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Flügelradpumpe mit umlaufender, abdichtender Hilfsflüssigkeit und
einem oder mehreren seitlich des Flügelrades im Pumpengehäuse angeordneten Leitkanälen
Die Erfindung bezieht sich auf Flügelradpumpen mit umlaufender, abdichtender Hilfsflüssigkeit
derjenigen Art, bei welcher ein oder mehrere Kanäle seitlich des Flügelrades im
Pumpengehäuse angeordnet sind.
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Die Förderhöhe der bekannten Pumpen beträgt ungefähr 5 bis 6 m. Bei
Verwendung einer besonderen, bereits verbesserten Pumpe läßt sich eine Förderhöhe.
von etwa 25 m bei r5o mm Flügelraddurchmesser und td.5o Umdrehungen erreichen,
wobei die Flüssigkeit in der Pumpe einige Male der Fliehkraftwirkung unterworfen
wird.
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Die Erfindung bezweckt nun, die Förderhöhe und Leistung solcher Pumpen
dadurch zu steigern, daß der nach dem Flügelrad hin offene Leitkanal in besonderer
Weise ausgebildet wird.
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Die Flüssigkeit führt in den Leitkanälen eine ziemlich verwickelte
Bewegung aus, die jedoch nicht genau bekannt ist. Bekannt ist nur, daß auch eine
Wirbelbewegung quer zur Kanalrichtung erfolgt und das Wasser auch eine Art schraubenförmiger
Bewegung ausführt. Es liegt im allgemeinen auf der Hand, den Leitkanal derart auszubilden,
daß er der Wasserbewegung den geringstmöglichen Widerstand bietet, wobei es aber
eine sehr unvollkommene Maßnahme bedeuten würde, in dieser Beziehung nur die eben
erwähnte schraubenförmige Bewegung in Betracht zu ziehen. Es ist nunmehr erkannt
worden, daß es vorteilhaft ist, als Querschnitt des Leitkanals wenigstens teilweise
ein Dreieck zu wählen, dessen Spitze der größten Tiefe des Kanals entspricht und
von bder Kanalmitte aus nach dem -äußeren Umfang des Flügelrades verschoben ist.
Die Spitze des Dreiecks wird zweckmäßig abgerundet. Die Leistung der Pumpe wird
sodann noch dadurch erhöht, daß der Querschnitt des Leitkanals von der Einlaß- nach
der Auslaßöffnung allmählich abnimmt.
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Die Erfindung ist mithin in der Vereinigung dieser Merkmale zu erblicken
und besteht darin, daß die Querschnittsform des oder der Leitkanäle von der Ein-
nach der Auslaßöffnung hin allmählich von einem Dreieck, dessen Spitze der größten
Tiefe des Kanals entspricht, und von der Kanalmitte nach dem Umfang des Flügelrades
hin verschoben ist, unter allmählicher Abnahme des Querschnittes in einen Halbkreis
übergeht.
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Die Wirkung der Pumpe kann noch gesteigert werden, indem der. Leitkanal
in bekannter Weise derart angeordnet wird, daß seine Mittellinie von der Ein- nach
der Auslaßöffnung der Pumpe allmählich vom Mittelpunkt der Pumpe sich entfernt.
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Eine weitere Steigerung der Wirkung einer solchen Pumpe kann durch
Anordnung eines Kernes in der Längsrichtung des Kanals erreicht werden, der nur
durch Stützarme mit
den Wandungen des Leitkanals verbunden ist und
um welchen herum das Wasser in schraubenförmiger oder wirbelförmiger Bewegung strömen
kann.
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Schließlich können zur Begünstigung der Strömung im Leitkanal. Leitschaufeln
angeordnet werden, deren Ganghöhe von der Einlaß- nach der Auslaßöffnung abnimmt.
