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Umlaufende Pumpe zur Förderung von Flüssigkeiten oder Gasen Die neuere
Entwicklung der Pumpen und Gebläse für mittlere und kleinere Druckhöhen verfolgt
hauptsächlich drei Ziele: Hohe Schnelläufigkeit (d. i. große Fördermengen und hohe
Drehzahlen bei geringer Druckhöhe), einfache und hydraulisch günstige Führung iles
strömenden Mediums von der Eintritts- bis zur Austrittsstelle und die Möglichkeit
der Anpassung an wechselnde Förderhöhe bei gleicher Drehzahl. Diese Be.strebungen
gehen hauptsächlich von .der Verwendung solcher Maschinen als Schöpfwerkspumpen
bei Bewässerungsanlagen u. dgl. aus, wobei aber die genannten Ziiele .mit den bisher
bekannten Konstruktionen nur sehr unvollkommen erreicht wunden.
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Bei solchen Schöpfwerkspumpen, von denen ein Ausführungsbeispiel in
Abb. i dargestellt ist, handelt es sich gewöhnlich um die Förderung einer bedeutenden
Flüssigkeitsmenge auf eine geringe Förderhöhe. Dies bedingt Laufräder großer Schluckfähigkeit,
damit die Abmessungen der Pumpen und der Wasserführungsbauten nicht allzu groß wenden.
Gleichzeitig wird eine möglichst hohe Drehzahl .der Pumpenwelle angestrebt, um diese
mit einem Vorgelege von üblichem Übersetzungsverhältnis durch einen möglichst rasch
laufenden und daher kleinen Motor antreiben zu können (wie in Abb. i dargestellt)
oder aber, wennirgendmöglich, das Vorgelege überhaupt zu vermeiden und die Pumpe
direkt mit der Antrnebsmaschirie kuppeln zu können. Diese Umstände machen eine möglichst
hohe spezifische Drehzahl der Pumpe erwünscht und haben bei den bisher verwendeten
Pumpenlaufrädern, welche ursprünglich jenen von langsam laufenden Frandsturbinen
glichen, zu immer schnelläufigeren Typen und schließlich mitunter auch zur Verwendung
von Flügelrad (Propeller-) Pumpen geführt. Bei all diesen Pumpen hat die vertikalachsige
Anordnung, die bei solchen Schöpfwerksanlagen schon wegen der großen Abmessungen
und geringen Förderhöhen vorwiegend inBetracht kommt, den Nachteil, daß der Zustrom
des Mediums zum Laufrad in vertikaler Richtung umfangreiche und sehr kostspielige
Wasserführungsbauten mit tiefreichenden Fundamenten bedingt, ,die einen erheblichen
Teil der gesamten Baukosten beanspruchen. Auch ist bei solchen Anlagen eine mehrmalige
.und zum Teil sogar rechtwinkelige Umlenkung des Flüssigkeitsstromes nicht zu vermeiden,
was naturgemäß hydraulische Verluste verursacht.
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Eine weitere Schwierigkeit entsteht im Gefolge von Änderungen der
Förderhöhe, welche beispielsweise .bei Bewässerungsanlagen in sehr weiten Grenzen
schwanken kann. In Abb. i ist mit NW der normale Wasserstand
im
Pumpensumpf und mit HW,dne Wasserspiegellage zu Hochwasserzeiten :bezeichnet. Es
zeigt sich, daß 'hei solchen Anlagen die Törlerhöhe bis auf die Hälfte und selbst
kerniger der normalen zurückgehen kann., ZTuß dabei - wie .dies fast immer der Fall
ist - die Pumpe mit konstanter Drehzahl laufen, so sinkt der Wirkungsgrad der Pumpe
bedeutend, da Laufräder der erwähnten Bauart bei jeder Förderhöhe mit einer anderen
Drehzahl arbeiten müßten, wenn,die richtigen Strörnungsverhältnisse im Laufrade
erhalten bleiben sollen. Bei Vergrößerung der Förderhöhe über den normalen Betrag
können Pumpen bekannter Bauart aber auch zur Gänze versagen, d. h. ohne jede Fördermenge
weiterlaufen (abschnappen).
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Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Übelstände völlig. Ihr Gegenstand
ist -eine umlaufende Pumpe zur Förderung von Flüssigkeiten. oder Gasen mit einer
vorwiegend normal zur Drehachse gerichteten geschlossenen Zu- und Ableitung des
Mediums und einem L aufrade, dessen Schaufeln sich während der Umdrehung des Rades
relativ zu diesem um ,ganz oder nahezu parallel zur Drehachse liegende Schaufelachsen
bewegen, wobei alle Schaufeln gleichzeitig und ,in vorwiegend achsnormaler Richtung
beaufschlagt werden.
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Schaufelräder mit beweglichen achsparallelen Schaufeln sind als Antriebsmittel
für Wasser- und Luftfahrzeuge bekannt. Bei diesen Schaufelrädern -ist es auch bekannt,
durch Beeinflussung eines verstellbaren Organs im Antrieb der Schaufeln deren Bewegungsgesetz
in bezug auf das Rad im Betriebe zu verändern, um damit Geschwindigkeitsänderungen
des Fahrzeuges oder- Manövrierbeweh'gungen zu erzielen.
