CH691402A5 - Vorrichtung zum Regulieren der Fördermenge einer vertikalachsigen Kreiselpumpe. - Google Patents

Description

  
 



  Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. 



  Bei Hebeanlagen, wo der Anfall des zu fördernden Wassers schwankend ist, wie zum Beispiel bei munizipalem Abwasser oder Regenwasser, gibt es eine einfache Vorrichtung, die durch eine sinnvolle Formgebung des Pumpensumpfes, auch ohne Veränderung der Pumpendrehzahl, die Fördermenge an die jeweils anfallende Flüssigkeitsmenge anpasst. 



  Die Vorrichtung besteht aus einem im Saugsumpf angeordneten, oben offenen Zylinder, über dessen Boden eine dem Drehsinn der Pumpe entsprechend tangentialen Zuführöffnung mündet und in welchem koaxial ein oben an die Saugseite der Pumpe angeschlossenes Saugrohr hineinragt. Diese Vorrichtung ist im Schweizer Patent 533 242 beschrieben. 



  Ist der Wasseranfall so gross, dass der Wasserspiegel genügend über dem Zylinderrand liegt, so strömt das Wasser über denselben in den Zylinder und direkt zum Pumpensaugrohr, ohne dass innerhalb und ausserhalb des Zylinders eine merkbare Niveaudifferenz entsteht; die Pumpe erreicht somit ihre volle, der Kennlinie entsprechende Fördermenge. Sinkt der Wasseranfall, so kann immer weniger Wasser über den Zylinderrand fliessen, das Niveau innerhalb des Zylinders wird tiefer als dasjenige ausserhalb des Zylinders. Dadurch strömt immer mehr Wasser durch die tangentiale Zuführöffnung in den Zylinder und erzeugt eine mit vergrössernder  Niveaudifferenz immer stärkere Drehbewegung des Wassers im Zylinderinnern. Dieser im Drehsinn der Pumpe erzeugte Drall bewirkt eine entsprechende Herabsetzung der Pumpenfördermenge, derart, dass er jeweils der reduzierten Anfallmenge entspricht.

   Auf diese Weise kann ein Förderbereich der Pumpe von 100% bis zirka 50% geregelt werden. Der tiefste Förderbereich ist durch den Querschnitt der tangentialen Zuführöffnung gegeben. 



  Um den Regelbereich nach unten zu erweitern, wurde die tangential mündende Zuführöffnung durch eine etwas unterhalb der Zylinderrandniveauhöhe beginnende, abfallende, und die Zylinderwand tangential durchdringende Rinne ausgetauscht. Somit war der tiefste Förderbereich nicht mehr durch einen Rohreintrittsquerschnitt limitiert, aber die Praxis zeigte eine störende Einwirkung des tangential durch die Rinne auf die Rotationsströmung auftretenden Zulaufstromes. Durch Strömungsüberkreuzungen und Wellenbewegungen mitreissende Luft, welche das Pumpensaugrohr erreichte, wurde die Pumpenförderung in unberechenbarer Weise abgerissen. 



  Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung der beschriebenen Vorrichtung in dem Sinne, dass eine ruhige, querstromfreie Strömung entsteht, die nicht unberechenbar abreisst und eine Minimalfördermenge erreicht, die beträchtlich tiefer liegt. 



  Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. 



  Durch die Erfindung erfährt sowohl die Flüssigkeitszufuhrströmung wie auch die Rotationsströmung im Behälter vor dem Zusammentreffen eine Beschleunigung der Kreiselbewegung, derart, dass die tangentiale Eintrittsströmung vor dem Eintreten in den zylindrischen Behälter an die äussere Eintrittskanalwand gepresst wird und damit den freien Flüssigkeitsspiegel bei der Vereinigung der Flüsse in eine angenähert vertikale Ebene verlegt. 



  Die im zylindrischen Behälter rotierende Flüssigkeit ihrerseits bildet beim Durchqueren der in der Behälterwand befindlichen Eintrittsströmungsöffnung daselbst eine vertikale Flüssigkeitsfläche, welche dann in einem spitzen Winkel auf den erwähnten, angenähert vertikalen Flüssigkeitsspiegel der Eintrittsströmung trifft, welche dadurch praktisch querströmungsfrei die Rotationsströmung im Behälter antreibt. 



