Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Schlammwasserpumpaggregat mit einer motorisch angetriebenen Zentrifugalpumpe mit zwei Druckstutzen und einem Drehrichtungsschalter für den Motor.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass axial am Saugstutzen der Zentrifugalpumpe hintereinander zwei Leitapparate angeflanscht sind; dass jeder Leitapparat zwei gegen überliegende, mit Abstand voneinander angeordnete Wände aufweist. welche je durch eine dritte, zu ihnen ungefähr rechtwinklige Wand miteinander verbunden sind, die über einen Winkel von ungefähr 330 einer zum Saugstutzen axialen Spirale folgt und mit den zwei Wänden einen zur Spirale tangential mündenden Einlaufstutzen bildet, dass der zweite Leitapparat mit einer zum Saugstutzen axialen Austrittsöffnung bündig in eine zweite Eintrittsöffnung des ersten Leitapparates mündet, der eine axial an den Saugstutzen angeschlossene Austrittsöffnung aufweist,
dass der Einlaufstutzen des zweiten Leitapparates mit einem höher gelegenen Behälter mit einem Schwimmer zur Betätigung eines Drehrichtungsschalters verbunden ist, dass am Einlaufstutzen des ersten Leitapparates eine schwanenhalsförmig nach oben gekrümmte Saugleitung mit einem Belüftungsventil an der höchsten Stelle angeschlossen ist, dass der erste Druckstutzen der Zentrifugalpumpe mit dem Behälter verbunden ist, dass der zweite Druckstutzen der Zentrifugalpumpe an eine ansteigende Druckleitung angeschlossen ist, dass der Strömungswiderstand im zweiten Leitapparat grösser als im ersten ist, dass die Saugleitung beim Abstellen der Pumpe die Flüssigkeit nur bis zu einem bestimmten Niveau im Behälter zurückfliessen lässt, dass der Schaltweg des Schwimmers oberhalb der Niveauebene einer Behältervolumendifferenz entspricht,
die grösser als das Volumen des aufsteigenden Astes der Saugleitung und des ersten Leitapparates ist, dass der obersten Endlage des Schwimmers eine zum zweiten Druckstutzen gerichtete Drehrichtung der Zentrifugalpumpe entspricht, wogegen deren Drehrichtung in jeder anderen Schwimmlage gegen den ersten Druckstutzen gerichtet ist und dass das Belüftungsventil vom Motor gesteuert ist, derart, dass es bei laufendem Motor geschlossen und bei stehendem Motor geöffnet ist.
Anhand der beiliegenden schematischen Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht des Weges von zwei Teilchen von zwei auf Spiralen ineinander strömenden Medien,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Wirbels, der durch die Umlenkung eines laminar fliessenden Mediums auf eine logarithmische Spirale entsteht,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Gehäuses im Schnitt längs der Linie III-III nach Fig. 4,
Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht des Gehäuses nach Fig. 3.
Fig. 5 und 6 eine Frontansicht und Seitenansicht einer Schlammwasserpumpe in der Anlaufphase,
Fig. 7 und 8 eine gleiche Darstellung der Schlammwasserpumpe nach den Fig. 5 und 6 in der Betriebsphase,
Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie IX-IX nach den Fig. 6 und 10 in vergrösserter Darstellung, wobei Teile weggelassen sind und
Fig. 10 einen Schnitt längs der Linie X-X nach den Fig. 5 und 9 in vergrösserter Darstellung, wobei Teile weggelassen sind.
Die Fig. 1 bis 4 dienen der Erläuterung einer Teilfunktion des in Fig. 5 ff. beschriebenen Ausführungsbeispiels. Die Kurve 1 (Fig. 1) zeigt den Weg eines Teilchens eines flüssigen Mediums, das in Richtung des Pfeiles P1 bis zum Punkt A längs einer ersten Richtung einer laminaren Strömung folgt.
