Zentrifugalpumpe
Die Erfindung betrifft eine Zentrifugalpumpe, bei welcher der Drehkörper aus einem hohlen Teil besteht, durch den das zu fördernde Medium axial zuströmt, sowie einem mit gebo genen Schaufeln versehenen Teil, durch den das Medium radial austritt.
Bei den bisher bekannten Zentrifugalpumpen wird dem Fördermedium vorerst durch die Schaufeln eines Laufrades Druck- und Geschwindigkeitsenergie erteilt und wird sodann die Geschwindigkeitsenergie durch Verzögerung in Förderdruckenergie umgewandelt.
Die bei diesem Arbeitsvorgang entstehenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten verursachen nicht nur grosse Strömungswiderstände, sondern führen auch zu gefährlichen Kavitationserscheinungen und Turbulenzen. Insbesondere bei Förderung von sandigem Schmutzwasser unterliegen die Kreiselpumpen ausserdem einem hohen Verschleiss.
Zweck der Erfindung ist eine Zentrifugalpumpe zu schaffen, bei welcher im Gegensatz zu bekannten Zentrifugal- bzw.
Kreiselpumpen das Fördermedium während des ganzen Durchganges durch die Pumpe, also vom Saugstutzen über eine Zentrifuge bis zum Druckstutzen, mit solch verlangsamter Geschwindigkeit fliesst, dass die vorgenannten nachteiligen Wirkungen nicht auftreten können.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der den Drehkörper umgebende Gehäuseraum ein Vielfaches des Rauminhaltes des als Zentrifuge wirkenden, mit Schaufeln radiale Durchströmkanäle bildenden Teiles des Drehkörpers beträgt, die in ihrer Gesamtheit einen grösseren radialen Durchströmquerschnitt aufweisen als der axiale Durchströmquerschnitt des Saugrohres bzw. des an dieses unmittelbar anschliessenden hohlen Teiles des Drehkörpers ist.
Hiebei können die Schaufeln beim Umlauf des Drehkörpers mit der konkaven Seite voranliegen, so dass die Innenschneiden der Stege eine fräserähnliche Wirkung am Fördermedium ausüben.
Die genannten, sowie weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Zeichnung hervor, die eine beispielsweise Ausführungsform der Pumpe schematisch darstellt.
Fig. 1 zeigt die Pumpe teilweise in Längsschnitt und Ansicht und Fig. 2 dieselbe im Schnitt senkrecht zur Antriebswelle; Fig. 3 veranschaulicht einen kompletten Labyrinthdichtungseinsatz im Schnitt.
In der Hauptsache besteht die erfindungsgemässe Zentrifugalpumpe aus dem Gehäuse 1, dem Gehäusedeckel 2 mit Wellenlagerkonsole 2a, dem Saugflanschdeckel 3; weiter aus dem Drehkörper 4 mit Schaufeln 4a, welche die Kammern H bilden, und den Labyrinthdichtungseinsätzen L, die aus den Elementen 6, 7, 8 und 9 zusammengesetzt sind.
Das durch die Saugleitung S eingesaugte Fördermedium fliesst durch den hohlzylindrischen Teil h und mit verlangsamter Geschwindigkeit durch die Kammern H des Drehkörpers 4 in den als Druckspeicher wirkenden Gehäuseraum Sp, wobei nur durch die Zentrifugalkraftwirkung der statische Druck erzeugt wird, wenn der Druckstutzen D (Druckventil nicht gezeichnet) geschlossen ist.
Zur Erzeugung des statischen Druckes ist nur die Arbeit zur Überwindung folgender Reibungswiderstände aufzubringen: erstens für Lagerung der Antriebswelle 5; zweitens für verlangsamte Strömung am Saugstutzen durch den Drehkörper in den Gehäuseraum Sp; drittens die Gleitreibung zwischen Fördermedium und der vollkommen glatten, keine dynamische Arbeit leistenden Aussenfläche des ausgewuchteten Drehkörpers; viertens eine geringe Reibung in den Labyrinthdichtungen L.
