Kreiselpumpe, insbesondere für nicht bomogene Förderstoffe. Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiselpumpe, insbesondere für nicht homo gene Förderstoffe. Sie besteht darin, dsss Mittel vorgesehen sind, welche unvermeid baren Zentripetalfeldern Mischvorgänge derart überlagern, dass die Starke dieser Misehvorgän ge zunimmt, sobald die sekund liche Fördermenge abnimmt.
Werden nicht homogene Stoffe, also Mi schungen aus flüssigen, festen und/oder gasförmigen Komponenten, durch Kreisel- pumpen gefördert, so treten oft Störungen des Betriebes durch starkess Nachlassen oder gar völliges Aussetzen der Förderung auf, und schon bei relativ niedrigen Feststoff und Gasgehalten können sich diese Betriebs störungen bis zur Unerträglichkeit häufen.
Es soll zunächst der Urwache dieser Stö rungen nachgegangen und alsdann soll die Erfindung becchrieben werden.
Beschleunigungsfelder im Stoffstrom schichten dessen Komponenten um. Inner halb eines Felldes positiver Beschleunigun gen, wie es in einer Querschnittsverengung auftritt, ist der Gehalt an spezifisch leich teren Komponenten, insbesondere also der Gasgehalt, niedriger als vor und nach der Verengung. Umgekehrt findet sich eine Er höhung des Gasgehalts in einem Feld nega tiver Beschleunigungen, wie es in einer Querschnittserweiterung auftritt und wie es ferner als Zentripetalfeld im rotierenden Laufrad einer Kreiselpumpe entsteht. Im Zentripetalfeld des Laufrades hat aber eine solche Erhöhung des Gasgehalts die schäliche Folge, dass der Förderdruck des Rades abnimmt, wodurch die Betriebs störung eingeleitet werden kann.
Vermeiden liesse sich dies durch Überlagerung eines zweiten Feldes, und zwar eines solchen star ker positiver Beschleunigungen, also durch stark verengte Form der Laufradkanäle, wobei die Verengung so gewählt sein könnte, dass das eine Feld das andere kom pensiere.
Zwischen den beiden Feldern besteht jedoch ein wesentlicher Unterschied: Nimmt aus irgendeinem Grund die sekundliche För dermenge ab, so nimmt die positive Be schleunigung in dem durch Verengung erzeugten Feld ebenfalls (sogar stark) ab, die negative Beschleunigung im Zentripetal feld dagegen nicht, weil letztere durch die ja konstant bleibende Drehzahl des Lauf rades erzeugt wird.
Hieraus folgt aber, dass die Wirksamkeit einer solchen Kompensation an die Voraus setzung gebunden sein würde, dass die sekundliche Fördermenge wenigstens annä h ernd konstant bleibt. Gerade diese, Voraus setzung ist aber bei der Förderung nicht homogenem Stoffe unerfüllbar, indem bei ihnen insbesondere der Gehad:t an fester Komponente und häufig auch die Zähigkeit dar flüs,igen gom,p:
onente während des Be triebes ständig Schwankungen untai-#vorfen ist. Damit schwankt aber auch der För der- widerstand und somit auch die. sekundliche Fördermenge.
Beginnt letztere zu sinken, so würde das überlagerte Felld positiver Beschleunigungen bald pr aktisch wirkungslos werden. Das Zentripetalfeld dagegen bleibt ungeschwächt. Es besitzt überdies die schädliche Eigen schaft, dass in seinem Bereich der Gasgehalt mit sinkender sekundliclher Fördermenge ansteigt. Würde letztere schliessilich so weit sinken, dass die Radialgeschwindigkeit des Förderstoffes der Steiggeschwindigkeit seiner leichteren Komponenten, insbesondere seiner Gasblasen, entgegengesetzt gleich wird, so könnten letztere das Rad überhaupt nicht mehr verlassen.
Schon vorher jedoch ist der Gehalt an leichten Komponenten der art gestiegene und der Förderdruck des Rades derart gesunken, dass die statische Höhe, auf welche die Pumpe zu fördern hat, nicht mehr überwunden werden konnte, die För derung also plötzlich ausgesetzt hat. Im Innern dies Rades entsteht dann ein spezi fisch leichter gern, insbesondere ein Gas kern, der von einem Ring spezifisch schwe rerer Komponenten umgeben ist, wobei die radiale Dicke des Ringes sich selbsttätig so einregelt, dass sein Fliehkraftdruck die sta tische Widerstandshöhe auswiegt. Dieser Zustand ist also ein stabiler, und die ein- ma1 unterbrochene Förderung bleibt daher dauernd unterbrochen.
Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse zeigen, dass das Zentripetalfeld des Lauf rades ein unvermeidbares ist, weisen also auf die Notwendigkeit hin, einen ganz andern. Weg zu gehen. Als solcher wird der Erfin dung gemäss vorgeschlagen. Mittel vorzu sehen, welche unvermeidbaren Zentripetal feldern Mischvorgänge derart überlagern, dass die Stärke dieser Mischvorgänge zu nimmt, wenn die sekundliche Fördermenge abnimmt. Diese Forderung kann zum Bei spiel dadurch erfüllt werden, dass ein Lauf rad höchstens vier Hauptschaufeln vorge sehen sind und dass die axiale, Breite der selben am Austritt grösser ist als am Ein tritt.
Hierbei ist die Wirkung eine beson- ders gute, wenn die für die Meridian- gesichwindigkeiten des Förderstoffes mass gebenden Querschnitte der Laufradkanäle am Austritt mindestens dreimal so gross sind wie am Eintritt. Ferner ist die Wir kung eine besonders gute, wenn der Ab stand der Austrititskante der Laufradschau feln von der Drehachse höchetens 2,7 ma1 so gross ist wie der Abstand ihrer Eintritts kante von der Drefiachse.
Die Forderung kann ferner dadurch erfüllt werden, dass zwischen den Haupt schaufeln des Laufrades am äussern Umfang desselben Mischschaufeln vorgesehen sind, deren Vorderseite vorwärtsgekrümmt ist. Sie kann dadurch erfüllt werden, dass die Vor derseite jeder Hauptschaufel, dies Laufrades derart geformt ist, dass sie nach Erreichen eines äussersten Punktes sich der Drehachse wieder nähert. Sie kann dadurch erfüllt werden, dass die Vorderseite jeder Haupt schaufel des Laufrades aussen eine Vorwärts,- krümmung aufweist.
Sie kann dadurch erfüllt werden, dass auf der Saugseite des Lauf rades feste Leitschaufeln derart angeordnet sind, dass sie in die die Nahe umgebende Höhlung des Rades hineinragen und sich den Konturen desselben anpassen.
An Hand der Fig. 1 bis 4 sollen Ausfüh rungsbeispiele und bleichzeitig soll auch die Erfindung noch eingehender beschrieben werden.
Fig. 1 stellt einen Meridian.-Schnitt durch die Kreiselpumpe dar. Das mit Schau- fe1u 1 versehene Laufrad 2 fördert den durch das Saugrohr 3 zugeleiteten Stoff in das Druckgehäuse 4, von wo der Förder stoff durch ein nicht gerzeichnetes Druck rohr seinem Bestimmungsort zufliesst.
Hauptsächlich der Impuls des aus dem Laufrad ins Gehäuze 4 übertretenden För derstoffes treibt :den im Gehäuse 4 enthalte nen Förderstoff zu einer Bewegung im Sinne -der Laufratdd-relhung an.
Diese Bewe gung wird verlangsamt durch Reibung an der Gehäusewand, durch den Strömungs widerstand des Druckrohranschlusses, bei Sp,iirad"-,ehäuoien ausserdem noch durch deren :Zunge": sowie durch den Quers:chnittsver- lauf längs der Spirale. Schon bei voller sekundlioher Fördermenge bleibt also die Bewegung des Stoffes im Gehäuse 4 etwas mehr gegenüber der Laufraddrehung zurück, als die Gesetze des Dralls es fordern.
Nimmt jetzt die sekundliche Förder menge aus irgendeinem Grunde ab, so be ginnt der Impuls des aus dem Laufrad tre tenden Stoffes schwächer zu werden und die Bewegung des Stoffes im Gehäuse 4 ver langsamt sich aber weiter. Hierdurch ver grössern sich aber diejenigen Reibungskräfte, welche dieser Stoff auf die in den Laufrad kanälen enthaltenen Stoffmengen ausübt, und es entsteht die Tendenz zu Mischvor gängen in den Laufradkanälen.
