DE102013221245A1

DE102013221245A1 - Wet rotor

Info

Publication number: DE102013221245A1
Application number: DE201310221245
Authority: DE
Inventors: Andreas Gitt-Gehrke; Ralf Lüders
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2015-04-23
Also published as: EP2863062A1; EP2863062B1; CN204511907U

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit einem Gehäuse mit einem einen Stator aufnehmenden Statorbereich und einer ein um eine Längsachse drehbar gelagertes Rotorteil aufnehmenden und von einem Fördermedium durchströmbaren Rotorkammer, wobei ein ringförmiger Spalt zwischen einem den Stator umlaufenden hinteren Abschnitt des Rotorteils und einer Seitenwand des Gehäuses gebildet ist. Der Spalt weist einen Verbreiterungsabschnitt auf, in dem sich die radiale Abmessung des Spalts in axialer Richtung allmählich vergrößert, wobei sich der Verbreiterungsabschnitt in axialer Richtung über eine Länge erstreckt, die größer ist als 10%, bevorzugt größer ist als 20%, insbesondere größer ist als 30% der Gesamtlänge des Spalts in axialer Richtung.The invention relates to a centrifugal pump having a housing with a stator receiving a stator and a rotatably mounted about a longitudinal axis rotor part receiving and flowed through by a fluid medium rotor chamber, wherein an annular gap formed between a stator rotating rear portion of the rotor part and a side wall of the housing is. The gap has a broadening section in which the radial dimension of the gap increases gradually in the axial direction, wherein the broadening section extends in the axial direction over a length that is greater than 10%, preferably greater than 20%, in particular greater as 30% of the total length of the gap in the axial direction.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit einem Gehäuse mit einem einen Stator aufnehmenden Statorbereich und einer ein Rotorteil aufnehmenden und von einem Fördermedium durchströmbaren Rotorkammer. Das Rotorteil ist in der Rotorkammer um eine Längsachse drehbar gelagert und weist einen Laufradabschnitt mit Schaufelteilen für das zu fördernde Medium auf. Ein ringförmiger Spalt ist zwischen einem den Stator umlaufenden hinteren Abschnitt des Rotorteils und einer Seitenwand des Gehäuses gebildet. The invention relates to a centrifugal pump having a housing with a stator receiving a stator and a rotor part receiving and permeable by a fluid medium rotor chamber. The rotor part is rotatably mounted in the rotor chamber about a longitudinal axis and has an impeller section with blade parts for the medium to be conveyed. An annular gap is formed between a stator rotating rear portion of the rotor member and a side wall of the housing.

Kreiselpumpen mit nasslaufenden Außenläufer-Rotoren sind bekannt. Bei diesen Pumpen tritt das Fördermedium, insbesondere Wasser, über ein Saugrohr in die Rotorkammer ein und wird auf einer Spiralbahn nach außen getragen. Die nach außen hin zunehmende radiale Geschwindigkeit des Fördermediums führt zu einem nach außen zunehmenden Druck, der das Fördermedium in ein Auslassrohr befördert. Das Rotorteil des Motors, das auf einer Welle sitzt, läuft dabei im Fördermedium, das dadurch gleichzeitig die Lager schmieren und den Motor kühlen kann. Die Trennung vom stromführenden Stator des Motors übernimmt eine Abtrennung wie etwa ein Spalttopf oder ein Spaltrohr. Centrifugal pumps with wet-running external rotor rotors are known. In these pumps, the fluid, in particular water, enters the rotor chamber via a suction tube and is carried on a spiral path to the outside. The outwardly increasing radial velocity of the pumped liquid leads to an outwardly increasing pressure, which conveys the fluid to an outlet pipe. The rotor part of the motor, which sits on a shaft, runs thereby in the conveying medium, which thereby lubricate the bearings at the same time and can cool the engine. The separation from the current-carrying stator of the motor takes over a separation such as a containment shell or a can.

Konstruktionsbedingt gibt es bei diesen Pumpen in der Rotorkammer einen Förderbereich, der von den Schaufelteilen des Rotorteils durchlaufen wird, so dass das Fördermedium radial nach außen beschleunigt wird, und einen den Stator umlaufenden, ringförmigen Bereich, in dem ein Rotorabschnitt des Rotorteils durch die magnetischen Kräfte der Statorwicklungen angetrieben wird und darin umläuft, wobei das Fördermedium beide Bereiche der Rotorkammer erreicht. By design, these pumps in the rotor chamber, there is a delivery area, which is traversed by the blade parts of the rotor part, so that the fluid is accelerated radially outward, and an annular area surrounding the stator, in which a rotor portion of the rotor part by the magnetic forces the stator windings is driven and circulates therein, wherein the conveying medium reaches both areas of the rotor chamber.

