DE1945016A1 - Two-stage pump, especially for fire extinguishing purposes - Google Patents
Two-stage pump, especially for fire extinguishing purposesInfo
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1945016 Dipl.-Ing. H. Sauenland ■ Dr.-Ing. R. König Patentanwälte · 4000 Düsseldorf ■ Cecilienallee 7S -Telefon 4337321945016 Dipl.-Ing. H. Sauenland ■ Dr.-Ing. R. King Patent Attorneys · 4000 Düsseldorf ■ Cecilienallee 7S -Telephone 433732
Unsere Akte: 25 191 4. September 1969Our file: 25 191 September 4, 1969
aODIYA PIRE PUMPS LIMITED, 29 Warwick Road, Coventry, ——--——-■■--——-j-^ ■——w—.!..in ^f^-y;ΓίΐΤ"'™'Τ*ΐ'""!Τ'*?>Τ'^*^Γ^"'>'"ΓϊF*^TTT^ =r^g^Tii~T7'"~"'**'"~'"'"*~T~ aODIYA PIRE PUMPS LIMITED, 29 Warwick Road, Coventry , ——--— —- ■■ - -——- j - ^ ■ ——w - . ! .. in ^ f ^ -y; Γί ΐ Τ "'™' Τ * ΐ '"" ! Τ' *? > Τ '^ * ^ Γ ^"'>'"Γ ϊF * ^ T TT ^ = r ^ g ^ T ii ~ T7'" ~ "'**'" ~ '"'" * ~ T ~
Warwickshire, GroßbritannienWarwickshire, UK
"Zweistufige Pumpe, insbesondere für Feuerlöschzwecke""Two-stage pump, especially for fire-fighting purposes"
Im Feuerlöschwesen werden Pumpen für zwei verschiedene Zwecke benötigt. Einmal braucht' man Wasserströme von großer Fördermenge und Leistung, für die eine Pumpe ein verhältnismäßig großes Volumen von 2300," 3400 oder 4500 Liter pro Minute bei verhältnismäßig niedrigem Druck bis zu 7 at liefern sollte; zum anderen ist eine Wasserströmung von geringem Volumen und hohem Druck nötig, um Wassernebel zu erzeugen. Eine zur Erzeugung von Wassernebel dienende Düse läßt im allgemeinen 55 bis 70 Liter pro Minute durch, und es ist üblich, für Löschzwecke zwei derartige Düsen vorzusehen, so daß der Austritt an der Hochdruekseite mindestens 135 Liter pro Minute bei einem Druck von 25 his 35 at betragen sollte.In fire fighting, pumps are used for two different purposes Purposes needed. On the one hand, you need flows of water with a large flow rate and power, for which a pump is a proportionate large volume of 2300, "3400 or 4500 liters per minute at relatively low pressure up to 7 at should deliver; on the other hand, a water flow of low volume and high pressure is necessary to create water mist produce. A nozzle used to generate water mist generally allows 55 to 70 liters per minute through, and It is common practice to provide two such nozzles for extinguishing purposes, so that the outlet is at least on the high pressure side 135 liters per minute at a pressure of 25 to 35 at should.
