Die vorliegende Erfindung betrifft eine Staurohrfördereinrichtung mit wenigstens einer zuführenden Leitung und wenigstens einer abführenden Leitung sowie einem eine Kammer bildenden Rotor, welcher mit einem Antrieb um eine Rotationsachse rotationsbeweglich antreibbar verbunden ist, und mit einem in dem Rotor angeordneten Staurohr oder Pitotrohr, welches in seinem zu der Rotationsachse radial beabstandeten, einer

rotationssymmetrischen Rotorinnenwandfläche benachbarten Endabschnitt eine im

Wesentlichen tangential ausgerichtete, zu der Rotorinnenwandfläche beabstandete

Eintrittsöffnung sowie einen der Rotationsachse benachbarten, zu dieser innerhalb des Rotors parallel verlaufenden Auslassrohrabschnitt aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Zentrifuge mit einer Staurohrfördereinrichtung zum Trennen inhomogener Flüssigkeiten mit einem Rotor und mit zumindest einem Staurohr.

Derartige Staurohrfördereinrichtungen sind auch als Pitotpumpen, Jet-Pumpen,

Turbopumpen oder Pumpen mit einem Pitotelement bekannt. Herkömmliche Pumpen nach dem Staurohrprinzip werden mittels eines Lagerträgers und eines hieran gekuppelten Antriebes in Rotation versetzt. Auf der gegenüberliegenden Seite der Hydraulikkammer befinden sich Fluidanschlüsse sowie die durch eine dynamische Dichtung abgedichtete Durchführung des Staurohres in die Hydraulikkammer. Die dynamische Dichtung wird dabei über ein die Hydraulikkammer umschließendes Gehäuse, welches mit dem Lagerträger verbunden ist, zur Hydraulikkammer hin ausgerichtet.

Eine derartige aus dem Stand der Technik bekannte Staurohrfördereinrichtung hat einen um eine horizontale Rotationsachse rotierenden, als Behälter für ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, dienenden Rotor, der mit bis zu 10.000 U/min angetrieben wird. Das Staurohr oder Pitotrohr ist zwischen der Rotationsachse und der Behälterinnenwandung angeordnet und mit einem die Einlassöffnung einschließenden Einlassbereich tangential bzw. quer zur Rotationsachse ausgerichtet. Dadurch können im Betrieb hohe Drücke erreicht werden. Innerhalb des Rotorinnenraumes sind stationär ein- oder mehrflügelige Staurohre

angeordnet.

Die zu fördernde Flüssigkeit gelangt über ein Zuführsystem in den Rotorinnenraum. Die Flüssigkeit wird durch den mit hoher Drehzahl angetriebenen Rotor beschleunigt, trifft mit entsprechend hoher Geschwindigkeit in die Eintrittsöffnung des Staurohres und gelangt dann durch die Leitung in dem Staurohr in den Auslassrohrabschnitt. Dabei wird ein Teil der kinetischen Energie in eine Druckerhöhung umgewandelt.

Bei den üblichen Staurohrfördereinrichtungen liegt dementsprechend die Eintrittsöffnung mit möglichst großem radialen Abstand von der Rotationsachse benachbart zu der

Rohrinnenwandfläche, um einen möglichst hohen Pumpendruck zu erreichen. Die

Förderleistung wird dabei durch die Größe der Rotationsgeschwindigkeit und den

Durchmesserverlauf der Leitung in dem Staurohr maßgeblich beeinflusst.

Zum Stand der Technik zählen auch bereits solche Staurohrfördereinrichtungen, die mit mehreren Staurohren ausgestattet sind. Die US 3,977,810 A beschreibt eine parallele Anordnung von Staurohren innerhalb des Rotors.

Die US 3,817,446 A beschreibt eine serielle Anordnung von Staurohren in getrennten Rotorräumen.

