Kreiselpumpe Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kreiselpumpe mit einem nach oben gerichte ten Druckstutzen des Pumpengehäuses und einem mindestens annähernd horizontalachsigen, hilfsschau- fellosen Laufrad, dessen wenigstens auf einer Stirn- seite mindestens teilweise unabgedeckte Schaufelka näle mindestens annähernd radial durchströmt wer den, insbesondere für die Förderung von Papierstoff mit Stoffdichten bis zu 7 %.
Selbstansaugende Kreiselpumpen können, wenn sie über dem Unterwasserspiegel angeordnet sind, selbstständig die Saugleitung entlüften und somit die zu fördernde Flüssigkeit ansaugen. Sie werden daher insbesondere dort verwendet, wo die Platzverhält nisse es nicht erlauben, die Pumpen so tief anzuord- nen, z.
B. in einer Grube, dass sie auch bei niedrig stem Stand des Saugwasserspiegels noch mit Zulauf arbeiten. Wenn während des Förderbetriebes der Un terwasserspiegel zeitweise unter die Saugrohreintritts- öffnung absinkt und die Saugleitung belüftet wird, saugen derartige Pumpen, ohne vorher abgestellt zu werden, nach Wiederansteigen des Unterwasserspie gels über die Saugöffnung wieder an. Die Pumpen fördern also zeitweilig Luft und erzeugen ein mehr oder weniger hohes Vakuum.
Bei Förderung von Schmutzwasser oder Papier stoff hoher Konzentration, vor allem beim Entleeren von Papierstoffbütten, kommt es vor, dass der Strom in der Saugleitung der Pumpe infolge von grösseren Lufteinschlüssen abreisst. Eine nicht ansaugende Krei selpumpe fördert in einem derartigen Fall erst wieder, wenn sie für kurze Zeit abgestellt wird, so dass ein Teil der in der Druckleitung stehenden Flüssigkeit durch das Laufrad hindurch in die Saugleitung zu rückfliessen kann.
Wird dabei der Lufteinschluss nicht aus der Saugleitung herausgestossen oder in kleine Luftblasen zerteilt, so kann nach dem Wiederanfah- ren die gleiche Störung auftreten. Bei einer selbstan saugenden Kreiselpumpe werden derartige Störungen vermieden, da diese Pumpe in der Lage ist, Luft zu fördern.
Selbstansaugende Kreiselpumpen sind in vielfa cher Form bekannt. So sind Pumpen mit am Lauf rad angebrachten Hilfsschaufeln und mehreren Um laufkanälen für die Hilfsflüssigkeit im Pumpenge häuse bekannt, bei denen die Luft mittels der Hilfs- schaufeln mit Flüssigkeit gemischt und durch die Um laufkanäle in den Druckraum gefördert wird. Zur Verbesserung derartiger Pumpen ist auch schon vor geschlagen worden, den Pumpen noch eine Einrich tung zuzuordnen, die eine ejektorartige Wirkung auf die abzusaugende Luft ausübt.
Es sind ferner selbstansaugende Kreiselpumpen bekannt, welche in der die Schaufeln tragenden Lauf radscheibe etwa parallel zur Achse verlaufende Boh rungen aufweisen, die sich während des Ansaugvor ganges mit Luft füllen, wobei die Luft absatzweise durch Druckwasser aus einer Düse, die mit den öff- nungen in Deckung gelangt, aus den Bohrungen in den Druckstutzen oder an eine andere Stelle gedrückt wird.
Es ist zur Verbesserung derartiger Pumpen vorgeschlagen worden, statt der Verwendung des Düsenstrahles in regelmässiger Aufeinanderfolge die luftgefüllten Bohrungen in der Laufradscheibe durch Flüssigkeit abzuriegeln und die so in den Boh rungen gebildeten Wasserpfropfen bzw. -kolben durch geeignete gesonderte Mittel, z. B. ein Hilfsrad, das auch mit dem Laufrad vereinigt sein kann, zusammen mit der eingeschlossenen Luft abzusaugen.
Die Ab riegelung der Bohrungen erfolgt durch einen Teil des sich im Spiralgehäuse bildenden Flüssigkeitsringes, der durch eine in das Spiralgehäuse hineinragende Einbuchtung oder durch Nocken an einer geeigneten Stelle des Umfanges des Spiralgehäuses in den Be reich der Bohrungen gezwungen wird.