Feuerlöschpumpen werden im allgemeinen als Kreiselpumpen gebaut, die eine große Fördermenge bei verhältnismäßig niedrigem Druck liefern. Um einen Wasserstrom von hohem Druck und geringem Volumen zu erzeugen, sind verschiedene Wege beschritten worden. Beispielsweise können zwei Pumpen des gleichen Typs hintereinandergeschaltet werden. Um jedoch genügend hohen Druck zu erzeugen, hat es sich in diesem Falle als notwendig herausgestellt, die Hochdruckpumpe mit hoher Drehzahl laufen zu lassen, im allgemeinen mit 6000 U/min. Dies stellt ungefähr den doppelten Betrag des-Fire pumps are generally built as centrifugal pumps that have a large flow rate at a relatively low rate Deliver pressure. To create a high pressure, low volume water stream are different ways been trodden. For example, two pumps can des of the same type can be connected in series. To however To generate sufficiently high pressure, it has been found necessary in this case to use the high-pressure pump run at high speed, generally 6000 rpm. This is roughly double the amount of the-
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sen dar, was für Niederdruckpumpen als normal gilt, woraus sich die Notwendigkeit ergeben hat, in das Pumpensystem ein Übersetzungsgetriebe einzubauen. Dieser Umstand und die hohe Drehzahl haben erhebliche Wartungsprobleme ergeben. Die beiden gesonderten Pumpen können zu einer, einzigen zweistufigen Pumpe kombiniert werden. Eine solche kombinierte Pumpe ist billiger als zwei gesonderte Pumpen. Gleichwohl muß die Hochdruckstufe mit hoher Drehzahl laufen. Es ist ebenfalls möglich, eine einstufige Schleuderpumpe für beide Pumpzwecke vorzusehen, wobei man zur Erzeugung des hohen Drucks am Austritt die Pumpe einfach mit sehr hoher Geschwindigkeit laufen läßt. Aber schon zur Erzeugung von nur 25 at liegt der Wirkungsgrad einer solchen Pumpe bei nur 10$. Dies gilt für eine Pumpe, die 2250 Liter pro Minute bei niedrigem Druck fördert. Eine größere Pumpe würde bei hohen Drücken einen noch niedrigeren Wirkungsgrad haben.sen represent what is considered normal for low-pressure pumps, from what the need has arisen to build a transmission gear into the pump system. This fact and the high speed has resulted in significant maintenance problems. The two separate pumps can be combined into a single two-stage pump. Such a combined pump is cheaper than two separate pumps. Nevertheless, the high pressure stage must run at high speed. It is also possible to use a single-stage centrifugal pump to be provided for both pumping purposes, whereby one simply uses the pump to generate the high pressure at the outlet with very runs at high speed. But already for generation The efficiency of such a pump is only 25 at at only $ 10. This applies to a pump that is 2250 liters per Minute at low pressure. A larger pump would be even less efficient at high pressures to have.
Die Erfindung-bezieht sich auf eine insbesondere für IPeuerlöschzwecke bestimmte zweistufige Pumpe und besteht darin, daß die eine Stufe mit einem laufrad nach Art einer Kreiselpumpe für Niederdruck und große Fördermenge und die zweite Stufe mit einem Laufrad nach Art einer Seitenkanalpumpe für hohen Druck und niedrige Fördermenge ausgerüstet ist. Seitenkanalpumpen sind unter anderem in "Kleines Pumpen-Handbuch für Chemie und Technik" von Günther Leuschner, 1967, Verlag Chemie G.m.b.H., Weinheim/Bergstraße, Seite 195 ff beschrieben, ferner in den Abschnitten 155 und 166 auf Seite 189 bis 193 des Buches "Centrifugal and other Roto Dynamic Pumps" von Herbert Addison, 3. Auflage, herausgegeben von Chapman and Hall, London 1966. Eine kurze Definition findet sich schließlich im Technical Vocabulary, verfaßt vom European Committee on Pump Manufacturers und' herausgegeben von "Europump" in Brüssel. Von Kreiselpumpen unterscheiden sie sich grundsätzlich dadurch, daß die Energieerhöhung bei Kreiselpumpen durch Zentrifugalkraft erfolgt, bei Seitenkanalpumpen dagegen durch Impulsaustausch.The invention relates to a fire extinguishing device in particular certain two-stage pump and consists in the fact that the one stage with an impeller in the manner of a centrifugal pump for low pressure and large flow rates and the second stage with an impeller like a side channel pump is equipped for high pressure and low flow rate. Side channel pumps are among other things in "Kleines Pumpen-Handbuch for chemistry and technology "by Günther Leuschner, 1967, Verlag Chemie G.m.b.H., Weinheim / Bergstrasse, page 195 ff, also in Sections 155 and 166 on pages 189 to 193 of the book "Centrifugal and other Roto Dynamic Pumps" by Herbert Addison, 3rd edition, published by Chapman and Hall, London 1966. A short one Finally, a definition can be found in the Technical Vocabulary, written by the European Committee on Pump Manufacturers and published by "Europump" in Brussels. From centrifugal pumps they differ fundamentally in that the increase in energy in centrifugal pumps it takes place through centrifugal force, in side channel pumps it is through the exchange of impulses.
