DE10054669C1 - Centrifugal pump, to transport coarsely dispersed solid and fluid mixture, has hollow impeller with inner pipe and annular chambers branching laterally from inner pipe and opening into exit channel - Google Patents

Centrifugal pump, to transport coarsely dispersed solid and fluid mixture, has hollow impeller with inner pipe and annular chambers branching laterally from inner pipe and opening into exit channel

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Abstract

The pump has a hollow impeller (1), which may be a rotor of a canned motor (14) or an air turbine and may be completely encapsulated. The impeller has several walls, with a central inner pipe (2) and at least one annular chamber (3) with blade mountings (5), whose inner and outer walls are formed in a wedge in the flow direction. The annular chamber branches laterally from the inner pipe in the impeller entry (6) and opens into an exit channel (7) with a guide unit (9) at an acute angle ( alpha ) at the end of the inner pipe in the exit (11) of the guide unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe für den kontinuierlichen Trans­ port und die Beschleunigung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen mit vorwiegend groben Partikeln bzw. faserigen Bestandteilen. Sie ist ebenfalls für die Förderung empfindlicher Güter geeignet. Diese Kreiselpumpe ist in jede, vorwiegend vertikale Rohrleitung einbaubar.The invention relates to a centrifugal pump for continuous trans port and the acceleration of solid-liquid mixtures with predominantly coarse particles or fibrous components. It is also for funding sensitive goods. This centrifugal pump is in everyone, predominantly Vertical pipe can be installed.

Bekannte Ausführungen von Feststoffpumpen beschleunigen Mehrphasenge­ mische entweder diskontinuierlich (Verdrängerprinzip) und dadurch energetisch ungünstig oder kontinuierlich nach dem Kreiselpumpenprinzip. Die Laufräder dieser Kreiselpumpen besitzen räumlich gewundene Kanäle, wobei die Spalte zwischen rotierendem Laufrad und Gehäuse funktionsbedingt eng sind. Dabei müssen die Partikel das Laufrad passieren oder aber das Laufrad wird ausschließ­ lich als Impulsgeber für die Feststoffströmung genutzt. (Freistromkreiselpumpe). Freistromkreiselpumpen bedingen durch ihre Bauart (z. B. SU 1317183 A1) hohe Energieverluste und erfordern eine Richtungsänderung der Partikel. In Pumpen, bei denen das Gut das Laufrad passieren muß, treten Richtungsänderungen der bewegten Partikel wesentlich stärker in Erscheinung. Mit den dadurch verursach­ ten Verschleißerscheinungen an Wandungen und Spalten gehen Energieverluste einher, außerdem besteht Verstopfungsgefahr. Ohne Störungen können nur relativ kleine Partikel in geringen Konzentrationen gefördert werden. Bekannt sind verschiedene Vorschläge zur Gestaltung von Laufradformen für den Feststofftransport, wie beispielsweise in DE 32 11 230 A1, SU 1317183 A1, EP 0530163 A1 beschrieben. Die Tendenz der Neuerungen geht dahin, die Zahl der Kanäle im Laufrad zu verringern, um größere Querschnitte zu erhalten. Ins­ besondere wird dies in DE 32 11 230 A1 dargestellt. Der Nachteil der starken Richtungsänderungen für die gesamte Strömung wird dadurch nicht beseitigt. Bekannt sind Kreiselpumpen mit einem als Hohlkörper ausgebildeten Laufrad, das als Rotor eines Spaltrohrmotors ausgebildet sein kann und nach außen hin vollständig gekapselt ausgeführt ist (DE-OS 18 14 929 und JP 11210662 A). Dort ist das Laufrad als an der Innenwand beschaufeltes Rohr ausgebildet, was beim Transport eines Feststoff-Flüssigkeitsgemisches zu einem erheblichen Verschleiß an der Beschaufelung führt.Known designs of solid-state pumps accelerate multi-phase flow mix either discontinuously (displacement principle) and therefore energetically unfavorable or continuous according to the centrifugal pump principle. The wheels these centrifugal pumps have convoluted channels, the column between the rotating impeller and the housing are functionally tight. there the particles must pass the impeller or the impeller will be excluded Lich used as a pulse generator for the flow of solids. (Free-flow centrifugal pump). Free-flow centrifugal pumps have high design requirements (e.g. SU 1317183 A1) Loss of energy and require a change of direction of the particles. In pumps, where the goods have to pass the impeller, changes in direction occur moving particles appear much stronger. With the cause Signs of wear on walls and gaps result in energy losses along with, there is also a risk of constipation. Without interference can only relatively small particles are conveyed in low concentrations. Various proposals for the design of impeller shapes are known solids transport, as for example in DE 32 11 230 A1, SU 1317183 A1, EP 0530163 A1. The tendency of innovations goes there, the number of the channels in the impeller to get larger cross sections. in the this is particularly shown in DE 32 11 230 A1. The disadvantage of the strong This does not eliminate changes in direction for the entire flow. Centrifugal pumps with an impeller designed as a hollow body are known, that can be designed as a rotor of a canned motor and towards the outside is completely encapsulated (DE-OS 18 14 929 and JP 11210662 A). There the impeller is designed as a bladed tube on the inner wall, which at Transport of a solid-liquid mixture for considerable wear leads to the blading.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kreiselpumpe zu entwickeln, die den Transport von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen mit geringem Verschleiß ermöglicht.The invention has for its object to develop a centrifugal pump which transport low-wear solid-liquid mixtures allows.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Kreiselpumpe der gattungs­ gemäßen Bauart durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.The object is achieved with a centrifugal pump of the generic type contemporary design solved by the features specified in claim 1.

