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Strahlpumpe, insbesondere zum Fördern von Gemengen aus Flüssigkeit
und Feststoffen Die Erfindung bezieht sich auf Strahlpumpen, die zum Fördern von
Gasen oder Flüssigkeiten durch den Impuls einer Treibflüssigkeit oder eines 'rreibgases
benutzt werden. Ihr hauptsächliches Anwendungsgebiet findet sie bei Strahlpumpen
für Flüssigkeiten, die mit Feststoffen versetzt sind. Die hier zu beachtenden *
Gesichtspunkte der Querschnittsbemessung und des Verschleißes gelten aber auch für
solche Strahlpumpen, .die nur Flüssigkeiten oder Gase fördern sollen. Flüssigkeiten
oder Gase sind eben selten rein, vielmehr häufig unbeabsichtigt mit Staub, Sand
oder ähnlichen Feststoffteilchen versetzt. Es ist bekannt, Strahlpumpen zum Fördern
von Flüssigkeiten, die mit Feststoffen versetzt sind, so zu bauen, daß mehrere Treibdüsen
in der Wand eines Treibdüsenträgers angeordnet sind. Unter Treibdüsenträger ist
hierbei das Bauelement verstanden, welches vom Fördergut durchflossen wird und als
Mischkammer den Impulsaustausch zwischen dem Förderstrom und den Treibstrahlen einleitet.
Der Trenbdüsenträger ist also zwischen, dem als Saugstück dienenden Einlaufstück
und der Fangdüse, in der sich der Impulsaustausch nahezu vollendet, angeordnet.
Der Querschnitt der Fangdüse ist dadurch gegeben, daß zu einer bestimmten,
nach
Förderhöhe und Förderstrom bekannten Strahlpumpe entweder ein bestimmter Ansaugstrom
des. Fördergutes oder ein bestimmter Förderdruck der Strahlpumpe gefordert wird.
Häufig wird gefordert, äaß die Strahlpumpe einen möglichst weiten. Durchgang für
Feststoffe aufweisen soll. Verknüpft man diese Forderung mit dem Vorhergehenden,
so kann sie auch so gestellt werden, daß der lichte Durchgang im Treibdüsenträger
sich der kleinsten Weite der Fangdüse nähern oder sie erreichen soll.
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Bisher waren die Treibdüsenträger von Strahlpumpen achsensymmetrisch
ass Rotationskörper ausgebildet. Erhalten diese bekannten Treibdüsenträger einen
lichten. Durchgang, der sich der kleinsten Fangdüsenweite nähert, so ergeben sich
Strahlpumpen von geringem Wirkungsgrad. Die Ursache hierfür sind. die sogenannten
»Stoßverluste«, die erheblich anwachsen, wenn das Fördergut mit geringer Vorgeschwindigkeit
von den Treibstrahlen erfaßt wird. Beim achsensymmetrischen Treibdüsenträger ist
eben der lichte Querschnitt wesentlich größer als die Fläche des zwischen den Treibdüsen
einbeschriebenen. Kreises.
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Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Strahlpumpe zu schaffen, bei der
die vorerläuterte Forderung nach der lichten Weite ebenso erfüllt werden kann wie
eine ausreichende Vorgeschwindigkeit des Fördergutes. Zur Lösung dieser Aufgabe
wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, das Innere des Treibdüsenträgers zwischen
Einlaufstück und Fangdüse reicht achsensymmetrisch devart auszubilden, daß die Treibdüsen
in taschenförmige Ausbuchtungen des Treibdüsenträgars münden.
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Es ist bei einer Einrichtung zum Fördern staubförmiger Brennstoffe
schon bekannt, eine nach Art eines Hosenrohres ausgebildete Strahlpumpe zu verwenden,
bei der das Innere des Treibdüsenträgers auch eine gewisse nicht achsensymmetrische
Form besitzt. Hierbei liegt jedoch die Treibdüse im geraden Durchgang, und der Zulauf
des Fördergutes erfolgt durch den Abzweig. Eine solche Gestaltung des Treibdüsenträgers
einer Strahlpumpe liegt der Erfindung fern.