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Die Laufräder von Seitenkanalpumpen können das Drei- bis Vierfache der Förderhöhe erzeugen, das vom Laufrad einer Kreiselpumpe gleichen Durchmessers, die mit der gleichen Drehzahl läuft, erzeugt werden kann. Die beiden Laufräder können daher auf einer einzigen Welle montiert und mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit betrieben werden, und die beiden Stufen können in Bezug auf die Erzeugung des Hochdruckwasserstrahls hintereinandergeschaltet werden, wobei der Einlaß der nach Art einer Seitenkanalpumpe arbeitenden, den hohen Druck erzeugenden Stufe mit dem Auslaß der Niederdruckstufe mit Laufrad nach Art einer Kreiselpumpe verbunden ist. Die Verwendung einer nach Art einer Seitenkanalpumpe arbeitenden Stufe zur Erzeugung des hohen Drucks liefert in der Gesamtheit eine mechanisch einfache und kompakte Pumpe mit hohem Wirkungsgrad im Vergleich zu einer Pumpe mit zwei Laufrädern nach Art von Kreiselpumpen.The impellers of side channel pumps can do the three to Four times the delivery head produced by the impeller of a centrifugal pump of the same diameter as those with the same Speed runs, can be generated. The two wheels can therefore be mounted on a single shaft and operated at the same angular velocity, and the two stages can be connected in series with regard to the generation of the high-pressure water jet, the inlet of which works in the manner of a side channel pump, the high pressure stage with the outlet of the low pressure stage with impeller in the manner of a centrifugal pump connected is. The use of a side channel pump type of stage to generate the high As a whole, pressure delivers a mechanically simple and compact pump with high efficiency compared to a pump with two impellers in the manner of centrifugal pumps.
Die Niederdruckstufe ist im allgemeinen in der Lage, ein weitaus größeres Volumen zu fördern, als zum Speisen der Hochdruckstufe notwendig ist, so daß die Pumpe gleichzeitig ein großes Volumen bei niedrigem Druck und ein kleines Volumen bei hohem Druck liefert.The low pressure stage is generally able to deliver a much larger volume than for feeding the High pressure stage is necessary so that the pump simultaneously has a large volume at low pressure and a small one Delivers volume at high pressure.
Zweistufige Kreiselpumpen, wie sie bisher benutzt worden sind, hatten häufig den Nachteil, daß wenn nur die Niederdruckstufe zu fördern braucht, die zweite, den hohen Druck liefernde Stufe mit Wasser gefüllt ist und infolgedessen beträchtliche Leistung verbraucht.Two-stage centrifugal pumps as used up to now are, often had the disadvantage that if only the low pressure stage needs to promote, the second, the high pressure delivering stage is filled with water and as a result Consumes considerable power.
Wenn lediglich Wasser mit niedrigem Druck gefördert werden soll, ist es infolgedessen yünschens-vert, dafür zu sorgen, daß die Hochdruckstufe_von Wasser entleert ist. Für diesen Zweck sieht die bevorzugte Ausführung der Erfindung ein Absperrventil zwischen dem Auslaß der liiederdruckstufe und dem Einlaß der Hochdruckstufe vor. Um sicherzustellen, daß irgendwelches Wasser, das seinen Weg trotz des Absperrven-If only water at low pressure is to be pumped, it is therefore desirable to ensure that that the high pressure stage is emptied of water. For this Purpose of the preferred embodiment of the invention provides a shut-off valve between the outlet of the liiederdruckstufe and the inlet of the high pressure stage. To ensure, that any water that finds its way despite the shut-off valve
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tils in die Hochdruckstufe findet, am Auslaß der Hochdruckstufe erscheint, kann eine Leitung vorgesehen werden, die vom Auslaß der Hochdruckstufe zum Einlaß der Niederdruckstufe führt und ein zweites Absperrventil enthält, das geschlossen werden kann, wenn Förderung von Wasser unter hohem Druck gefordert wird. Das zweite Absperrventil kann druckgesteuert sein, indem es so angeordnet wird, daß es beispielsweise durch eine Membran geschlossen wird, wenn das erste Absperrventil geöffnet ist und auf die Membran der Wasserdruck am Auslaß der Niederdruckstufe einwirkt.tils takes place in the high pressure stage, at the outlet of the high pressure stage appears, a line can be provided from the outlet of the high pressure stage to the inlet of the low pressure stage and contains a second shut-off valve that can be closed when pumping water below high Pressure is required. The second shut-off valve can be pressure controlled by arranging it so that it for example, is closed by a membrane when the first shut-off valve is open and on the membrane the water pressure acts at the outlet of the low pressure stage.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung stark schematisiert dargestellt.An embodiment of the invention is shown in a highly schematic manner in the drawing.