Die Besonderheit besteht darin, daß sich das Laufrad aus einem runden Innenrohr und mindestens einem Ringraum zusammensetzt, dessen Innen- und Außenwandung sich in Strömungsrichtung kegelartig vergrößern. Der zwischen Innenrohr und Außenwand vorhandene Ringraum ist mit einer Beschaufelung zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Strömungsmediums versehen. Diese Beschau­ felung kann ein- oder mehrgängig schneckenartig oder als Einzelbeschaufelung ausgebildet sein. Das Innenrohr führt geradlinig axial durch das Laufrad.The peculiarity is that the impeller is made of a round Inner tube and at least one annular space, the interior and The outer wall increases conically in the direction of flow. The between The inner tube and outer wall of the existing annular space are equipped with blading Increase the velocity of the flow medium. This inspection Felunging can be single or multi-course helical or as individual blading be trained. The inner tube runs axially straight through the impeller.

Durch die Gliederung des Laufrades in Innenrohr und Ringraum wird die mit Feststoff beladene Strömung am Laufradeintritt in Haupt- und Neben- bzw. Ringströmung geteilt. The structure of the impeller in the inner tube and annular space flow laden with solids at the impeller inlet in the main and secondary or Ring flow divided.  

Die Hauptströmung passiert von der Saugmündung kommend ohne Rich­ tungsänderung axial das Innenrohr des Laufrades und mündet in derselben Art in den Druckstutzen der Pumpe. Die Nebenströmung wird vor dem Beginn des Innenrohres abgezweigt und im Ringraum des Laufrades mit Druckenergie auf­ geladen. Über eine dem Laufrad nachgeschaltete Leiteinrichtung wird die Neben­ strömung der Hauptströmung in einem spitzen Winkel zugeführt und beschleunigt diese.The main flow comes from the suction mouth without Rich change axially the inner tube of the impeller and ends in the same way in the pressure port of the pump. The side flow is before the beginning of the Branch pipe branched and in the annulus of the impeller with pressure energy loaded. The secondary is via a guide device connected downstream of the impeller flow of the main flow at an acute angle and accelerated this.

Innerhalb der erfindungsgemäßen Pumpe bleiben grobe Partikel bzw. Fasern durch Tägheits- und Druckkräfte an die axiale Hauptströmung gebunden, für die der relativ große, konstante Querschnitt des Innenrohres zur Verfügung steht. Nur die mit wenig Feststoff kleinster Korngröße beladene Nebenströmung kommt mit dem mit Beschaufelung versehenen Ringraum in Berührung. Durch diese Aufteilung werden Verschleiß und Verstopfungsgefahr außerordentlich verringert. Sollen langfaserige Feststoffe zerkleinert werden, können im Laufradeintritt Mes­ ser bzw. Inducer angebracht werden.Coarse particles or fibers remain within the pump according to the invention tied to the main axial flow by inertial and compressive forces, for which the relatively large, constant cross section of the inner tube is available. Only the secondary flow loaded with the smallest grain size with little solids comes in contact with the bladed annulus. Through this Splitting is extremely reduced wear and risk of clogging. If long-fiber solids are to be shredded, Mes water or inducer.

Infolge des freien axialen Querschnitts für die Hauptströmung ist es möglich, empfindliche Güter (z. B. Fische) schonend zu fördern.Due to the free axial cross section for the main flow, it is possible to to convey sensitive goods (e.g. fish) gently.

