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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine einstufige, selbstansaugende Kreiselpumpe mit eingebautem Ejektor,
die gewöhnlich
als Flachwasser-Ejektorpumpe bezeichnet wird, des Typs, der einen
Diffusor mit einem Rückführkanal
stromabwärts
vom Laufrad umfasst und mit einer Vorrichtung zur Verbesserung der
Arbeitsleistung versehen ist.
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Die Entwicklung von Flachwasser-Ejektorpumpen
ist darauf gerichtet, die Selbstansaugfähigkeit und die Betriebsleistung
zu erhöhen
sowie die Abmessungen und das Arbeitsgeräusch der Pumpe zu reduzieren.
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Eine mittlerweile immer mehr angewandte Lösung zum
gleichzeitigen Erzielen dieser Merkmale, die im Übrigen kaum miteinander vereinbar
sind, besteht darin, die tangentiale Komponente der Strömung (oder
des Fluidstroms) an der Wandung, die aus dem gewöhnlichen Diffusor um den Laufradumfang
heraustritt, durch einen mit einem Rückführkanal versehenen Diffusor
zu beiseitigen. Dieser Rückführkanal
befördert
das Fluid durch Leitschaufeln von der Wandung zu einer zentralen Öffnung in
der Druckkammer (im beruhigten Zustand) oder Ruhekammer, um die
Luft vom Wasser zu trennen (während
der Selbstansaugphase). Folglich schwächt dieser Rückführkanal
die Rotation und die Turbulenz der Strömung und die Zentrifugalwirkung
ab, die dadurch, dass sie die Luft im Kern der rotierenden Flüssigkeit
hält, die
Trennung der Luft von der Flüssigkeit verhindert.
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Der Diffusor mit einem Rückführkanal
in einer einstufigen Flachwasser-Ejektorpumpe,
der einer Kombination entspricht, die aus dem Patent
EP 0361328 des gleichen Erfinders
bekannt ist, weist einige Einschränkungen auf.
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Der Auslass des Rückführkanals, der in einem kreisförmigen Kranz
um den letzten Teil des Ejektors oder Saugkanals des Laufrads eingefasst ist,
schränkt
den radialen Raum, der verwendet werden kann, um die Strömung von
der tangentialen Richtung an der Wandung zur Achse zu lenken, ein. Ein
Teil der Strömungslinien
in den Transportkanälen stößt in Winkeln
auf den Auslass, die von der radialen Richtung verschieden sind,
was eine Rotationsrestkomponente und eine Zentrifugalrestwirkung
in der Druckkammer zur Folge hat, die die Trennung der Luft von
der Flüssigkeit
während
der Selbstansaugphase verlangsamt.
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Plötzliche Abweichungen der Strömungsrichtung
mit der Absicht, die Restrotation vor dem Rückführkanalauslass zu beseitigen,
führen
zu Reibungsverlusten und einer verschlechterten Arbeitsleistung,
ohne die Selbstansaugfähigkeit
zu verbessern.
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Es wurde festgestellt, dass die Abschwächung der
Rotation nur dann sinnvoll oder gar stärker ist, wenn auch die Strömungsgeschwindigkeit
gesenkt wird. Wenn die Restrotation durch Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit abgeschwächt wird,
wird die Trennung der Luft von der Flüssigkeit noch weiter verlangsamt.
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Die konzentrierte Strömung benutzt
zur Senkung ihrer Geschwindigkeit und ihrer Turbulenz nicht die
gesamte umgebende Flüssigkeit
und bewirkt das Mitziehen von Luft in der Flüssigkeit. Dies verlangsamt
die Ausscheidung von Luft auf der Druckseite und macht ihre Rückführung in
der Pumpe durch die Düse
dadurch, dass die Strömung
in die Nähe
des Ejektors gelenkt wird, umso leichter, je weiter sich der Auslass
der Rückführkanal
in der axialen Richtung und parallel zur Achse erstreckt.
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Die aus dem obenerwähnten Patent
bekannte Vorrichtung mit Leitschaufeln, die sich in axialer Richtung über den
Auslass des Rückführkanals
hinaus erstrecken, oder die üblichere
Vorrichtung mit longitudinalen Hängewänden, die
in der Druckkammer angeordnet sind, um die Restrotation des Fluids zu
verringern, sind nicht sinnvoll, um die Strömungsgeschwindigkeit, die das
Mitziehen in der Flüssigkeit verursacht,
zu senken.
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Die herkömmlichen Vorrichtungen, die
verwendet werden, um das Einströmen
der treibenden Flüssigkeit
in den Ejektor zu erleichtern, wie etwa das Anordnen einer Wirbelreduktionsvorrichtung
oder ablenkender Wände
in der Nähe
der Düse
zur Reduktion der Luftrückführung oder
das Anordnen eines Kanals, der den am stärksten entlüfteten Teil der Flüssigkeit
von unten hochzieht, sind für
das Erleichtern der Luftausscheidung auf der Druckseite nicht sinnvoll,
da sie die Fluidturbulenz in der Trennkammer, die sich stromaufwärts von
den Vorrichtungen in der Nähe
der Düse
befindet, nicht abschwächen.
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Wegen der obenerwähnten Einschränkungen
kann der Rückführkanal
die Rotation, die Geschwindigkeit und die Turbulenz der Strömung nur teilweise
reduzieren und ermöglicht
allein oder mit anderen herkömmlichen
Elementen gekoppelt kein Beseitigen der negativen Restauswirkungen
für die Trennung
der Luft von der Flüssigkeit
und eine schnelle Pumpen-Selbstansaugung bei den größten Förderhöhen. Deshalb
ist es erforderlich, eine Druckkammer mit einer Flüssigkeitsreserve
zu haben, die geeignet ist, das Mitziehen von Luft zu verhindern, die
Geschwindigkeit zu verlangsamen und die Strömungsrestturbulenz abzuschwächen.
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Die herkömmliche Ausführungsform
weist außerdem
den Nachteil auf, dass sie Diffusoreinlässe mit einer Konfiguration
benötigt,
die geeignet ist, am Laufradauslass, so viel Luft anzusammeln, wie
in der Druckkammer aus der Flüssigkeit
trennbar ist. Tatsächlich
hängt die
Möglichkeit
einer schnelleren Trennung der Luft von der Flüssigkeit in der Druckkammer,
wie später
noch erläutert
wird, auch von der Art und Weise ab, wie Luft stromaufwärts am Laufradauslass
gesammelt wird.