Die in der Zeichnung dargestellte Pumpe hat eine Niederdruckstufe 1, die nach Art einer Kreiselpumpe gebaut ist, und eine Hochdruckstufe 2, die nach Art einer Seitenkanalpumpe gebaut ist, und zwar, wie dargestellt, in der speziellen Form einer Peripheralpumpe, wie sie in dem oben erwähnten Buch von Leuschner auf Seite 196 in Abb. 3.2 dargestellt ist. Die Niederdruck stufe hat ein Laufrad 3, dessen Förderwirkung wie bei- Kreiselpumpen auf der Fliehkraft beruht und das in einem spiraligen Gehäuse 4 umläuft. Wasser wird in den Eintrittsstutzen 5 gesaugt, der gleichachsig zum Laufrad 3 liegt, und zu einem Austrittsstutzen 6 gefördert, der tangential zum Laufrad liegt. ,The pump shown in the drawing has a low-pressure stage 1, which is built in the manner of a centrifugal pump, and a high-pressure stage 2, which is built in the manner of a side-channel pump, specifically, as shown, in the special form of a peripheral pump, as shown in the above The aforementioned book by Leuschner is shown on page 196 in Fig. 3.2. The low pressure stage has an impeller 3, the pumping effect of which is based on centrifugal force as in centrifugal pumps and which rotates in a spiral housing 4. Water is sucked into the inlet connection 5, which is coaxial with the impeller 3 , and conveyed to an outlet connection 6, which is tangential to the impeller. ,
Eine Leitung 7 führt vom Auslaß 6 durch ein Absperrventil 8 zum Einlaß 9 der regenerativ arbeitenden Hochdruckxstufe 2. 'A line 7 leads from outlet 6 through a shut-off valve 8 to inlet 9 of the regeneratively operating high pressure x stage 2. '
Die als Peripheralpumpe, arbeitende Stufe (2.)- enthält ein Laufrad in Form einer. Scheibe IQ,. von .beträchtlicher Dicke in axialer Richtung, an dem an beiden Stirnflächen radiale Ausnehmungen 11 ausgebildet sind, d!ie in. ihrer axialen Tiefe - gerechnet, radial- von. innen, nach außen -, zunenmen,The stage (2.), Which works as a peripheral pump, contains an impeller in the form of a. Disc IQ ,. of. Considerable thickness in the axial direction, on which radial recesses 11 are formed on both end faces, d ! ie in. their axial depth - calculated, radial - of. inside, outwards -, to increase,
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wo "bei Rippen 13 zwischen "benachbarten. Ausnehmungen stehengeblieben sind. Die Scheibe wird von einem feststehenden Gehäuse 14 umschlossen, das eine ringförmige Kammer 15 bildet, die den äußeren, mit den Ausnehmungen 11 versehenen Teil der Scheibe 10 mit erheblichem Abstand sowohl in axialer als auch in radialer Richtung aufnimmt, abgesehen von dem Bereich zwischen dem Einlaß 9 und einem Auslaß 12, wo der Querschnitt der Kammer 15 derart reduziert ist, daß die Kammer den mit den Ausnehmungen versehenen Teil der Scheibe mit nur einem Minimum von Spielraum umschließt. Im Betrieb ist die Kammer 15 mit Wasser gefüllt und die Drehung der Scheibe 10 drängt das Wasser vom Einlaß 9 ringsherum durch die Ringkammer 15 zum Auslaß 12. Vom Laufrad gelieferter Impuls wird von dem Wasser in den Ausnehmungen dem Wasser in der Kammer 15 durch Zirkulation mitgeteilt, wobei das Wasser die Ausnehmungen 11 in Richtung radial nach außen verläßt, weil die Rotationsgeschwindigkeit des Wassers in den Ausnehmungen im allgemeinen größer ist als in der Kammer. Dabei wird dieses Wasser wiederum durch Wasser ersetzt, das in die Ausnehmungen aus der Kammer übertritt, die den Ausnehmungen in axialer Richtung benachbart sind. TJm diese Zirkulation zu unterstützen, bilden die Querschnitte der Innenfläche der Kammer 15 und die Grundfläche der Ausnehmungen 11 eine sanfte