Als nachteilig bei den bekannten Staurohrfördereinrichtungen erweisen sich die im Betrieb entstehenden Verluste, die sich als Druckverluste bemerkbar machen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Staurohrfördereinrichtung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass damit die Druckverluste wesentlich reduziert werden. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine mit einem Rotor und einem Staurohr ausgestattete Zentrifuge mit verbessertem Wirkungsgrad zu schaffen.

Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Staurohrfördereinrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß ist also eine Staurohrfördereinrichtung vorgesehen, bei der das Staurohr zwischen dem die Eintrittsöffnung aufweisenden Endabschnitt und dem Auslassrohrabschnitt zumindest abschnittsweise einen stetig gekrümmten, beispielsweise sichelförmigen Verlauf aufweist. Hierdurch wird durch das aus Rohrbögen mit unterschiedlichen oder

übereinstimmenden Radien aufgebaute Staurohr eine optimale Anpassung an die im Inneren des Rotors im Betrieb vorherrschenden Strömungsbedingungen erreicht, mit der Folge wesentlich verminderter Druckverluste. Indem nämlich die beim Auftreffen der

beschleunigten Flüssigkeit auf das Staurohr eintretende Umlenkung der Strömung graduell mit zunächst geringem Ablenkwinkel erfolgt, kommt es nicht wie beim Stand der Technik zu einem im Wesentlichen turbulenten Strömungsverlauf oder zu Strömungsabrissen, sondern es wird im Idealfall eine laminare Strömung erreicht. In der Folge sind durch die so erzielte Wirkungsgradsteigerung neben den verminderten Strömungsverlusten höhere Förderhöhen realisierbar bzw. bei vergleichbaren Förderhöhen deutlich verminderte Antriebsleistungen ausreichend.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird dabei auch dadurch erreicht, dass das Staurohr zumindest abschnittsweise beabstandet von einer durch die Rotationsachse bestimmten Ebene verlaufend angeordnet ist. Das Staurohr verläuft somit in einem gebogenen Verlauf, der sich ausgehend von der Rotationsachse zunächst tangential verlagert. Somit verlaufen also einzelne Rohrbereiche des Staurohres in verschiedenen Ebenen, die zu einer die Rotationsachse einschließenden Ebene parallel beabstandet sind. Dadurch kann auch die Eintrittsöffnung einen entsprechenden Versatz aufweisen, also insbesondere voreilend in Bezug auf die rotierende Strömung angeordnet sein, oder aber in der die Rotationsachse einschließenden Ebene liegen.

Vorzugsweise folgt das Staurohr einem Verlauf frei von Sprungstellen derart, dass das Staurohr mit einer durch die Rotationsachse bestimmten Ebene eine stetig zunehmende oder abnehmende Neigung einschließt. Hierzu ist das Staurohr aus einer Folge einteilig bzw. einstückig verbundener Rohrbögen aufgebaut, also beispielsweise aus einem geraden Rohrstück durch Umformung, insbesondere Biegen, hergestellt.

Bei einer anderen, ebenfalls besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Staurohr zumindest abschnittsweise in der durch die Rotationsachse bestimmten Ebene einen gekrümmten Verlauf auf. Somit verläuft das Staurohr in einer Ebene, in welcher auch die Rotationsachse liegt, sodass sich der gebogene Verlauf ausschließlich in axialer

Richtung erstreckt. Hierdurch verläuft das Staurohr nicht auf dem kürzesten Weg zwischen der Eintrittsöffnung und der Rotationsachse, sodass sich eine größere Länge ergibt. Dadurch konzentriert sich die unvermeidliche Störung der Strömung nicht auf eine einzige Querebene zu der Rotationsachse, sondern erstreckt sich mit jeweils geringerer Fläche über die gesamte axiale Länge der Kammer. Dabei kann bedarfsweise auch ein axialer Abstand zwischen der Eintrittsöffnung und dem Auslassrohrabschnitt vorgesehen sein.