Herkömmliche Pumpen mit nasslaufendem Außenläufer-Rotor sind u.a. in den Druckschriften DE 100 09 900 A1 , US 2007/0177993 A1 und JP 2010-7539 A beschrieben. Die bei diesen Pumpen um eine Längsachse drehbar gelagerten Rotorteile weisen jeweils einen in einem Zwischenraum zwischen dem Spalttopf und der Gehäusewand umlaufenden Rotorabschnitt, der den hinteren Abschnitt des Rotorteils bildet, und einen Laufradabschnitt mit Schaufelteilen auf, der den vorderen Abschnitt des Rotorteils bildet. Die Schaufelteile ragen in einen Förderbereich der Rotorkammer hinein, in dem das Fördermedium radial nach außen beschleunigt wird. Allerdings ist der Wirkungsgrad dieser Pumpen nicht zufriedenstellend. Conventional pumps with wet-running external rotor rotor are, inter alia, in the publications DE 100 09 900 A1 . US 2007/0177993 A1 and JP 2010-7539 A described. The rotor parts which are rotatably mounted about a longitudinal axis in these pumps each have a rotor section circulating in a gap between the containment shell and the housing wall, which forms the rear section of the rotor part, and an impeller section with blade parts, which forms the front section of the rotor part. The blade parts protrude into a conveying region of the rotor chamber, in which the conveying medium is accelerated radially outward. However, the efficiency of these pumps is not satisfactory.

Einen besseren Wirkungsgrad weisen Pumpen mit nasslaufenden Innenläufer-Rotoren auf. Allerdings ist das Drehmoment dieser Pumpen regelmäßig geringer. Ferner benötigen Pumpen mit Innenläufer-Rotor einen größeren Bauraum. Pumps with wet running internal rotor rotors have a better efficiency. However, the torque of these pumps is regularly lower. Furthermore, pumps with internal rotor rotor require a larger space.

In Anbetracht der beschriebenen Probleme ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kreiselpumpe mit zufriedenstellendem Gesamtwirkungsgrad bereitzustellen, die gleichzeitig einen geringen Platzbedarf hat. In view of the described problems, it is the object of the present invention to provide a centrifugal pump with satisfactory overall efficiency, which at the same time has a small footprint.

Diese Aufgabe wird durch eine Weiterbildung der bekannten Kreiselpumpen gelöst, die im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass der Spalt einen Verbreiterungsabschnitt aufweist, in dem sich die radiale Abmessung des Spalts in axialer Richtung allmählich vergrößert und der sich bevorzugt an seinem vorderen Ende zu einem von Schaufelteilen des Rotorteils durchlaufbaren Förderbereich der Rotorkammer hin öffnet. Dabei erstreckt sich der Verbreiterungsabschnitt in axialer Richtung über eine Länge, die größer ist als 10%, bevorzugt größer ist als 20%, insbesondere größer ist als 30% der Gesamtlänge des Spalts in axialer Richtung. This object is achieved by a development of the known centrifugal pumps, which is characterized essentially in that the gap has a broadening section in which the radial dimension of the gap increases gradually in the axial direction and which preferably at its front end to one of blade parts of the rotor part can be passed through the conveying area of the rotor chamber. In this case, the widening portion extends in the axial direction over a length that is greater than 10%, preferably greater than 20%, in particular greater than 30% of the total length of the gap in the axial direction.