Nicht homogene Förderstoffe besitzen besondere Eigenschaften. Zum Teil sind sie sehr zähe, zum Teil verhalten sie sich bei kleineren Schubkräften sogar etwa wie feste Körper. Deshalb bedarf es weiterer beson derer Mittel, um diese Mischvorgänge über haupt entstehen zu lassen und insbesondere um zu verhüten, dass sie auf die ganz aussen liegenden, den Reibungskräften direkt aus.- gesetzten Teeile der Laufradkanäle be schränkt bleiben.
Die hierzu vorgeschlagenen Mittel sind, dass höchstens vier Laufschaufeln 1 vorge sehen werden und dass die axiale Breite der Laufschaufeln am Austritt grösser ist als, am Eintritt. Besonders günstig ist es hierbei, wenn die für die Meridiangeschwindigkeiten des Förderstoffes massgebenden Quer schnitte der Laufradkanäle am Austritt mindestens dreimal so gross sind wie am Eintritt. Besonders günstig ist es ferner, wenn der Abstand der Austrittskaute der Laufradschaufeln von der Drehachse höch stens 2,7mal se gross ist wie der Abstand ihrer Eintrittskante von der Drehachse.
Durch die vorgeschlagenen Mittel wird einerseits erzielt, dass die Umrissform der Kanalräume des Laufrades, in einem Schnitt senkrecht zur Drehachse betrachtet, ausrei chend kompakt und anderseits, dass die An griffsfläche, welche die in den Laufrad- kanälen enthaltene Stoffmenge den Rei bungskräften bietet, ausreichend gross ist, um trotz der besonderen Eigenschaften nicht homogener Förderstoffe Mischvorgänge zu erzeugen, welche ausreichend tief ins Innere des Laufrades greifend sieh dem Zentripetal feld desselben überlagern.
Diese Mischvor gänge, welche bleichzeitig mit den sie erzeu genden Reibungskräften an Stärke zunssh- men, sobald die sekundliche Fördermenge abnimmt, werden also gerade dann besonders stark und greifen gerade dann besonders tief ins Innere des Zentripetalfeldes, wirken also gerade bei gesunkener sekundlicher Fördermenge besonders stark einem unzu lässigen Anwachsen insbesondere des Gas gehaltes im Laufrad und damit denn Auf treten der beschriebenen Betriebsstörungen entgegen.
Fig. 2 zeigt in einem senkrecht zur Drehachse durch das Laufrad gelegten Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Hier sind zwisohen den Hauptschaufeln 5 des Laufrades 6 am äusseren Umfang des, selben Misehschaufeln 7 vorgesehen, deren Vorderseite 8 vorwärtsgekrümmt ist. Bei voller sekundlicher Fördermenge folgt die Strömung im Laufrad etwa der Rückseite 9 der Hauptschaufeln 5, und die iMischachau- feln 7 sind als solche wirkungslos. Nimmt jedoch die sekundliche Fördermenge ab, so verlässt die Strömung die Rückseite 9 und beginnt der Vorderseite 10 der Hauptschau feln 5 zu folgen.
Gleichzeitig verlangsamt sich, wie schon bei Fig. 1 beschrieben, die Bewegung des Fördensoffes im Druck gehäuse, und .die Mischschaufeln 7 beginnen dann, mit ihrer Vorderseite 8 Förderstoff aus :
dem Druckgehäuse aufzugreifen, ihn etwa in Richtung des punktiert gezeichneten Pfeils ins Innere des L1au.frades zu werfen und hierdurch dem Zentripetalfeld Misch vorgänge derart zu überlaggern, dass die Stärke dieser Mischvorgänge zunimmt, so bald die sekundliche Fördermenge abnimmt.
m einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Vorderseite der Laufradschaufeln derart geformt, .dass sie nach Erreichen eines äussersten Punktes sieh der D.re@hachse wieder nähert.