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Die weitere Ausbildung der Strahlpumpe gemäß der Erfindung kann entweder
in jeder taschenförmigen Ausbuchtung eine einzelne Treibdüse vorsehen oder es kann
eine Gruppe von Treibdüsen in jede taschenförmige Ausbuchtung münden. Zweckmäßig
werden die einzelnen taschenförmigen Ausbuchtungen und die zugeordneten Treibdüsen
gleichartig ausgebildet, mit gleichen Winkelabständen um die Hauptachse des Treibdüsenträgers
und mit gleichen Hauptachsenabszissen.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt.
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In Fig. i bedeutet i das Einlaufstück der Strahlpumpe. Das Fördergut
strömt in diesem Einlaufstück in Richtung des gezeichneten Pfeiles. An das Einlaufstück
schließt sich der Treibdüsenträger-2 an. Dieser Treibdüsenträger 2 geht dann in
die Fangdüse 3 über. Einlaufstück, Treibdüsenträger und Fangdüse sind in einem Stück
gezeichnet. Diese Teile können auch als verschiedene Stücke ausgeführt und in bekannter
Weise vereinigt werden. Das ass Treibmittel dienende Treibwasser strömt den Treibdüsen
4 aus einem Raum um den Treibdüsenträger unter Druck zu; die Begrenzung dieses Raumes
ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die beiden Treibdüsen q.
sind unmittelbar in dem Treibdüsenträger 2 eingearbeitet mit rotationssymmetrischer
Begrenzung um die Treibdüsenachsen II-II.
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Die Fig.2 zeigt einige kennzeichnende innere Schnittlinien der Fig.
i. Die Schnittebenen, senkrecht zur Hauptachse I-I, sind in Fig. i mit den Buchstaben
a, b, c und d bezeichnet. Der Querschnitt a zwischen Einlaufstück
i und dem Fangdüsenträger 2 ist willkürlich kreisförmig angenommen. Ebenso ist der
Querschnitt d, welcher die Grenze darstellt zwischen denn Treibdüsenträger 2 und
der Fangdüse 3, kreisförmig angenommen.
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Aus den Schnittlinnen b und c ist zu erkennen, daß der Treibdüsenträger
2 nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Er erhält also, verglichen mit der
bekannten rotationssymmetrischen Ausbildung, bei gleichem lichtem Durchgang einen
verhältnismäßig kleinen Querschnitt und ergibt damit die gewünschte hohe Zuströmgeschwindigkeit
des Fördergutes. Der kleinste lichte Durchgang im Treibdüsenträger ist durch den
kleinsten Durchmesser des Schnittes b gegeben. Er ist in diesem Beispiel etwas kleiner
als der Durchmesser der Fangdüse, Schnitt d.
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Die in Fig. i im Meridianschnitt dargestellte innere Begrenzung des
Treibdüsenträgers 2 ist dadurch bemerkenswert, daß sie sich in Richtung der Hauptachse
zunächst als Begrenzung 2" steil erweitert und dann in der Begrenzung 2b mit flachem
Neigungswinkel wieder zur Fangdüsenbegrenzung verengt. Das. Fördergut folgt der
steilen Erweiterung im Teil 2" deshalb ohne Ablösungen, weil erfahrungsgemäß jeder
Treibstrahl eine starke Anziehungskraft auf das Fördergut ausübt; der Treibstrahl
kann also als »Senke« für den Förderstrom angesehen werden. Die Treibdüsen q. sind
unmittelbar an die Wand des Treibdüsenträgers eingearbeitet; die Mündung der Treibdüsen
schließt außerdem bündig mit der Treibdüsenwand ab. Eine weitere Verbesserung ist
dadurch möglich, daß man gesonderte Treibdüsen einzeln oder satzweise in die Wand
des Treibdüsenträgers preßt, schraubt oder auf ähnliche bekannte Weise befestigt.
Man erhält dadurch den Vorteil, daß die Treibdüsen in besonders widerstandsfähigem
Werkstoff hergestellt und leicht ausgewechselt werden können.
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Es ist auch keineswegs notwendig, daß die Treibdüsenmündungen bündig
mit der inneren Wä,nd des'Treibdüsenträgers abschließen. Für den Impulsaustausch
zwischen Treibstrahlen und Fördergut ist es vielmehr empfehlenswert, wenn die Treibdüsen
in die taschenförmigen Ausbuchtungen des Treibdüsenträgers hereinragen. In. den
Fig. i und 2 ist angenommen, daß zwei faschenförmige Ausbuchtungen mit Treibdüsen
besetzt sind. Die Ausbildung ist sinngemäß ähnlich, wein mehr als
zwei
taschenförmige Ausbuchtungen nebst Treibdüsen auf dem Umfang des Treibdüsenträgers
angeordnet sind.