  Auf diese Weise können alle schwimmenden Bestandteile wie Schwimmschlamm und spezifisch leichtere Flüssigkeiten von der Pumpe in einem grösseren, stabilen Bereich vor dem Abreissen der Förderung abgepumpt werden. Besonders in Abwasserpumpstationen werden durch diesen Selbstreinigungseffekt Geruchsbelästigungen reduziert und Reinigungsarbeitsaufwand vermieden. 



  Im Folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigen: 
 
   Fig. 1 einen Vertikalschnitt A-A gemäss Fig. 2 durch eine Kreiselpumpe mit einer zugeordneten Mengenreguliervorrichtung zwischen 100% und einem mittleren Förderbereich, 
   Fig. 2 eine Draufsicht auf Fig. 1, 
   Fig. 3 eine gleiche Darstellung wie Fig. 1 in der Schnittebene B-B in Fig. 4 für eine Mengenregulierung bis zu einem minimalen Förderbereich und 
   Fig. 4 einen Horizontalschnitt C-C in Fig. 3, die minimale Fördermenge illustrierend. 
 



  An die in Fig. 1 und 2 gezeigte, vertikal von unten ansaugende Kreiselpumpe 1 ist am Saugstutzen 1a ein Saugrohr 2 angeschlossen, dessen freier Mündungsteil 2a trompetenförmig erweitert ist und mit Abstand über dem Boden 3a eines Zylinders 3 liegt, der das Saugrohr 2 mit radialem Spiel koaxial umgibt. Auf der Höhe des Pumpensaugmundes des Mündungsteiles 2a mündet ein der Drehrichtung der Pumpe 1 entsprechend tangentiales Zuführrohr 4 in der Wand des Zylinders 3. Im Einlassbereich des Zuführrohrs 4 ist eine Umfangsrinne 3d in der Wand des Zylinders 3 vorgesehen, wobei das Zuführrohr 4 auf einem höheren Niveau 4a beginnt und von dort abfällt, um im Bereich 4b durch die Wand des Zylinders 3 zu dringen. 



  Bei hohem Flüssigkeitsspiegel X im Saugsumpf 5 sind die Rinne 3d und der obere Zylinderrand 3b genügend hoch überflutet, sodass das Fördermedium ohne fühlbaren Druckabfall entsprechend dem Pfeil a innerhalb des Zylinders 3 zum Mündungsteil 2a fliessen  und von der Pumpe 1 angesaugt werden kann, wobei entsprechend der Pumpencharakteristik die maximale Fördermenge erreicht wird. 



  Lässt die Zuflussmenge nach, so sinkt der Flüssigkeitsspiegel von X auf Y. Dabei kann immer weniger Wasser über den Zylinderrand 3b fliessen, wodurch die Flüssigkeit im Zylinder 3 noch mehr absinkt als im Saugsumpf 5 und sich eine Niveaudifferenz  DELTA h gegenüber dem Niveau Y im Saugsumpf 5 bildet. Damit beginnt Flüssigkeit zunehmend durch das tangentiale Zuführrohr 4 in den Zylinder 3 zu fliessen und versetzt die dort vorhandene Flüssigkeit in eine immer stärkere Rotationsbewegung im Pumpendrehsinn: Dadurch verzögert sich die Relativgeschwindigkeit zwischen umlaufender Flüssigkeit und dem Pumpenpropeller im Laufrad der Pumpe mit resultierender Pumpenfördermengenreduktion, bis dieselbe sich der anfallenden Flüssigkeitsmenge angepasst hat. 



