Flüssigkeitsring-Flügelradpumpe zum gleichzeitigen Fördern einer gasförmigen und einer tropfbaren Flüssigkeit. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Flüssigkeitsring-Flügelradpumpe zum gleichzeitigen Fördern einer gasförmigen und einer tropfbaren Flüssigkeit, zum Beispiel Luft und Wasser.
Das Flügelrad der Pumpe, welches in bekannter Weise exzentrisch zur Bohrung des Pumpengehäuses angeordnet ist, erteilt einer Arbeitsflüssigkeit eine rotie rende Bewegung, wodurch die Arbeitsflüssig keit zufolge ihrer Fliehkraft einen an der Bohrungsbegrenzungswand des Gehäuses an liegenden Ring bildet. Vermöge der exzen trischen Anordnung zwischen Flügelrad und Gehäusebohrung wird in den Zellen des Flü gelrades die bekannte pumpende Wirkung ausgeübt.
Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art erfolgt der Eintritt der beiden Flüssig keiten in das Zellenrad durch für beide Flüs sigkeiten gemeinsame Kanäle, der Austritt dagegen durch gemeinsame oder getrennte Kanäle, wobei im letzteren Falle hauptsäch- lich für den Austritt der tropfbaren Flüssig keit zweckmässig ein tangential an das Ge häuse bezw. den Flüssigkeitsring sich an schliessender in der Bewegungsrichtung der Flüssigkeit sich allmählich erweiternder Kanal benützt wird.
Derartige Pumpen haben den Nachteil, dass das erreichbare Vakuum im Saugstutzen mit zunehmender Fördermenge rasch sinkt, was darauf zurüokzuführen ist, dass der Strö mungswiderstand der beiden Fördermittel vom Saugstutzen zur Radzelle mit der För dermenge rasch wächst.
Diese Erscheinung hat wiederum ihre Ursache darin, dass beim Durchströmen des Verbindungskanals zwi schen Saugstutzen und Radzelle die Förder- mittel annähernd die gleiche Geschwindigkeit besitzen, welche infolge des grossen Unter schiedes in der Dichte zwischen der gasför migen und tropfbaren Flüssigkeit annähernd derjenigen der tropfbaren Flüssigkeit ent spricht.
Wenn beispielsweise das Fördermit- tel nur aus einer tropfbaren Flüssigkeit, etwa Wasser, besteht, so steht dieser Flüssigkeit der ganze Kanalquerschnitt zur Verfügung und die Geschwindigkeit wäre in diesem Falle v und der Widerstand vom Saugstutzen zur Radzelle 4p. Kommt nun ein anderes Mal eine dem Volumen nach gemessene, gleiche Menge einer gasförmigen Flüssigkeit, etwa Luft, hinzu, so benötigt diese gasför mige Flüssigkeit, trotz der bedeutend gerin geren Dichte derselben gegenüber der tropf baren Flüssigkeit den gleichen Raum wie die letztere.
Der tropfbaren Flüssigkeit steht somit nur der halbe Kanalquerschnitt zur Verfügung, infolgedessen steigt die Ge schwindigkeit derselben annähernd auf den doppelten Betrag, das ist 2 . v, und der Strö mungsverlust annähernd auf<I>4 d p</I> an. In Wirklichkeit ist jedoch bei derartigen Pum pen das Mengen- bezw. Volumenverhältnis zwischen der gasförmigen und der tropfbaren Flüssigkeit auf den Zustand im Saugstutzen bezogen, etwa 3, was einem Druckgefälle zwischen Saugstutzen und Radzelle von min destens 4= = 16 4p entspricht. Dieses Druck gefälle bestimmt nun das Vakuum im Saug stutzen.
Nun wird aber von derartigen Pumpen zum gleichzeitigen Fördern einer gasförmigen und einer tropfbaren Flüssigkeit ein mög lichst hohes Vakuum verlangt, welches an der Stelle der Saugleitung, wo der tiefste Druck herrscht, das ist unmittelbar vor dem erwähnten Verbindungskanal, gemessen wird. Der Druck an dieser Stelle kann aber infolge des vorerwähnten Widerstandes niemals unter einen Wert sinken, der diesem Widerstand entspricht, weshalb auch das Vakuum an die ser Stelle den Anforderungen der Praxis nie mals genügen würde.