Mit anderen Worten hat der radiale Spalt, der zwischen dem Rotorteil und einer Seitenwand des Gehäuses gebildet ist, in axialer Richtung nicht durchwegs eine konstante Spaltbreite, sondern wird in Richtung auf den Förderbereich der Rotorkammer in einem Verbreiterungsabschnitt breiter. Diese Verbreiterung erfolgt allmählich, d.h. nicht in einer einzigen Stufe o. dgl. Insbesondere wird der Spalt in dem Verbreiterungsabschnitt in linearer Weise breiter. Die Länge des Verbreiterungsabschnitts in axialer Richtung ist im Vergleich zu der Gesamtlänge des Spalts groß und beträgt mehr als 10% der Gesamtlänge, insbesondere 30% oder mehr, aber vorzugsweise weniger als 50%. Mit anderen Worten erfolgt die Verbreiterung über eine in axialer Richtung ausgedehnte Strecke. Der gesamte Spalt erstreckt sich dabei in Längsrichtung von dem vorderen Ende des Verbreiterungsabschnitts bis zu dem hinteren Ende des Rotorteils. An das hintere Ende des Verbreiterungsabschnitts schließt sich vorzugsweise ein Spaltabschnitt mit konstanter Spaltbreite in axialer Richtung an, der den hinteren Abschnitt des Rotorteils ringförmig umläuft. Diese konstante Spaltbreite beträgt vorzugsweise mehr als 0,1 mm und weniger als 1,5 mm, insbesondere mehr als 0,3 mm und weniger als 1 mm, da ein Spalt dieser Breite nur einen geringen Einfluss auf die Verluste hat. In other words, the radial gap formed between the rotor member and a sidewall of the housing does not consistently have a constant gap width in the axial direction, but widens in a broadening section toward the conveying region of the rotor chamber. This broadening occurs gradually, i. not in a single stage or the like. Specifically, the gap in the broadening portion becomes wider in a linear manner. The length of the broadening portion in the axial direction is large as compared to the total length of the nip and is more than 10% of the total length, more preferably 30% or more, but preferably less than 50%. In other words, the broadening takes place over an extended distance in the axial direction. The entire gap extends in the longitudinal direction from the front end of the widening section to the rear end of the rotor part. At the rear end of the widening portion is preferably followed by a gap portion with a constant gap width in the axial direction, which rotates annularly around the rear portion of the rotor part. This constant gap width is preferably more than 0.1 mm and less than 1.5 mm, in particular more than 0.3 mm and less than 1 mm, since a gap of this width has only a small influence on the losses.

Die Erfindung geht auf die Erkenntnis zurück, dass ein enger Spalt zwischen einer rotierenden inneren Wand und einer stationären äußeren Seitenwand zu der Entstehung zahlreicher kleiner Walzenbewegungen des Fördermediums im Spalt, den sogenannten Taylor-Couette-Instabilitäten, führt. Diese dicht gepackten Walzen haben hohe turbulente Verluste und führen insgesamt zu einem verringerten Wirkungsgrad der Kreiselpumpe. Wenn jedoch die Spaltbreite zunächst groß ist und in Richtung auf den hinteren Abschnitt des Spalts erst allmählich abnimmt, bildet sich eine einzige kontrollierbare Walzenbewegung bzw. ein einziger Wirbel in dem Verbreiterungsabschnitt aus, der deutlich weniger innere Verluste hat, wodurch die Entstehung zahlreicher kleiner Wirbel in diesem Spaltbereich vermieden wird. Insgesamt werden somit die hydraulischen Verluste im Spalt verringert und der Gesamtwirkungsgrad erhöht. Durch die Verlustoptimierung ergibt sich ein geringerer Bedarf an Antriebsleistung bei gleicher hydraulischer Leistung. The invention is based on the finding that a narrow gap between a rotating inner wall and a stationary outer side wall leads to the formation of numerous small roller movements of the conveying medium in the gap, the so-called Taylor-Couette instabilities. These tightly packed rolls have high turbulent losses and overall result in reduced efficiency of the centrifugal pump. But when the gap width is initially large and only gradually decreases in the direction of the rear portion of the gap, forms a single controllable roll movement or a single vortex in the widening portion, which has significantly less internal losses, whereby the formation of numerous small vortices in this gap region is avoided. Overall, thus the hydraulic losses are reduced in the gap and increases the overall efficiency. The loss optimization results in a lower requirement for drive power with the same hydraulic power.

Alternativ oder zusätzlich bildet das hintere Ende des Spalts, das dem Förderbereich abgewandt ist, den Verbreiterungsabschnitt. Alternatively or additionally, the rear end of the gap, which faces away from the conveyor region, forms the widening section.