Demgegenüber wird eine besonders Erfolg versprechende Abwandlung der

erfindungsgemäßen Staurohrfördereinrichtung dadurch erreicht, dass das Staurohr zumindest abschnittsweise eine Steigung in Richtung der Rotationsachse aufweist.

Das Staurohr folgt somit einem helixförmigen bzw. schneckenförmigen Verlauf, sodass also die Eintrittsöffnung einen axialen Abstand gegenüber dem Auslassrohrabschnitt aufweist.

Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn das Staurohr eine nicht rotationssymmetrische Außenfläche oder Kontur, beispielsweise ein Flügelprofil mit einer Anströmkante und einer Abströmkante aufweist, die durch zwei gewölbte, übereinstimmend geformte Flächen verbunden sind. Dabei können die gewölbten Flächen beispielsweise symmetrisch ausgeführt und derart geformt sein, dass die Flüssigkeit weitgehend störungsfrei an beiden Flächen entlangfließen kann, ohne dass es zu wesentlichen Druckverlusten kommt. Hierzu eignen sich beispielsweise auch tropfenförmige Querschnittsformen. Die Kontur kann auch in Abhängigkeit des radialen Abstandes von der Rotationsachse zur Anpassung an

unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten unterschiedlich beschaffen sein.

Unabhängig von der jeweiligen Außenkontur schließt gemäß einer bevorzugten Variante das Staurohr einen Leitungsabschnitt mit kreisförmiger Kontur ein. Dabei kann durch eine stetige Querschnittserhöhung eine Druckerhöhung erreicht werden, sodass die Gestaltung der Leitung an die jeweiligen Umstände angepasst werden kann.

Darüber hinaus kann das Staurohr auch austauschbar an der Staurohrfördereinrichtung angeordnet sein.

Die Staurohrfördereinrichtung ist nicht auf ein einziges Staurohr beschränkt. Vielmehr hat es sich bereits als besonders praxisgerecht erwiesen, wenn die Staurohrfördereinrichtung mehrere über den kreisförmigen Umfang des Rotors gleichverteilt angeordnete Staurohre aufweist, deren Eintrittsöffnungen zueinander radial beabstandet sind. Indem die

Eintrittsöffnungen der verschiedenen Staurohre unterschiedliche Abstände zu der

Rotorinnenwandfläche aufweisen, können beispielsweise unterschiedliche, sich innerhalb des Rotors ausbildende Phasen getrennt voneinander einem jeweiligen Auslass zugeführt werden. Weiterhin kann es auch von Vorteil sein, wenn mehrere Staurohre mit einem

übereinstimmenden Abstand zu der Rotorinnenwandfläche zu Einheiten zusammengefasst und mit demselben Auslassrohrabschnitt verbunden sind, sodass mehrere Eintrittsöffnungen verteilt innerhalb der Kammer angeordnet sind und dadurch mögliche Druckpulsationen vermieden werden. Die jeweils eintretende Flüssigkeit kann demselben Auslassrohrabschnitt zugeführt werden, indem die Ströme vereint werden.

Bei einer anderen, ebenfalls besonders praxisgerechten Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotor in Richtung seiner Rotationsachse in mehrere aufeinanderfolgende Kammern unterteilt, wobei mehrere Staurohre in verschiedenen Kammern angeordnet sind. Hierdurch wird eine besonders effiziente Beschleunigung der jeweiligen Teilvolumina durch die insbesondere in einer Querschnittsebene zu der Rotationsachse angeordneten Trennflächen und den damit verbundenen Mitnahmeeffekt für die Flüssigkeit erreicht.