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Da der Flüssigkeit nur wenig Widerstand geboten wird, wird die Ganghöhe
bei der schraubenförmigen Bewegung immer kleiner, wodurch eine Vergrößerung der
Geschwindigkeit erreicht wird. Diese Drehbewegung erfolgt in der Nähe der Auslaßöffnung
der Pumpe in Ebenen, welche ungefähr mit durch die Achse der Pumpe sich erstreckenden
Ebenen (Radiälebenen) zusammenfallen.
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Diese mit großer Geschwindigkeit sich drehende Wassermasse leistet
infolge gyrostropischerWirkung jeder Verstellung in einer zur Drehrichtung senkrechten
Richtung Widerstand. Hieraus läßt sich erklären, daß die Flüssigkeit im Leitkanal
nicht durch eine Wassersäule großer Höhe zurückgedreht werden kann, d. h. die Förderhöhe
dieser Pumpe außerordentlich groß ist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist beispielsweise in den Zeichnungen
dargestellt. Es zeigen Fig. i einen senkrechten Querschnitt durch eine Pumpe üblicher
Bauart, Fig.2 eine Ansicht gegen die Innenseite der rechten Hälfte des Pumpengehäuses
mit Leitkanal nach Fig. i, Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teil einer Pumpe,
in dem der Leitkanal eine abgerundete Form hat, Fig. ¢ einen der Fig. 3 entsprechenden
Schnitt, gemäß welchem aber der Leitkanal im Querschnitt einen Halbkreis bildet,
Fig.5 einen den Fig.3 und 4 ähnlchen Schnitt, nach dem der Leitkanal im Querschnitt
die Form eines Dreiecks hat, Fig.6 eine der Fig.2 ähnliche Ansicht gegen eine Innenseite
der einen Hälfte des Gehäuses der Pumpe gemäß der Erfindung, Fig. 7 eine der Fig.
6 ähnliche Ansicht, bei der aber in dem Leitkanal ein Kern angeordnet und außerdem
Leitschaufeln angebracht sind, deren Ganghöhe von der Einlaß- nach der Auslaßöffnung
hin abnimmt, und Fig.8 ein Diagramm mit Kurven der Förderhöhe und der Leistung von
bekannten Pumpen und von der gemäß der Erfindung.
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Fig. i zeigt einen Querschnitt durch eine Pumpe üblicher Bauart mit
einem einzigen Leitkanal. Diese Pumpen erfüllen jedoch vielfach zwei Leitkanäle,
wobei dann der zweite Leitkanal in der anderen Hälfte (in der linken Hälfte der
Zeichnung) des Pumpengehäuses angeordnet ist. . Die Achse des Flügelrades ist mit
i, das Flügelrad mit 2 und die rechte Hälfte des Pumpengehäuses mit 3 bezeichnet.
Der Leitkanal ¢ dieser Pumpe hat einen rechteckigen Querschnitt mit gegebenenfalls
ein wenig abgerundeten Ecken.
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In Fig. 2 ist die Auslaßöffnung mit 5 bezeichnet. Die Einlaßöffnung
liegt nicht in dieser Hälfte des Pumpengehäuses, sondern in der linken Hälfte, der
dargestellten Öffnung 6 gegenüber. Fig.2 ist eine um 9o° um die Flügelradwelle gegenüber
der wirklichen Lage der Pumpe gedrehte Darstellung, damit in dem senkrechten Querschnitt
(Fig. i) zwei Querschnitte des Leitkanals sichtbar werden.
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In Fig.3 ist ein Querschnitt des Leitkanals 4x mit abgerundeter Form
dargestellt. Der gestrichelte Kreis 7 in Fig. i deutet die Projektion der Schraubenlinie
an, welcher die Flüssigkeit auf ihrem Wege durch den Leitkanal und durch die Zwischenräume
zwischen den Schaufeln des Flügelrades folgt.
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Bei der bekannten Pumpe (Fig. i) wird ein merklicher toter Raum durch
diese Schraubenlinie im Leitkanal freigelassen. In diesem toten Raum entstehen Wirbelungen,
welche die Schraubenbewegungen der Flüssigkeit stark beeinträchtigen. Nach der Ausführungsform
des Leitkanals gemäß Fig.3, bei welcher der Querschnitt eine abgerundete Form hat,
ist der tote Raum größtenteils beseitigt. Eine Pumpe mit einem Leitkanal nach Fig.
