse als Treibdüse der
aus
der Fangdüse austretenden Flüssigkeit ein Geschwindigkeitsprofil, derart, daß die
Höchstgeschwindigkeit in der Nähe der Wand auftritt. Ein solches Geschwindigkeitsprofil
ist für die Energieumsetzung im Diffusor besonders günstig.
-
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Strahlpumpe für die
Förderung von Feststoffen in Flüssigkeit, bei welcher die erwähnten Nachteile der
Ringdüse vermieden oder vermindert werden, ohne daß die Vorteile des freien Durchtritts
und des günstigen Geschwindigkeitsprofils aufgegeben werden. Dies wird gemäß der
Erfindung dadurch erreicht, daß eine Mehrzahl von Treibdüsen angeordnet ist, deren
Mündungsbegrenzung entweder teilweise durch die Fangdüse gebildet wird oder sich
ihr bis auf einen verhältnismäßig geringen Abstand nähert.
-
Bei Strahlpumpen zum Fördern von Stoffen reiner Phase (reine tropfbare
Flüssigkeit oder reines Gas) ist es schon bekannt, mehrere Treibdüsen zu verwenden.
Diese Treibdüsen ragen als einzelne rohrförmige Gebilde aus dem Saugraum dieser
Strahlpumpen in den Fangdüseneinlauf hinein. Sie sind aber im Gegensatz zum Gegenstand
dieser Erfindung ohne unmittelbaren materiellen Zusammenhang mit der Fangdüsenwand.
Diese bekannten Anordnungen sind für die Förderung von Feststoffen in Flüssigkeit
deshalb nicht geeignet, weil sie den freien Durchgang größerer Feststoffteile verhindern;
sie sind besonders der Gefahr ausgesetzt, hierbei beschädigt zu werden.
-
Die gemäß .der Erfindung vorzusehende Mehrzahl von Treibdüsen kann
etwa dadurch verwirklicht werden, daß eine Ringdüse in eine Anzahl von Sektoren
aufgeteilt ist, die nur teilweise vom Treibwasser durchströmt werden. Zwischen den
vom Treibwasser durchströmten Sektoren sind jeweils tote, etwa von Werkstoff ausgefüllte
Sektoren angeordnet. Bei einer solchen Anordnung wird das @%erhältnis des Querschnittes
der Treibdüsen zu der Länge der gemeinsamen Begrenzung mit der Fangdüse wesentlich
günstiger als bei der Ringdüse. Im weiteren Verlauf der Fangdüse wird sich zwar
der aus den einzelnen Sektoren ausströmende '-i reibstrom schließlich zu einem Ringstrom
vereinen. Das ist aber erst dann der Fall, wenn durch den Impulsaustausch mit dem
Förderstrom die Geschw indigkeit des Treibstromes sich wesentlich verringert hat.
Die dann an der Wand auftretenden Verluste sind also erheblich geringer. Der hinsichtlich
des Geschwindigkeitsprofils erläuterte Vorteil der Ringdüse bleibt dagegen gewahrt.
Eine weitere Verbesserung der Verhältnisse ergibt sich, wenn in den toten Sektoren
der Werkstoff ausgespart wird. Weitere vorteilhafte Gestaltungsmöglichkeiten sind
in den folgenden Darlegungen erläutert.
-
Die Zeichnung stellt als Beispiel einige Ausführungsformen der Erfindung
dar. Es zeigt Fig. i den Mittellängsschnitt einer Strahlpumpe nach der Erfindung,
Fig. a einen Querschnitt nach Linie 11-1I der Fig. i, Fig. 3 den Mittellängsschnitt
einer anderen Aus-Nihrungsform, Fig. 4. einen Querschnitt nach Linie IV-IV der Fig.
3.
-
In den Fig. i and :2 bedeutet a den Eintritt des Treibwassers, b den
Eintritt des Förderstromes. Das Treibwasser tritt durch drei Düsen cl, c2, c3 aus
und überträgt einen Teil seiner Energie innerhalb einer Fangdüse (? an den Förderstrom.