Bei einer anderen besonders zweckmäßigen Abwandlung der Erfindung ist zumindest ein Staurohr derart beweglich einstellbar oder flexibel formbar ausgeführt, dass die zugeordnete Eintrittsöffnung mit unterschiedlichen Abständen gegenüber der Rotorinnenwandfläche bzw. der Rotationsachse festlegbar ist. Hierzu eignen sich vor allem auch solche Staurohre, die aus mehreren konturbündig verbundenen Rohrbögen aufgebaut sind, die um ihre

gemeinsame Mittellängachse quer zur Kontaktebene in unterschiedlichen Winkelstellungen festlegbar sind, sodass die geänderte Winkelstellung zu einer radialen Verlagerung der Eintrittsöffnung führt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Gestaltung hat zumindest ein Staurohr mehrere zueinander radial beabstandete Eintrittsöffnungen, denen jeweils eine separate Leitung innerhalb des Staurohres einschließlich des Endabschnittes sowie des

Auslassrohrabschnittes zugeordnet ist, wobei die verschiedenen Eintrittsöffnungen jeweils zu der Rotationsachse oder Rotorinnenwandfläche einen unterschiedlichen Abstand aufweisen können. Die von der Flüssigkeit angeströmte Kontur des Staurohres ist somit im Vergleich zu mehreren separaten Staurohren deutlich reduziert, sodass die damit verbundenen

Strömungsverluste vermindert sind.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Auslassrohrabschnitt konzentrisch zu der

Rotationsachse angeordnet ist. Hierdurch wird eine vergleichsweise einfache Abdichtung der Durchführung entlang der Antriebswelle des Rotors erreicht. Dabei ist der Rotor nicht auf eine zylindrische Geometrie beschränkt. Vielmehr kann der Rotor gemäß einer besonders vielversprechenden Variante zumindest abschnittsweise kegelförmig bzw. konisch ausgeführt sein, um so eine zusätzliche Zirkulation der schweren Flüssigkeitsphase in Richtung der Rotationsachse zu erreichen.

Dieser Effekt kann vorteilhaft auch in Verbindung mit einer vertikalen Rotationsachse weiter optimiert werden, indem die Schwerkraft in Richtung der Rotationsachse wirkt und dadurch eine Unterstützung der Strömung, insbesondere der Strömungsgeschwindigkeit, in axialer Richtung bewirkt werden kann.

Wenn gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung in Richtung der Rotationsachse eine oder mehrere aufeinanderfolgende Scheiben zwischen dem Staurohr und einer

Flüssigkeitszuführung angeordnet sind, die sich im Wesentlichen radial zu der

Rotationsachse erstrecken, werden Vorkammern realisiert, welche das Staurohr von dem turbulenten Einlass trennen. Die Scheiben sind mit dem Rotor drehfest verbunden und können gegebenenfalls in unterschiedlichen axialen Positionen festlegbar sein.

Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß noch mit einer Zentrifuge mit mehreren in unterschiedlichen radialen Abständen zu einer Rotationsachse angeordneten Staurohren gelöst. Hierdurch wird mit der erfindungsgemäßen Zentrifuge erstmals eine

Pumpenzentrifuge nach dem Prinzip einer Staurohrfördereinrichtung realisiert, die in besonders effizienter Weise zum Trennen von inhomogenen Flüssigkeiten,

Mehrphasenflüssigkeiten oder Mehrstoffflüssigkeiten durch die im Rotor wirkenden hohen Zentrifugalkräfte genutzt werden kann. Dabei können die einzelnen Phasen unterschiedlicher Dichte in dem Rotor in einfacher Weise durch ein oder mehrere Staurohre mit einer

Eintrittsöffnung abgegriffen werden, die einen unterschiedlichen radialen Abstand von der Rotationsachse aufweisen.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Zentrifuge

mit zwei Staurohren;

Fig. 2 eine vergrößerte Detaildarstellung der in Figur 1 gezeigten Zentrifuge; Fig. 3 eine Variante der in Figur 1 gezeigten Zentrifuge mit abweichender Flüssigkeitszuführung;

Fig. 4 eine vergrößerte Detaildarstellung der in Figur 3 gezeigten Zentrifuge;