Bei Öffnen des am Druckstutzen D angeschlossenen, nicht gezeichneten Druckventils, beginnt die Pumparbeit. Hiefür ist zusätzlich zur Arbeit für die Erzeugung des statischen Druckes, jene Arbeit zu leisten, die erforderlich ist, um die Fördermenge pro Sekunde auf die Umfangsgeschwindigkeit bzw. Winkelgeschwindigkeit der Zentrifuge zu beschleunigen, wofür der Radius r des Schwerpunktes Sw der Fördermediumsumlaufmasse gilt. Um eine grosse Fördermenge zu erzielen und jede dynamische Förderdruckarbeit der Schaufeln 4a auszuschalten, sind letztere sichelförmig, entgegengesetzt der Drehrichtung, gewölbt und mit Schneiden m und n versehen, wobei die Schneiden m eine schaufelnde Wirkung haben und die Schneiden n nur einen sehr geringen Widerstand im unter Druck stehenden Fördermedium verursachen.
Aus Vorstehendem ist zu ersehen, dass der Förderdruck nur durch die im Drehkörper bewirkte Zentrifugalkraft erzeugt wird und daher mit einem Drehkörper (einstufig) jeder gewünschte höchste Förderdruck erreicht werden kann, wenn Durchmesser und Drehzahl entsprechend vorberechnet sind.
Durch Verbreiterung B des Drehkörpers sowie durch Vergrösserung des Gehäuseraumes Sp, kann die Durchfliessgeschwindigkeit so weit herabgemindert werden, dass deren Widerstände praktisch keine Bedeutung haben.
Die langsame Fliessgeschwindigkeit selbst von Förderme- dien, die z.B. auch stark durch Sand verunreinigt sind, verursacht innerhalb des Drehkörpers nur wenig Verschleiss. Der Verschleiss an der geringen, glatten Aussenfläche - die auch mit verschleissfestem Kunststoff überzogen werden kann - ist ebenfalls gering; das gleiche gilt für Labyrinthabdichtungen.
Jedenfalls kann dieser geringfügige Verschleiss für eine lange Betriebsdauer selbst bei höchsten Förderdrücken einen praktisch merkbaren Mengenleistungsabfall nicht bewirken.
Demgegenüber erfordern Hochdruck-Zentrifugalpumpen eine mehrstufige Ausführung, die besonders bei Förderung von sandigen Fördermedien einem sehr raschen Verschleiss unterliegen, wodurch bereits nach kurzer Betriebsdauer die Mengenleistung und damit der Wirkungsgrad rasch abfällt.
Die Labyrinthdichtungen zwischen Druckraum Sp und Drehkörper sind von besonderer Wichtigkeit, da diese für Nieder- und Hochdruckpumpen einheitlich verwendbar, auch bei der Montage leicht einzubauen sind und damit wirtschaftliche Bedeutung erlangen. Diese Labyrinthdichtung L nach Fig. 3, als kompletter Einsatz, besteht aus den Aussenringen 6 und Inneruingen 7, welche vorzugsweise auch aus Kunststoff hergestellt werden können und den Innenringscheiben 8 sowie Aussenringscheiben 9, z.B. aus dünnem Stahlblech. Durch diese Bauart kann bei geringem Bauvolumen des Dichtungseinsatzes eine sehr gute, reibungsfreie Abdichtung erzielt werden.
Zur Entlastung der Wellendichtung 10 ist eine Kammer K, welche mit dem Saugraum H des Drehkörpers durch ein oder mehrere Durchlasslöcher 4b verbunden ist, vorgesehen. Durch diese Einrichtung ist vorgesorgt, dass nicht die geringste Spaltverlustmenge in der Labyrinthdichtung nach aussen gelangt.
Durch die gute Abdichtung der Labyrinthdichtungseinsätze L wird eine Selbstansaugung der Pumpe erreicht, insbesondere wenn Saug- und Druckleitung so weit hochgeführt werden, dass bei teilweiser Füllung der Pumpe die Labyrinthdichtungen vom Fördermedium umschlossen sind.
Der Erfindungsgegenstand ist auch als Pumpe, bzw. Gebläse und Verdichter für gasförmige Medien vorteilhaft verwendbar, da die Arbeit geräuschlos vor sich geht, was ein besonderes Anliegen in der Lärmbekämpfung ist. Die Geräuschlosigkeit trifft auch hier zu, da geräuschbildende Strömungsgeschwindigkeiten vermieden werden. Für höhere Verdichtungsdrücke kann auch eine mehrstufige Anordnung vorgesehen werden.