Es hat sich unter hydrodynamischen Gesichtspunkten als vorteilhaft erwiesen, dass die radiale Abmessung des Verbreiterungsabschnitts an dessen vorderem Ende mehr als doppelt so groß, bevorzugt mehr als dreimal so groß, insbesondere viermal so groß ist oder mehr als die radiale Abmessung des Verbreiterungsabschnitts an dessen hinterem Ende. Eine große Eingangsbreite des Spalts ausgehend von dem Förderbereich der Rotorkammer unterstützt die Ausbildung einer einzigen Walzenbewegung des Fördermediums, wodurch die entstehenden Wirbelverluste verringert werden. Andererseits ist die radiale Abmessung des Verbreiterungsabschnitts an dessen vorderem Ende vorzugsweise weniger als 20mal, bevorzugt weniger als 10mal so groß wie die radiale Abmessung des Verbreiterungsabschnitts an dessen hinterem Ende. Eine zu große Eingangsbreite unterstützt nämlich eine nicht gewünschte Strömung des Fördermediums in den Spalt hinein. It has proved to be advantageous from a hydrodynamic point of view that the radial dimension of the broadening section at its front end is more than twice as large, preferably more than three times as large, in particular four times as large or more than the radial dimension of the broadening section at its rear end , A large inlet width of the gap starting from the conveying region of the rotor chamber assists in the formation of a single roller movement of the conveying medium, whereby the resulting vortex losses are reduced. On the other hand, the radial dimension of the broadening portion at the front end thereof is preferably less than 20 times, preferably less than 10 times as large as the radial dimension of the broadening portion at the rear end thereof. Too large input width namely supports an undesirable flow of the fluid into the gap.

Im Hinblick auf ein optimales Strömungsverhalten des Fördermediums im Spalt hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass sich der Verbreiterungsabschnitt in axialer Richtung über eine Länge erstreckt, die mehr als dreimal so groß, bevorzugt mehr als fünfmal so groß, insbesondere mehr als achtmal so groß ist wie die radiale Abmessung des Spalts an dem hinterem Ende des Verbreiterungsabschnitts (d.h. demjenigen Ende, das dem Förderbereich abgewandt ist). With regard to an optimal flow behavior of the conveying medium in the gap, it has proved expedient that the widening section extends in the axial direction over a length which is more than three times as large, preferably more than five times as large, in particular more than eight times as large such as the radial dimension of the gap at the rear end of the widening portion (ie, the end facing away from the conveying area).

Wie bereits angedeutet, kann der sich an das hintere Ende des Verbreiterungsabschnitts anschließende Ringabschnitt des Spalts im Wesentlichen kreiszylindermantelförmig sein. Eine derartige Spaltform behindert ein Umlaufen des Rotors um den Stator nicht und führt zu einem unter hydrodynamischen Gesichtspunkten vorteilhaften Strömungsverhalten des Fördermediums im Spalt. As already indicated, the annular section of the gap adjoining the rear end of the widening section can be essentially circular-cylinder-jacket-shaped. Such a gap shape does not hinder rotation of the rotor around the stator and leads to a flow behavior of the conveying medium in the gap which is advantageous under hydrodynamic aspects.

Im Hinblick auf eine kostengünstige und einfache Fertigung des Rotorteils ist es zweckmäßig, dass das Rotorteil einen sich in Richtung auf den Förderbereich bevorzugt konusförmig verjüngenden Übergangsabschnitt aufweist, der von dem Verbreiterungsabschnitt des Spalts umlaufen wird. Durch Einbau eines Rotorteils mit sich verjüngendem Übergangsabschnitt in einen Zwischenraum zwischen Gehäusewand und Spalttopf entsteht auf einfache Weise ein Verbreiterungsabschnitt, in dem sich die Spaltbreite in Richtung auf den Förderbereich aufweitet. Ein derart geformtes Rotorteil kann deshalb in herkömmliche Pumpengehäuse eingebaut werden, wodurch eine erfindungsgemäße Kreiselpumpe erhalten wird. Hierdurch können Kosten eingespart werden. Der sich konusförmig verjüngende Übergangsabschnitt des Rotorteils kann von einer der Gehäusewand zugewandten Außenfläche begrenzt werden, die den Teil einer Mantelfläche eines ebenen Kreiskegels bildet. With regard to a cost-effective and simple production of the rotor part, it is expedient for the rotor part to have a transition section that preferably tapers conically in the direction of the conveyor region, which is circulated by the widening section of the gap. By incorporating a rotor part with a tapered transition section into a gap between the housing wall and the containment shell, a widening section is easily formed, in which the gap width widens in the direction of the delivery area. Therefore, a rotor part formed in this way can be installed in conventional pump housings, whereby a centrifugal pump according to the invention is obtained. This can save costs. The conically tapering transition section of the rotor part can be delimited by an outer surface facing the housing wall, which forms the part of a lateral surface of a flat circular cone.