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Die in Fig. i und 2 gezeichnete Anordnung ist noch einem besonderen
Verschleiß ausgesetzt. Die hier auftretenden Vorgänge sollen an der vereinfachten
Darstellung der Strömungsverhältnisse in den. Fig. 3, 4 und 5 dargelegt werden.
In Fig. 3 sind zwei Treibstrahlen 5 und 6 gezeichnet, deren Mittellinien sich unter
dem Mittelwinkel 2 a schneiden. Die beiden Treibstrahlen 5 und 6 vereinigen sich
dann zu dem gemeinsamen Strahl?. Die Fig. 4 zeigt das gleiche Bild wie Fig. 3, jedoch
in einem senkrechten Schnitt durch die Mittelachse III-III der Fig. 3. Man. erkennt
den Strahl 5, der den Strahl 6 im- Bilde verdeckt, den vereinigten Strahl 7 und
außerdem zweikleine Strahlen 8 und 9, die zurückströmen. Auch in Fig.3 ist der rückströmende
Strahl 8 zu erkennen.
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Für den Fall, daß die Vermnischung der Strahlen 5 und 6 unter konstantem
Druck vor sich geht und unter der Annahme, daß die Strahlen 5 und 6 je einen Treibstrom
von der Größe i führen, läßt sich nachweisen, daß jeder der zurückströmenden Teilstrahlen
8 und 9 den Teilstrom i/2 - (i-cos a) führt. Dieser Wert wird durch den Versuch
befriedigend bestätigt; er steigert sich noch, wenn der Druck in den Treibstrahlen
nach Vermischung mit dem Fördergut ansteigt.
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Bei einer Strahlpumpe nach Fig. i bewirken nur die rückströmenden
Teilstrahlen 8 und 9 zunächst einen zusätzlichen Verschleiß, der den allgemeinen
Verschleiß in der Größenordnung übertrifft. Die Teilstrahlen 8 und 9 legen sich
nämlich an die Wand des Treibdüsenträgers 2 an und bilden, da sie mit Feststoffen
angereichert sind, kennzeichnende tiefe Furchen. In der Strahlpumpe werden diese
zurückströmenden Teilstrahlen 8 und 9 durch das entgegenströmende Fördergut allmählich
abgebremst. Auch dieser an sich erwünschte Vorgang hat eine unangenehme Nebenwirkung.
Aus Kontinuitätsgründen müssen sich nämlich die zurückströmenden Teilstrahlen 8
und 9 verdicken, sobald sie ihre Geschwindigkeit einbüßen. Sie verengen damit den
für das angesaugte Fördergut verfügbaren Querschnitt. Die Strahlpumpe wird dadurch
besonders kavitationsempfindlich.
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Aus diesen Erkenntnissen entsteht eine zweifache Aufgabe. Einmal sollen
die zurückströmenden Teilstrahlen gehindert werden, die Wand des Treibdüsenträgers
zu erreichen. Zum zweiten sollen die zurückströmenden Teilstrahlen auf möglichst
kurzem Wege wieder in die Hauptförderrichtung abgelenkt werden, bevor sie den wesentlichen
Mischvorgang zwischen Treibstrahlen und Fördergut stören.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die taschenförmigen
Ausbuchtungen und die ihnen zugeordneten, Treibdüsen in zwei oder mehr Gruppen aufgeteilt
werden. Zweckmäßig sollen die Mittellinien der Treibstrahlen die Hauptachse des
Treibdüsenträgers je in einem Punkt schneiden oder kreuzen, der für die einzelnen
Gruppen von taschenförmigen Ausbuchtungen verschieden ist. Der Abstand der genannten
Schnitt- oder Kreuzungspunkte ist dabei verhältnismäßig gering. Es genügt, wenn
dieser Abstand gleich der mittleren Fangdüsenweite ist oder noch etwas geringer.
