Selbstansaugende mehrstufige Kreiselpumpe

Gegenstand der Erfindung ist eine Kreiselpumpe der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 bezeichneten Gattung.

Von der Anmelderin wird eine selbstansaugende, mehrstufige Kreiselpumpe hergestellt und angeboten, KSB-Pumpenkatalog 93/94, Gebäudetechnik, Ausgabe 01.01.1993, Nr. 20, Handelsname ROVEX 800 P, welche ein horizontal in einem Pumpengehäuse angeordnetes Stufengehäuse aufweist. Diese Pumpe ist bis 7 m sicher selbstansaugend.

Die bekannten Systeme erzeugen in einem internen Kreislauf durch eine Rückströmung der Förderflüssigkeit von der Druckseite zur Saugseite in dem Saugraum und in der Saugleitung einen Unterdruck. Die so geschaffene Druckdifferenz zwischen dem Atmosphärendruck in der Druckleitung und dem Unterdruck in der Saugleitung wächst stetig an. Dadurch steigt das Wasser in der Saugleitung bis zur Pumpe und füllt diese vollständig.

Wesentlich für die Selbstansaugung der Kreiselpumpe ist der in einem separaten Gehäuseteil, welches außerhalb des eigentlichen Pumpengehäuses angeordnet ist, gespeicherte Vorrat an Förderflüssigkeit. Dieser während der Ansaugphase in einem geschlossenen Kreislauf durch die Pumpe geführte Flüssigkeitsvorrat befähigt die Kreiselpumpe, die in der Ansaugleitung und in einer dem ersten Laufrad vorgeordneten Saugkammer vorhandene Luft abzuziehen und über ihre

Druckleitung entweichen zu lassen, so daß sich nach Beendigung der Ansaugphase eine geschlossene Flüssigkeitssäule in der Ansaugleitung befindet.

Dazu wird das Gehäuseteil vor dem Beginn des Ansaugvorgangs so weit wie möglich mit Förderflüssigkeit gefüllt und anschließend an die Druck- und Saugleitung angeschlossen. Bei der oben genannten Pumpe entspricht dann der Füllstand der Unterkante des Ansaugstutzens. Anschließend wird die Pumpe angeschaltet.

Der für die Entlüftung der Ansaugleitung notwendige innere Kreislauf der Kreiselpumpe verläuft über eine Saugkammer und die erste Pumpenstufe wird dann über sämtliche folgenden Pumpenstufen in eine der Gasabscheidung dienende Druckkammer geführt. Anschließend wird das Wasser über die bereits angesprochene äußere Kammer und über eine ein Ansaugventil enthaltende Führung in den Saugmund des Laufrades der ersten Stufe eingespritzt.

Durch die Einspritzung des Wassers in den Saugmund des ersten Laufrads wird ein Teil der in der Saugleitung und der Saugkammer enthaltenen Luft mitgerissen. Die erste Pumpenstufe saugt dabei gleichermaßen Gas und Flüssigkeit an. Die Luft- Wasser-Mischung gelangt über die verschiedenen hydraulischen Pumpenstufen in die Druckkammer, wo die Strömung verlangsamt wird und sich die Luft vom Wasser trennt. Das Wasser fließt über die Kammer und das geöffnete Ansaugventil zurück zur Saugkammer, die Luft strömt in die offene Druckleitung ein.

Nach und nach wird immer mehr Luft entfernt und es entsteht in der Saugleitung und in der Saugkammer ein Unterdruck. Das Wasser steigt in der Saugleitung hoch. Wenn das Wasser die Pumpe erreicht, füllt sich diese mit Wasser und der Ansaugvorgang ist abgeschlossen.

Die Druckdifferenz zwischen der Druckseite und der Saugseite bewirkt ein Schließen des Ansaugventils in dem Augenblick, in dem die Pumpe fördert. Der Flüssigkeitskreislauf in der Pumpe ist beendet und die Pumpe fördert entsprechend ihrer hydraulischen Kennlinien. Bei Beendigung der Ansaugphase wird das Ansaugventil durch einen in seinem Bereich entstehenden vergrößerten Strömungsverlust und damit einen entstehenden Druckunterschied geschlossen und danach von dem während der Förderung über die Kammer wirkenden Förderdruck der Pumpe in Schließstellung gehalten.

