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Laufrad für Kreiselpumpen mit Entlüftungspumpen oder anderen Hilfsansaugevorrichtungen
Die Erfindung betrifft ein Laufrad für Kreiselpumpen mit Entlüftungspumpen oder
anderen Hilfsansangevorrichtungen. Diesen Hilfseinrichtung= fällt die Aufgabe zu,
die in der Saugleitung und dem Pumpenspiralgehäuse befindliche Luft zu entfernen.
Der auf dem# Saugspiegel ruhende atmosphärische Druck drückt das Fördermittel in
der Saugleitung hoch und füllt den Schaufelraum mit der fortschreitenden Entlüftung
auf. Das- sich drehende Laufrad nimmt mit zunehmender Wasserfüllung die Förderung
in steigendem Maße auf und gelangt erst mit voller Beaufschlagung zu der ihm eigenen
vorgesehenen Leistung.
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Sobald das Wasser bzw. die Förderflüssigkeit mit dem rotierenden Laufrad
in -Berührung kommt, bildet sich ein Gemisch- mit der Restluft,'ein Schaumgemisch,
das es erschwert, einerseits den genauen Zeitpunkt für das Öffnen des Abspe-trorgans
in -der Druckleitung zu bestimmen und andererseits. die empfindliche Hilfst pumpe
vor dem gebildeten Schaumgcmisch und der Förderflüssigkeit zu schützen.
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Die seither bekanntgewordenen. Einrichtungen lei7 den unter diesem.Mangel.
Wird die. Hilfseinrichtung zu früh abgeschaltet, so reißt die, evtl. bereits begonnene
Förderung wieder ab-, da die Restluft vor dem Laufradeintritt eine Luftblase bildet
und das Nachströmen der Förderflüssigkeit unterbindet. Wird jedoch die Hilfsfördereinrichtung
zu spät abgeschaltet bzw. die Verbindung zu ihr nicht unterbrochen, so gelangt die
Förderflüssigkeit in die hierfür empfindlichen und nicht geeigneten- Förderräume.
Wird mir reines Wasser oder andere;rei.ne, d.h. keine mit festen,Fren-tdkörpern
durchsetzte Flüssigkeit gefördert, so können diese Maschinenteile noch einigermaßen
sicher gestaltet werden. Tritt jedoch Schmutzwasser oder ähnliche Flüssigkeiten
-in- diese Hilfseinrichtungen ein, so werden diese meist bald verstopft und verschlissen,
so daß eine Luftförderting auf größere Unterdrücke nicht mehr möglich oder infolge
Verkrustung völlig untert' bunden wird.
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Diesem Übelstand begegnet die Erfindung dadurch, daß die die Schaufeln
und Nabe tragende Seitetiwand ,als - Scheibe ausgebildet ist, die einen allseitig
umschlossenen spiralförmigen Luftwegkanal enthält, der, etwa am Außenumfang des
Laufrades beginnend, sich in einer oder mehreren Spiralen i.n der Drehrichtung des
Laufrades windet, und daß der Eintritt in die Spiralscheibe im Spaltraum etwa in
Höhe der Schaufelenden des Laufrades liegt.
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Die Erfindung vermeidet damit den Eintritt in die Entlüftungsei.nrichtungen,
und sie ermöglicht den Betrieb so lange, bis die Pumpe'die volle- Leistung
erreicht hat. Diese Vorteile werden erteicht durch die besondere Anordnung der Entlüftungswege
im Laufrad. Die dort angeordneten Luftwege vermeiden das Eindringen der Förderflüssigkeit
in die Ansaugevorrichtung. Außerdem wird #dabei das wesentlich leichtere Gemisch
der Luft mit der Förderflüssigkeit unter Einwirkuno- der; Zentrifugalkraft entmischt.
Die Luft setzt ihren Weg fort zur Entlüftungseinrichung, z. B. einer Drelilm#olbenpu'mpe-
oder einer ventilgesteuerten Membranpumpe,- während das ausgeschi ' edene
Wasser bzw. die Förderflüssigkeit wieder in den Pumpenraum zurückgeschletidert w'
ird.
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Bekannt ist es, die Absaugeöffnung für die Entlüftungsvorrichtung
in Nabennähe anzuordnen und # el entsprechende Vorrichtungen vorzusehen, damit bei
einsetzender Förderung -oder bei Zutritt von Flüssigkeit in die zur Entlüftungsvorrichtung#
führenden Leitungen eine Entkupplung oder eine Absperrting der Ehtlüftungseinrichtung
einsetzt.