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Die Wirkung der vorbeschrieben.en Maßnahme soll zunächst an Hand der
Fig. 5 erläutert werden. Man möge sich vorstellen, daß Fig. 5 aus Fig.4 dadurch
entstanden ist, daß zusätzliche Treibstrahlen io und i i in einer Ebene senkrecht
zu der Zeichenebene der Fig. 3 wirken, und zwar so, daß der Schnittpunkt B, den
die Mittellinie der Zusatztreibstrahlen io und i i auf der Hauptfchse III-III bilden,
um einiges weiter in der Hauptströmungsrichtung liegt, als der entsprechende Schnittpunkt
A der ursprünglichen Treibstrahlen 5 und 6. Wie Fig. 5 erkennen läßt, werden die
zurückströmenden Treibstrahlen 8 und 9 nunmehr von den Zusatzstrahlen io und ii
so abgeschirmt, daß sie die nicht gezeichnete Wand des Treibdüsenträgers oder der
Fangdüse nicht mehr treffen können. Sie werden außerdem durch den erheblichen Impuls
der Zusatztreibstrahlen io und i i sehr schnell aufgenommen, d. h. in ihrer Bewegungsrichtung
umgekehrt.
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Es ist verständlich, daß die Fig. 3, 4 und 5 nur eine schematische
Darstellung für den einfachsten Fall, für zwei Haupttreibdüsen und zwei Zusatztreibdüsen,
wiedergeben. Es ist möglich, die Treibdüsenanzahl in jeder Gruppe zu vermehren,
auch kann man, an Stelle von zwei Gruppen Treibstrahlen übereinander, deren mehrere
übereinander verwenden.
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Der endliche positive, in der Hauptströmungsrichtung gemessene Abstand
der Schnitt- oder Kreuzungspunkte A und B läßt sich besonders vorteilhaft
dann verwirklichen, wenn die einzelnen Gruppen taschenförmiger Ausbuchtungen verschiedene
Abszissen auf der Hauptachse des Treibdüsenträgers besitzen. Auf diese Weise werden
die taschenförmigen Ausbuchtungen so über die Oberfläche des Treibdüsenträgers verteilt,
daß eine zu weitgehende Quersehnittsvergrößerung des Treibdüsenträgers und damit
eine Verminderung der Vorgeschwindigkeit des Fördergutes vermieden wird.
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In dem durch die Fig. 3, 4 und 5 schematisch dargestellten besonderen
Fall des Zusammenwirkens von Treibstrahlen 5, 6 einer ersten mit Treibstrahlen io,
i i einer zweiten Gruppe sollen die Treibstrahlen io, ii der zweiten Gruppe in ihrer
Winkellage um die Hauptachse genau oder annähernd zwischen den Treibstrahlen 5,
6 der ersten Gruppe liegen. Auf diese Weise schirmt die zweite Gruppe von Treibstrahlen
io, i i die zurückströmenden Treibstrahlen 8, 9 ausreichend von den Wänden
des Treibdüsenträgers ab,. Die an sich denkbare Bildung von weiteren zurückströmenden
Strahlen infolge des Auftreffens der zweiten Gruppe von Treibstrahlen io, i i auf
den gemeinsamen Strahl ? läßt sich dadurch im wesentlichen vermeiden, daß man die
Strahlen der zweiten Gruppe schwächer bemißt, also mit kleinerer Impulssumme
ausführt
als die Strahlen der ersten Gruppe.
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Werden im Ausnahmefall mehr als zwei Gruppen von taschenförmigen Ausbuchtungen
ausgeführt, so soll jede folgende Gruppe in ihrer Winkellage um die Hauptachse zwischen
den Ausbuchtungen der vorangehenden Gruppe oder auch der insgesamt vorangehenden
Gruppen liegen. Die zweckmäßigste Winkellage ist hier -abhängig von der Verteilung
des Impulses auf die Gruppen der Treibstrahlen.
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Es ist bei Treibdüsenanordnungen anderer Art bekannt, zwei Gruppen
von. Treibdüsen mit kurzem Abstand hintereinander anzuordnen. Dies geschieht, weil
man sich von der stufenförmigen Beschleunigung besondere Vorteile hinsichtlich der
schon erwähnten Stoßverluste verspricht. Die im vorstehenden dargelegte Maßnahme,
die zurückströmenden Treibstrahlen 8, 9 abzuschirmen und aufzusaugen, wurde bei
anderen T'reibdüsenanordnungen bisher nicht angewendet. Dementsprechend sind die
hier beschriebenen baulichen Mittel, Abstand ,der Punkte A und
B, Winkellage der Treibdüsen zueinander, auch für andere Anordnungen von
Treibdüsen neu.