Kurve. In der Zeichnung ist. der für eine Peripheralpumpe charakteristische Strömungsverlauf durch eine strichpunktierte Linie angedeutet. Viele der vorstehend angegebenen Einzelheiten sind in der Zeichnung nicht sichtbar. Doch handelt es sieh insoweit um bekannte Materie.where "at ribs 13 between" adjacent. Recesses remained are. The disk is enclosed by a stationary housing 14 which forms an annular chamber 15, the outer one provided with the recesses 11 Part of the disc 10 receives a considerable distance both in the axial and in the radial direction, apart from the area between the inlet 9 and an outlet 12, where the cross section of the chamber 15 is reduced so that the chamber is provided with the recesses part of the Enclosing disc with a minimum of slack. In operation, the chamber 15 is filled with water and the rotation the disk 10 pushes the water from the inlet 9 around through the annular chamber 15 to the outlet 12. Supplied by the impeller Impulse is communicated from the water in the recesses to the water in the chamber 15 through circulation, wherein the water leaves the recesses 11 in a radially outward direction because the speed of rotation of the Water in the recesses is generally greater than in the chamber. This water is in turn through Replaces water that passes into the recesses from the chamber that is adjacent to the recesses in the axial direction are. To support this circulation, the cross-sections of the inner surface of the chamber 15 and the base form the recesses 11 have a gentle curve. In the drawing is. the flow curve characteristic of a peripheral pump is indicated by a dash-dotted line. Many of the details given above are not visible in the drawing. But see so far known matter.
Der 'Auslaß 12 von der nach Art einer Peripheralpumpe arbeitenden Hochdruckstufe ist mit einer Austrittsleitung' 16 zur Erzeugung von Wassernebel und außerdem über ein druckgesteuertes Absperrventil 17 mit dem Einlaß 5 der als Kreiselpumpe arbeitenden Niederdruckstufe verbunden. Das Ventil 17 hat ein Verschlußglied 18, das durch eine Membran betätigt wird, und eine Kammer 20 auf der dem Verschluß-The 'outlet 12 of the working in the manner of a peripheral pump High pressure stage is with an outlet line '16 for generating water mist and also via a pressure controlled Shut-off valve 17 with the inlet 5 as a centrifugal pump working low pressure stage connected. The valve 17 has a closure member 18 which is through a membrane is operated, and a chamber 20 on the closure
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glied 18 entgegengesetzten Seite der Membran, die durch eine Leitung 21 an die Austrittsseite des Absperrventils 8 angeschlossen ist. Ist das Absperrventil 8, wie gezeichnet, geöffnet, so ist der Druck in der Kammer 20 gleich dem Druck am Auslaß der nach Art einer Kreiselpumpe gebauten Niederdruckstufe 1, und dieser Druck wirkt mit genügender Kraft auf die Membran 19» um dae Versehlußglied 18 in der gezeichneten Stellung zu halten, in welcher der Auslaß 12 der Hochdruckstufe vom Einlaß 5 der ITiederdruckstufe getrennt ist.divided 18 opposite side of the membrane, which by a line 21 to the outlet side of the shut-off valve 8 is connected. Is the shut-off valve 8, as shown, opened, the pressure in the chamber 20 is equal to the pressure at the outlet of the centrifugal pump type built low pressure stage 1, and this pressure works with sufficient force on the membrane around the closure member 18 to hold in the position shown, in which the outlet 12 of the high pressure stage from the inlet 5 of the IT low pressure stage is separated.