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Es sind einige Ausführungsformen
mehrstufiger Ejektorpumpen wie beispielsweise jene Pumpe, die in
DE 2249883 gezeigt ist,
bekannt, in der Rückführkanäle vorhanden
sind, die den Zweck haben, das ausströmende Medium von einem Laufrad
zur Eintrittsöffnung
des nachfolgenden Laufrads zu befördern, und bei der das Fluid
vom letzten Laufrad weg unter Drehbewegung ausströmt.
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Diese Drehbewegung der Strömung in
der Druckkammer, die mit der Austrittsöffnung kommuniziert, verlangsamt
die Trennung der Luft von der Flüssigkeit.
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Außerdem sind die Ausführungsformen
mit den Rückführkanälen ohne
einen stationären
Leit- oder Verdichtungsteil um den Umfang jedes Laufrads nicht geeignet,
den gasförmigen
Anteil des Fluids, das vom ersten Laufrad und/oder von den nachfolgenden
Laufrädern
kommt, schnell zu sammeln und in die Rückführkanäle abzuleiten.
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Die Möglichkeit, die Luft am Laufradauslass schneller
zu sammeln, hängt
davon ab, ob die Trennung der in die Druckkammer gelangenden Luftmenge,
die dann am größten ist,
wenn die Selbstansaugphase durch die größten Saughöhen verlängert ist, gelingt.
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Die Rückführkanäle können mit einem gewöhnlichen
radialen Diffusor um den Laufradumfang gekoppelt werden, was zum
gleichen Ergebnis der Reduktion der Rotation und der Strömungsturbulenz in
der Druckkammer führt.
Die Ausführungsformen, die
den gewöhnlichen
radialen Diffusor beibehalten und lediglich den Rückführkanal
hinzufügen,
wie jene die in
EP 0401670 und
US 5100289 gezeigt sind,
umgehen einen größeren Planungs-
und Versuchsaufwand, um die Diffusor- und Transportfunktionen in
einer kontinuierlichen Einbautenreihe am besten zu kombinieren,
jedoch besitzen sie noch weitere Nachteile.
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Ein Nachteil besteht in dem starken
Anwachsen des Arbeitsgeräuschs
der Pumpe infolge der Kontinuitätsunterbrechung
in der Folge der Einbauten durch die Kombination zweier getrennter
Einbautenabschnitte bei einer Richtungsänderung der Ablenkung von der
radialen, zentrifugalen Richtung im Diffusor am Laufradauslass zur
radialen, zentripetalen Richtung im Rückführkanal. Die daraus resultierende
Unterbrechung der Lenkung der Richtung und der Strömungsgeschwindigkeit
führt zu
einer verschlechterten Betriebsleistung. Diese Unterbrechung der
Lenkung der Richtung und der Strömungsgeschwindigkeit
verstärkt
wegen des Anstiegs der Menge an gelöster Luft und getrennter Luft
in Blasen, die durch die Flüssigkeit
in der Pumpe mitgezogen wird, das Eigengeräusch des Fluids während des
Selbstansaugvorgangs wesentlich. Dieses Geräusch wird noch wesentlich stärker, wenn
das Pumpengehäuse aus
dünnem
Stahlblech hergestellt ist.
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Ein weiterer Nachteil ist, dass bei
einem gewöhnlichen
Diffusor die Möglichkeit
der Verkleinerung der radialen Abmessungen des Pumpengehäuses durch
die in Kombination mit dem Rückführkanal möglichen
Diffusorkonfigurationen hinsichtlich eines begrenzten Durchmessers
bei einem ringförmigen oder
tendenziell radialen, zentripetalen anstatt einem radialen, zentrifugalen
Verlauf nicht genutzt wird. Der größte Durchmesser der Pumpe bringt
Nachteile bezüglich
der Kosten und der Verwendung der Pumpe in engen Räumen mit sich,
erhöht
jedoch auch den spezifischen Druck auf den Diffusor und auf die Rückführkanalwände, wodurch
sich im Fall eines Temperaturanstiegs und eines Druckanstiegs wegen eines
temporären
und gelegentlichen Vorgangs mit geschlossenen Verbindungen die Gefahr
bleibender Verformungen zunimmt, wenn die Wände aus Kunststoff gefertigt
sind. Bei Verwendung des gewöhnlichen
radialen Diffusors wird die Möglichkeit,
die Pumpengehäuseabmessungen
dank der Möglichkeit,
die Selbstansaugung wegen der verringerten Strömungsturbulenz, die mit dem
Rückführkanal
erzielt wird, mit einer kleineren Flüssigkeitsreserve zu erreichen,
nicht ausgenutzt.
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Ein weiterer Nachteil ist, dass ein
gewöhnlicher
radialer Diffusor um den Laufradumfang während des Anlaufs des Laufrads
wegen seiner Einlasswinkelkonfiguration das Auslaufen der Flüssigkeit
auf der Druckseite leichter macht.
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Während
des Anlaufs gibt die Pumpe bei einer Saughöhe gleich null vorübergehend
die größte Liefermenge
ab, da alle darin enthaltenen Kammern und Kanäle, sogar zeitweise jene auf
der Saugseite des Laufrads, mit Flüssigkeit vorgefüllt sind.
Die kinetische Energie und der Schub der Flüssigkeit, die aus dem Diffusor
austritt, bewirkt, dass sogar ein Teil der Flüssigkeit, die in der Druckkammer
enthalten ist und ein Teil der treibenden Flüssigkeit ist, die für den Selbstansaugvorgang
in der Pumpe bleiben muss, ausläuft
und von der Austrittsöffnung
abgegeben wird, während
die Luft auf der Druckseite entweicht.
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Dieses Auslaufen von Flüssigkeit
während des
Anlaufs ist in den Pumpen, die eine höhere Liefermenge und größere Durchlässe im Ejektor
und im Laufrad aufweisen und ohnehin eine größere Treibflüssigkeitsreserve
benötigen,
stärker.
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Das Auslaufen von Flüssigkeit
während
des Anlaufs beeinträchtigt
die Selbstansaugfähigkeit
der Pumpe.