Bei A wird das Teilchen auf eine logarithmische Spirale mit dem Neigungswinkel Cl umgelenkt und in Richtung des Pfeiles P2 weggeführt. Die ersterwähnte Richtung P1 ist zur zweiten Richtung P2 rechtwinklig orientiert. Das Medium bildet dadurch einen Wirbel, der in Fig. 2 perspektivisch dargestellt ist.
Der Wirbel gemäss Fig. 2 weist zwei Wirbelflächen S1 und S2 auf, wobei dessen Saugkraft an den Wirbelflächen mit der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums zu- bzw.
abnimmt. Wird nun eine oder beide der Wirbelflächen S1 bzw. S2 durch eine Saugleitung mit einem zweiten Medium verbunden. so wird dieses angesaugt und im Wirbel auf logarithmische Stromlinien gezwungen.
Fig. 1 zeigt schematisch das Ansaugen eines zweiten, auf der Wirbelfläche S2 angesaugten Mediums. Das zweite Medium wird dabei dem ersten Medium auf einer Spirale 2 zugeführt.
Die dargestellte Spirale 2 stellt den Weg eines Teilchens dieses zweiten Mediums dar. Die Spirale 2 ist axial zur Richtung P2 angeordnet und schneidet die erste Spirale 1. Das angesaugte Teilchen folgt vorerst in Richtung des Pfeiles P3 einer laminaren Strömung und wird beim Punkt A zur Bildung eines zweiten Wirbels auf die Spirale 2 umgelenkt. Das der Spirale 2 folgende Teilchen wird zwangsläufig dem ersten Medium beigemischt und mit diesem in Richtung des Pfeiles P2 weitergefördert.
Die Spirale 2 kann ebenfalls als logarithmische Spirale ausgebildet sein.
Die Medien können einander, wie aus den Fig. 5 ff. hervorgeht. auf Spiralen - vorzugsweise logarithmischen Spiralen mit gegenläufigem Drehsinn zugeführt werden.
Die Fig. 3 und 4 zeigen ein zur Vorrichtung gehörendes Gehäuse. das nachstehend Leitapparat genannt wird. Der Leitapparat weist zwei parallele und mit Abstand voneinander angeordnete Wände 3 und 4 auf, welche zur Bildung des Leitapparates durch eine Wand 5 miteinander verbunden sind. Die Wand 5 ist von einem Punkt A zu einem Punkt A"' über einen Winkelbereich von angenähert 3300 als logarithmische Spirale ausgebildet. Sie bildet weiter, zusammen mit den Wänden 3 und 4 einen Einlaufstutzen 6 für ein Medium. Der Einlaufstutzen 6 ist mit einem Flansch 7 für den Anschluss einer nicht dargestellten Leitung versehen.
In der Wand 3 ist axial zu der von der Wand 5 gebildeten Spirale eine Austrittsöffnung 8 angeordnet, durch welche das Medium aus dem Gehäuse austritt. Die Querschnittfläche der Austrittsöffnung 8 muss mindestens gleich gross sein, wie der kleinste Querschnitt im Einlaufstutzen 6, um einen Rückstau des Mediums im Gehäuse zu vermeiden.
Aussenseitig ist die Wand 3 mit einer zur Öffnung 8 konzentrischen Dichtungsfläche 9 versehen, welche, dem Anschluss eines zweiten Leitapparates oder dem Anschluss an den Saugstutzen einer Zentrifugalpumpe dient. In der Wand 4 kann axial zur Austrittsöffnung 8 eine zweite Eintrittsöffnung vorgesehen sein, deren Querschnitt kleiner als jener der Austrittsöffnung 8 sein muss. Diese zweite Eintrittsöffnung ist dann vorgesehen, wenn dem Leitapparat ein zweiter Leitapparat vorgeschaltet ist. Hierzu ist auf der Aussenseite der Wand 4 eine zur zweiten Eintrittsöffnung konzentrische Dichtungsfläche 10 vorgesehen, welche parallel zur Dichtungsfläche des vorgeschalteten Leitapparates zu liegen kommt. Die Austritts öffnung 8 des vorgeschalteten Leitapparates geht dabei bündig in die koaxiale zweite Eintrittsöffnung des nachgeschalteten Leitapparates über.