  Sinkt die anfallende Flüssigkeitsmenge noch weiter ab, dann kommt es zu einer Teilfüllung des Eintrittsquerschnittes des Zuführrohrs 4, was bei geradlinigem Eintritt der Strömung zu Turbulenzen mit Luftvermischungen mit dem im Zylinder rotierenden Flüssigkeitsring führen würde, was durch folgende Mittel vermieden wird: In Fig. 4 sind die Abgrenzungslinien des Strahlflusses der Zulaufflüssigkeit mit Strich - Doppelpunkt - Strichlinien (- . . -) eingezeichnet. Die zulaufende Flüssigkeit windet sich, einem Gefälle folgend, spiralförmig zum unteren Teil des Zylinders 3 und durchdringt dessen Wand 4b. Die aussen liegende Wand 4c des Zuführrohres 4 setzt sich bis zum Ende der Durchdringungsfläche bei Punkt 3c als Rinne spiralförmig fort und mündet tangential in die insgesamt einen Torus bildende Zylinderwand aus.

   Beim Durchfluss der Zulaufflüssigkeit durch das Zuführrohr 4 unterliegt sie im gebogenen Abschnitt der  Aussenwand 4c einer Fliehkraft, wodurch sie an die äussere Leitungswand 4c gedrückt wird und der innere freie Wasserspiegel 4d eine annähernd vertikale Lage einnimmt. 



  Die im Behälter rotierende, mit punktierter Linie (....) angedeutete Flüssigkeit ihrerseits durchquert mit ihrem äusseren freien, mit einer Knotenlinie 
EMI6.1
  () angedeuteten Wasserspiegel (in einer geraden Linie) den Zuflussleitungsabschnitt 4b. Die Zulaufströmung mit Spiegel 4d und die Rotationsströmung mit dem Aussenspiegel 4e vereinigen sich unter einem spitzen Winkel  alpha  im Punkt 4f, turbulenzfrei, wodurch die Zulaufströmung in optimaler Weise die Energie an die Rotationsbewegung der Rotationsströmung überträgt. 



  Im gleichen Sinne wirkt die Kreisbewegung unterstützend, die Ausbildung der unteren Zylinderwand in Form einer Rinne 3d auf der Höhe der Eintrittsöffnung 4b respektive des Pumpensaugmundes 2a, wobei ihre Oberkante den Zylinder 3 in einem kleinen Durchmesser 3e verengt und die untere Zylinderwand mit dieser Oberkante das tiefste Niveau mit freiem inneren Spiegel 4g in Lage und Neigung stabilisiert und unberechenbare Lufteintritte in den Mündungsteil 2a vermeidet. 

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Regulierung der Fördermenge einer vertikalachsigen Kreiselpumpe konstanter Drehzahl, wobei der Saugmund (2a) eines Saugrohres (2) der Pumpe in einen oben offenen, im Wesentlichen zylindrischen, zur Laufradachse koaxialen, mit einer tangential im Sinne der Laufradrotationsrichtung einmündenden Flüssigkeitszufuhrleitung (4) ausgestatteten Behälter (3) eintaucht, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil des Behälters eine Rinne (3d) mit im Wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt aufweist, in die die Flüssigkeitszufuhrleitung (4) als Einlauf-Spirale mit Zentrum innerhalb des Behälters (3) mündet, sodass durch die Zufuhrleitungsströmung im Behälter (3) eine Rotationsströmung gebildet ist, wobei die einlaufende Flüssigkeit sich mit der im Behälter umlaufenden Flüssigkeit vereinigt.

2.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rinne (3d) im zylindrischen Behälter (3), auf der Höhe des Pumpensaugmundes koaxial denselben umrundet und ihre obere Innenwand den Behälter (3) verengt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitszufuhrleitung (4) von einem höheren Niveau (Y) zum unteren Teil des zylindrischen Behälters (3) abfällt, wo sie dann horizontal die genannte Einlauf-Spirale bildet, wobei sie im Sinne der Pumpendrehrichtung gerichtet die Wand der Rille des besagten zylindrischen Behälters (3) durchbricht.

4.

Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius der Flüssigkeitszufuhrleitung (4) derart ausgestaltet ist und durch die Wand des zylindrischen Behälters (3) dringt, dass die äussere Wand (4c) der Flüssigkeitszufuhrleitung (4) sich im zylindrischen Behälter (3) fortsetzt und in der Zylin derwand eine kleinere äussere Rinne abnehmender Tiefe bildet und schliesslich tangential in die Zylinderwand übergeht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitszufuhrleitung (4) zumindest im unteren Teil als Rohr ausgebildet ist.