Die Fördercharakteristik der erfindungsgemäßen Pumpe kann durch Änderungen des Flächenverhältnisses zwischen dem axial durch das Laufrad führenden Innen­ rohr und dem Ringraum, der Beschaufelung (Anstellwinkel, Gangzahl usw.), des Neigungswinkels der Außenwandung des Ringraumes sowie durch Variationen der Geometrie der Strömungskanäle (einschließlich des Einströmwinkels der Neben­ strömung in die Hauptströmung), des Pumpenoberteils und der Leiteinrichtung beeinflußt werden. Eine weitere Möglichkeit dazu bietet auch die Regelung der Drehzahl des Laufrades.The delivery characteristics of the pump according to the invention can be changed the area ratio between the inside axially through the impeller tube and the annulus, the blading (angle of attack, number of gears, etc.), the Angle of inclination of the outer wall of the annulus and by variations of the Geometry of the flow channels (including the inflow angle of the subsidiary flow into the main flow), the pump upper part and the guide device to be influenced. The regulation of the Speed of the impeller.

Das Laufrad der erfindungsgemäßen Pumpe ist nach außen vom Pumpengehäuse vollständig umschlossen, das heißt, es gibt keine Abdichtungsprobleme. Der An­ trieb erfolgt indirekt z. B. mit Spaltrohrmotor oder Druckluftturbine. Bei letzterer Antriebsart und vertikalem Einbau der Pumpe kann die Abluft der Turbine über Kanäle im Pumpenoberteil der Hauptströmung zugeführt werden und dort ihre Restenergie nach dem Lufthebe- oder Mammutprinzip abgeben. The impeller of the pump according to the invention is on the outside of the pump housing completely enclosed, that is, there are no sealing problems. The An Driven indirectly z. B. with canned motor or compressed air turbine. With the latter Drive type and vertical installation of the pump can exhaust the turbine Channels in the upper part of the pump are fed to the main flow and there their Release residual energy according to the air lifting or mammoth principle.  

In die Leiteinrichtung des Pumpenoberteils der erfindungsgemäßen Pumpe läßt sich ein Ringschieber integrieren, der z. B. hydraulisch zu betätigen ist und den Ausströmringkanal bei Bedarf absperren kann. Die Ringströmung ist dann ge­ zwungen, über einen vorzusehenden Sammelkanal abzufließen. Notwendig ist die­ ser Fall, wenn die Flüssigkeit bzw. Suspension einen zu hohen Feinanteil an Fest­ stoffen enthält, der über Zentrifugen oder andere geeignete Separationsvorrichtun­ gen abgebaut werden muß. Das abgezweigte Fluid kann durch Klarwasser ersetzt oder gereinigt an anderer Stelle der Hauptströmung wieder zugegeben werden. Das Laufrad kann einen oder mehrere zusätzliche parallele, getrennte Ringräume aufweisen, die an separate Abgänge angeschlossen sind.In the guide device of the pump upper part of the pump according to the invention integrate a ring slide valve, the z. B. is to be operated hydraulically and Shut off outflow ring channel if necessary. The ring flow is then ge forced to drain via a collecting channel to be provided. That is necessary case if the liquid or suspension contains too high a proportion of solid contains substances that via centrifuges or other suitable separation devices gene must be dismantled. The branched-off fluid can be replaced by clear water or cleaned again at another point in the main flow. The impeller can have one or more additional parallel, separate annuli have connected to separate outlets.

Die Leiteinrichtung kann ins Laufrad integriert oder am Pumpenoberteil befe­ stigt oder drehbar gelagert und separat antreibbar sein. Ist die Leiteinrichtung, mit Befestigungsstreben am Pumpenoberteil befestigt, können diese auch als Be­ schaufelung ausgebildet sein.The control device can be integrated into the impeller or attached to the upper part of the pump Stigt or rotatably mounted and driven separately. Is the guidance device attached to the upper part of the pump with fastening struts, these can also be used as Be be formed blade.

Auch der Ausströmringkanal kann beschaufelt sein.The outflow ring channel can also be bladed.

Die erfindungsgemäße Pumpe ist geeignet zum Beschleunigen einer bereits exi­ stierenden Zweiphasen-(Feststoff-Flüssigkeit) oder einer Dreiphasen-Strömung (Feststoff-Flüssigkeit-Gas). Die Pumpe läßt sich in jede vorhandene Rohrleitung einbauen und führt der Strömung ohne wesentliche Richtungsänderung weite­ re Energie zu. Auch eine Kopplung mehrerer derartiger Pumpen ist ohne Rich­ tungsänderung der Hauptströmung problemlos möglich. The pump according to the invention is suitable for accelerating an already exi constant two-phase (solid-liquid) or a three-phase flow (Solid-liquid-gas). The pump can be installed in any existing pipeline install and leads the flow without significant change of direction re energy too. Coupling several such pumps is also not Rich change of the main flow possible without any problems.  