Wie aus den Fig. 5 bis 8 hervorgeht, besteht die Schlammwasserpumpe aus einem Sockel 11 auf dem ein Antriebsmotor 12 befestigt ist, der eine Zentrifugalpumpe 13 antreibt. Die Zentrifugalpumpe 13 ist an einem Lagerbock 14 befestigt und über eine Antriebswelle 15 und eine Kupplung 16 mit dem Motor 12 getrieblich verbunden. Die Zentrifugalpumpe 13 besitzt zwei Druckstutzen 17 und 18 und einen Ansaugstutzen 19. Am Ausgangstutzen 19 ist ein Leitapparat 20 angeflanscht, an dem ein weiterer Leitapparat 21 vorgeschaltet ist. Jeder Leitapparat 20 bzw. 21 weist einen Einlaufstutzen 22 bzw. 23 auf. Am Einlaufstutzen 22 ist eine schwanenhalsförmig nach oben gekrümmte Saugleitung 24 angeschlossen, welche zum nicht dargestellten Schlammwassersumpf führt.
An der höchsten Stelle der Saugleitung ist ein selbsttätiges Belüftungsventil 25 mit einem Hubmagnet angeordnet, welches in den Speisestromkreis des Motors 12 geschaltet ist, derart, dass das Ventil bei laufendem Motor 12 geschlossen und bei abgeschaltetem Motor geöffnet ist. Am Druckstutzen 17 der Zentrifugalpumpe 13 ist eine Druckleitung 26 angeschlossen. Der zweite Druckstutzen 18 der Wirbelpumpe 13 ist an einen Behälter 27 angeschlossen. Mit dem Innenraum des Behälters 27 ist weiter der Einlaufstutzen 23 des Leitapparates 21 über einen Rohrkrümmer 28 verbunden. Am oberen Ende des geschlossenen Behälters 27 ist ein Schwimmer 29 angeordnet, der über einen nicht dargestellten Drehrichtungsschalter im Speisestromkreis des Motors 12 diesen betätigt. Weiter führt von der höchsten Stelle des Behälters 27 eine Entlüftungsleitung 30 in die Druckleitung 26.
Die dem Inneren des Behälters 27 zugewandte Mündung der Entlüftungsleitung 30 ist durch ein Schwimmerventil, bestehend aus einem Käfig 31 und einer schwimmfähigen Kugel 32 verschliessbar. Wie insbesondere die Fig. 9 und 10 zeigen, bilden die Leitapparate 20 und 21 zwei logarithmische Spiralen 33 bzw. 34 mit gleichem Neigungswinkel und entgegengesetztem Drehsinn. Die Zentren der Spiralen 33 und 34 liegen axial zum Ansaugstutzen 19 der Zentrifugalpumpe 13. Der zweite Leitapparat 21 besitzt eine zur Spiralenachse axiale Austrittsöffnung 35, welche bündig und axial in eine zweite Eintrittsöffnung 36 des ersten Leitapparates 20 mündet. Der Leitapparat 20 weist in der gegenüberliegenden Wand axial zur zweiten Eintrittsöffnung 36 eine Austrittsöffnung 37 auf, die bündig in den Ansaugstutzen 19 mündet.
Der Querschnitt der Austrittsöffnung 37 ist angenähert gleich dem kleinsten Querschnitt des Einlaufstutzens 22. Der Querschnitt der zweiten Eintrittsöffnung 36 ist kleiner als jener der Austrittsöffnung 37 des ersten Leitapparates 20. Die Austrittsöffnung 35 des zweiten Leitapparates 21 ist angenähert gleich dem kleinsten Querschnitt von dessen Einlaufstutzen 23. Hierdurch wird der Strömungswiderstand im ersten Leitapparat 20 kleiner als im zweiten Leitapparat 21. Die Niveaumaxima H im Behälter 27 und im Schwanenhals der Saugleitung 24 sind angenähert gleich.