Fig. 5 eine weitere Variante der in Figur 1 gezeigten Zentrifuge mit axialer

Flüssigkeitszuführung und zwei zwischen den Staurohren und der

Flüssigkeitszuführung angeordneten Trennscheiben;

Fig. 6 eine vergrößerte Detaildarstellung der in Figur 5 gezeigten Zentrifuge;

Fig. 7 eine Seitenansicht eines in den Figuren 1 bis 6 gezeigten Staurohres;

Fig. 8 eine Vorderansicht des in Figur 7 gezeigten Staurohres;

Fig. 9 in einer Prinzipdarstellung einen in mehrere Kammern unterteilten

Rotor mit zwei Staurohren;

Fig. 10 in einer Prinzipdarstellung einen Rotor mit mehreren Kammern, denen

jeweils ein Staurohr zugeordnet ist;

Fig. 11 eine weitere Variante eines Rotors mit zwei Staurohren.

Die erfindungsgemäße Zentrifuge wird nachstehend anhand der Figuren näher erläutert. Die Zentrifuge basiert auf dem Prinzip der Staurohrfördereinrichtung 1 , bei der eine

einströmende Flüssigkeit 3, eine Mehrphasenflüssigkeit, ein Gemisch, eine Emulsion oder eine Lösung in einem Rotor 2 durch Kanäle 4 zugeführt wird. Die Flüssigkeit 3 wird durch den mit hoher Drehzahl rotierenden Rotor 2 mitgenommen und dadurch entsprechend beschleunigt. Dadurch entstehen starke Fliehkräfte, die zur Trennung der Flüssigkeit 3 in einzelne Phasen I, II, III unterschiedlicher Dichten oder im Falle einer Lösung zu einem starken Konzentrationsgefälle führen. Die Flüssigkeitszuführung erfolgt dabei wie in Figur 1 gezeigt zu der Phase III, wie in Figur 3 gezeigt zu der Phase II oder axial wie in Figur 5 gezeigt zu der ersten Phase I. Der auf einer Hohlwelle gelagerte Rotor 2 wird durch einen nicht gezeigten elektrischen Antrieb in Rotation versetzt.

Wie in den Figuren 1 bis 6 dargestellt, hat die Zentrifuge zwei stationäre Staurohre 5, die so ausgeführt sind, dass die jeweiligen Eintrittsöffnungen 6 in unterschiedlichen Abständen gegenüber einer Rotorinnenwandfläche 7 bzw. einer Rotationsachse 8 angeordnet sind. Dadurch wird es möglich, die einzelnen Phasen I, II, III unterschiedlicher Dichte,

beispielsweise von innen nach außen eine Ölphase, eine Emulsionsphase und eine

Wasserphase, zu trennen und durch das jeweilige, sich mit seiner Eintrittsöffnung 6 in diese Phase I, II, III erstreckende Staurohr 5 aufzufangen sowie separat einem jeweiligen

Auslassrohrabschnitt 9 zur Ableitung zuzuführen. Im Falle einer Lösung werden mit den verschiedenen Staurohren 5 Lösungen unterschiedlicher Konzentration abgegriffen. Zum besseren Verständnis wurde in den Figuren 1 bis 6 auf die Darstellung weiterer Staurohre verzichtet, die selbstverständlich beliebig ergänzt werden können.

Wie in den Figuren 7 und 8 zu erkennen, erstreckt sich das Staurohr 5 zwischen der Rotationsachse 8 und der Eintrittsöffnung 6 nicht radial, sondern folgt zwischen dem die Eintrittsöffnung 6 aufweisenden Endabschnitt und dem Auslassrohrabschnitt 9 zumindest abschnittsweise einem stetig gekrümmten, beispielsweise sichelförmigen Verlauf.

