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Dokumentenidentifikation DE10016924A1 12.07.2001
Titel Strahlpumpe und ihre Verwendung
Anmelder Voith Paper Patent GmbH, 89522 Heidenheim, DE
Erfinder Hartmann, Rolf, 88250 Weingarten, DE;
Nuber, Martin, 88131 Lindau, DE
DE-Anmeldedatum 05.04.2000
DE-Aktenzeichen 10016924
Offenlegungstag 12.07.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.07.2001
IPC-Hauptklasse F04F 5/00
IPC-Nebenklasse F04F 5/54   F04F 5/36   
IPC additional class // D21G 9/00  
Zusammenfassung In der Strahlpumpe werden mindestens zwei Fluide (F1, F2) zusammengeführt und gefördert. Dabei ist in einer Ausführungsform das Düsenrohr (2) für das zweite Fluid (F2) gegenüber dem Mischrohr (3) der Strahlpumpe axial verstellbar. In einer anderen Ausführungsform ist das Einlaufrohr (1) für das erste Fluid (F1) tangential und zur Mittellinie (5) der Strahlpumpe in einem Winkel angeordnet, der kleiner ist als 90°. Die Strahlpumpe wird mit Vorteil verwendet, um Papierfasersuspensionen als erstes Fluid (F1) mit Hilfe eines Treibstrahles zu verdünnen und zu fördern.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strahlpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 4.

Bekanntlich entwickeln Strahlpumpen ihre Pumpwirkung durch Zusammenführen zweier Fluide. Da Strahlpumpen keinen eigenen mechanischen Antrieb aufweisen, muss die erforderliche Energie aus den zugeführten Fluiden stammen. Üblicherweise wird das eine Fluid mit hoher Geschwindigkeit und/oder unter hohem Druck durch den axialen Einlauf in das Pumpengehäuse eingeführt, so dass es das zweite Fluid mitreisst. Die meisten Strahlpumpen sind relativ klein und werden insbesondere wegen ihres einfachen Aufbaues im Laborbetrieb benutzt. Die bekannten Strahlpumpen haben aber keinen guten Wirkungsgrad, was - besonders wenn sie im produktionstechnischen Bereich zu Förderzwecken und zur Druckerhöhung eingesetzt werden sollen - ein großer Nachteil ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die bekannten Strahlpumpen so zu verändern, dass sie mit einem besseren Wirkungsgrad betrieben werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4 erfüllt. Die Unteransprüche geben vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Strahlpumpe an, insbesondere unter Kombination der in den Ansprüchen 1 und 4 beschriebenen Lösungen. Der Anspruch 14 beschreibt eine besonders vorteilhafte Verwendung einer erfindungsgemäß gestalteten Strahlpumpe.

Der Erfindungsgegenstand und seine Vorteile werden beschrieben an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Strahlpumpe im Schnitt;

Fig. 2 eine Variante der erfindungsgemäßen Strahlpumpe im Schnitt;

Fig. 3 die Aufsicht auf die Strahlpumpe gemäß Fig. 2;

Fig. 4 + 5 je eine weitere erfindungsgemäße Strahlpumpe.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Strahlpumpe. Eine solche Pumpe wird betrieben, indem das Fluid F1, z. B. eine Papierfaserstoffsuspension, durch ein Einlaufrohr 1 und das Fluid F2 durch ein Düsenrohr 2 in das Gehäuse der Pumpe gelangen und zusammengeführt werden. Das Düsenrohr 2 muss nicht unbedingt als "Düse" ausgeführt sein; es hat lediglich die Aufgabe, das Fluid F2 mit relativ hoher axialer Geschwindigkeit in den zentralen Bereich der Strahlpumpe zu führen. Die beiden Fluide werden vermischt und als Mischfluid F3 aus dem sich stromabwärts anschließenden Mischrohr 3 abgeführt. Das Fluid F2 dient als Treibstrahl, der das seitlich einströmende Fluid F1 kräftig beschleunigt. Das Mischrohr 3 hat an seiner engsten Stelle den Innendurchmesser c, der sich üblicherweise anschließend in Strömungsrichtung über eine Länge d allmählich erweitert. Dadurch kann ein Teil der kinetischen Energie wieder in Druckenergie umgewandelt werden. Da die Menge des ausströmenden Mischfluids F3 größer ist als die des einströmenden Fluids F1, wird in der Regel auch der Auslaufdurchmesser c' der Strahlpumpe größer sein als der Innendurchmesser a des Einlaufrohres 1. Der Innendurchmesser b des Düsenrohres 2 ist kleiner als der Innendurchmesser a des Einlaufrohres 1.

Lediglich angedeutet, da maschinentechnisch ohne weiteres realisierbar, ist die Verstelleinrichtung 4, die dafür sorgt, dass das Düsenrohr 2 in axialer Richtung verstellt werden kann. Durch die Axialverstellung lässt sich nicht nur die Position der Mündung des Düsenrohres 2 verändern, sondern auch das Verhältnis der Strömungsquerschnitte von der Mündung (Innendurchmesser b) und dem die Mündung umgebenden Ringquerschnitt 6 an dieser Stelle. Eine solche Verstellmöglichkeit bringt bei dem Betrieb dieser Strahlpumpe Vorteile. So ist es nämlich möglich, die Strömungsverhältnisse im Mischbereich optimal auf die vorhandenen Bedingungen und auf den gewünschten Effekt abzustimmen. Oft wird eine solche Pumpe nämlich dort eingesetzt, wo die Mengenströme der Fluide zeitlich nicht konstant sind. Wird die Pumpe z. B. benutzt, um in der Papierindustrie eine Papierfasersuspension unter Druckzunahme zu fördern, so muss damit gerechnet werden, dass sowohl die Zähigkeit der Suspension, als auch ihre Menge Schwankungen unterworfen sind. Auf solche Veränderungen kann durch axiales Nachstellen des Düsenrohres 2 reagiert werden. Dabei ist der Aufwand im Verhältnis zum Nutzen dieser Maßnahme gering. Die Nachstellung kann manuell oder motorisch erfolgen und eventuell von einer Regeleinrichtung gesteuert werden.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Strahlpumpe steht das Einlaufrohr 1 zur Mittellinie 5 der Strahlpumpe in einem Winkel α, der von 90° abweicht. Dadurch erhält das einlaufende Fluid F1 eine axiale Strömungskomponente, die beim Druckaufbau in der Strahlpumpe von Vorteil ist.