Der halbe Öffnungswinkel des Konus ist vorzugsweise größer als 10°, bevorzugt größer als 20°, insbesondere größer als 30°, und bevorzugt kleiner ist als 60°, insbesondere kleiner ist als 40°. Mit anderen Worten ist in einer axialen Schnittebene der Schnittwinkel zwischen der der Gehäusewand zugewandten Außenfläche des Übergangsabschnitts und der Längsachse größer als 10°, bevorzugt größer als 20°, insbesondere größer als 30°, und bevorzugt kleiner ist als 60°, insbesondere kleiner ist als 40°. Ein solcher Öffnungswinkel des Verbreiterungsabschnitts führt zu besonders geringen Wirbelverlusten im Eingangsbereich des Spalts. The half opening angle of the cone is preferably greater than 10 °, preferably greater than 20 °, in particular greater than 30 °, and preferably less than 60 °, in particular less than 40 °. In other words, in an axial sectional plane of the intersection angle between the housing wall facing the outer surface of the transition section and the longitudinal axis is greater than 10 °, preferably greater than 20 °, in particular greater than 30 °, and preferably less than 60 °, in particular smaller than 40 °. Such an opening angle of the broadening section leads to particularly low vortex losses in the entry region of the gap.

Dabei kann die Dicke des Übergangsabschnitts in radialer Richtung im Wesentlichen der Dicke eines kreiszylindermantelförmigen Rohrabschnitts des Rotorteils entsprechen, der sich an das hintere Ende des Übergangsabschnitts anschließt. Ein derart geformtes Rotorteil erlaubt eine einfache maßliche Überwachung im Fertigungsprozess der Bauteile, insbesondere wenn der Übergangsabschnitt konisch und der sich daran anschließende Rohrabschnitt zylindrisch geformt ist. In this case, the thickness of the transition section in the radial direction can essentially correspond to the thickness of a circular-cylinder jacket-shaped pipe section of the rotor part, which adjoins the rear end of the transition section. Such a shaped rotor part allows a simple dimensional monitoring in the manufacturing process of the components, in particular when the transition section is conical and the adjoining pipe section is cylindrically shaped.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Kreiselpumpe eine in den Innenraum des Gehäuses vorstehende Abtrennung auf, insbesondere in Form eines Spaltrohrs oder Spalttopfs, der den Statorbereich von der Rotorkammer trennt, wobei der hintere Abschnitt des Rotorteils in einem Zwischenraum zwischen der Gehäusewand und einer umlaufenden Wand des Spalttopfs aufgenommen ist. In a particularly preferred embodiment, the centrifugal pump according to the invention has a partition projecting into the interior of the housing, in particular in the form of a split tube or split pot, which separates the stator area from the rotor chamber, the rear section of the rotor section being located in a space between the housing wall and a circumferential one Wall of the containment shell is added.

Dabei kann die umlaufende Wand des Spalttopfs einen im Wesentlichen zylindermantelförmigen Teil und einen im Wesentlichen kegelmantelförmigen Teil aufweisen, die jeweils einer Innenseite des Rotorteils zugewandt sind. Vorzugsweise ist der Spalttopf so geformt, dass er die Konturen des Stators möglichst eng umschließt, während der Rotor mit seiner Innen- und Außenkontur wiederum der Kontur des Spalttopfs folgen kann. Eine derartige Ausgestaltung von Spalttopf und Rotor führt zu besonders geringen Verlusten durch ungewünschte Strömungen in den Spalten auf beiden Seiten des Rotorteils und somit zu einem insgesamt höheren Wirkungsgrad der Pumpe. In this case, the circumferential wall of the containment shell may have a substantially cylindrical jacket-shaped part and a substantially cone-shaped part, which in each case face an inner side of the rotor part. Preferably, the containment shell is shaped so that it surrounds the contours of the stator as closely as possible, while the rotor with its inner and outer contour in turn can follow the contour of the containment shell. Such a design of split pot and rotor leads to particularly low losses due to undesirable flows in the gaps on both sides of the rotor part and thus to an overall higher efficiency of the pump.