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Die wegen der ausgetretenen Flüssigkeit nach
dem Anlauf in der Druckkammer vorhandene Lufttasche behindert den
nachfolgenden Selbstansaugvorgang. Dieser Selbstansaugvorgang wird noch
stärker
behindert, wenn der an fänglichen
Lufttasche eine Rotation verliehen wird, die durch die Luft, die
vom Saugrohr kommt, versorgt wird, wobei die Flüssigkeitsreserve durch eine
Strömung,
die mit einer übermäßigen Rotationsrestkomponente
und Geschwindigkeit in die Kammer eintritt und die Luft durch die
Restzentrifugalkraft der Flüssigkeit
und wegen der Mitziehungswirkung infolge der Strömungsgeschwindigkeit hält, in der
Druckkammer verbleibt.
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Ein gewöhnlicher radialer Diffusor
um den Umfang des Laufrads sammelt die aus dem Laufrad austretende
Luft schnell und lässt
diese schneller und in größerer Menge
aus dem Rückführkanal
in die Druckkammer gelangen. Es wurde beobachtet, dass diese größere Menge
an ankommender Luft, deren Trennung von der Flüssigkeit in der Druckkammer und
deren Ausscheidung auf der Druckseite bei Pumpen, die eine höhere Liefermenge
aufweisen, bei einer höheren
Strömungsgeschwindigkeit
am Auslass des Rückführkanals
oder bei einer unzureichenden Flüssigkeitsreserve
dann, wenn die Selbstansaugphase bei überdurchschnittlichen Förderhöhen verlängert ist,
verlangsamt. Die fortschreitende Zunahme der Luftmenge in der Trennkammer
und die Rückführung in
der Pumpe durch die Düse
und der Temperaturanstieg der Flüssigkeit
infolge der Reibung bei der Rückführung bewirken
eine Sättigung
mit "Flutungseffekt", die bei den größten Förderhöhen das
Fortsetzen des Vorgangs der Trennung von Luft und Flüssigkeit
nicht zulässt.
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Manchmal ist es möglich, die Selbstansaugung
durch vorgeschaltete Vorrichtungen wie etwa ein hochliegendes Rohr,
das an der Austrittsöffnung vor
dem Auslass des Rohrs selbst vorgesehen ist, die Flüssigkeitsmenge,
die andernfalls während
des Anlaufs auf der Druckseite abgegeben würde, zurückzuhalten und die anfängliche
Lufttasche in der Pumpe zu verhindern oder zu verkleinern. Es kann manchmal
nützlich
sein, vor jedem Anlauf das Sperrventil auf der Druckseite zu schließen. Wenn
selbst solche Vorrichtungen nicht ausreichend sind, um die Selbstansaugung
zu erreichen, bleibt nichts anderes übrig, als ein Saugventil einzusetzen,
das die Pumpe auch bei einem mit Flüssigkeit vorgefüllten Saugrohr wie
eine gewöhnliche
nicht selbstansaugende Kreiselpumpe in Gang setzt.
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Die vorliegende Erfindung richtet
sich auf das Beseitigen aller obenerwähnten Einschränkungen
und Nachteile eines Diffusors mit einem Rückführkanal in einer einstufigen
Flachwasser-Ejektorpumpe.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
besteht darin, die Selbstansaugfähigkeit
der Pumpe bei den größten Saughöhen, die
der atmosphärische
Druck zulässt,
durch eine weitere Herabsetzung der Geschwindigkeit der Restrotation
und der Fluidturbulenz in der Druckkammer zu verbessern.
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Ein weiteres Ziel besteht darin,
die Selbstansaugung bei einem Pumpengehäuse mit kleineren Abmessungen,
das eine kleinere Flüssigkeitsreserve enthält, zu erreichen
und/oder die Selbstansaugfähigkeit
zu verbessern, ohne die Pumpenabmessungen und die erforderliche
Flüssigkeitsreserve
zu vergrößern.
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Ein weiteres Ziel besteht darin,
das Betriebsgeräusch
während
der Selbstansaugphase und während
des beruhigten Zustands zu reduzieren.
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Ein weiteres Ziel besteht darin,
die Leistung im beruhigten Zustand bei größten Saughöhen zu verbessern.
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Ein weiteres Ziel ist die Verringerung
der Kosten der Pumpe.
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Diese Ziele und die Vorteile, die
später
deutlich werden, werden durch die Verwirklichung einer einstufigen,
selbstansaugenden Kreiselpumpe mit Ejektor erreicht, die gemäß dem Hauptanspruch
umfasst:
- – ein
Pumpengehäuse,
das eine Druckkammer enthält,
die mit einer Austrittsöffnung
kommuniziert;
- – einen
stationären
Saugkanal, der mit einem Laufrad verbunden ist, das an der Antriebswelle mit
waagerechter Drehachse verkeilt ist;
- – einen
Diffusor mit Rückführkanal,
zwischen zwei axial mit Zwischenraum angeordneten Wänden positioniert,
zwischen denen wenigstens eine Leitschaufel eingefügt ist,
wobei eine der Wände an
die Saugseite des Laufrads angrenzt und wenigstens einen Einlass
an der Außenseite
aufweist und die andere Wand wenigstens einen Auslass im zentralen
Bereich der Druckkammer aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die
Pumpe wenigstens einen Ablenker nach dem Auslass des Rückführkanals
und um den stationären Saugkanal
herum aufweist, der geeignet ist, das Fluid in divergierende Rich tungen
in der Druckkammer zu verteilen, wobei dieser wenigstens eine Ablenker
Strömungsleitmittel
aufweist.