Ist die Schlammwasserpumpe, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt, für die Anlaufphase mit einer Flüssigkeit bis zum Niveau N gefüllt, so muss das Flüssigkeitsniveau im Behälter 27 um den Betrag AN angehoben werden, damit der Schwimmer 29 den Drehrichtungsschalter des Motors 12 betätigt. Das der Höhe AN entsprechende Behältervolumen ist grösser als das Flüssigkeitsvolumen im aufsteigenden Ast der Saugleitung 24 und im ersten Leitapparat 20.
Die Vorrichtung funktioniert wie folgt: Für die Inbetriebsetzung der Schlammwasserpumpe wird diese, wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, bis zum Niveau N mit einer Flüssigkeit gefüllt und die Zentrifugalpumpe 13 in Betrieb gesetzt, derart, dass diese Flüssigkeit, die ihr aus dem Saugrohr 24 zufliesst, durch den Druckstutzen 18 in den Behälter 27 fördert. Dabei steigt das Niveau N im Behälter 27 um einen Betrag, der kleiner ist als AN, d.h., ohne dass der Schwimmer 29 den Drehrichtungsschalter des Motors 12 betätigt. Die Flüssigkeit im Rohrkrümmer 28 und im zweiten Leitapparat 21 kann nicht in den ersten Leitapparat eintreten, solange diesem aus dem Saugrohr 24 Flüssigkeit zufliesst, da die Spiralen 33 und 34 gegenläufig gerichtet sind und der Strömungswiderstand im zweiten Leitapparat 21 grösser als im ersten Leitapparat 20 ist.
Sobald die Saugleitung 24 von der Flüssigkeit entleert ist, kann die Flüssigkeit aus dem zweiten Leitapparat 21 durch den Leitapparat 20 der Zentrifugalpumpe 13 zufliessen. Der im zweiten Leitapparat 21 erzeugte, der Zentrifugalpumpe 13 zufliessende Flüssigkeitswirbel saugt nun, da der Motor 12 läuft und das Belüftungsventil 25 geschlossen ist, die Luft aus der Saugleitung 24 und fördert diese in den Behälter 27. Die in den Behälter 27 gelangende Luft entweicht durch die Entlüftungsleitung 30 in den Druckstutzen 26. Sobald die Schlammflüssigkeit aus dem Sumpf durch die Saugleitung 24 in den ersten Leitapparat 20 fliesst, entsteht in diesem ein Flüssigkeitswirbel mit zum Wirbel des zweiten Leitapparates 21 entgegengesetztem Drehsinn.
Da der Strömungswiderstand im ersten Leitapparat 20 kleiner als im zweiten Leitapparat 21 ist, wird die Flüssigkeitszufuhr aus dem zweiten Leitapparat 21 in den ersten Leitapparat 20 unterbunden.
Die Pumpe fördert nun die Schlammflüssigkeit aus der Saugleitung 24 in den Behälter 27, bis das Niveau N um den Betrag AN gestiegen ist, d.h. bis der Schwimmer 29 den Drehrichtungsschalter betätigt. Wird der Drehrichtungsschalter betätigt, so ändert die Drehrichtung des Motors 12 und des Schaufelrades der Pumpe 13. Nach der Drehrichtungsänderung der Pumpe 13 fördert diese die ihr durch die Saugleitung 24 zufliessende Schlammflüssigkeit in den Druckstutzen 17 und in die Druckleitung 26.
Zum Abstellen der Schlammwasserpumpe wird der Motor
12 abgestellt, wobei gleichzeitig das in den Speisestromkreis des Motors geschaltete Belüftungsventil 25 geöffnet und eine Heberwirkung in der Saugleitung 24 vermieden wird. Die in den Leitungen 24 und 26 und im Behälter 27 befindliche Flüssigkeit stellt sich wieder auf das Niveau N ein, worauf die Schlammwasserpumpe erneut betriebsbereit ist.