In diesem Zusammenhang hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass der kegelmantelförmige Teil der Spalttopfwand, die diesem Teil zugewandte innere Begrenzungsfläche des Rotorteils und die dem Verbreiterungsabschnitt des Spalts zugewandte äußere Begrenzungsfläche des Rotorteils im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, während sie vorzugsweise einen Winkel von mehr als 10°, insbesondere mehr als 30°, aber vorzugsweise weniger als 50° mit der Längsachse einschließen. Ein Rotorteil mit einem derart geformten Übergangsabschnitt zwischen dem den Stator umlaufenden Abschnitt und dem Laufradabschnitt mit Schaufelteilen ist besonders stabil und dreht sich besonders gleichmäßig. In this context, it has proved to be expedient that the conical-shaped part of the split-pot wall, the inner boundary surface of the rotor part facing this part and the outer boundary surface of the rotor part facing the widening portion of the gap run essentially parallel to one another, while preferably making an angle of more than 10 °, in particular more than 30 °, but preferably less than 50 ° with the longitudinal axis. A rotor part with a transition section thus formed between the stator rotating portion and the impeller portion with blade parts is particularly stable and rotates particularly smoothly.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Spalt den Verbreiterungsabschnitt oder einen weiteren Verbreiterungsabschnitt an seinem dem Förderbereich abgewandten hinteren Ende auf. Die Spaltkontur und die Spaltabmessungen des (weiteren) Verbreiterungsabschnitts können mit den oben beschriebenen Konturen und Abmessungen des Verbreiterungsabschnitts übereinstimmen, und es wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen. According to a further aspect of the invention, the gap has the widening section or a further widening section at its rear end remote from the conveying area. The gap contour and the gap dimensions of the (further) widening portion may coincide with the contours and dimensions of the widening portion described above, and reference is made to the above statements to avoid repetition.

In dem weiteren Verbreiterungsabschnitt kann sich eine einzige kontrollierbare Walzenbewegung des Fördermediums ausbilden, die zu deutlich weniger Verlusten führt als ein durchgehend schmaler Spalt, in dem sich bei Drehung des Rotors zahlreiche kleine Walzenbewegungen (Taylor-Couette-Instabilitäten) ausbilden, die zu hohen inneren Verlusten führen. Der Wirkungsgrad der Kreiselpumpe wird dadurch erhöht. In the further broadening section, a single controllable roller movement of the pumped medium can form, which leads to significantly fewer losses than a continuously narrow gap in which numerous small roller movements (Taylor-Couette instabilities) develop when the rotor rotates, leading to high internal losses to lead. The efficiency of the centrifugal pump is thereby increased.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in a drawing. In the drawing shows

1: eine erfindungsgemäße Kreiselpumpe in einer schematischen Querschnittsansicht, und 1 a centrifugal pump according to the invention in a schematic cross-sectional view, and

2: die Turbulenzen des Fördermediums im Spalt einer herkömmlichen Kreiselpumpe (rechts) und die Turbulenzen des Fördermediums im Spalt einer erfindungsgemäßen Kreiselpumpe mit Verbreiterungsabschnitt (links). 2 : the turbulence of the fluid in the gap of a conventional centrifugal pump (right) and the turbulence of the fluid in the gap of a centrifugal pump according to the invention with broadening section (left).

1 zeigt eine erfindungsgemäße Kreiselpumpe 10 in einer Querschnittsansicht. Ein Fördermedium, insbesondere Wasser, wird der Pumpe durch ein Einlassrohr 52 zugeführt und in Richtung auf ein Auslassrohr 54 gepumpt. Eine radiale Beschleunigung des Wassers wird durch ein mit Schaufelteilen 32 besetztes Rotorteil 3 erzeugt, das um eine Längsachse A drehbar gelagert ist. 1 shows a centrifugal pump according to the invention 10 in a cross-sectional view. A pumped medium, in particular water, the pump through an inlet pipe 52 fed and towards an outlet pipe 54 pumped. A radial acceleration of the water is by a with blade parts 32 occupied rotor part 3 generated, which is rotatably mounted about a longitudinal axis A.

Die Pumpe 10 weist ein Gehäuse 4 auf, das im Inneren eine von dem Fördermedium durchströmte Rotorkammer 31 und einen den Stator 2 aufnehmenden Statorbereich 22 ausbildet. Die Rotorkammer 31 und der Statorbereich 22 sind durch einen in das Gehäuseinnere vorragenden Spalttopf 1 voneinander getrennt. Der Spalttopf 1 bildet im Gehäuseinneren eine umlaufende Spalttopfwand 1.1, 1.2 aus, die derart geformt ist, dass ein ringförmiger Zwischenraum zwischen der Spalttopfwand und einer Seitenwand 42 des Gehäuses 4 gebildet ist. The pump 10 has a housing 4 on, in the interior of a through-flow of the fluid chamber rotor chamber 31 and one the stator 2 receiving stator area 22 formed. The rotor chamber 31 and the stator area 22 are by a projecting into the interior of the housing shell 1 separated from each other. The containment shell 1 forms inside the housing a circumferential split pot wall 1.1 . 1.2 formed in such a way that an annular space between the split pot wall and a side wall 42 of the housing 4 is formed.