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Als Fördereinrichtung für Flüssigkeiten oder Gase in der erfindungsgemäßen
Art verwendet, bietet ein solches Rad wesentliche Vorteile, die mit bisher bekannten
Einrichtungen nicht erzielt wenden konnten.
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Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Schaufelrades ist in Abb.
2 ,im Aufriß und in Abb. 3 in einem Grundrißschnitt .dargestellt. Die Welle i trägt
den Radkörper 2 und den Boden 3, in welchem die Schaufeln 4. um ihre Achsen 5-5
drehbar gelagert sind. Die Antriebseinrichtung für adie Bewegung der Schaufeln kann
sich etwa im Innern des Radkörpers 2 befinden.
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Das Rad läuft im Sinne des Pfeiles u um und wird gleichzeitig vom
Medium mit der voz-wiegend senkrecht zur Drehachse gerichteten Geschwindigkeit v
durchströmt, wobei im Gebiete des Laufrades eine mehr oder minder vollkommene Parallelströmung
herrscht: Während der Umdrehung des Rades bewegen sich die Schaufeln relativ zu
.diesem derart, ,daß sich hydrodynamisch günstige Anströmungsverhältnisse angeben
und der zwischen dem Schaufelprofil und der Rich tun- der Relativgeschwindigkeit
entstehende Einfallwinkel eine Druckverteilung und möglichst verlustfreie Förderwirkung
im gewünschten Sinne verursacht. Je nach dem Verhältnis ii : v können dabei
die Schaufeln relativ zum Rade eine schwingende Bewegung oder eine fortlaufende
Rotation mit konstanter oder veränderlicher Drehgeschwindigkeit ausführen.
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Durch Beeinflussung eines verstellbaren Organs im Antriebsmechanismus
der Schaufeln ist es möglich, deren Bewegungsgesetz zu verändern und auf diese Weise
während des Betriebes eine Änderung jener Drehzahl zu bewirken, bei welcher :das
Rad .mit .den günstigsten Strömungsverhältnissen und dem besten Wirkungsgrad arbeitet.
Eine solche Beeinflussung bedeutet daher eine während des Betriebes vor sich gehende
Veränderung der spezifischen Drehzahl der Pumpe, die bei erfindungsgemäß .gestalteten
Pumpen auf sehr hohe Werte gebracht wenden bann.
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Abb. q. zeigt eine Bewässerungsanlage mit einer Fördereinrichtung
nach vorliegender Erfindung, wobei .die äußeren Bedingungen der in Abb. i dargestellten
Anlage unverändert beibehalten wurden. Ein Vergleich ,der Abb. i und 4. zeigt augenfällig,
daß beim Gegenstand der Erfindung keine vertikale Wasserzuführung zum Laufrad besteht,
die tiefreichenden und kostspieligen Fundierun.gsarbeiten, die oft kaum zu bewältigende
Schwierigkeiten der Wasserhaltung verursachen, .daher wegfallen. Die gesamte Wasserführung
ist bei ader Anordnung nach Abb.4 um vieles einfacher und kürzer, die mehrmaliger
scharfen Umlenkungen des Wasserstromes werden vermieden, und die hydraulischen Verluste
in der Wasserzu- und -a;bleitun:g sind daher erheblich geringer als im Falle der
Abb. i. Die hohe spezifische Drehzahl der erfindungsgemäßen Fördereinrichtung gestattet
eine :direkte Kupplung mit der Antriebsmaschine noch in Fällen, in welchen bei Pumpen
bekannter Bauart ein Vorgelege benutzt werden muß.
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Schließlich ist es bei einer Fördereinrichtung gemäß der Erfindung
möglich, das Bewegungsgesetz derSchaufeln während desBetriebes so zu beeinflussen,
daß eine und dieselbe konstante Drehzahl der Pumpe auch bei sehr starken Schwankungen
-der Förderhöhe stets die Normaldrehzahl bildet. Man kann m. a. W. die spezifische
Drehzahl der Pumpe den Veränderungen der Förderhöhe von Hand oder automatisch so
anpassen, Saß die Anlage bei jeder Förderhöhe stets mit dem besten
möglichen
Wirkungsgrad arbeitet und ein Abschnappen der Pumpe mit Sicherheit vermieden wird.
Die zu diesem Zwecke erforderliche Verstellung der Antriebseinrichtung der Schaufeln
erfolgt im Falle der Abb. q. beispielsweise durch Verdrehung der Regulierwelle 6
mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten Verstelleinrichtung.
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In den verschiedenartigen Anwendungen der Erfindung auf Fördereinrichtungen
für Gase, Dämpfe, Flüssigkeiten und breiige Medien (etwa bei Dickstoftpumpen u.
dgl.) können natürlich zahlreiche Varianten hinsichtlich der Wellenlage und der
baulichen Ausgestaltung eintreten, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.
Für diese ist stets eine vorwiegend normal zur Drehachse gerichtete Durchströmung
eines Förderrades der beschriebenen Type maßgebend.