-
An die Fangdüse d schließt sich in bekannter tVeise ein Diffusor e
an, der nur mit seinem Anfang dargestellt ist. Aus der Fig. i geht hervor, daß die
Treibdüsen aus je zwei Teilen f und g gebildet sind. f als der einfachere der beiden
Teile ist als achsensymmetrüscher Drehkörper gestaltet. euch den Treibdüsenteil
g kann man sich aus einem zunächst achsensymmetrisch.en Drehkörper entstanden denken.
Nachträglich sind dann die Düsenschlitze cl, c2, c.3 hineingearbeitet, die im Zusammenwirken
mit dem Teil f die eigentlichen Treibdüsen ergeben. Der Werkstoff zwischen den einzelnen
Treibdüsen ist an den Stellen h1, h2, 1t,3 durch Herausarbeiten nachträglich entfernt.
-
Eine bedeutende Verbesserung der dargestellten Einrichtung ergibt
sich dadurch, daß man die einzelnen Treibdüsen nicht aus gemeinsamen Körpern bildet,
sondern sie einzeln erkerartig in die Fangdüse einbaut. plan erreicht dadurch, daß
der Einlauf für das Fördergut und die Fangdüse durch die Treibdüsenkörper nicht
unterbrochen zu werden brauchen, sondern aus einem zusammenhängenden Stück bestehen
können. Eine solche Ausgestaltung erhält ihre besondere Bedeutung durch die Erfahrungstatsache,
daß eine genaue zentralsymme-. trische Ausrichtung aller Teile wesentlich ist für
die gute Wirkung der Strahlpumpe. In den Fig. 3 und 4, die weiter unten besprochen
werden, ist ein Beispiel für diese Ausführungsform dargestellt.
-
Eine weitere Verbesserung ergibt sich dadurch, daß die Austrittsachsen
der Treibdüsen gegen die Mittelachse der Fangdüse so geneigt werden, daß sie diese
Mittelachse im Endlichen schneiden. Die einzelnen Tneibstrahlen konvergieren dann
in ihrer Anfangsrichtung zur :Mittelachse hin. Diese Anordnung besitzt der, Vorteil,
daß die Wandreibung zwischen den Treibstrahlen und der Fangdüsenwand so lange ausgeschaltet
wird, als die Treibstrahlen noch eine hohe Geschwindigkeit aufweisen.
-
Durch den Impulsaustausch mit dem Förderstrom vermindert- .sich allerdings
die Geschwindigh:eit der einzelnen Treibstrahlen auf ihrem Wege innerhalb der Fangdüse
stark. Der Querschnitt der Treibstrahlen wird dabei aus Kontinuitätsgriinden größer,
so daß die einzelnen Treibstrahlen die Fangdüsenwand später berühren, nachdem sie
ihre Geschwindigkeit im wesentlichen eingebüßt haben. Sobald die Treibstrahlen nun
in Berührung rnit der Fangdüsenwand kommen, neigen sie weiterhin dazu, sich zu einem
geschlossenen Ringstrom zu vereinen. Das rührt davon her, daß die auf die einzelnen
Treibstrahlen von der Fangdüsenwand ausgeübten Reibungskräfte außermittig zum Schwerpunkt
des Strahlquerschnittes angreifen und
deshalb ein 'Moment hervorrufen,
welches den einzelnen Strahl an die Fangdüsenwand drückt. Es wird sich also endlich,
etwa beim Eintritt des Gesamtförderstromes in den Diffusor, ein Geschwindigkeitsprofil
ähnlicher Art herausbilden, wie es weiter oben als besonderer Vorzug der Ringdüse
bezeichnet wurde.
-
Die bei der Ringdüse auftretenden größeren Reibungsverluste sind aber
dabei vermieden.
-
Die Fig. 3 und 4. zeigen ein Ausführungsbeispiel für einzeln erkerartig
eingebaute Treibdüsen. Gemäß Fig. 3 ist der Einbau von vier Treil)düsen i vorgesehen,
die gleichmäßig über den Umfang des Fangdüsenkörpers k verteilt sind. Die Austrittsachsen
l der Treibdüsen sind gegen die Mittelachse m der Fangdüse geneigt. Der Treibstrahl
ist für die auf der rechten Seite der Fig.3 dargestellte Treibdüse zeichnerisch
angedeutet. Durch Impulsaustausch mit dem Förderstrom verlangsamt sich der Treibstrahl
nach seinem Awstritt aus der Treibdüsenmündung; sein Querschnitt wird daher größer,
und er kommt schließlich im Punkte C in Berührung mit der Fan.gdüsenwand. Nachdem
nunmehr Reibungskräfte zwischen dem Treibstrahl und der Fangdüsenwand wirksam werden,
wird der Treibstrahl noch kräftiger gegen die Fangdüse gepreßt, und er vereinigt
sich schließlich mit den anderen Treibstrahlen zu einem geschlossenen Ringstrahl.
