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Querstrompumpe zur Erzeugung statischen Druckes Die Erfindung betrifft eine Querstrompumpe für Gase oder Flüssigkeiten zur Erzeugung statischen Druckes. Die Querstrompumpe ist so ausgebildet, dass dem Läuferdurchsatz eine Wirbelströmung mit zur Läuferachse exzentrischer Wirbelkernströmung aufgezwungen wird. Derartige Querstrompumpen sind unter dem Namen Tangentialpumpen bekannt geworden.
Eine Tangentialpumpe liefert in ihrem Austrittskanal einen Förderstrahl, der einen ausserordentlich hohen Geschwindigkeitsdruck aufweisen kann, wogegen der statische Druck nur sehr niedrige Werte annimmt. Der Geschwindigkeitsdruck ist dabei über den Austrittsquerschnitt der Pumpe stark ungleichförmig und unsymmetrisch verteilt und nimmt an der Stelle seines Maximums einen Wert an, der der mehrfachen Umfangsgeschwindigkeit des Läufers der Pumpe entspricht. Zur Erzeugung von statischem Druck muss dieser hohe Geschwindigkeitsdruck durch geeignete Mittel in statischen Druck umgewandelt werden.
Bei der Anwendung herkömmlicher Mittel zur Druckumsetzung, beispielsweise eines Diffusors, führt der im Verhältnis zur Geschwindigkeit der schnellsten Stromröhren ausserordentlich langsame Durchsatzanteil zu untragbar hohen Ablösungs- und Mischungsverlusten.
Die Erfindung sucht einen Weg, um die hervorragenden Eigenschaften einer Tangentialpumpe, wie hoher Wirkungsgrad, geringe Geräuschentwicklung und kleine Bauweise auch zurverlustarmen Erzeugung statischen Druckes verwerten zu können und gleichzeitig die geschilderten Nachteile zu vermeiden. Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung eine Tangentialpumpe vor, die zwei gegenläufige Querstromläufer mit parallelen Drehachsen und einem gemeinsamen Austrittsdiffusor aufweist, dessen parallel zu den Läuferdrehachsen verlaufende Wandungen in die, in Umdrehungsrichtung gesehen, Druck- und Saugseite trennenden äusseren Leitwandungen der Pumpe übergehen.
Durch die Massnahme gemäss der Erfindung wird im Austrittskanal der Pumpe nicht, wie bei einem
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nahe den Wandungen des Austrittsdiffusors angeordnet sind. Die bisher bei der Druckumsetzung störenden und Verluste hervorrufenden langsamen Stromröhren befinden sich bei der erfindungsgemässen Pumpe etwa in der Mitte des Austrittsdiffusors. Strömungsverluste treten bei einem Diffusor jedoch nur an der
Wandung auf. Das Geschwindigkeitsprofil gleicht sich dadurch über die Länge des Diffusors aus, so dass am Ende desselben eine vollständig gleichförmige und symmetrische Geschwindigkeitsverteilung herrscht.
Die Erfindung nützt also den Hauptnachteil einer Tangentialpumpe, nämlich das ungleichförmige und unsymmetrische Geschwindigkeitsprofil, dazu aus, um eine besonders verlustarme Druckumsetzung zu erzielen. Die geschilderte gleichmässige Geschwindigkeitsverteilung ist mit keiner ändern bekannten Pumpe erzielbar. Sie ermöglicht die Verwendung ausserordentlich grosser Öffnungswinkel des Diffusors, wodurch der Diffusor kurz und die Reibungsverluste der Strömung in demselben insgesamt sehr klein werden. Die
Folge ist eine erhebliche bauliche Verkleinerung der Pumpe und eine bedeutende Verbesserung des Wirkungsgrades bei der Erzeugung statischen Druckes.
Die Wirkung der erfindungsgemässen Pumpe kann noch dadurch verstärkt werden, dass sich an die erste, aus einem Paar gegenläufiger Querstromläufer bestehenden Förderstufe eine gleichartige weitere, aus dem Druckbereich der ersten ansaugende Förderstufe anschliesst. Je nach der Höhe des gewünschten statischen Druckes können sich beliebig viele weitere derartige Stufen anschliessen.
Tangentialpumpen sind im allgemeinen nur bis zu einem bestimmten kleinsten Durchsatz verwendbar, weil die Förderung unterhalb dieses Durchsatzes instabil wird. Um dieses Instabilwerden bei der erfindunggemässen Pumpe zu vermeiden, schlägt die Erfindung weiterhin Kanäle zur Rückführung des langsamen Anteiles der Durchsatzströmung jedes Querstromläufers zum Saugbereich der ersten Förderstufe vor, wobei nur die schnellsten und für die Druckumsetzung wirksamsten Stromröhren in die nächste Stufe weitergefördert werden, während auch bei stärkster Drosselung der Pumpe der langsame Durchsatzanteil praktisch verlustfrei in einem geschlossenen Kreislauf durch die Maschine gefördert werden kann und so ein Instabilwerden der Förderung verhindert.
An Hand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen schematischen Schnitt senkrecht zur Läuferdrehachse durch ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 2
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einen gleichartigen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel und Fig. 3 einen gleichartigen Schni durch ein drittes Ausführungsbeispiel.