Fig. 3. zeigt in einem Lauf rad 11 eine derartige Schaufel 12, deren Vor derseite nach Erreichen des äussersten Punk tes 13 sich bei 14 der Drehachse wieder nähert; Sinkt die sekundliche Fördermenge, so verlässt die Strömung die Rückseite, der Schaufel und Teil 14 erzeugt in dem im Druckgehäuse dann verlangsamt bewegten Stoff eine Welle, die etwa nach der in Ver längerung von 14 punktiert gezeichneten Linie verläuft und die den Stoff und die durch ihn erzeugten Reibungskräfte tiefer in den Laufradkanal eingreifen lässt und daher dem Zentripetalfeld Mischvorgänge überlagert,
deren Stärke mit abnehmender Fördermenge zunimmt. Diese Wirkung ver stärkt sieh noch, wenn ausserdem die an Hand von Fig. 2 beschriebenen Mischschau feln 7 angeordnet sind, wie das in Fig. 3 eingezeichnet ist. Wie der weitere Verlauf dar von Teil 14 ausgehenden sowie die übrigen punktierten Linien andeuten, erfasst dann die Mischschaufel 7 diese Wedle und wirft den in ihr enthaltenen Stoff ins Innere des Laufrades.
Im Laufrad 15 nach Fig. 4 weist die Vorderseite 10 der Laufradschaufeln 16 aussen eine Vorwärtskrümmung auf. Bei vol ler sekundlicher Fördermenge ist deren Ein fluss gering, da die Strömung in der Haupt sache der Rückseite 9 der Schaufel folgt und daher die Vorwärtskrümmung der Vorder seite kaum berührt.Sinkt jedoch die sekund liche Fördermenge ab, so beginnt die Strö mung mehr der Vorderseite 10 der Schaufel zu folgen und ihre Vorwärtskrümmung erhöht dann zunächst den Förderdruck des Laufrades, arbeitet also einem weiteren Ab sinkender Fördermenge entgegen.
Sinkt die Fördermenge trotzdem weiter, so bildet sich an der Vorwärtskrümmung eine Strömung aus, wie sie durch die punktierten Pfeile angedeutet ist, indem dann die Bewegung des Stoffes im Druckgehäuse derart lang sam, seine Geschwindigkeit relativ zum Laufrad also derart gross geworden ist, dass der vorwärts gekrümmte Teil der Schaufel vorderseite, unter Ablenkung der schon stark geschwächten Laufradströmung, Stoff aus dem Druckgehäuse aufzugreifen und ins Innere des Laufrades zu werfen vermag. Der dadurch entstehende, mit abnehmender För dermenge an Stärke zunehmende Mischvor gang kann noch dadurch verstärkt werden, dass ausserdem die schon beschriebenen Mischschaufeln 7 angeordnet werden.
Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 2 bis 4 sind nicht an eine bestimmte Anzahl von Haupt- und von Mischschaufeln gebun den. Sie können sowohl für sich allein wie auch mit Vorteil in Verbindung mit dem an Hand von Fig.1 beschriebenen Ausführungs beispiel Verwendung finden.
In den vorstehend beschriebenen Aus führungsbeispielen werden die Mischvor gänge von der Druckseite des Laufrades her dem Zentripetalfeld überlagert. In einem weiteren, in Fig. 1 miteingezeichneten Aus führungsbeispiel geschieht dies von der Saugseite her. Es sind auf der Saugseite des Laufrades feste Leitschaufeln 17 derart angeordnet, dass sie in die die Nabe umge bende Höhlung des Rades hineinragen und sich den Konturen desselben anpassen.
Bei voller sekundlicher Fördermenge ist der Einfluss dieser Leitschaufeln gering. Nimmt jedoch die sekundliche Fördermenge ab, so wird durch diese Leitsahufeln erzielt, dass der Winkel, unter welchem sie den Förderstoff in das Rad hineinführen, nicht mehr mit dem den Laufradschaufeln gegebenen Eintrittswinkel übereinstimmt. Infolgedessen entstehen Mischvorgänge, die mit der Strömung ins Laufrad hineingetra gen werden und die sich dessen Zentri petalfeld überlagern.
Die Stänke dieser Mischvorgänge nimmt zu,sobald die sekund liGhe Fördermenge albnimmt. Ausserdem ver- hüten,die Leits@chaufesu das Entstehen eines nicht unvermeidbaren Zentripetalfeldes,
indem sie eine RückwiTlkung der Rotation des Laufrades auf Uie (Stoffströmung an der Laufradnaibe und im Saugrohr verhindern. Auch dieses Ausführungsbeispiel ist nicht an eine bestimmte Schaufelzahl gebun den. Es kann sowohl für sich allein wie auch mit Vorteil in Verbindung mit andern Aus führungsbeispielen verwendet werden.