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Die Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Treibdüsenträger
mit zwei Gruppen von ta.schenförrnigen Ausbuchtungen. Beide Gruppen dieses Beispieles
haben wieder je zwei taschenr förm.ige Ausbuchtungen mit einer Treibdüse je Ausbuchtung.
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Rechts und links der strichpunktierten Mittellinie IV-IV sind verschiedene
Schnitte dergetstellt, die in der Ausführung in zwei zueinander senkrecht stehenden
Ebenen liegen. Es bedeutet 1:2 das Ende des Einlaufstückes, 13 den Treibdüsenträger
und 14 den Anfang der Fangdüse. Weiter bezeichnen e, f, g, h, i Schnitte
durch den Treibdüsenträger, senkrecht zur Hauptachse. Die inneren Linien dieser
Schnitte sind in den Fig. 7 und 8 in zwei verschiedenen Varianten dargestellt.
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Auf der linken Seite der Fig. 6 ist eine der insgesamt paarig vorhandenen
taschenförmigen, Ausbuchtungen 13ä, r36 der ersten Gruppe gezeichnet. In diese-
mündet eine der Treibdüsen 15, die für sich gefertigt und in die Wand des Treibdüsenträgers
13 eingesetzt ist. Entsprechend zeigt die rechte Seite der Fig. 6 :eine der insgesamt
paarig vorhandenen taschenförmigen Ausbuchtungen 13,", 13ä der .zweiten Gruppe.
In diese mündet. eine der Treibdüsen 16, die in diesem Beispiel kleiner angenommen
ist als eine Treibdüse 1.5 der ersten Gruppe. _ Das als Treibmittel dienende Treibwasser
strömt .wieder, wie in. Fig.. i, den Treibdüsen 15, 16 aus einem Raum um den Treibdüsenträger
13 unter Druck-zu;- die Begrenzung dieses Raumes ist aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt. Die Treibdüsen 15 und 16 sind - als rotationssymmetrische, im
wesentlichen in Dreharbeit herstellbare Körper gestaltet. Sie ragen in die taschenförmigen
Ausbuchtungen hinein im Gegensatz zu den Treibdüsen der Fig. i, die bündig mit der
Wand des Treibdüsenträgers abschließen. Selbstverständlich können auch für sich
gefertigte und eingesetzte Treibdüsen ganz oder nahezu bündig mit der Wand des Treibdüsenträgers
abschließen.
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Die Treibdüsen 15 und 16 sind nach zwei einen spitzen Winkel einschließenden
Achsen V-V und VI-VI bzw. VII-VII und VIII-VIII gefertigt, und zwar ist die Achse
V-V bzw. VII-VII dem Eintritt in die Treibdüse und -ihrer Sitzstelle in dem Treibdüsenträger,
die Achse VI-VI bzw. VIII-VIII der Mündung der Treibdüse zugeordnet. Diese Bauweise
hat den Vorteil, daß die Sitzstellen im Treibdüsenträger der Bearbeitung gut zugänglich
sind, die Treibstrahlen selbst aber die Hauptachse IV-IV unter einen günstigen Winkel
schneiden. Die Schnittpunkte sind in Fig. 6 mit A' und B' bezeichnet.
Sie entsprechen den Schnittpunkten; A und B in Fig. 5.
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Die Fig. 7 und 8 stellen die inneren Begrenzungen des Treibdüsenträgers
13 nach den Schnitten e, f, g, h, i (Fig. 6) dar. Sie zeigen zwei Varianten,
die sich im wesentlichen im Schnitt i, also am Anfang der Fangdüse unterscheiden.
In Fig. 7 ist der Schnitt i kreisförmig gestaltet. Nach Fig. 8 werden der Schnitt
i und die Fangdüse nicht kreisförmig so ausgebildet, daß sich die taschenförmigen
Ausbuchtungen des Treibdüsenträgers wenigstens teilweise fortsetzen. Entsprechend
läßt sich der Eingangsquerschnitt e des Treibdüsenträgers, der in Fig. 7 und 8 beispielsweise
kreisförmig angenommen ist, auch so gestalten, daß er ohne stärkere Querschnittsübergänge
einen nicht kreisförmigen Querschnitt des Einlaufstückes in den Schnitt f des Treibdüsenträgers
überführt.