Für gleiche oder gleichartige Teile in den verschiedenen Figuren werden durchwegs die gleiche Bezugsziffern verwendet.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei aus einem Querstromläufer 1 bzw. und feststehenden äusseren Leitflächen 2 und 3 bzw. 2'und 3'bestehende Tangentialpumpen mit ihre
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angeordnet. Nahe den Leitwänden 3 und 3'bilden sich durch die Kreise 6 bzw. ss'schematisch angedeute)
Wirbelkerngebiete aus. Durch diese Wirbelströmungen erfährt die Durchsatzströmung der beide Tangentialpumpen eine starke Umlenkung, wobei die aus der unmittelbaren Umgebung der Wirbelkern gebiete 6 bzw. 6'stammenden, etwa gemäss den Pfeilen 7 und 7'verlaufenden Stromröhren eine mehrfac höhere Geschwindigkeit aufweisen als die etwa gemäss den Pfeilen 8 bzw. 8'verlaufenden, weiter vor
Zentrum der Wirbelströmung entfernten Stromröhren. Diese Geschwindigkeitsverteilung ist schematisc durch die gestrichelte Linie 9 angedeutet.
Die beiden Leitflächen 2 und 2'gehen in der Mitte der Pump ineinander über, während die Leitflächen 3 und 3'in die divergierenden Seitenwandungen 10 bzw. eines druckumsetzenden Diffusors übergehen.
Wie aus der Geschwindigkeitsverteilung 9 hervorgeht, liegen die beiden Geschwindigkeitsmaxima 1 bzw. 11'nahe den Wandungen 10 bzw. 10', während das Geschwindigkeitsminimum 12 etwa in der Mitt des Austrittsdiffusors liegt. Die wandnahen Maxima erlauben eine ausserordentlich starke Divergea und damit Druckumsetzung des Diffusors, während die für die Druckumsetzung störenden langsame1
Stromröhren in der Mitte des Diffusors verlaufen und dort nicht schädlich werden können.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel schliesst sich an den Diffusor 10, 10' der erste
Förderstufe, die der in Fig. l dargestellten Pumpe praktisch gleich ist und daher in der Zeichnung mit de : entsprechenden Bezugszeichen versehen ist, eine zweite Förderstufe an, wobei bei den Bezugsziffern de. zweiten Förderstufe jeweils a hinzugefügt ist.
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trittskanal 21, während die beiden kürzeren Leitflächen 3 a und 3'a in der Mitte der Maschine ineinander übergehen. Die Wandungen des Austrittskanales 21 konvergieren in diesem Fall, weil nach der zweiter Förderstufe die Geschwindigkeitsmaxima der aus den beiden Läufern kommenden Durchsätze nicht mebl entlang den Wandungen verlaufen.
Die beiden Strahlen 22 und 22'vereinigen sich im Austrittskanal z zu einem Strahl, welcher einen statischen Druck aufweist, der mit bekannten Tangentialpumpen nicht erzielbar war.
Eine vor allem für kleinere Durchsätze vorteilhafte Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt.
An Stelle der Leitflächen 2 sind bei diesem Ausführungsbeispiel zwei eine Öffnung 31 bildende Wandungsteile 32 und 33 vorgesehen. In Fig. 3 ist die in den gemeinsamen Austrittskanal 39 fördernde Förderstufe die zweite, während die beiden Läufer der ersten Förderstufe in getrennte, durch die Wandungen 3J
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Durchsatzanteile der zweiten Förderstufe gemäss den Pfeilen 36 bzw. 36'zum Saugbereich der ersten Stufe zurückleitet, wobei sie gemäss den Pfeilen 37 bzw. 37'mit den langsamsten Durchsatzanteilen der ersten Förderstufe vereinigt werden.
Die schnellen, wirbelkernnahen Stromröhren strömen gemäss den Pfeilen 7 bzw. 7'durch die Kanäle 34 bzw. 34'zur zweiten Förderstufe, welche sie gemäss den Pfeilen 38 bzw. 38'durchströmen und im Austrittskanal 39 zu einem dem Geschwindigkeitsprofil 9 in Fig. l entsprechenden Geschwindigkeitsprofil zusammengeführt werden. Auch bei starker Drosselung dieser Pumpe ist ein stabiler Betrieb der einzelnen Tangentialläufer möglich, weil immer ein Anteil an langsamerer Strömung in dem durch die Pfeile gekennzeichneten Kreislauf praktisch energielos umgewälzt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Querstrompumpe für Gase oder Flüssigkeiten zur Erzeugung statischen Druckes, deren Durchsatz eine Wirbelströmung mit zur Läuferdrehachse exzentrischem Wirbelkern aufgezwungen wird, gekennzeichnet durch zwei gegenläufige Querstromläufer mit parallelen Drehachsen und einem gemeinsamen Austrittsdiffusor, dessen parallel zu den Läuferdrehachsen verlaufende Wandungen in die, in Umdrehungsrichtung gesehen, Druck- und Saugseite trennenden äusseren Leitwandungen der Pumpe übergehen.