3 wirkt bereits wesentlich besser als die bekannten Pumpen. Es ist dabei aber nur
die schraubenförmige Bewegung berücksichtigt worden, während die wirkliche Bewegung
viel verwickelter ist. Der Kreis 7'
in Fig. 3 läßt erkennen, daß der tote
Raum ungefähr beseitigt ist.
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Gemäß Fig. 4 ist der Querschnitt des Leitkanals als Kreisbogen ausgeführt.
Der Kreis 72 zeigt, daß hierbei der tote Raum in bezug auf die schraubenförmige
Bewegung ganz beseitigt ist. Es hat sich nun aber herausgestellt, daß, wenn der
Leitkanal die Form eines Dreiecks erhält, wie Fig. 5 zeigt, die Wirkung der Pumpe
noch erhöht wird.
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Die Bauart der Pumpe nach der Erfindung geht aus Fig.6 hervor, welche
eine Innenansicht einer Hälfte des Pumpengehäuses darstellt. Der Leitkanal 4# nimmt
hierbei von der Einlaß- nach der Auslaßöffnung 5 im Querschnitt ab. Um dies in der
Zeichnung anzugeben, sind von der Mittelachse der Pumpe aus Ebenen 8-9, 8-1o und
8-i1 gelegt. Diese schneiden den Leitkanal nach Querschnitten 12, 13 und 14, welche
in Fig.6 außerhalb der Figur, um 9o° verdreht, dargestellt worden sind. Der Inhalt
der Querschnitte 12, 13, 14 usw. nimmt allmählich ab. Die Mittellinie des Leitkanals
ist durch die
gestrichelte Linie 15 dargestellt, welche auch in
den Querschnitten 12, 13 und 14 zu finden ist. Bei einer Ausführungsform der Pumpe
entfernt sich in an sich bekannter Weise die Mittellinie von der Einlaß- nach der
Auslaßöffnung allmählich von der Mittellinie 8 der Pumpe.
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Schließlich kann, wie Fig. 7 zeigt, im Leitkanal ein Kern 16 angeordnet
werden, der den ganzen Leitkanal durchsetzt und durch Stützarme mit dessen Wänden
verbunden sein kann. Der Kern unterstützt die schraubenförmige Bewegung der Flüssigkeit
und erhöht bei einigen Ausführungsformen die Wirkung der Pumpe.
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Um dem Wasser bei seiner fortschreitenden Bewegung durch- den Leitkanal
gleichzeitig eine schraubenförmige Bewegung zu geben, können Leitschaufeln 17 in
dem Leitkanal angebracht werden, deren Ganghöhe von der Einlaß- nach der Auslaßöffnung
der Pumpe abnimmt.
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Zum Vergleich zwischen der Förderhöhe einer bekannten und einer Pumpe
gemäß der Erfindung wird auf Fig.8 verwiesen. Die Linie O-V gibt die Leistung in
Liter pro Minute und die Linie O-H die manometrische Druckhöhe H in Metern Wassersäule
an, und zwar für Pumpen mit einem Flügelrad von i50 mm Durchmesser in der Mittellinie
und einer Umdrehungszahl von 1450 pro Minute. Die Kurve A gilt- für eine normale
übliche Wasserringpumpe, die Kurve B für die beste Pumpe dieser Art, z. B. die Sihi-Pumpe,
und die Kurve C für die Pumpe gemäß der Erfindung.
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Die Erfindung soll natürlich nicht auf einseitig wirkende Pumpen gemäß
der Zeichnung beschränkt werden, sie erstreckt sich vielmehr auch auf doppeltwirkende
Pumpen, bei denen also an beiden Seiten des Schaufelrades ein Leitkanal vorgesehen
ist.