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Einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Pumpe
sind anhand von Beispielen, jedoch keinesfalls einschränkend, in
der beiliegenden Zeichnung gezeigt, worin:
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1 einen
teilweisen Längsschnitt
der erfindungsgemäßen Pumpe
zeigt;
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2 eine
Vorderansicht der erfindungsgemäßen Pumpe
gemäß dem Schnitt
A in 1 zeigt;
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die 3, 4, 5 und 6 Einzelheiten
verschiedener Ausführungsformen
mit Bezug auf die Ausführung
von 1 zeigen;
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7 einen
teilweisen Längsschnitt
der erfindungsgemäßen Pumpe
in einer anderen Ausführungsform
zeigt;
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8 eine
Vorderansicht der erfindungsgemäßen Pumpe
gemäß dem Schnitt
B in 7 zeigt;
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die 9, 10, 11, 13, 15 und 20 teilweise Längsschnitte der erfindungsgemäßen Pumpe
gemäß nochmals
anderen Ausführungsformen
zeigen;
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12 eine
Vorderansicht der erfindungsgemäßen Pumpe,
wenn diese von C in 11 aus
gesehen wird, zeigt;
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14 eine
Vorderansicht der erfindungsgemäßen Pumpe,
wenn diese von D in 13 aus
gesehen wird, zeigt;
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die 16 und 17 zwei unterschiedliche Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Pumpe, wenn
diese von F in 15 aus
gesehen wird, zeigen;
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die 18 und 19 Einzelheiten von Vorderansichten
der erfindungsgemäßen Pumpe,
wenn diese von E in 15 aus
gesehen wird, in den verschiedenen Ausführungsformen, die in 16 bzw. 17 gezeigt sind, zeigen;
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die 21, 22 und 23 Einzelheiten von Vorderansichten der
erfindungsgemäßen Pumpe,
wenn diese von G in 20 aus
gesehen wird, gemäß der drei
verschiedenen Ausführungsformen
zeigen.
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Die Pumpe, die der Gegenstand der
Erfindung ist, ist in der Zeichnung in Teilansichten gezeigt und
als Gesamtheit mit 1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106 bezeichnet.
Gemäß einer
bevorzugten funktionalen Ausführungsform,
die in den 1 und 7 in zwei Ausführungen
gezeigt ist, umfasst die Pumpe ein Pumpengehäuse 2, 20,
in der die Druckkammer 3, 30 mit der Austrittsöffnung 4, 40,
die am oberen Teil der Kammer angeordnet ist, kommuniziert; wobei
zwischen die Saugöffnung
(die in der Zeichnung nicht sichtbar ist) der Pumpe und ein Laufrad 6, 60,
das an der Antriebswelle mit waagerechter Drehachse 7, 70 verkeilt
ist, ein Ejektor geschaltet ist.
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Der Ejektor 5 bildet unmittelbar
den stationären
Saugkanal des Laufrads 6 oder kann mit dem Laufrad 60 über einen
Kanal oder eine Verbindung 80, die zwischen dem Ejektor 50 und
dem Laufrad 69 angeordnet ist, verbunden sein, wobei der
Ejektor 5, 50 die entsprechende Zuführdüse (die
in der Zeichnung nicht sichtbar ist) enthält, die ihrerseits durch die
treibende Flüssigkeit
in der Druckkammer 3, 30 versorgt wird.
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Das Anordnen des Ejektors in der
Pumpe kann beliebig sein: koaxial zur Laufraddrehachse, wie in der
Zeichnung gezeigt ist, oder parallel oder quer zu dieser Achse,
wobei der Ejektor bei jeder Anordnung in irgendeiner Weise, durch
einen Kanal oder eine Verbindung, mit der Saugöffnung des Laufrads verbunden
ist.
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Stromabwärts vom Laufrad 6, 60 befindet sich
ein Diffusor mit einem Rückführkanal 9, 90,
wobei wenigstens eine dazwischengesetzte Leitschaufel 14, 140 das
aus dem Laufrad 6, 60 austretende Fluid in den
zentralen Teil der Druckkammer 3, 30 befördert. Der
im Wesentlichen radiale, zentripetale Rückführkanal 9, 90 ist
zwischen zwei axial beabstandeten Wänden angeordnet. Eine Wand 10, 107 besitzt
am Umfang 11, 110 wenigstens einen Auslass.
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Die Wand 10, 107 ist
an die Saugseite des Laufrads 6, 60 angrenzend
angeordnet und mit dem stationären
Saugkanal 5, 50, 80 verbunden, wobei gegebenenfalls
Dichtungsmittel 18, 180 dazwischengelegt sind.
Die andere Wand 12, 120 ist innerhalb einer zylindrischen
Umfangsfläche 200, 201 des
Pumpengehäuses 2, 20 eingesetzt
und mit wenigstens einem Auslass 13, 130, der
360° in
einem kreisförmigen
Kranz um den stationären
Saugkanal 5, 50, 80 des Laufrads 6, 60 einnimmt,
versehen.
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Wie in den 2 und 8 gezeigt
ist, bilden mehrere Leitschaufeln 14, 140, wenn
sie in den Rückführkanal 9, 90 eingesetzt
sind, Förderkanäle mit Auslässen 13, 130,
die durch die Leitschaufeln 14, 140 getrennt sind.
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Der Diffusor mit einem Rückführkanal
kann irgendeine Kombination aus den zwei Funktionen, Diffusor und
Kanal, für
das Fördern
vom Laufradumfang in Richtung der Achse besitzen, miteinander verbunden
oder gekoppelt, nebeneinanderliegend und aufeinander folgend, weshalb
sie im Verlauf mit einer kontinuierlichen Lenkung der Strömungsgeschwindigkeit
und der Strömungsrichtung
und ebenso in der Änderung
der Richtung der Ablenkung von der radialen, zentrifugalen Richtung
oder der tangentialen Umfangsrichtung zur radialen, zentripetalen Richtung
im Rückführkanal
unterscheidbar oder so kombiniert sind, dass sie nicht unterscheidbar
sind.
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Hinter dem Auslass 13, 130 des
Rückführkanals 9, 90,
nachdem eine erste Reduktion der Geschwindigkeit, der Rotation und
der Strömungsturbulenz
bereits erzielt worden ist, befindet sich wenigstens ein im Wesentlichen
ringförmiger
Ablenker 15, 150, um das vom Rückführkanal 9, 90 kommende Fluid
in verschiedenen divergierenden und konvergierenden Richtungen,
die durch die Pfeile 16–17, 160–170 bezeichnet
sind, zur Außenseite
und zur Innenseite des Ablenkers 15, 150 zu lenken
und zu verteilen. Der wenigstens eine Ablenker 15, 150 ist
so angeordnet, dass er eine konzentrierte Strömung verhindert und ferner
die Geschwindigkeit, die Restrotation und die Restturbulenz des
Fluids in der Druckkammer 3, 30, verhindert, wobei
er die Lenkung der Strömung
ohne einen zusätzlichen
Verlust fortsetzt, was die im Fluid enthaltene Luft den Weg des
geringsten Widerstands verfolgen lässt.