Von der Anmelderin durchgeführte Versuche mit der bekannten Kreiselpumpe haben gezeigt, daß beim Anschalten der Pumpe der Wasserspiegel in der Saugkammer zunächst sinkt, da das Wasser in der gesamten Pumpe verwirbelt wird. Weiterhin wurde festgestellt, daß ab einer Saughöhe von ungefähr 5 m der Wasserspiegel in der Saugkammer langsam ansteigt und daß schließlich ab einer Förderhöhe von über 7 m der in der Saugleitung erzeugte Unterdruck zusammenbricht. Luft strömt über die Druckleitung in die Saugleitung ein und die bereits angehobene Flüssigkeit in der Saugleitung sackt plötzlich ab. Es stellt sich ein dem Ausgangszustand ähnlicher Zustand ein und der Ansaugvorgang beginnt von neuem.

Dies kann dazu führen, daß die Pumpe jedesmal vor Abschluß der Ansaugphase in den Anfangszustand zurückfällt, wodurch sich der Ansaugvorgang ständig wiederholt. Damit ist ein Selbstansaugen nicht mehr möglich und die Kreiselpumpe geht nicht zu dem Förderbetrieb über.

Um sicherzustellen, daß die Flüssigkeit während des Ansaug¬ vorgangs im internen Kreislauf verbleibt, sind weiterhin besondere Führungsbauteile für die Flüssigkeitsführung in der Ansaugkammer vorgesehen. Derartige Führungen verursachen allerdings StrömungsVerluste im späteren Förderbetrieb der Kreiselpumpe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbst¬ ansaugende mehrstufige Kreiselpumpe zu schaffen, die ein verbessertes Ansaugverhalten besitzt.

Ausgehend von einer selbstansaugenden mehrstufigen Kreiselpumpe der eingangs genannten Art wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in dem Bereich zwischen dem Saugbereich der ersten Pumpenstufe und einer an einen Druckstutzen angeschlossenen Druckleitung eine Vorrichtung angeordnet ist, welche das Einströmen von Gas aus dem Druckbereich in den Saugbereich während des Ansaugvorgangs verhindert.

Eine platzsparende Anordnung der Vorrichtung besteht in der Anbringung eines Rückschlagorgans im Bereich des Druckstutzens. Die erfindungsgemäße Lösung ist prinzipiell bei allen selbstansaugenden mehrstufigen Kreiselpumpen anwendbar.

In einer weiteren Lösung ist das Ansaugventil an einer anderen Stelle angeordnet, so daß die Kammer mit dem Saugbereich einer der ersten Pumpenstufe folgenden Stufe der Kreiselpumpe verbunden ist. Der interne Flüssigkeitskreislauf kann in der zweiten oder einer beliebigen folgenden Pumpenstufe beginnen. Wesentlich ist, daß keine Rückführung zur ersten Pumpenstufe erfolgt, so daß der Saugraum der Kreiselpumpe nicht in den Kreislauf einbezogen ist. Einem Einbrechen des Gases in die teilentlüftete Saugleitung und einem daraus folgenden Versagen der Selbstansaugewirkung wird dadurch ohne zusätzliche Einbauten wirksam begegnet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand eines bekannten Kreiselpumpenaggregats und eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen die

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein bekanntes Kreiselpumpenaggregat, die

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein der Erfindung entsprechendes Kreiselpumpenaggregat.