Wenn lediglich Wasser mit niedrigem Druck gefördert werden soll, so wird das Absperrventil 8 geschlossen, so daß kein Wasser mehr in die nach Art einer Peripheralpumpe arbeitende Hochdruckstufe eintreten kann und der Druck des aus der Niederdruckstufe austretenden Wassers nicht mehr in der Kammer 20 wirksam 1st. In diesem Zustand kann die Austrittsleitung 16 von der nach Art einer Peripheralpumpe arbeitenden Hochdruckstufe ebenfalls geschlossen werden, so daß etwa in dieser Stufe anwesendes Wasser das Ventil 17 passieren kann, weil das Verschlußglied 18 nicht mehr in die gezeichnete Stellung gezwungen wird. Solches Wasser kann dann zum Einlaß 5 der Ni ed er druckstufe 1 zurückkehren. Dies hat zur Folge, daß die Hochdruckstufe, wenn sie nicht gebraucht wird, ständig leer ist und keine nennenswerte Leistung verbraucht.If only water with low pressure is pumped should, the shut-off valve 8 is closed so that no more water can enter the high pressure stage, which operates like a peripheral pump, and the pressure of the Leaving water in the low pressure stage is no longer effective in chamber 20. In this state, the outlet line 16 can also be closed by the high pressure stage operating in the manner of a peripheral pump, so that Any water present at this stage will pass through valve 17 can, because the closure member 18 is no longer forced into the position shown. Such water can then return to inlet 5 of pressure stage 1 Ni ed. this has the consequence that the high pressure stage, when it is not used, is constantly empty and no performance worth mentioning consumed.
Die Laufräder der beiden Stufen 1 und 2 sind in der Zeichnung zwar deutlichkeitshalber getrennt dargestellt. In Wirklichkeit entspricht es jedoch der Erfindung, daß diese Läufer auf ein und derselben, teilweise strichpunktiert angedeuteten Welle 22 montiert sind, vorzugsweise derart, daß der Läufer der Niedtrdruck^stufe am einen Ende der Welle und der Läufer der Hochdruckstufe unmittelbar benachbart dazu angeordnet 1st. The impellers of the two stages 1 and 2 are shown separately in the drawing for the sake of clarity. In In reality, however, it corresponds to the invention that these runners on one and the same, partly dash-dotted indicated shaft 22 are mounted, preferably in such a way that the runner of the low pressure stage at one end of the shaft and the rotor of the high pressure stage is arranged immediately adjacent thereto.
Ein druckgesteuertes, überbrückend geschaltetes Überdruck-A pressure-controlled, bridging overpressure
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ventil kann mit dem Hochdruckauslaß 12 verbunden werden. Ein solches überdruckventil ist von Nutzen, wenn es nötig ist, mit der Hochdruckstufe gegen einen geschlossenen Auslaß zu arbeiten. Dieses Überdruckventil ist so angeordnet, daß wenn der Druck am Auslaß der Hochdruckstufe den Schaltwert des Ventils überschreitet, dieses der austretenden Flüssigkeit einen Weg nach außen schafft und der Pumpe kein Schaden zugefügt wird. Eine Ausführung eines hierfür geeigneten Entlastungsventils ist in der britischen Patentschrift 1 164 937 der gleichen Anmelderin beschrieben.valve can be connected to the high pressure outlet 12. Such a pressure relief valve is useful when necessary with the high pressure stage against a closed outlet to work. This pressure relief valve is arranged so that when the pressure at the outlet of the high pressure stage exceeds the switching value of the valve, this creates a way for the exiting liquid to the outside and the pump does not Damage is done. One embodiment of a suitable relief valve is in the British patent 1 164 937 by the same applicant.
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