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Die Erfindung wendet in einer Ejektorpumpe das
Prinzip des geringsten Wi derstands an, das in der technischen Literatur
der Kreiselpumpen bei der Laufradlösung zur Steuerung der Fluidvorrotation
in Betracht gezogen wird. Die vorliegende Erfindung wendet das Prinzip
des Wegs des geringsten Widerstands stromabwärts vom Laufrad durch eine
Vorrichtung an, die durch wenigstens einen Ablenker, der die Steuerung
der Geschwindigkeit, die Restrotation und -turbulenz der Strömung (oder
des Fluidstroms) über
den Rückführkanal
hinaus fortsetzt, gebildet ist, um den Beginn der Trennung von Luft
und Flüssigkeit
vorzuverlegen. Diese Vorrichtung sieht mehrere Auslässe des
Rückführkanals
am Einlass in die Druckkammer vor, die die Strömung in verschiedene Richtungen
verteilen und eine konzentrierte axiale Strömung verhindern, um die Luft
unabhängig von
den Hauptverläufen
der Flüssigkeit
den Weg des geringsten Widerstands verfolgen zu lassen. Deshalb
wird eine zeitweise Trennung oder teilweise Trennung der Luft von
der Flüssigkeit
erreicht, die das Erzielen einer in der Druckkammer oder Trennkammer
erreichten schnelleren definitiven Trennung bei einem sich im beruhigten
Zustand befindenden Fluid erleichtert. Wie in den 1, 3, 4, 5 und 6 gezeigt
ist, kann der wenigstens eine Ablenker 15, der im Wesentlichen
eine ringförmige
Ablenkplatte bildet, radiale Umrisse unterschiedlicher Formen aufweisen:
kegelstumpfartig, glockenförmig,
gekrümmt oder
flach.
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Der wenigstens eine Ablenker 15, 150 kann im
Wesentlichen ringförmige
frontale Umrisse oder eine Konfiguration mit Segmenten haben, die
im Wesentlichen kreisförmig,
gleichbeabstandet oder unterschiedlich angeordnet oder winklig und
radial beabstandet sind, gleich sind oder eine unterschiedliche Weite
und/oder unterschiedliche Formen aufweisen, frontal nebeneinander
liegen, wie in 2 gezeigt
ist, oder voneinander getrennt sind und durch im Wesentlichen radiale
Einbauten oder Wände 14, 19 definiert
sind, wie in 2 gezeigt
ist, oder eine Konfiguration mit Keulen haben, die durch mit den
Leitschaufeln verbundene Längsstege
getrennt sind.
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Der wenigstens eine im Wesentlichen
ringförmige
Ablenker 15, 150 ist in Bezug auf den Auslass 13, 130 des
Rückführkanals 9, 90 durch
Strömungsleitmittel,
die aus mehreren Wänden 14, 19 oder
aus Leitschaufeln 190 bestehen, so angeordnet, dass die
Restrotation und die Turbulenz des aus dem Rückführkanal 9, 90 austretenden
Fluids am Einlass der Druckkammer 3, 30 beseitigt
oder verringert sind.
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Zusätzlich zu den Wänden oder
Leitschaufeln 14, 19, 190, die an den
Ablenker 15, 150 angrenzen, können zur Reduktion der Restrotation
und der Strömungsturbulenz
am Einlass der Druckkammer 3, 30 mehrere Leitrippen 197, 198,
die im Wesentlichen radial am stationären Saugkanal 5, 50, 80 und
getrennt vom Ablenker 15, 150 angeordnet sind,
mit dem Ablenker 15, 150 gekoppelt werden.
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In den in den 9, 10, 11 und 13 gezeigten verschiedenen Ausführungsformen
kann um den Abschlussteil des stationären Saugkanals 53, 54, 81, 82, 83, 84 wenigstens
ein im Wesentlichen kreisförmiger
Ablenker 153, 157, 158, 159 mit
dem Laufrad 61, 62, 63, 64 verbunden
sein. Die Konfiguration des kreisförmigen Ablenkers 153, 157, 158, 159,
der eine im Wesentlichen kreisförmige
Prallfläche
bildet, ist geeignet, das aus dem Rückführkanal 91, 92, 93, 94 austretende
Fluid in divergierende oder tendenziell zentrifugale Richtungen
zum Einlass der Druckkammer 31, 32, 33, 34 zu
lenken.
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Die im Wesentlichen kreisförmige Prallfläche 157, 158, 159 um
den stationären
Saugkanal 54, 81, 82, 84 kann
mit wenigstens einer durch die Leitschaufeln 191, 192, 194 verbundenen
konzentrischen ringförmigen
Prallfläche 151, 152, 154 gekoppelt
sein.
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Deshalb werden am Auslass 131, 132, 134 des
Rückführkanals 91, 92, 94 am
Einlass der Druckkammer 31, 32, 34 verschiedene
Richtungen des Fluids erhalten, die mit den Pfeilen 161–171, 162–172, 164–174 bezeichnet
sind.
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Um die im Wesentlichen ringförmige Prallfläche 153, 157, 158, 159 können mehrere
Leitschaufeln 191, 192, 194 oder Leitrippen 193 angeordnet sein,
die als Strömungsleitmittel
wirken und geeignet sind, die Restrotation und die Turbulenz des
Fluids zu beseitigen oder zu verringern.
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In der in den 11 und 12 gezeigten
Ausführungsform
verhindert die im Wesentlichen kreisförmige Prallfläche 153,
die dem Auslass 133 des Rückführkanals 93 zugewandt
ist und um den Abschlussteil des stationären Saugkanals 53, 83 angeordnet
ist, eine konzentrierte axiale Strömung und das nachfolgende Mitziehen
von Luft durch die Flüssigkeit
und lenkt dann, wenn sie im zentralen Teil der Pumpe angeordnet
ist, die Strömung
von der Richtung zur Düse
ab und senkt somit die Luftrückführung. Die Öffnung zwischen
dem Auslass 133 des Rückführkanals 93 und
dem Abschlussteil des Ablenkers 153 vergrößert den
Auslassquerschnitt des Rückführkanals
und setzt die Eintrittsgeschwindigkeit der Strömung in die Druckkammer 33 herab.
Durch die divergierenden oder tendenziell zentrifugalen Richtungen 163, 173 des
Fluids wird die umgebende Flüssigkeit
verwendet, um die Strömungsturbulenz, die
es in der Druckkammer 33 verteilt, aufzuhalten. Beim Richtungswechsel
des Fluids vom Auslass 133 des Rückführkanals 93 neigt
die Flüssigkeit
dazu, bis zum Ende des Ablenkers 153, in den Richtungen,
die mit den Pfeilen 173 bezeichnet sind, entlang des Ablenkers 153 zu
strömen.