Wenn beispielsweise dieser Widerstand 2 m Wassersäule betragen würde und wenn ferner der Absolutdruel,: in der Zelle 0,5 m betragen würde, so wäre der Absolutdruck vor dem erwähnten Verbin- i dungskanal 2,5 m Wassersäule. Dies würde bei einem Barometerstand von 10 m Wasser- Säule einem Vakuum von 75 ,wo entsprechen gegenüber einem Vakuum von 93 ö, wenn dieser 'N#@riderstand ganz wegfallen würde.
L m eine derartige Pumpe für die Praxis brauchbar zu machen, müsste daher der Strii- mungswiderstand von der erwähnten Mess- stelle in der Saugleitung bis zur Radzelle auf gehoben werden, was nur durch entspre chende Bemessung der Sau--hanalquerschnitte innerhalb der Pumpe möglich wäre. Dies würde aber zu Abmessungen dieser Quer schnitte führen, für welche die Raumverhält nisse der Pumpe nicht ausreichen würden.
Der der Erfindung zugru_rhle liegende Ge danke besteht nun darin. dif= kinetische Euer- ffi <B>11</B> e sowohl des zulaufenden, wie des ab laufenden tropfbar flii;igen Fördermittels zur Erzeugung eii:
es höheren Vakuums sowie zur Verringerung des Kraftbedarfes der Pumpe heranzuziehen. Es kann zum Beispiel in einem nach dem Pumpraiun zu sieh all mählich er\veiternden Diffusorrohr unter Ausnützung der Zulanfenergie des tropfbaren Fördermittels unmittelbar vor dem Saugbanal der Pumpe ein Driiek erzeugt werden, der mindestens dem Widerstande entspricht, wel chen das Fördermittel beim Durchströmen des Saugkanals der Pumpe erfährt.
Ausserdem hat die Zufuhrenergie des tropfbaren Förder- mittels die Arbeit zu verrichten, welche in diesem Rohr auf@;
-evenflet werden muss, um das gasförmige Fördermittel auf den vorer wähnten Druck vor dem Saugkanal zu kom primieren. Auf diese Weise könnte, trotz den Strömungswiderständen in der Pumpe, an der engsten Stelle des Diffusorrohres das theore tisch mögliche Hi-,chstvalzuum erreicht wer den, welches dem Dainpfdruei#. des tropf baren Fördermittels an dieser Stelle entspre chen würde.
Ein ähnliches Diffusorrohr kann auch für den. Ablauf des tropfbar flüssigen Förder- mittels benützt werden, -elches z-#veel,#rn@.ssig in die Druckleitung itnniittelbar nach dem Druckkanal der Pumpe eingekaut wird.
Das Vakuum, das eine Strömung im Diffu- sorrohr der Druel;leitung hinter sich erzeugt, in Verbindung mit dem Staudruel#., den der Fluss im Diffusorrohr der Saugleitung vor sich hervorruft, setzen naturgemäss den Kraftbedarf der Pumpe entsprechend herab, indem ein Teil der sonst von der Pumpe zu verrichtenden Arbeit von diesen Diffusoren übernommen wird.
Es ist ferner denkbar, dass von einer be stimmten Menge des flüssigen Fördermittels an der durch die Diffusorwirkung in der Saugleitung erzeugte Staudruck das Vakuum übersteigt, welches durch die Wirkung des Diffusorrohres in der Druckleitung hervor gerufen wird. Es sind deshalb zweckmässig Mittel vorgesehen, welche einen direkten Übertritt des flüssigen Fördermittels von der Saug- zur Druckleitung unter Umgehung des Pumpraumes gestatten.
Konstruktiv kann das Pumpensystem so ausgebildet sein, dass durch sinngemäss ange ordnete Richtungswechsel in der Saugleitung und Ausnützung der Fliehkräfte des Flüssig keitsringes in der Pumpe in der Hauptsache das tropfbar flüssige Fördermittel in bekann ter Weise durch einen tangential an den äussern Durchmesser des Wasserringes an schliessenden Druckkanal sowie von bestimm ten Mengen an ein Teil auch direkt von der Saug- zur Druckleitung abfliesst, während das hauptsächlich gasförmige Fördermittel zufolge seiner geringeren Trägheit den norma len Weg durch die Pumpe einschlägt und ebenfalls in bekannter Weise durch einen am innern Umfang des Flüssigkeitsringes anlie genden, seitlich ausmündenden Druckschlitz abfliesst.
Um dabei zu verhindern, dass durch den tangential an den äussern Durchmesser des Wasserringes anschliessenden Druckkanal eine grössere Menge des tropfbar flüssigen Förder- mittels abfliesst, als durch den Saugstutzen dem Pumpraum zufliesst, was zur Folge hätte, dass der Flüssigkeitsring verschwindet, sind zweckmässig Mittel vorgesehen, welche das von dem Pumpraum abströmende flüssige Fördermittel auf einem annähernd konstan ten Druck halten.