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Die Nachteile dieser. -bekänn'ten Einrichtung sind folgende: Die in
diesem Falle vorgesehene Entlüftungsein--richtung' kann den Zeitpunkt nicht bestimmen,
in dem die Förderung der-Luft beendet ist bzw. wann an deren Stelle das Luftförderflüssigkeitsgemisch
in die Wege zur Entlüftungseinrichtung eintritt oder gar wann nur die Förderflüssigkeit
in die Leitungen -zur - Luftpumpe einströnit. Das dort vorgesehene-Entlüftungsventil
kann, diese Aufgabe nicht übernehmen, Beie bis heute keine derartigen Einrichtungen
bekannt sind. die eine sichere Unterscheidung der Fördermedien ge-
währleisten.
Ein in diesem Falle vorgesehener Schn ellverschluß kann dieser Aufgabe nicht gewachsen
sein. In die Luftpumpe eintretende Förderflüssigkeit schädigt
aber
deren Teile und führt, wenn es sich hierbei um Schmutzwasser oder angreifende Flüssigkeiten
handelt, aus dem einen oder anderen Grunde gleichermaßen zur Funktionsstörung. Die
Luftwege bis zum Entlüftungsventil stehen ferner bleibend unter dem Unterdruck der
Saugleitung beim Eintritt in das Laufrad. Kleine Undichtigkeiten führen bei sich
stets vergrößerndem Volumen rasch zu einem Abreißen der Förderung bzw, des Flüssigkeitsstromes.
Alle diese Nachteile werden mit der Erfindung beseitigt.
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Die Spiralscheibe läßt nur die Luft durch und scheidet die Flüssigkeit
aus und fördert diese wieder in den Förderstrom auf der Austrittsseite des Laufrades.
Es ist kein besonderes Absperrorgan notwendig, um den Lufteintritt nach Beendigung
des Entlüftungsvorganges zu vermeiden. Die Entlüftungseinrichtung kann jederzeit
auch bei voller Förderung in Betrieb gesetzt werden. Es ist dies ein ganz besonderer
Vorteil für geschlossene Rohrleitungssysteme, in denen die Strömung nicht sichtbar
ist.
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Bekannt ist weiterhin eine Bauweise, bei welcher der Schrauben- oder
Fliehkraftventilator erst einen Kanal mit der stillstehenden Wand bildet. Er kann
also weder den Eintritt von Spaltflüssigkeit längs der Anlauffläche des Ventilators
vermeiden noch den Zutritt der Förderflüssigkeit verhindern. Hier werden die Austrittslöcher
für den Durchgang der ausgeschiedenen Luft nur zeitweise verdeckt.
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Im Gegensatz hierzu vermeidet die Spiralscheibe nach Eintritt der
Luft am Außendurchmesser in dem allseitig geschlossenen umlaufenden Spiralkanal
jeg-
liche Berührung mit der Förderflüssigkeit und setzt die durchströmende
Luft auf ihrem weiteren gesamten Weg zur Luftpumpe ununterbrochen der Fiehkraftwirkung
aus. Der Spiralkanal erhält außerdem eine vielfach größere Länge der Schaufeln und
gibt damit der durchtretenden Luft genügend Zeit, sich von Staub- oder Schmutzteilen,
Förderflüssigkeitsresten -und Fremdstoffen zu befreien.
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Abb. 1 zeigt schematisch den Längsschnitt durch das Laufrad
und das Spiralgehäuse einer Kreiselpumpe, Abb. 2 den Schnitt senkrecht zur Drehachse
der Pumpenwelle nach dem angegebenen Schnittverlauf A-F.
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Auf der Pumpenwelle 1 sitzt das an sich bekannte Laufrad 2
in der dem jeweiligen Fördergut angepaßten Form, z. B. offen - wie gezeichnet
- oder als Kanalrad usw., und die sogenannte Spiralscheibe 3, die
mit dem Laufrad 2 fest oder zur evtl. Reinigung leicht lösbar verbunden ist. Die
Welle 1 trägt die Saugbohrung 4, die zur Hilfspumpe führt. Mit dem Drückerknopf
5 kann diese Ansaugevorrichtung je nach Bedarf eingeschaltet werden.
Sie kann über die gleiche Welle 1 angetrieben sein, z. B. durch eine geeignete
Konuskupplung, oder es kann auch eine von Hand betätigte Kolben-, Membran- oder
sonstige Luftpumpe zugeschaltet werden.