Das Rotorteil 3 weist einen dem Einlassrohr 52 zugewandten vorderen Abschnitt mit den Schaufelteilen 32 auf, die in einen Förderbereich 33 der Rotorkammer 31 hineinragen. Ferner weist das Rotorteil 3 einen hinteren Abschnitt auf, der den Spalttopf 1 ringförmig umläuft und in dem Zwischenraum zwischen der Spalttopfwand 1.1, 1.2 und der Gehäusewand 42 aufgenommen ist. Der hintere Abschnitt der Rotorteils weist einen im Wesentlichen zylindermantelförmigen Rohrabschnitt 3.1 und einen sich konusförmig verjüngenden Übergangsabschnitt 3.2 auf, der den Rohrabschnitt 3.1 mit dem vorderen Rotorteilabschnitt verbindet. Der hintere Abschnitt des Rotorteils 3 wird infolge des durch Wicklungen 6 des Stators 2 erzeugten magnetischen Felds angetrieben, so dass der drehfest damit verbundene vordere Abschnitt des Rotorteils 3 ebenfalls in Drehung versetzt wird. Die sich bewegenden Schaufelteile 32 beschleunigen das Fördermedium radial nach außen. The rotor part 3 has an inlet pipe 52 facing front section with the blade parts 32 on that in a promotional area 33 the rotor chamber 31 protrude. Furthermore, the rotor part 3 a rear section that holds the containment shell 1 annularly circulates and in the space between the split pot wall 1.1 . 1.2 and the housing wall 42 is included. The rear portion of the rotor part has a substantially cylinder jacket-shaped pipe section 3.1 and a conically tapered transition section 3.2 on top of the pipe section 3.1 connects to the front rotor section. The rear section of the rotor part 3 is due to by windings 6 of the stator 2 driven magnetic field, so that the non-rotatably connected front portion of the rotor part 3 is also rotated. The moving blade parts 32 accelerate the fluid radially outward.

Zwischen dem hinteren Abschnitt des Rotorteils 3 und der Seitenwand 42 des Gehäuses 4 ist ein Spalt 7 gebildet. Der Spalt 7 umfasst einen Verbreiterungsabschnitt 5, in dem sich die radiale Abmessung des Spalts in axialer Richtung A in Richtung auf den Förderbereich 33 allmählich vergrößert und der an seinem vorderen Ende in den Förderbereich 33 der Rotorkammer 31 übergeht. Between the rear section of the rotor part 3 and the side wall 42 of the housing 4 is a gap 7 educated. The gap 7 includes a broadening section 5 , in which the radial dimension of the gap in the axial direction A in the direction of the conveying region 33 gradually enlarged and at its front end in the conveyor area 33 the rotor chamber 31 passes.

Dabei erstreckt sich der Verbreiterungsabschnitt 5 in axialer Richtung über eine Länge L, die größer ist als 10% der Gesamtlänge G des Spalts 7 in axialer Richtung. In der dargestellten Ausführungsform beträgt die Länge L des Verbreiterungsabschnitts 5 etwa 35% der Gesamtlänge G des Spalts 7. Auf diese Weise entsteht ein im Vergleich zu der Gesamtlänge des Rotors in axialer Richtung ausgedehnter Verbreiterungsabschnitt, der zu der Ausbildung einer kontrollierbaren Walzenbewegung des Fördermediums im Übergangsbereich zwischen dem Förderbereich 33 und dem Spalt 7 führt, wodurch hydraulische Spaltverluste vermieden werden können. In this case, the widening section extends 5 in the axial direction over a length L which is greater than 10% of the total length G of the gap 7 in the axial direction. In the illustrated embodiment, the length L of the broadening portion 5 about 35% of the total length G of the gap 7 , In this way, created in comparison to the total length of the rotor in the axial direction extended widening section, which leads to the formation of a controllable roller movement of the fluid in the transition region between the conveyor region 33 and the gap 7 leads, whereby hydraulic gap losses can be avoided.

Ferner erstreckt sich der Verbreiterungsabschnitt 5 in axialer Richtung A über eine Länge L, die mehr als achtmal so groß ist wie die radiale Abmessung X des Spalts an dem hinterem Ende des Verbreiterungsabschnitts 5, an dem die Spaltbreite klein ist. Zusätzlich ist die radiale Abmessung des Verbreiterungsabschnitts 5 an dessen vorderem Ende mehr als viermal so groß wie an dessen hinterem Ende. Somit weitet sich der Spalt im Verbreiterungsabschnitt stark auf. Furthermore, the widening section extends 5 in the axial direction A over a length L which is more than eight times as large as the radial dimension X of the gap at the rear end of the widening portion 5 where the gap width is small. In addition, the radial dimension of the broadening section 5 at its front end more than four times as large as at its rear end. Thus, the gap widens greatly in the broadening section.