Ein solches Mittel ist bei spielsweise ein durch das tropfbar flüssige Fördermittel automatisch betätigtes Drossel organ in der Form eines federbelasteten Na- delventils oder einer Klappe etc. Es würde in dem Sinne wirken, dass es seinen Ausström- querschnitt entsprechend der jeweiligen aus ihm abströmenden Flüssigkeitsmenge regeln würde, derart, dass bei grösseren Mengen das Ventil bezw. die Klappe mehr, bei kleineren Mengen dagegen weniger angehoben würde.,
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs- gegenstandes ist in Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung veranschaulicht. Diese Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch das Pumpen system in schematischer Darstellung. Das Flügelrad a dreht sich in Pfeilrich tung in der Bohrung des Pumpengehäuses b. Flügelrad a und Gehäuse b sind exzentrisch zueinander angeordnet.
Der Flüssigkeitsring c wird durch die Flügel<I>d</I> des Rades<I>a</I> dauernd in Rotation gehalten, wodurch durch ständige Änderung des Inhaltes der durch je zwei benachbarte Schaufeln gebildeten Zel len des Flügelrades eine pumpende Wirkung erzeugt wird. e ist der gemeinsame Saug kanal, durch welchen die beiden Flüssigkei ten in die Zellen des Flügelrades eingesaugt werden.
f ist der innerhalb des innern rm- fanges des Flüssigkeitsringes angeordnete Druckkanal, hauptsächlich für die gasför mige Flüssigkeit, und g ist der Druckkanal hauptsächlich für die tropfbare Flüssigkeit, der von einer zweckmässigen Stelle des Flüs sigkeitsringes ausgeht. lt ist ein Vakuum raum,<I>i</I> der Saugstutzen, <I>k</I> ein sich vom Va kuumraum zum Saugstutzen stetig erweitern der Saugkanal.
l ist der Zulaufkanal für die tropfbare und uz der Zulaufkanal für die gas förmige Flüssigkeit. n ist ein Regelorgan für die Menge der tropfbaren und o ein Regelorgan für die Menge der gasförmigen Flüssigkeit. p ist ein Düsenraum und q ein sich allmählich erweiternde Kanal vom Dü senraum zum Austrittskrümmer der tropf baren Flüssigkeit. s ist der Austrittkanal für die gasförmige Flüssigkeit. t ist ein Drossel organ, mittels welchem der Druck im Kanal g verändert werden kann.
u ist eine Verbin- dungsleitung zwischen Düsenraum p und Saugstutzen i. v ist ein Rückschlagventil, r welches ein Rücksaugen vom Düsenraum p nach dem Saugstutzen z verhindert.
Die Wirkungsweise eines solchen Pum pensystems ist durch Fig. 2 der beiliegenden Patentzeichnung charakterisiert. In dieser Figur bedeuten die Abszissenwerte Qut, die pro Stunde von der Pumpe geförderte ge samte Menge an tropfbarer Flüssigkeit.
Über dieser Menge sind als Ordinaten aufgetragen einige Drücke, die an den betreffenden in Fig. 1 durch arabische Zahlen bezeichneten Stellen herrschen bezw. die freien Durch gangsquerschnitte an einigen Stellen sowie die Menge Qaol an tropfbarer Flüssigkeit, welche den Weg durch den Pumpraum nimmt und die Menge Qic2, die über das Ventil v direkt vom Saugstutzen i zum Druckkanal 2c abfliesst.
Damit ein Abfliessen vom Stutzen i. nach dem Kanal ic erfolgen kann, muss zwi schen diesen Teilen ein Druckgefälle vorhan den sein, d. h. es muss p6 grösser sein als p11. Dies ist von der Stelle an der Fäll, wo sich die beiden p-Kurven schneiden oder in dem durch Fig. 2 dargestellten Beispiel bei 17,5 m"/h.
In dem der Fig. 2 zugrunde gelegten Bei spiel wurde angenommen, dass die Drücke in den Teilen oder Räumen<I>1,</I> h, g und<I>r</I> bezw. p1, <I>p4, p9</I> und p13 sowie die geförderte Menge an gasförmiger Flüssigkeit Q1 über der geförderten Menge Qw an tropfbarer Flüssigkeit konstant bleiben.