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Die Saugbohrung 4 mündet in den nach außen durch das Laufrad 2 und
die Spiralscheibe 3 umschlossenen zylindrischen Hohlraum 6. In diesem
Hohlraum 6 beginnt der spiralförinige Kanal 7, der sich entgegen der
jeweiligen Drehrichtung der Pumpe von der Welle 1
nach außen in mehreren Spiralen
windet und im konzentrischen Raum 8 endet. Dieser Raum 8 dient als
Trennraum für das Luftflüssigkeitsgemisch und ist mit dem Pumpenraum 10 über
mehrere Schlitze 9 verbunden.
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Wird die Luftpumpe über den Knopf 5 zugeschaltet, bei bereits
sich drehender Pumpenwelle 1, so wird die Luft aus dem Pumpenraum
10 angesaugt. Hierbei ist der Druckstutzen 12 mittels eines an sich bekannten
Absperrorgans gegen die Außenluft abgeschlossen, der Saugstutzen 13 mit der
Saugleitung, die unter den Spiegel der Förderflüssigkeit führt, ohne Zwischenschaltung
von Ventilen und Absperrorganen verbunden. Die abzusaugende Luft nimmt zuerst ihren
Weg von der Saugleitung über den Saugstutzen13 durch den Schaufelraum 14 in den
Pumpenraum 10. Sie gelangt von dort über die Schlitze 9 in den Trennraum
8, dann durch den Spiralkanal 7 in den Hohlraum 6 und von da durch
die Saugbohrung4 über die Luftpumpe ins Freie. Bei einer auf der Welle angeordneten
Drehkolbenpumpe kann dies die Austrittsöffnung 15 an der Welle sein. Der
in dem Schaufelraum 14 und dem Hohlraum 6, Spiralkanal 7, Trennraum
8 sowie den Schlitzen 9 auftretende Rotationsdruck ist bei der Luftförderung
praktisch bedeutungslos.
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Die Verhältnisse werden jedoch grundlegend anders, sobald die Entlüftung
so weit vorangeschritten ist, daß die Förderflüssigkeit durch den Überdruck in der
äußeren Atmosphäre über den Saugstutzen 13 in den Schaufelraum 14 gelangt.
Die Restluft wird mit der ankommenden Förderflüssigkeit innig vermischt und gelangt
in diesem Zustand über die Schlitze 9 in den Trennraum 8. Auf diesem Weg
bis zum Eintritt 11 des Spiralkanals 7 wird dieses Schaumgemisch dem
Rotationsdruck in immer stärkerem Maße ausgesetzt, so daß eine Trennung in seine
Bestandteile erfolgen muß. Die Luft setzt ihren bereits oben beschriebenen Weg fort,
während die abgeschiedene Förderflüssigkeit an die äußere Wand des Spiralkanals
7 geschleudert wird, an ihr entlangläuft und wieder über den Trennraum
8 durch die Schlitze 9 in den Pumpenraum 10 gelangt. Dieser
Vorgang wird dann so lange fortgesetzt, bis alle Restluft abgesaugt ist und die
volle Förderleistung der Pumpe nach Öffnen des Absperrorgans am Druckstutzen 12
erreicht wird.
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Dieser Vorgang muß auch noch aus einem anderen Grunde selbst bei schon
geöffnetem Druckstutzen 12 fortgesetzt werden. Vor den Schaufeln bildet sich eine
Luftblase, d. h., es sammelt sich dort ein Teil der Restluft an, die erst
mit zunehmender Förderung aufgelöst werden kann. Ein Teil der angesammelten Luft
geht mit dem Pörderstrom, der andere Teil wird noch über die Spiralscheibe abgesaugt.
Es wird somit eine eindeutige Trennung von Luft und Flüssigkeit erreicht, ohne daß
die Flüssigkeit - wie aus dem geschilderten Vorgang hervorgeht
- über die Luftwege zur Luftpumpe gelangen kann.
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Für die Funktion der Spiralscheibe ist es wichtig, daß der Staudruck
am Eintritt 11 in den Spiralkanal 7
den erzeugbaren Unterdruck der
Ansaugevorrichtungen stets überschreitet. Die konstruktive Gestaltung der Spiralscheibe
3 muß daher stets so durchgeführt werden, daß sie die hydraulischen Gesetzmäßigkeiten
eines reinen Wirbels berücksichtigt. Der Rotationsdruck zwischen Anfang und Ende
des Spiralkanals 6
und 8 sollte stets größer sein als 10 m Flüssigkeits-Säule.