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Pumpe sind folgende:
The advantages of the pump according to the invention are as follows:

  • - Der Fördervorgang verläuft kontinuierlich.- The conveying process runs continuously.
  • - Die Strömung wird in Haupt- und Nebenströmung aufgeteilt. Grobe Par­ tikel und Fasern verbleiben in der Hauptströmung, die das Laufrad ohne Richtungsänderung und ohne weitere Strömungshindernisse passiert. Der Hauptstrom kommt mit der Beschaufelung nicht in Berührung. Die Ver­ stopfungsgefahr sinkt erheblich und Partikelwandberührungen sind selten. Der Verschleiß ist gering und die Pumpe kann in Leichtbauweise hergestellt werden.- The flow is divided into main and secondary flow. Rough par The particles and fibers remain in the main flow, which the impeller does not Change of direction and happens without further flow obstacles. The The main stream does not come into contact with the blading. The Ver The risk of constipation drops considerably and touching the particle wall is rare. The wear is low and the pump can be manufactured in a lightweight design become.
  • - Durch Veränderungen der Geometrie von Laufrad und Leiteinrichtung ist eine gute Anpassung an unterschiedliche Förderbedingungen möglich. Tech­ nologische Zusatzaufgaben, wie beispielsweise Reinigen der Suspension, Zer­ kleinern von Fasern, sind integrierbar.- By changing the geometry of the impeller and guide device a good adaptation to different funding conditions possible. Tech additional biological tasks, such as cleaning the suspension, Zer smaller fibers, can be integrated.
  • - Das Laufrad der Pumpe ist völlig kapselbar; Abdichtungsprobleme verlieren an Bedeutung.- The impeller of the pump is completely encapsulated; Losing sealing problems in importance.
  • - Die Pumpe ist problemlos in jede Rohrleitung einbaubar. Der Förderstrom ändert dabei seine Richtung nicht. Bereits vorhandene Mehrphasenströmun­ gen können wirksam unterstützt werden. Die Kopplung mehrerer erfin­ dungsgemäßer Pumpen ist ohne Schwierigkeiten möglich.- The pump can be easily installed in any pipeline. The flow does not change its direction. Already existing multiphase currents can be supported effectively. The coupling of several inventions Pumping according to the invention is possible without difficulty.

Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Pumpe an einem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel erläutert.Below is the pump according to the invention on one shown in the figure Exemplary embodiment explained.

Kernstück der gezeigten Pumpe ist das Laufrad 1, in dem ein Ringraum 3 um ein zentrales Innenrohr 2 angeordnet ist. Der Ringraum 3 wird von der sich in Strömungsrichtung radial erweiternden Außenwandung 4 umschlossen und enthält die Beschaufelung 5. Die Beschaufelung 5 ist im Ausführungsbei­ spiel eingängig schneckenartig ausgebildet. Der Gemischvolumenstrom teilt sich im Laufradeintritt 6 in die Hauptströmung mit den Feststoffen, die das Innen­ rohr ohne Richtungsänderung passiert, und in die Nebenströmung. Diese wird im Ringraum beschleunigt und bewegt sich durch den Ausströmringkanal 7 zwi­ schen Pumpenoberteil 8 und Leiteinrichtung 9 bis zum Ausgang 11 der Leitein­ richtung. Die Leiteinrichtung 9 ist durch Befestigungsstreben 10 mit dem Pum­ penoberteil 8 verbunden. Am Ausgang 11 der Leiteinrichtung trifft die Neben- oder Ringströmung unter dem Winkel α der Leiteinrichtung bei Energieabgabe mit der Hauptströmung zusammen. Der Winkel α ist in jedem Fall ein spitzer Winkel und wird für das Ausführungsbeispiel mit 15° angegeben Das Laufrad wird seitlich vom Gehäuse 12 und am Eintritt vom Pumpenunterteil 13 umge­ ben. Somit ist es nach außen vollständig gekapselt. Der Antrieb des Laufrades erfolgt mittels Spaltrohrmotor 14. Pumpenoberteil und -unterteil können auch als Flansche ausgebildet sein und ermöglichen dadurch einen problemlosen Ein­ bau in Rohrleitungen.The heart of the pump shown is the impeller 1 , in which an annular space 3 is arranged around a central inner tube 2 . The annular space 3 is enclosed by the outer wall 4 which widens radially in the flow direction and contains the blading 5 . The blading 5 is catchy in the game Ausführungsbei trained. The mixture volume flow divides in the impeller inlet 6 into the main flow with the solids, which passes through the inner tube without changing direction, and into the secondary flow. This is accelerated in the annular space and moves through the outflow ring channel 7 between the upper pump part 8 and guide device 9 to the outlet 11 of the guide device. The guide device 9 is connected by fastening struts 10 to the pump upper part 8 . At the outlet 11 of the guide device, the secondary or ring flow meets the main flow at the angle α of the guide device when energy is released. The angle α is in any case an acute angle and is given for the embodiment at 15 °. The impeller is ben from the housing 12 and at the inlet from the lower pump part 13 . It is therefore completely encapsulated on the outside. The impeller is driven by a canned motor 14 . The upper and lower parts of the pump can also be designed as flanges, thereby enabling problem-free installation in pipelines.