Alle diese bekannten Einrichtungen haben den Nachteil, dass durch die Anordnung von Hilfsschau feln, Hilfsrädern und Einbuchtungen der Wirkungs grad der Pumpe bei normalem Förderbetrieb im Ver hältnis zu nichtsaugenden Pumpen schlecht ist, da durch die vorgeschlagenen Ausbildungen der Pum pen während des normalen Förderbetriebs grosse Reibungsverluste in der Flüssigkeit auftreten. Vor allem sind diese bekannten Pumpen für die Förderung von Papierstoff mit hoher Dichte ungeeignet, da die Einbuchtungen des Spiralgehäuses, Nocken usw. zu einer sofortigen Verstopfung der Pumpe führen wür den. Ausserdem sind derartige Laufräder teuer.
Bei einer weiteren bekannten Bauart wird Flüssig keit aus einer am Saugstutzen der Pumpe angeordne ten Tasche in die luftgefüllten Schaufelkanäle einge führt. Diese Flüssigkeit fördert dann die Luft aus den Schaufelkanälen in den Druckraum der Pumpe.
Derartige Pumpen sind nur für geringe Saughöhen verwendbar, weil die Absaugeinrichtungen nicht wir kungsvoll genug arbeiten.
Gemäss der Erfindung wird bei einer Kreisel pumpe mit einem nach oben gerichteten Druckstut- zen des Pumpengehäuses und einem mindestens an nähernd horizontalachsigen hilfssehaufellosen Lauf rad, dessen wenigstens auf einer Stirnseite mindestens teilweise unabgedeckte Schaufelkanäle mindestens an nähernd radial durchströmt werden, vorgeschlagen,
dass wenigstens eine mit ihrem äusseren Ende an einem Behälter mit Druckflüssigkeit angeschlossene Verbindungsleitung mit ihrem inneren Ende an eine im radial inneren Bereich der Schaufelkanäle des Laufrades am Pumpengehäuse vorgesehene, in den Spalt zwischen dem Pumpengehäuse und dem Lauf rad führende, mit dem unabgedeckten Teil wenig stens eines Schaufelkanals bei jeder Umdrehung des Laufrades zur Deckung kommende Öffnung ange schlossen ist, derart, dass der die Verbindungsleitung durchfliessende Druckflüssigkeitsstrom in Form von Flüssigkeitskolben in den Schaufelkanal des Lauf rades gelangt.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der beiliegenden Zeichnung dargestellt.
Fig.l zeigt einen Schnitt durch eine Kreisel pumpe mit auf einer Stirnseite offenem Laufrad nach der Linie 1-I in Fig. 2.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.
Fig.3 zeigt in einem Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 4 eine Kreiselpumpe, deren Laufrad auf beiden Stirnseiten mit Deckscheiben versehen ist, und Fig.4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kreiselpumpe weist ein auf einer Stirnseite offenes, auf der anderen Stirnseite mit der Deckscheibe 19 versehenes Laufrad 1 auf, das auf einer Welle 2 befestigt ist und von einem nicht dargestellten Antrieb in Drehung versetzt wird. Das Laufrad 1 rotiert in dem als Spiralgehäuse aus gebildeten Pumpengehäuse 3 in Richtung des Pfeiles 4, saugt durch den Stutzen 5 und den Saugraum 18 Flüssiggkeit an und drückt die Flüssigkeit durch den Druckstutzen 6 wieder heraus.
Die Saugleitung 7 ist derart angeordnet, dass sich beim Abstellen der Pumpe das Gehäuse 3 nicht entleert und im Ge häuse 3, Laufrad 1 und Saugstutzen 5 noch so viel Flüssigkeit vorhanden ist, dass die nach dem Ausset zen der Pumpe im Gehäuse 3 zurückbleibende Flüs sigkeit ausreicht, um einen Flüssigkeitsring 25 um das rotierende Laufrad 1 herum zu bilden, und die ferner genügt für die im Kreislauf durch die Umlaufleitung 8 und die Schaufelkanäle 11, 11', 11" strömende Flüssigkeitsmenge.