Die Luft neigt dazu, mehr innere, mit den Pfeilen 163 bezeichnete
Richtungen, in die die Flüssigkeit
strömt,
einzuschlagen und dem Weg des geringsten Widerstands zu folgen,
wobei sie sich zeitweise oder teilweise von der Flüssigkeit trennt,
was die in der Druckkammer 33 erreichte definitive Trennung
bei einem sich im beruhigten Zustand befindenden Fluid erleichtert.
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Um die Strömung in nochmals anderen Richtungen
in der Druckkammer 33 zu verteilen, können die Segmente des Ablenkers 153 Neigungen, und/oder
Formen zwischen den Leitrippen 193 aufweisen, die voneinander
verschieden sind.
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In einer in den 15, 16 und 18 gezeigten anderen Ausführungsform
ist der wenigstens eine Ablenker 155 durch Wände gebildet,
die im Wesentlichen gleichmäßige und übereinstimmende
Umrisse, unabhängig
von den möglichen
unterschiedlichen Weiten dieser Umrisse, auf Ebenen, die zur Formteilungsebene
parallel sind und vorzugsweise auf der waagerechten Achse 75 liegen,
und orthogonale Umrisse, die zur Ebene 75 lotrecht stehen,
haben.
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Der wenigstens eine Ablenker 155,
der dem Auslass 135 des Rückführkanals 95 zugewandt
ist und um den Abschlussteil des mit dem Laufrad 65 verbundenen
stationären
Saugkanals 55, 85 angeordnet ist, besitzt geneigte
Seiten, die mit der Außenseite
des Saugkanals 55, 85 an Längsstegen 199, die zur
Strömungsquelle
gerichtet sind, verbunden sind, wobei der wenigstens eine Ablenker 155 geeignet
ist, das aus dem Rückführkanal 95 austretende
Fluid in seitlich entgegengesetzte Richtungen 165, 175 zu lenken
und zu verteilen. Die Längsstege 199,
die möglichen
Leitrippen 195 als Strömungsleitmittel
und der Ablenker 155 sind so angeordnet, dass die Restrotation
und die Strömungsturbulenz,
die aus dem Rückführkanal 95 herauskommen,
beseitigt oder verringert sind.
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Der wenigstens eine Ablenker 155 führt eine Verteilung
der Strömung
nicht nur in die seitlich entgegengesetzten Hauptrichtungen 165, 175,
sondern auch über
andere Wege in unterschiedliche Richtungen herbei, verringert deren
Geschwindigkeit in der Druckkammer 35 und verwendet die
umgebende Flüssigkeit,
um die Restturbulenz aufzuhalten und das Mitziehen von Luft in der
Flüssigkeit
zu verringern, wobei er die Luft nach dem Rückführkanal 95 den Weg
des geringsten Widerstands verfolgen lässt, um in die Druckkammer 35 zu
einer zeitweisen oder teilweisen Trennung von der Flüssigkeit
zu kommen, was eine in der Druckkammer 35 erreichte definitive Trennung
bei einem sich im beruhigten Zustand befindenden Fluid erleichtert.
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Der frontale Umriss des wenigstens
einen Ablenkers 155 kann vieleckig, kreisförmig oder
gemischtlinear sein.
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Die Umrisse des wenigstens einen
Ablenkers 155 auf parallelen Ebenen in Bezug auf eine Ebene
auf der waagerechten Achse 75, vorzugsweise gleichförmig, um
ohne jeglichen Unterschnitt und mit einer gleichmäßigen Dicke
das Gießen
zu erleichtern, können
verschiedene Konfigurationen aufweisen. Die Grundkonfiguration kann
beispielsweise eine Konfiguration mit geneigten, flachen oder konkaven
Wänden,
die in Richtung der Strömungsquelle auf
einer Ebene, die lotrecht zur waagerechten Achse 75 steht,
aneinander anschließen.
Eine andere Grundkonfiguration kann eine Konfiguration mit einem
konvexen Ablenker oder einem Ablenker mit einem asymmetrischen Umriss
oder jede andere Konfiguration sein, die geeignet ist, das aus dem
Rückführkanal 95 austretende
Fluid in verschiedene Richtungen zu lenken und zu verteilen und
die Restrotation, Geschwindigkeit und Turbulenz der Strömung in der
Druckkammer 35 zu beseitigen oder zu verringern.
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Wie in den 15, 17 und 19 gezeigt ist, kann der
Ablenker 155 mit anderen Ablenkern 215, vorzugsweise
mit einem anderen Weiten- bzw. Höhenmaß und parallel
und lotrecht zur Formteilungsebene und vorzugsweise auf der waagerechten
Achse 75 angeordnet gekoppelt sein. Die seitlich vom Ablenker 155 mit
den Längsstegen 199 nach
Art einer Blumenkrone auf einem Pflanzenstängel am Abschlussteil des stationären Saugkanals 55, 85 angeordneten
Ablenker 215, die teilweise mit den Leitrippen 195 verbunden
sind, sind so angeordnet, dass sie das aus dem Rückführkanal 95 austretende
Fluid in verschiedene Richtungen 165, 167, 175, 177 lenken
und verteilen, dessen Geschwindigkeit herabsetzen und so die Restrotation
und Turbulenz des Fluids in der Druckkammer 35 beseitigen
oder verringern.
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In den in den 20, 21, 22 gezeigten verschiedenen
Ausführungsformen
bilden mehrere im Wesentlichen ringförmige, konzentrische Einbauten 156, 315,
die durch Strömungsleitmittel
verbunden sind, die aus mehreren im Wesentlichen radialen Leitschaufeln 196 bestehen,
vom Rückführkanal 96 zum
Einlass der Druckkammer 36 einen so genannten Wabengleichrichter
mit verschiedenen Auslässen 166, 176, 178.
