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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.
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Cross-flow pump for generating static pressure The invention relates to a cross-flow pump for gases or liquids for generating static pressure. The cross-flow pump is designed in such a way that a vortex flow with a vortex core flow eccentric to the rotor axis is imposed on the rotor throughput. Cross-flow pumps of this type have become known under the name tangential pumps.
A tangential pump delivers a delivery jet in its outlet channel, which can have an extraordinarily high velocity pressure, whereas the static pressure only assumes very low values. The velocity pressure is strongly unevenly and asymmetrically distributed over the outlet cross section of the pump and, at the point of its maximum, assumes a value which corresponds to several times the circumferential speed of the rotor of the pump. In order to generate static pressure, this high velocity pressure must be converted into static pressure by suitable means.
When using conventional means for converting pressure, for example a diffuser, the throughput rate, which is extremely slow in relation to the speed of the fastest flow tubes, leads to unacceptably high separation and mixing losses.
The invention seeks a way to be able to utilize the excellent properties of a tangential pump, such as high efficiency, low noise development and small construction, also for low-loss generation of static pressure and at the same time to avoid the disadvantages described. For this purpose, the invention proposes a tangential pump that has two counter-rotating cross-flow rotors with parallel axes of rotation and a common outlet diffuser, the walls of which run parallel to the axes of rotation of the rotors merge into the outer guide walls of the pump, seen in the direction of rotation, separating the pressure and suction sides.
By the measure according to the invention is not in the outlet channel of the pump, as in a
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are arranged near the walls of the outlet diffuser. The slow flow tubes, which hitherto interfered with the pressure conversion and caused losses, are located approximately in the middle of the outlet diffuser in the pump according to the invention. In the case of a diffuser, however, flow losses only occur at the
Wall on. The speed profile is thereby equalized over the length of the diffuser, so that at the end of the same there is a completely uniform and symmetrical speed distribution.
The invention thus makes use of the main disadvantage of a tangential pump, namely the non-uniform and asymmetrical speed profile, in order to achieve particularly low-loss pressure conversion. The uniform speed distribution described cannot be achieved with any other known pump. It enables the use of extremely large opening angles of the diffuser, as a result of which the diffuser is short and the friction losses of the flow in the same are very small overall. The
The result is a considerable reduction in the size of the pump and a significant improvement in the efficiency of the generation of static pressure.
The effect of the pump according to the invention can be further enhanced by the fact that the first delivery stage consisting of a pair of counter-rotating cross-flow rotors is followed by a similar further delivery stage from the pressure range of the first suction stage. Depending on the level of the desired static pressure, any number of other such stages can follow.
Tangential pumps can generally only be used up to a certain minimum throughput, because the delivery becomes unstable below this throughput. In order to avoid this becoming unstable in the pump according to the invention, the invention also proposes channels for returning the slow part of the throughput flow of each cross-flow rotor to the suction area of the first delivery stage, with only the fastest and most effective flow tubes being conveyed to the next stage, while also with the greatest throttling of the pump, the slow throughput component can be conveyed through the machine in a closed circuit with practically no loss, thus preventing the conveyance from becoming unstable.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing. 1 shows a schematic section perpendicular to the rotor axis of rotation through a first exemplary embodiment, FIG. 2
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a similar section through a second embodiment and FIG. 3 a similar section through a third embodiment.
The same reference numbers are used throughout for the same or similar parts in the various figures.
In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, two tangential pumps consisting of a cross-flow rotor 1 and 2 and fixed outer guide surfaces 2 and 3 or 2 ′ and 3 ′ are with their
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arranged. Close to the guide walls 3 and 3 'are formed by the circles 6 and ss' schematically indicated)
Vertebral core areas. As a result of these eddy currents, the throughput flow of the two tangential pumps undergoes a strong deflection, with the flow tubes originating from the immediate vicinity of the vortex core areas 6 and 6 ′, approximately according to the arrows 7 and 7 ′, have a speed several times higher than those approximately according to the arrows 8 or 8 'running further forward
Center of the vortex flow distant flow tubes. This speed distribution is indicated schematically by the dashed line 9.
The two guide surfaces 2 and 2 'merge into one another in the middle of the pump, while the guide surfaces 3 and 3' merge into the diverging side walls 10 or a pressure-converting diffuser.
As can be seen from the speed distribution 9, the two speed maxima 1 and 11 ′ are close to the walls 10 and 10 ′, while the speed minimum 12 lies approximately in the middle of the outlet diffuser. The maxima close to the wall allow an extraordinarily strong divergence and thus pressure conversion of the diffuser, while the slow1
Flow tubes run in the middle of the diffuser and cannot be harmful there.
In the embodiment shown in FIG. 2, the first adjoins the diffuser 10, 10 '
Delivery stage, which is practically the same as the pump shown in FIG. 1 and is therefore provided in the drawing with de: corresponding reference numerals, a second delivery stage, with the reference numerals de. second funding stage each a is added.
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passage 21, while the two shorter guide surfaces 3 a and 3'a merge into one another in the middle of the machine. The walls of the outlet channel 21 converge in this case because, after the second conveying stage, the maximum speed of the throughputs coming from the two runners do not run mebl along the walls.
The two jets 22 and 22 ′ combine in the outlet channel z to form a jet which has a static pressure which could not be achieved with known tangential pumps.
An embodiment which is particularly advantageous for smaller throughputs is shown in FIG.
Instead of the guide surfaces 2, two wall parts 32 and 33 forming an opening 31 are provided in this exemplary embodiment. In Fig. 3 the conveying stage in the common outlet channel 39 is the second, while the two runners of the first conveying stage in separate, through the walls 3J
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Throughput proportions of the second conveying stage according to the arrows 36 and 36 'return to the suction area of the first stage, whereby they are combined with the slowest throughput proportions of the first conveying stage according to the arrows 37 and 37'.
The fast flow tubes close to the vortex core flow according to the arrows 7 and 7 'through the channels 34 and 34' to the second conveying stage, which they flow through according to the arrows 38 and 38 'and in the outlet channel 39 to a speed profile 9 in FIG corresponding speed profile are merged. Even with strong throttling of this pump, stable operation of the individual tangential rotors is possible because a portion of the slower flow can always be circulated practically without energy in the circuit marked by the arrows.
PATENT CLAIMS:
1. Cross-flow pump for gases or liquids for generating static pressure, the throughput of which is forced into a vortex flow with a vortex core that is eccentric to the rotor axis of rotation, characterized by two counter-rotating cross-flow rotors with parallel axes of rotation and a common outlet diffuser, the walls of which run parallel to the axis of rotation of the rotor in the direction of rotation , The pressure and suction side separating outer guide walls of the pump.