Insbesondere hat das Staurohr 5 in der Querschnittsebene zu der Rotationsachse 8 einen gekrümmten Verlauf. Durch diese optimierte Formgebung des Staurohres 5 und den stetig gebogenen Verlauf des Staurohres 5 zwischen der Eintrittsöffnung 6 und dem

Auslassrohrabschnitt 9 trifft die in dem Rotor 2 vorhandene Flüssigkeit 3 nicht frontal, also orthogonal auf den jeweiligen Staurohrabschnitt, sondern in einem spitzen Winkel. Dadurch werden ein unerwünschter Strömungsabriss bzw. die Erzeugung von turbulenten

Strömungen vermieden und der Wirkungsgrad wesentlich verbessert.

Zu diesem Zweck ist das Staurohr 5 aus Rohrabschnitten unterschiedlicher Radien zusammengesetzt und erstreckt sich in einer Querschnittsebene zu der Rotationsachse 8, gegebenenfalls aber auch abschnittsweise in Richtung der Rotationsachse 8. Wichtig ist dabei die Vermeidung von Unstetigkeitsstellen. Bei der dargestellten einfachen Variante besteht das Staurohr 5 lediglich aus einem gebogenen Rohrabschnitt, vorzugsweise aus Metall.

Die Querschnittsform des Staurohres 5 weicht zur weiteren Strömungsoptimierung von der Kreisform A ab und bildet ein Flügelprofil mit einer Anströmkante 10, die im Betrieb von einem Strömungsprofil der Flüssigkeit 3 zuerst angeströmt wird, und einer Abströmkante 11 , die im Betrieb nachfolgend angeströmt wird. Durch die profilierte Gestaltung des in seiner Grundform elliptischen Querschnittes B, C wird zugleich auch eine graduelle Umlenkung der Strömung mit der Folge verminderter Strömungsverluste bzw. größerer Förderhöhen erreicht. Zusätzlich kann der Rotor 2, wie dies jeweils anhand einer Prinzipdarstellung in den Figuren 9 und 10 dargestellt ist, in Richtung seiner Rotationsachse 8 in mehrere Kammern 12 unterteilt sein. Die Kammern 12 werden jeweils durch Öffnungen 13 in parallelen, die Kammern 12 begrenzenden Trennflächen 14 verbunden, sodass eine getrennte Phase der Flüssigkeit 3 zwischen den Kammern 12 überströmen kann. Wie in der Figur 10 dargestellt kann in jeder Kammer 12 jeweils ein einziges Staurohr 15 angeordnet sein. Sind die Öffnungen 13 der Kammer 12 mit geringem Abstand zu der Rotationsachse 8 angeordnet und ist die Eintrittsöffnung 6 des Staurohres 15 mit geringem Abstand zu der

Rotorinnenwandfläche 7 angeordnet, wird jeweils die Phase geringerer Dichte in die nächste Kammer 12 überströmen und diese Phase durch die Eintrittsöffnung 6 in das Staurohr 15 eindringen. In jeder Kammer 12 wird die Flüssigkeit 3 erneut getrennt, wodurch höhere Reinheitsgrade erreicht werden können. In der letzten Kammer 12 wird ebenfalls durch ein zusätzliches Staurohr 15 der verbleibende Rest der Flüssigkeit 3 abgegriffen und aus dem Rotor 2 nach außen abgeleitet.

Entsprechend einer weiteren, in Figur 1 1 gezeigten Variante, können mehrere Staurohre 5 auch in einem gemeinsamen Gehäuse 16 angeordnet sein, welches sich von dem Kanal 4 radial erstreckt und eine konstante Breite quer zur radialen Haupterstreckung aufweist, um so die bei der Rotation auftretenden Verwirbelungen so gering wie möglich zu halten. Die Eintrittsöffnungen 6 liegen dabei beabstandet zueinander auf einer gemeinsamen Geraden, die parallel zu einer Anströmkante 10 des Gehäuses 16 verläuft.