Fig. 3 zeigt die Pumpe der Fig. 2 in Aufsicht, d. h. in Richtung der Achse gesehen. Die Zeichnung verdeutlicht, dass das Einlaufrohr 1 tangential angeordnet ist. Bei dieser Strahlpumpe entsteht durch die Einströmung des Fluids F1 sowohl ein Drall als auch eine Axialkomponente. Dadurch werden die Vermischung der beiden Fluide und der Druckaufbau gefördert. Der tangentiale Einlauf ist mit Vorteil als Wendel ausgestaltet, der z. B. über einen Umfangswinkel von 90° läuft.

In der Fig. 4 ist eine weitere Strahlpumpe mit der Kombination der bereits beschriebenen Merkmale dargestellt. Die gezeigte Strahlpumpe ist sowohl mit einer Verstelleinrichtung 4 zur Axialverstellung des Düsenrohres 2 ausgestattet, als auch mit einem schräg von oben angesetzten Einlaufrohr 1 für das Fluid F1. Das Einlaufrohr 1 ist außerdem tangential am Pumpengehäuse angeordnet.

Die in Fig. 5 dargestellte Strahlpumpe hat ein gebogenes durch die Seitenwand eingeführtes Düsenrohr 2, welches sich durch die Verstelleinrichtung 4 von außen axial verschieben lässt. In dem Verschiebespalt ist eine elastische Dichtung 7 vorgesehen. Das Fluid F1 kann bei einer solchen Konstruktion axial zugeführt werden, wird also - bis auf die Umströmung des Düsenrohres 2 - nur wenig umgelenkt.


Anspruch[de]
  1. 1. Strahlpumpe zur Vermischung und Förderung von mindestens zwei Fluiden, von denen wenigstens eines eine Flüssigkeit ist, mit einem Einlaufrohr (1) für das erste Fluid (F1), einem Düsenrohr (2) für die axiale Einführung des zweiten Fluides (F2) sowie einem Mischrohr (3), welches stromabwärts zum Einlaufrohr (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenrohr (2) gegenüber dem Mischrohr (3) axial verstellbar ist.
  2. 2. Strahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung des Düsenrohres (2) auch während des Betriebes der Strahlpumpe möglich ist.
  3. 3. Strahlpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellbereich des Düsenrohres (2) so ausgelegt ist, dass es sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts des kleinsten Querschnittes des Mischrohres (3) münden kann.
  4. 4. Strahlpumpe zur Vermischung und Förderung von mindestens zwei Fluiden, von denen wenigstens eines eine Flüssigkeit ist, mit einem tangentialen Einlaufrohr (1) für das erste Fluid (F1), einem axialen Düsenrohr (2) für das zweite Fluid (F2) sowie einem Mischrohr (3), welches stromabwärts zum tangentialen Einlaufrohr (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das tangentiale Einlaufrohr (1) zur Mittellinie (5) der Strahlpumpe in einem Winkel (α) angeordnet ist, der kleiner ist als 90°.
  5. 5. Strahlpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) kleiner ist als 60°.
  6. 6. Strahlpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) größer ist als 20°.
  7. 7. Strahlpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlaufrohr (1) tangential an das Gehäuse der Strahlpumpe angeschlossen ist.
  8. 8. Strahlpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlaufrohr (1) durch eine Wendel an das Gehäuse der Strahlpumpe angeschlossen ist.
  9. 9. Strahlpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (a) des Einlaufrohres (1) zwischen 20 und 200 mm beträgt.
  10. 10. Strahlpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (b) des Düsenrohres (2) an dessen Mündung zwischen 10 und 200 mm beträgt.
  11. 11. Strahlpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (c) des Mischrohres (3) an dessen engster Stelle zwischen 20 und 400 mm beträgt.
  12. 12. Strahlpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Innendurchmesser des Mischrohres (3), ausgehend von seiner engsten Stelle stromabwärts allmählich erweitert.
  13. 13. Strahlpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterung des Innendurchmessers des Mischrohres (3) auf einer Länge (d) zwischen 50 und 3000 mm erfolgt.
  14. 14. Verwendung einer Strahlpumpe zur Druckerhöhung einer Papierfasersuspension unter gleichzeitiger Vermischung mit einer Verdünnungsflüssigkeit, wobei die Papierfasersuspension mit Hilfe eines durch die Verdünnungsflüssigkeit gespeisten Treibstrahles gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlpumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche ausgestaltet ist, wobei das erste Fluid (F1) die Papierfasersuspension ist und das zweite Fluid (F2) die Verdünnungsflüssigkeit und dass vom Fluid (F1) ein Volumendurchsatz von mindestens 2000 l/min durch die Strahlpumpe durchgesetzt wird.
  15. 15. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierfasersuspension vor der Strahlpumpe einen Feststoffgehalt von mindestens 3% hat.






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