Das angegebene Ausführungsbeispiel ist zur Förderung von grobdispersen Zwei­ phasengemischen sowie für den zerstörungsfreien Transport empfindlicher Güter geeignet.The specified embodiment is for the promotion of coarsely dispersed two mixed phases and for the non-destructive transport of sensitive goods suitable.

Claims (5)

1. Kreiselpumpe für den Transport grobdisperser Feststoff-Flüssigkeits­ gemische, mit einem als Hohlkörper ausgebildeten Laufrad, das als Rotor eines Spaltrohrmotors oder einer Druckluftturbine ausgebildet sein kann und nach außen hin vollständig gekapselt ausgeführt ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Laufrad (1) einen mehrwandigen Hohlkörper darstellt, der sich aus einem Innenrohr (2), das ohne Richtungsänderung axial durch das Laufrad führt, und mindestens einem beschaufelten Ringraum zusammensetzt, dessen Innen- und Außenwand in Durchströmungsrichtung kegelartig zunehmend gestaltet sind, und der im Laufradeintritt (6) seitlich vom Innenrohr abzweigt und über einen mit einer Leiteinrichtung (9) versehenen Ausströmringkanal (7) in einem spitzen Winkel α am Ende des Innenrohres (2) in den Ausgang (11) der Leiteinrichtung mündet.1. Centrifugal pump for the transport of coarsely dispersed solid-liquid mixtures, with an impeller designed as a hollow body, which can be designed as a rotor of a canned motor or a compressed air turbine and is designed to be completely encapsulated towards the outside, characterized in that the impeller ( 1 ) is one represents multi-walled hollow body, which is composed of an inner tube ( 2 ), which leads axially through the impeller without changing its direction, and at least one bladed annular space, the inner and outer walls of which are increasingly cone-shaped in the direction of flow, and which is laterally in the impeller inlet ( 6 ) Branches the inner tube and opens via an outflow ring channel ( 7 ) provided with a guide device ( 9 ) at an acute angle α at the end of the inner tube ( 2 ) into the outlet ( 11 ) of the guide device. 2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (3) am Zugang mit Schutzgittern versehen ist.2. Centrifugal pump according to claim 1, characterized in that the annular space ( 3 ) is provided with protective grilles at the entrance. 3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innen­ rohr (2) an seiner Innenwandung gewindeartige Rillen oder Messer für die Zerkleinerung des Feststoffes oder eine Teilbeschaufelung besitzt.3. Centrifugal pump according to claim 1, characterized in that the inner tube ( 2 ) on its inner wall has thread-like grooves or knives for the comminution of the solid or a partial blading. 4. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lei­ teinrichtung (9) verschiebbar angeordnet ist und dadurch die Breite des Ausströmringkanals (7) am Ausgang (11) der Leiteinrichtung (9) veränder­ lich ist.4. Centrifugal pump according to claim 1, characterized in that the Lei teinrichtung ( 9 ) is arranged displaceably and thereby the width of the outflow ring channel ( 7 ) at the output ( 11 ) of the guide device ( 9 ) is variable Lich. 5. Kreiselpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leit­ einrichtung (11) soweit verschiebbar ist, daß der Ausströmringkanal (7) dadurch verschließbar ist.5. Centrifugal pump according to claim 4, characterized in that the guide device ( 11 ) is displaceable to the extent that the outflow ring channel ( 7 ) can thereby be closed.
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