Zur Entlüftung der Pumpe nach dem Aussetzen ist an der der deckscheibenlosen Stirnseite des Laufrades 1 zugekehrten Seite des Pumpengehäuses 3 die Umlaufleitung 8 angeordnet, die von einer Stelle 9 des Pumpengehäuses 3 ausgeht, an der die Flüssigkeit entlüftet ist und die sich zweck mässig an der tiefsten Stelle des Pumpengehäuses 3 befindet. Die Umlaufleitung 8 mündet an der Stelle 10 (Einmündungsöffnung) im radial inneren Bereich des Laufrades in den Spalt zwischen Laufrad 1 und Pumpengehäuse 3. Die Einmündungsöffnung 10 ist in den Fig. 1 und 2 als länglicher Schlitz ausgebildet. Es können aber auch andere Formen, z. B. eine halbmondförmige Form gewählt werden.
Die Form und die Grösse des Schlitzes ist von der Grösse der in die Schaufelkanäle 11, 11', 11" einzuführenden Flüssigkeitskolben 12', 12" und der Drehzahl des Laufrades 1 abhängig. Die Ausbildung des Flüssig keitsringes 25 im Pumpengehäuse 3 und die Bewe gung der Flüssigkeitskolben 12', 12" sowie der Luft blasen 13 während des Entlüftungsvorganges sind in Fig. 2 dargestellt.
Die beschriebene Pumpe arbeitet auf folgende Weise: Beim Absinken des Saugwasserspiegels wird nur ein Teil der im Saugrohr 7 befindlichen Flüssigkeit vom Laufrad 1 in den Druckstutzen 6 gefördert, der andere Teil strömt durch die Saugrohrmündung wie der aus. In das Saugrohr 7 und von da in den Saug raum 18 der Pumpe dringt Luft ein, welche auch in die Schaufelkanäle 11, 11', 11" des Laufrades 1 ge langt. Dieses 1'ässt keine Flüssigkeit vom Druckraum in den Saugraum zurückströmen, weil bei der Rota tion der Flüssigkeitsring 25 entsteht, der das Laufrad 1 umgibt und gegen den Druckraum der Pumpe ab schliesst, wobei nur die Schaufelspitzen in den Flüssig keitsring 25 eintauchen.
Die Schaufelkanäle sind also teilweise mit Luft gefüllt. Um Luft zu pumpen, wer den die Schaufelkanäle 11, l1', 11" durch dem Druckraum der Pumpe entnommene Füssigkeits- pfropfen oder -kolben 12', 12" gegen den Saugraum 18 hin abgeschlossen, wobei die erforderliche Flüssig keitsmenge durch die Umlaufleitung 8 und die Ge häuseöffnung 10 direkt in die Schaufelkanäle 11, 11', 11" eingeführt wird. Die in den Schaufelkanälen ge bildeten Flüssigkeitskolben werden durch die Flieh kraft nach aussen gedrängt; dabei verdichten sie die zwischen Kolben und äusserem Flüssigkeitsring ein geschlossene Luft und stossen sie in Form von Luft blasen in den Druckraum 6 der Pumpe aus.
Bei der Bewegung nach aussen passen sich die Flüssigkeits kolben den grösser werdenden Schaufelkanalquer- schnitten selbsttätig an. Die in den Druckraum ausge stossenen Luftblasen wandern nach oben zum Druck stutzen 6. Dieses Ausstossen der Luftblasen wieder holt sich jedesmal, wenn ein Schaufelkanal mit der Einmündung einer Umlaufleitung in Verbindung kommt. Durch die Auswärtsbewegung der Flüssig keitskolben in den Schaufelkanälen wird Luft aus dem Saugraum der Pumpe in die Schaufelkanäle gesaugt und so das Saugrohr nach und nach entlüftet.
Bei dieser Pumpe werden also die Flüssigkeits kolben aus dem Druckraum der Pumpe mittels einer oder mehrerer Umlaufleitungen unmittelbar in die Schaufelkanäle des Laufrades eingeführt, von wo sie durch die auf sie einwirkenden Fliehkräfte in das Spiralgehäuse der Pumpe gefördert werden und dabei die in den Schaufelkanälen eingeschlossene Luft aus denselben verdrängen. Es ist bei dieser Pumpe daher ausser wenigstens einer Umlaufleitung keine weitere Einrichtung zur Entlüftung notwendig, so dass der Wirkungsgrad der Pumpe sehr hoch ist.