Das in Fig. 1 dargestellte bekannte Aggregat besteht aus einer mit Stufen 1 bis 4 ausgestatteten Kreiselpumpe 5 und einem diese antreibenden Elektromotor 6. Jede Stufe 1 bis 4 ist mit einem Laufrad 7 versehen, welches in einem mehrteiligen Stufengehäuse 8 angeordnet ist. Aus den einzelnen Stufengehäusen 8 ist durch Zusammenfügen der einzelnen Stufen ein Mehrstufengehäuse 9 entstanden. Ein äußeres Gehäuse 10, in das ein Saugstutzen 11 und ein Druckstutzen 12 integriert ist, umschließt das Mehrstufengehäuse 9. In dem Gehäuse 10 befindet sich, der ersten Pumpenstufe 1 vorgeschaltet, eine Saugkammer 13 sowie eine der letzten Pumpenstufe 4 nachgeschaltete, der Gasabscheidung dienende Druckkammer 14 sowie eine zwischen dem Stufengehäuse und dem Gehäuse 10 angeordnete Kammer 15, auf deren Funktion im einzelnen in der Beschreibungseinleitung eingegangen wurde. In der Druckkammer 14 ist eine teilweise durchbrochene, eine Trennung von Förderflüssigkeit und Gas unterstützende Scheibe 16 angeordnet.

In der Wand des Mehrstufengehäuses 9 ist vor dem ersten Stufengehäuse 8 eine durch ein Rückschlagventil 17 zu verschließende Öffnung 18 vorgesehen, welche das Ansaugventil bilden und über die eine Verbindung der Kammer 15 mit der Saugkammer 13 hergestellt ist. Das Rückschlagventil 17 besteht aus einem an nur einem Befestigungspunkt fixierten Metallplättchen, das im unbelasteten Zustand durch seine Eigenspannung in Offenstellung gehalten wird.

Zur Verbesserung der Flüssigkeitszuführung zur ersten Pumpenstufe ist ein Führungsbauteil 19 vorgesehen, welches ein Kanal 20 aufweist, an dessen einem Ende das Rückschlagventil 17 und die Öffnung 18 angeordnet ist, und dessen anderes Ende im Bereich des Saugmunds des ersten Laufrads 7 in die Kammer 13 mündet.

Das in Fig. 2 dargestellte Aggregat besteht aus einer mit Stufen 21 bis 25 ausgestatteten Kreiselpumpe 26 und einem diese antreibenden Elektromotor 27. Die jeweils mit einem Laufrad 28 versehenen Stufen 21 bis 25 sind in einem aus einzelnen mehrteiligen Stufengehäusen zusammengefügten Mehrstufengehäuse 29 angeordnet. Ein äußeres Gehäuse 30, in das ein Saugstutzen 31 und ein Druckstutzen 32 integriert sind, umschließt das Mehrstufengehäuse 29. Das äußere Gehäuse 30 umfaßt im übrigen eine der ersten Pumpenstufe 21 vorgeschaltete Saugkammer 33, eine der Gasabscheidung dienende Druckkammer 34 und eine das Mehrstufengehäuse 29 umschließende Kammer 35, auf deren Funktion noch im einzelnen eingegangen wird.

In der Druckkammer 34 ist eine teilweise durchbrochene, eine Trennung von Förderflüssigkeit und Gas unterstützende Scheibe 36 angeordnet.

In der Wand des Mehrstufengehäuses 29 ist eine durch ein Rückschlagventil 37 zu verschließende Öffnung 38 vorgesehen, welche ein Ansaugventil bilden und über die eine Verbindung der Kammer 35 mit dem Saugbereich 39 der zweiten Pumpenstufe 22 erfolgt. Das Rückschlagventil 37 besteht aus einem an nur einem Befestigungspunkt fixierten Metallplättchen, das im unbelasteten Zustand durch seine Eigenspannung in Offenstellung gehalten wird.

Die über eine Öffnung 38 erfolgende Verbindung der Kammer 35 mit dem Saugbereich 39 der zweiten Pumpenstufe 22 könnte auch in einer der folgenden Pumpenstufen 23 bis 25 vorgenommen werden. Anstelle des Metallplättchens könnte auch ein aus einem anderen elastischen Material bestehendes Plättchen oder eine Zunge verwendet werden. Es könnte aber auch ein völlig anders gestaltetes Ansaugventil eingesetzt werden.