Die Geschwindigkeiten an den einzelnen Stellen des Systems sind zu berechnen aus den Durchflussmengen und den betreffenden Quer schnitten, unter Berücksichtigung des jeweili gen Zustandes der gasförmigen Flüssigkeit.
Unter Zugrundelegung des vorliegenden Zahlenbeispiels und einer Menge Qzo=20 m@/h sowie Q1 = 2,8 m3/h, bezogen auf atmosphä rischen Zustand, beträgt beispielsweise bei p;, = 790 kg/m\ die den Querschnitt 5 durch fliessende Menge an gasförmiger Flüssigkeit
EMI0004.0034
Die gesamte durch Querschnitt 5 fliessende Menge beträgt somit 20 -f- 35,5 = 55,5 m /h. Wenn zum Beispiel dieser Querschnitt die Grösse 19,6. 1" m\ aufweist, so ist die Ge schwindigkeit daselbst.
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Analog wären die Geschwindigkeiten in allen übrigen Querschnitten zu berechnen, immer unter Berücksichtigung des an den betreffen den Stellen herrschenden Zustandes der gas förmigen Flüssigkeit. Die Düsenquerschnitte \? und 10 werden nur von dem tropfbaren Fördermittel durchflossen. Da die Dichte des selben unveränderlich bleibt, so sind die Ge schwindigkeitskurven über Qw Gerade, wel che durch den Nullpunkt des Koordinaten systems gehen. Diese Geschwindigkeiten sind in Fig. \? nicht eingetragen.
Die Geschwindigkeiten und Drücke sind grösstenteils eine Funktion der Wassermenge Qao, welche sich während des Betriebes zum Beispiel von 0-30m' ih ändern kann. Der Verlauf der wichtigsten Drücke über der Wassermenge, welcher eigentlich den Sinn der Erfindung zum Ausdruck bringt, ist durch Fig. ? dargestellt. Diese Figur zeigt, wie beispielsweise bei einer Wassermenge von 17,5 mg/h das Ventil v sich öffnet und einen Teil der Wassermenge unter Umgehung des Weges durch den Pumpraum direkt in den Druckstutzen abfliessen lässt.
Wassermengen, welche unter demWerte von<B>17,5</B> m3/h liegen, gehen ganz durch den Pumpraum. Wasser mengen dagegen über 17,5 m3\h gehen teils durch den Pumpraum, teils direkt nach dem Druckstutzen, wobei der letztere Betrag mit zunehmender Wassermenge wächst. Würden in Fig. 2 die Drücke und Ge schwindigkeiten in allen Querschnitten 1-13 eingetragen, so würde dadurch die Figur so stark überladen, dass die den Sinn des Er findungsgedankens charakterisierenden Grö ssen nicht mehr zur Geltung kämen.
Nach folgend seien die Werte für Druck und Ge schwindigkeit in den einzelnen Querschnitten 1 bis 13 für ein Qta =17,5 m3/h tabellarisch zusammengestellt:
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Querschnitt <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 11 <SEP> 12 <SEP> 13
<tb> W, <SEP> m/Sek.
<SEP> 0,62 <SEP> 9 <SEP> 0,52 <SEP> 9/7,5 <SEP> 7,5 <SEP> 1,05 <SEP> 0,21 <SEP> 13 <SEP> 0,62 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 0,62
<tb> p <SEP> kg/m2 <SEP> 5000 <SEP> 790 <SEP> 790 <SEP> 790 <SEP> 790 <SEP> 2300 <SEP> 10000 <SEP> 10000 <SEP> 15000 <SEP> 2300 <SEP> 2300 <SEP> 2300 <SEP> 13000 Im Raume h mischt sich das Wasser mit der zuströmenden Luft aus der Leitung m, ,robei sich der von den beiden Medien ausge füllte Querschnitt von 2 auf 5 erweitert; dabei nimmt die Geschwindigkeit an der Stelle 4 von 9 auf 7,5 m/Sek. ab.
Die Inbetriebsetzung des beschriebenen Pumpensystems erfolgt nun zweckmässig in der Weise, dass bei geschlossenen Regelorga nen n und o zunächst die Pumpe angelassen und in normaler Weise auf Betriebszustand gesetzt wird. Auf diese Weise entsteht in be kannter Weise durch die Wirkung des Flüs sigkeitsringes in den Saugteilen oder Saug räumen<I>h, 7c</I> und<I>i</I> ein Vakuum. Dann wird zunächst der Zulauf für die tropfbare und hernach der Zulauf für die gasförmige Flüs sigkeit freigegeben.