Es tritt bei Anordnung einer einzigen Umlaufleitung und auf einer Stirnseite offenem Laufrad bei normalem Pum penbetrieb, wie Versuche gezeigt haben, nur eine Wirkungsgradverminderung von etwa 4% gegenüber einer gleichen Pumpe ohne Umlaufleitung, d. h. einer nicht selbstsaugenden Kreiselpumpe auf, was als sehr günstiger Wert anzusehen ist. Ausserdem wird durch die beschriebene Ausbildung der Pumpe eine Verstopfung derselben selbst bei Förderung von Pa pierstoff mit einer Dichte bis zu 7 % sicher vermieden, da der Strömungsweg der Stoffsuspension in der Pumpe uneingeschränkt den besonderen Ansprüchen dieses Fördergutes angepasst werden kann.
Somit be steht die Möglichkeit, die für Papierstoffe hoher Kon zentration besonders ausgebildeten Laufräder zu ver wenden. Solche Umlaufleitungen können ausserdem an jede bereits vorhandene Pumpe ohne Schwierigkei ten nachträglich angebracht werden. Es besteht da durch die Möglichkeit, nicht selbstansaugende Krei selpumpen mit minimalem Aufwand in selbstansau gende umzubauen.
Die Umlaufleitung 8 mündet an einer Stelle im radial inneren Bereich des Laufrades in den Spalt zwischen Laufrad 1 und Pumpengehäuse 3, die in Umlaufrichtung des Laufrades 1 gesehen zwischen der tiefsten Stelle des Pumpengehäuses 3 und dem Gehäusesporn 24 liegt. Besonders in diesem Bereich ist die Gewähr dafür gegeben, dass die Luftblasen auch wirklich vollständig über den Druckstützen 6 die Pumpe verlassen und nicht im Laufrad verbleiben und damit die weitere Entlüftung des Saugraumes behindern.
Es wirken nämlich auf eine im Spiral- gehäuse befindliche Luftblase drei verschiedene Kräfte, und zwar die Auftriebskraft senkrecht nach oben, eine weitere Kraft, die zur Laufradmitte hin ge richtet ist und die von der vom Laufrad induzierten Kreisströmung abhängig ist, sowie von dem damit verbundenen Druckgefälle in Richtung zur Laufrad achse hin, und schliesslich eine Widerstandskraft, die ebenfalls von der Kreisströmung bewirkt wird und mit tangentialer Richtung an der Luftblase angreift.
Um diese Kraftwirkungen für das Abführen der Luft blasen auszunutzen, wird die Einmündung der Um laufleitung in dem genannten Bereich angeordnet, und zwar an einer, der Drehzahl, für die die Pumpe ausgelegt ist, entsprechenden und ausserdem von Laufradform, Stoffart und Stoffdichte abhängigen Stelle.
In Fig. 3 und 4 ist anstelle eines auf einer Stirn seite offenen, mit einer einzigen Deckscheibe ver- sehenen Laufrades ein geschlossenes, d. h. auf beiden Stirnseiten mit Deckscheiben 20, 21 versehenes Lauf rad 16 in dem Pumpengehäuse 3 angeordnet. Die Deckscheibe 21 weist im radial inneren Bereich zwei öffnungen 15, 15' auf, die mit jeweils mehreren Schaufelkanälen 14, 14' usw. in Verbindung stehen.
Bei der Rotation des Laufrades 16 fliesst durch die öffnungen 15, 15' während des Vorbeigangs an der Einmündungsöffnung 26 der Umlaufleitung 8 eben falls jeweils eine gewisse Flüssigkeitsmenge in die Schaufelkanäle 14, 14', die dort in gleicher Weise wie bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Pumpe als Flüssigkeitskolben wirkt.
Bei allen Ausführungen ist der Gehäusesporn 24 bis auf 1-2 mm an das Laufrad heranreichend ausge bildet.
. Die öffnungen 15, 15' in der Deckscheibe 21 werden bei Dickstoffrädern so gross ausgeführt, d'ass keine Verstopfung auftreten kann. Je mehr Schau felkanäle 14, 14' bei einer Umdrehung des Laufrades 16 mit einer Umlaufleitung in Verbindung kommen, desto besser ist die Entlüftung der Pumpe, desto grö sser ist aber auch die Wirkungsgradverschlechterung. Es muss deshalb bei Konstruktion einer derartigen Pumpe ein entsprechender Kompromiss getroffen werden,
indem entweder die Zahl der zur Einmün dung der Umlaufleitung hin offenen Schaufelkanäle und/oder die Zahl der Umlaufleitungen entsprechend gewählt wird.