-
F ig. 4. läßt eine weitere Verbesserung erkennen. Um zu verhindern,
daß der einzelne Treibstrahl bereits unmittelbar nach dem Verlassen der Treibdüse
an der Fangdüsenwand klebt, ist zwischen der Fangdüsenwand und der Treibdüsenmündung
ein geringer Abstand n vorgesehen. Dabei wird die durch den Abstand ia entstandene
Fläche des Treibdüsenkörpers, die zwischen der Fangdüsenwand und dem ihr zugekehrten
Teil des Treibdüsenrandes liegt, zur Fangdüsenwand hin geneigt, damit das in der
Umgebung befindliche Förderwasser diesen Abstand bequem ausfüllen kann. Erfahungsgemäß
genügt es, wenn der kleinste Abstand ii je nach der Gröle der Fangdüse 1 bis 31/o
des Fangdüsendurchmessers beträgt.
-
Es ist bereits bekannt, die Wirkung von Strahlpumpen dadurch zu verbessern,
daß man dem Treibstrahl einen Drall verleiht. Dieser zusätzliche Drall wirkt insbesondere
auf eine Verkürzung der Fangdüse hin, weil der notwendige Mischungsweg zwischen
Treibstrahlen und Förderstrom sich ver kleinert. Bei der hier beschriebenen Anordnung
kann den Treibstrahlen in ihrer Gesamtheit ein Drall dadurch verliehen werden, daß
man die Austrittsachsen der Treibdüsen so anordnet, daß sie die Mittelachse der
Fangdüse in einem Abstand kreuzen.
-
Der nuerschnitt der Fangdüse einer Strahlpumpe ist außer durch andere
unabhängige Veränderliche, wie Treibstrom und Förderstrom, auch gegeben durch die
von der Strahlpumpe zu überwindende Förderhöhe, und zwar in dem Sinne, daß sich
bei größerer Förderhöhe der Fangdüsenquerschnitt verkleinert. Beim Fördern von Feststoffen,
die mit Flüssigkeiten versetzt sind, ist außerdem der freie C)uerwhnitt der durch
die Treibdüsen verengten Fangdüse durch die Korngröße des rörd2rgutes bcdingt. Dieser
freie Querschnitt läßt sich unter sonst gleichen Umständen dadurch vergrößern, daß
man die Förderhöhe der Strahlpumpe herabsetzt oder, was sinngemäß das gleiche bedeutet,
eine etwa vorgeschriebene Gesamtförderhöhe auf mehreren Stufen, also auf mehrere
Teilstrahlpumpen, aufteilt. Eine mehrstufige Strahlpumpe läßt sich besonders einfach
dadurch bauen, d@aß man Treibdüsensätze der vorher beschriebenen .\rt in ein rohrförmiges
Gebilde so einbaut, daß jeweils auf die Fangdüse der vorhergehenden Stufe der Treibdüsensatz
der folgenden Stufe folgt.
-
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Austrittsgeschwindigkeit
am Ende der Fangdüse einer Stufe unvermindert als Zufiußgeschwindigkeit zur folgenden
Stufe erhalten bleibt. Hierdurch werden die Stoßverluste der folgenden Stufe verkleinert.
F.s muß dann der freie Fangdüsenquerschnitt zwischen den :Mündungsebenen der aufeinanderfolgenden
Treibdüsensätze (ganz oder nahezu) unverändert bleiben.
-
Mehrstufige Strahlpumpen, hei denen die Austritt-senergie der ersten
Stufe in der zweiten Stufe nutzbar gemacht wird, sind bei Strahlpumpen zur Luftförderung
(Vakutimpuml)en) schon bekannt.