Um den Vorgang des Entlüftens der Saugleitung und des Selbstansaugens in Gang setzen zu können, muß die Kreiselpumpe 26 soweit mit Flüssigkeit gefüllt sein, daß ihre Laufräder 28 imstande sind, einen internen Kreislauf durchzuführen. In den Kreislauf einbezogen sind alle Pumpenstufen 22 bis 25 mit Ausnahme der ersten Pumpenstufe 21, die die in der Saugkammer 33 befindliche Flüssigkeit zunächst in den Kreislauf hineinfördert und danach ausschließlich für die Förderung von Gas aus dem Saugbereich 31, 33 der Kreiselpumpe 26 zur Verfügung steht. Das der zirkulierenden Flüssigkeit beigemischte Gas wird, unterstützt durch die Scheibe 36, in der Druckkammer 34 zu einem großen Teil abgeschieden, so daß es über den Druckstutzen 32 entweichen kann. Die Flüssigkeit gelangt über die Kammer 35, das geöffnete Rückschlagventil 37 und die Öffnung 38 zurück in den Saugbereich 39 der zweiten Pumpenstufe 22. Dort erfolgt auch eine Anreicherung der Flüssigkeit mit einem weiteren Gasanteil, welcher vom Laufrad 28 der ersten Pumpenstufe 21 in den Saugbereich 39 der zweiten Pumpenstufe 22 gefördert wird. Der durch die fortschreitende Evakuierung der Saugleitung entstehende Unterdruck bewirkt ein Ansteigen des Wassers in der Saugleitung.

Die geschilderten Vorgänge wiederholen sich so lange, bis das im Ansaugbereich befindliche Gas auf einen solchen Druck abgebaut ist, daß ein Ansaugen der Flüssigkeit zur ersten Pumpenstufe 21 erfolgt. Der nun im Raum 35 ansteigende Druck

schließt das Rückschlagventil 37. Die Selbstansaugung ist beendet und die Kreiselpumpe 26 geht in den Förderbetrieb über.

Um diese Wirkung zu erzielen ist es dabei unerheblich, welche der auf die erste Pumpenstufe folgenden Pumpenstufen mit dem Rückschlagventil versehen ist. Vorzugsweise ist jedoch die zweite Pumpenstufe 22 damit versehen, um einen raschen Ansaugvorgang zu erhalten.

Nach einem Abstellen des Elektromotors 27 und der Beendigung der Förderung der Kreiselpumpe 26 verbleibt noch genügend Flüssigkeit im Saugraum 33, der Kammer 35 und dem Mehrstufen¬ gehäuse 29 der Kreiselpumpe 26, daß der geschilderte Prozeß der Entlüftung und Selbstansaugung erneut anlaufen kann.

Die Umrüstung einer herkömmlichen nicht selbstansaugenden mehrstufigen Kreiselpumpe wie in Fig. 1 dargestellt in eine selbstansaugende Kreiselpumpe wird durch einfachste Abänderungen erreicht. So ist es insbesondere nicht notwendig, neue Stufengehäuseteile herzustellen, es können vielmehr die bestehenden Stufengehäuse durchbohrt und mit einem Federventil versehen werden.

Durch den Verzicht auf ein Führungsbauteil 19 kann eine zusätzliche Pumpenstufe hinzugefügt werden, ohne daß sich die Außenabmessungen der Kreiselpumpe wesentlich ändern.

Wegen der Verhinderung des schlagartigen Luftdurchgangs von der Druckleitung durch die Pumpe zur teilweise evakuierten Saugleitung ist es möglich, die zulässige Saughöhe auf über 9 m zu erhöhen.

Um bei einer herkömmlichen selbstansaugenden mehrstufigen Kreiselpumpe den schlagartigen Luftdurchgang in die teilevakuierte Saugleitung zu verhindern, kann zwischen dem

Saugbereich 31, 33 und dem Druckbereich 32 eine Vorrichtung angeordnet werden, welche in diese Richtung gasdicht ist. Insbesondere ist dabei an eine Rückschlagklappe im Bereich des Druckstutzens 32 zu denken. Dadurch erhöht sich auch bei herkömmlichen Kreiselpumpen die Saughöhe deutlich.

Es ist ebenfalls denkbar, zwischen zwei Pumpenstufen eine Rückschlagvorrichtung für Gas anzuordnen. Dabei verringert sich dann bei gegebener Baulänge die Anzahl der wirksamen Pumpenstufen und damit die Förderhöhe. Das Ansaugverhalten verbessert sich aber deutlich.