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Die gekoppelten Ablenker 155–215 können sich
frontal wenigstens teilweise überlappen,
oder die Ablenker 151–157, 152–158. 156–315 können sich
radial wenigstens teilweise überlappen,
oder die Ablenker 154–159 können ohne
jegliche frontale oder radiale Überlappung
gekoppelt sein. Die Konfigurationen der gekoppelten können den
bevorzugten Gießmöglichkeiten
entsprechend verschieden sein. Es ist auch möglich, spiralförmige und/oder
schraubenförmige
Verläufe
eines oder mehrerer Ablenker zu erhalten, wobei die Anfangs- und
Endabschnitte 156, 315 asymmetrisch sind und eine
Form, Abmessungen oder Positionen besitzen, die sich radial, winklig
und axial voneinander unterscheiden, wie dies beispielsweise in 23 gezeigt ist.
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Die Strömungsleitmittel, die aus den
Wänden
oder im Wesentlichen radialen Leitschaufeln 19, 190, 191, 196 bestehen,
können
mit der Wand 12, 120, 121, 126,
die den Auslass 13, 130, 131, 136 des Rückführkanals 9, 90, 91, 96 aufweist,
verbunden sein. Deshalb bilden der wenigstens eine Ablenker 15, 150, 151, 156, 315,
die Strömungsleitmittel 19, 190, 191, 196 und
die Wand 12, 120, 121, 126 ein einziges
Teil. Deshalb können
der wenigstens eine Ablenker 15, 150, 151, 156, 315 mit
den Strömungsleitmitteln 19, 190, 191, 196 oder
den Schaufeln 14 auch dazu dienen, die Wände des
Diffusors mit Rückführkanal 9, 90, 91, 96 gegen
Verformungen infolge von Temperatur- und Druckan stiegen strukturell zu
verstärken.
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Der Ablenker 15 kann in
Bezug auf den Auslass 13 durch Verlängerungen der Leitschaufeln 14 des
Rückführkanals 9 über den
Auslass 13 hinaus positioniert sein. Deshalb bilden der
Ablenker 15 und die Leitschaufeln 14 ein einziges
Teil.
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Um die Wand 121, 126 mit
den Leitschaufeln 191, 196 und den Ablenkern 151, 156, 157, 315 weiter
zu verstärken,
kann eine Abstützung
an einer Schulter 27, 227 um den stationären Saugkanal 51–81, 56–86 vorgesehen
sein.
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Wie in 10 gezeigt
ist, können
die Transportkanäle 92 durch
den Zickzackverlauf einer der beiden Wände 109, 122 in
Korrespondenz mit den Kanälen 92 und
zwischen einem Transportkanal und dem anderen verbunden ausgebildet
sein, wobei durch die Leitschaufeln 142 in einem Winkel
von 360° um
den stationären
Saugkanal 52, 82 beabstandete Auslässe 132 gebildet
sind und sich zwischen einem Kanal und dem anderen Dichtungen 147 befinden.
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Wie in den 10 und 11 gezeigt
ist, können der
wenigstens eine Ablenker 152, 153, 158 als
Vorrichtung, die die Pumpe der Erfindung kennzeichnet, ein Teil
sein, das um den Abschlussteil des stationären Saugkanals 52, 53, 82, 83 verkeilt
ist und zwischen der Wand 109 in der Nähe des Laufrads 62 oder
zwischen der Kranzstirnfläche 127 oder
dem zentralen Teil der Wand 210 in der Nähe des Laufrads 63 und
einer frontalen Schulter 28, 128 eingeschlossen
ist, wobei zur Positionierung und zur Verhinderung von Winkelverschiebungen
Halteelemente 29, 129 vorgesehen sein können.
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Wie in den 13 und 15 gezeigt
ist, kann die Vorrichtung mit dem stationären Saugkanal 54, 55, 84, 85 gekoppelt
sein. Deshalb bilden der Ablenker 154, 155, 159, 215 und
der stationäre
Saugkanal 54, 55, 84, 85 ein
einziges Teil.
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Die Teile, die den Diffusor mit Rückführkanal und
die obenbeschriebene Vorrichtung bilden, können aus demselben Material
gefertigt und aus durch Schweißen
aneinander gefügten
Teilen oder aus mit lösbaren
Systemen verbundenen Teilen oder aus Teilen aus verschiedenen oder
unähnlichen
Materialen wie etwa Metall und Kunststoff oder aus synthetischen
Materialien gebildet sein, die durch herkömmliche Systeme zum Verbinden
oder Formen von Teilen aus unähnlichen
Materialien verbunden sind. Die Teile können eine stabile Form besitzen
und aus steifen Werkstoffen gefertigt sein, wobei Abschnitte der Vorrichtung
auch nachgiebig und aus verformbaren, elastischen Materialien gefertigt
sein können.
Die Teile können
durch verschiedene strukturelle Formen und verschiedene Materialien
hergestellt sein, um komplementäre
Funktionen zu erhalten wie etwa das Erhöhen des Widerstands gegen Verformungen
infolge von Temperatur- und Druckanstiegen, gegen den Schub der
Strömung,
die aus dem Rückführkanal austritt,
gegen korrodierende Flüssigkeiten,
gegen den Verschleiß infolge
von scheuernden Teilen, zur Verbesserung der Leistung und zur Aufrechterhaltung
der Haftung der Rückführkanalwände an den dazwischengeschalteten
Schaufeln, wodurch Infiltrationen verhindert werden, wenn die Schaufeln
Bereiche mit einem unterschiedlichen Druck zwischen einem Kanal
und dem anderen trennen.
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Die obenbeschriebene mit einem Diffusor
mit Rückführkanal
gekoppelte Vorrichtung verbessert die Selbstansaugfähigkeit
einer Flachwasser-Ejektorpumpe bei den größten durch den atmosphärischen Druck
zugelassenen Saughöhen.
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Die bessere Selbstansaugfähigkeit
wird durch die Reduktion der Restrotation, der Geschwindigkeit und
der Turbulenz der Strömung
in der Druckkammer erreicht, wodurch die verbleibende Zentrifugalwirkung,
die die Luft in der Flüssigkeit
hält, und
der Effekt, dass die Luft infolge der Geschwindigkeit einer konzentrierten
Strömung
in der Flüssigkeit
mitgezogen wird, verhindert werden und die Rückführung der Luft durch die Düse reduziert
wird.
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Die verschiedenen Auslässe vom
Rückführkanal
in die Druckkammer oder Trennkammer lassen die in dem aus dem Rückführkanal
austretenden Fluid enthaltene Luft unabhängig von den Hauptverläufen der
Flüssigkeit
den Weg des geringsten Widerstands verfolgen. Das Ergebnis ist an
den Durchlässen,
an denen das Fluid seine Mischzustandshomogenität verliert, eine zeitweise
Trennung oder eine teilweise Trennung der Luft von der Flüssigkeit,
die eine schnellere definitive Trennung von Luft und Flüssigkeit
erleichtert, die bei einem beruhigten Zustand des Fluids in der
Druckkammer erreicht wird, da die Luft in der Flüssigkeit nach oben strebt und
die entlüftete
Flüssigkeit
in diesem beruhigten Zustand zum Dekantieren neigt.
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Da die Vorrichtung eine schnellere
Trennung der Luft von der Flüssigkeit
in der Druckkammer ermöglicht,
was dazu führt,
dass die Luft schneller aus der Pumpe entweicht und der Düse entlüftete Treibflüssigkeit
zugeführt
wird, ist es auch möglich,
zusätzlich
zu Konfigurationen des Diffusors und des Rückführkanals, die bei kleinen radialen
Abmessungen und bei einem Zug von Leitschaufeln mit einer kontinuierlichen
Lenkung der Richtung und der Strömungsgeschwindigkeit
geeignet sind, beim Anlauf das Auslaufen von Flüssigkeit auf der Druckseite
zu begrenzen, Konfigurationen der Diffusoreinlässe vorzusehen, die die vom
Laufrad kommende Luft schneller sammelt, ohne den größten Teil
der Luft, die in die Trennkammer gelangt, zurückzuhalten und ohne die Luft
mit der Flüssigkeit
zurückzuführen, wenn
die Selbstansaugphase bei größten Saughöhen verlängert ist.
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Vorteilhaft ermöglicht die bessere Selbstansaugfähigkeit
die Verwendung einer Quelle von extremen Saughöhen und garantiert auch dann,
wenn nicht die besten Betriebsbedingungen herrschen, eine gleichförmige Selbstansaugung
in festen Installationen bei normalen Saughöhen. Durch die optimale Selbstansaugfähigkeit
ist die Möglichkeit
erhöht, eine
Pumpe zu verwenden, die sich über
dem Boden befindet und eine Pumpe ersetzt, die in die zu hebende
Flüssigkeit
eingetaucht ist, um jedes bewegliche Teil in dem Schacht zu beseitigen,
auch wenn sich das Saugventil mit der Pumpe über dem Boden befindet. Um
das Entleeren der Pumpe infolge eines Sifoneffekts bei jedem Anhalten
zu verhindern und die Pumpe bei jedem Anlauf automatisch wieder
zum Ansaugen zu bringen, reicht ein Einwegventil an der Saugöffnung der
Pumpe aus.
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Nach den Testergebnissen ist es bei
einigen der gezeigten Ausführungsformen
möglich,
bei den größten Saughöhen eine
Verkürzung
der Selbstansaugphase von über
1/3 gegenüber
der Phasendauer bei derselben Anlage mit derselben Pumpe mit Rückführkanal,
jedoch ohne die Vorrichtung der Erfindung, zu erzielen.
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Vorteilhaft verkürzt die schnellere Selbstansaugung
die Wartezeit nach dem Anlauf bis zu einem kontinuierlichen Flüssigkeitsstrom
auf der Druckseite und die Dauer eines Luftpolsters an den Kontaktflächen des
mechanischen Ver schlusses an der Welle, wobei dies eine weitere
Garantie gegen ein mögliches
Versagen des mechanischen Verschlusses infolge fehlender Schmierung
oder Kühlung
ist.
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Vorteilhaft ist es möglich, die
Selbstansaugung mit einem kleineren Pumpengehäuse zu erhalten, wobei dann,
wenn dieselben Abmessungen beibehalten werden, durch eine bessere
Ausnutzung der Flüssigkeitsreserve
in der Pumpe nach dem Vorfüllen,
durch die Geschwindigkeits-, Rotation- und Turbulenzreduktion und
durch die Verteilung der Strömung
in der Druckkammer neben dem verringerten Auslaufen der Flüssigkeit
auf der Druckseite beim Anlauf die Selbstansaugfähigkeit verbessert ist.
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Vorteilhaft ermöglicht die obenbeschriebene Vorrichtung
einen funktional geräuschloseren
Lauf bei einer kontinuierlichen Lenkung und einer zunehmenden Absenkung
der Strömungsgeschwindigkeit und
Turbulenz. Dies ermöglicht
die Ausnutzung des beruhigten Zustands des Fluids in der Druckkammer, um
das Geräusch
von den Innenteilen bei höherer Geschwindigkeit
und Turbulenz auch in einem aus dünnem Stahlblech hergestellten
Pumpengehäuse zu
dämpfen.
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Die Vorrichtung ermöglicht das
Fortsetzen der Herabsetzung der Geschwindigkeit und der Turbulenz
der Flüssigkeit über den
Rückführkanal
hinaus ohne zusätzliche
Verluste, was die Betriebsleistung dadurch, dass der Düse eine
laminare Treibflüssigkeit
zugeführt
wird, was die Liefermenge erhöht und
den Druckverlust bei den höchsten
Saughöhen senkt,
den Beginn der Kavitation verzögert,
der bei zunehmenden Saughöhen
die höchstmögliche Liefermenge
begrenzt und verringert, verbessert.
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Vorteilhaft kann dadurch, dass die
Möglichkeit
genutzt wird, die Selbstansaugung mit einer kleineren Flüssigkeitsreserve
zu erreichen, was die Abmessungen und das Gewicht der Pumpe verkleinert, eine
Senkung der Pumpenkosten erreicht werden.
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Nochmals vorteilhaft kann die obenerwähnte Vorrichtung
dazu verwendet werden, die Wände
des Diffusors mit einem Rückführkanal
gegen Verformungen infolge von Temperatur- und Druckanstiegen zu verstärken.
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Sämtliche
möglichen
Ausführungsformen, die
die beschriebenen Funktionen kombinieren oder aufteilen, die die
in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen
kombinieren, die Form, die Position oder die Quantität der erläuterten
oder beschriebenen Teile verändern,
gezeigte Elemente auslassen oder andere hinzufügen oder die erläuterten
Lehren mit äquivalenten
Mitteln, die im Wesentlichen zum gleichen Ergebnis wie die dargelegten
Elemente führen,
sollen als durch die folgenden Ansprüche geschützt betrachtet werden.