Der Rohrabschnitt 3.1 des Rotorteils 3 und der Übergangsabschnitt 3.2 des Rotorteils 3 weisen in radialer Richtung etwa dieselbe Dicke auf. Der Übergangsabschnitt 3.2 verläuft in der Querschnittsansicht der 1 unter einem Winkel Į/2 zu der Längsachse A, während der zylindermantelförmige Rohrabschnitt 3.1 etwa parallel zu der Längsachse A verläuft. Der Winkel Į/2 beträgt mehr als 20° und weniger als 40°, insbesondere etwa 30° und entspricht dem Öffnungswinkel des Verbreiterungsabschnitts des Spalts 7. Mit anderen Worten verjüngt sich der Übergangsabschnitt 3.2 in Richtung auf den Förderbereich 33 konusförmig. In dem Verbreiterungsabschnitt 5 des Spalts 7 wird die Spaltbreite dadurch in Richtung auf den Förderbereich 33 in linearer Weise breiter. The pipe section 3.1 of the rotor part 3 and the transition section 3.2 of the rotor part 3 have approximately the same thickness in the radial direction. The transition section 3.2 runs in the cross-sectional view of 1 at an angle Į / 2 to the longitudinal axis A, while the cylinder jacket-shaped pipe section 3.1 runs approximately parallel to the longitudinal axis A. The angle Į / 2 is more than 20 ° and less than 40 °, in particular about 30 ° and corresponds to the opening angle of the widening portion of the gap 7 , In other words, the transition section tapers 3.2 towards the conveyor area 33 cone-shaped. In the broadening section 5 of the gap 7 the gap width is thereby in the direction of the conveying area 33 wider in a linear manner.

Der Spalttopf 1 weist ebenfalls einen zylindermantelförmigen Teil 1.1, der von dem Rohrabschnitt 3.1 des Rotorteils 3 umlaufen wird, und einen sich konusförmig verjüngenden Teil 1.2 auf, der von dem Übergangsabschnitt 3.2 des Rotorteils 3 umlaufen wird. An den konusförmigen Abschnitt 1.2 des Spalttopfs 1 schließt sich eine im Wesentlichen flache Decke des Spalttopfs 1 an, die sich etwa in radialer Richtung erstreckt. Dabei folgt der Spalttopf 1 eng den Konturen des Stators, den er umgibt. Die dem Spalttopf 1 zugewandte innere Begrenzungsfläche des Übergangsabschnitts 3.2 und die dem Verbreiterungsabschnitt 5 zugewandte äußere Begrenzungsfläche des Übergangsabschnitts 3.2 verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander und parallel zu dem konusförmigen Teil 1.2 des Spalttopfs. The containment shell 1 also has a cylinder jacket-shaped part 1.1 that of the pipe section 3.1 of the rotor part 3 and a cone-shaped tapered part 1.2 on, from the transition section 3.2 of the rotor part 3 will circulate. To the cone-shaped section 1.2 of the containment shell 1 closes a substantially flat ceiling of the containment shell 1 at, which extends approximately in the radial direction. This is followed by the containment shell 1 closely the contours of the stator he surrounds. The the gap pot 1 facing inner boundary surface of the transition section 3.2 and the widening section 5 facing outer boundary surface of the transition section 3.2 are substantially parallel to each other and parallel to the cone-shaped part 1.2 of the containment shell.

In 2 rechts sind die Turbulenzen des Fördermediums im Spalt einer herkömmlichen Kreiselpumpe dargestellt. Der Spalt weist eine einheitliche Spaltbreite über seine gesamte axiale Abmessung auf. Es bilden sich zahlreiche kleine Walzenbewegungen 60, sogenannte Taylor-Couette-Instabilitäten aus, die zu hohen hydraulischen Verlusten im Spalt führen. In 2 links sind die Turbulenzen des Fördermediums im Spalt einer erfindungsgemäßen Kreiselpumpe dargestellt. Der Spalt weist einen sich keilförmig nach oben hin verbreiternden Verbreiterungsabschnitt 5 auf. In dem Verbreiterungsabschnitt bildet sich bei Pumpenbetrieb eine einzige kontrollierbare Walzenbewegung 62 aus, die insgesamt zu deutlich geringeren Verlusten führt. Der Wirkungsgrad der Pumpe wird dadurch erhöht. In 2 on the right the turbulences of the pumped liquid are shown in the gap of a conventional centrifugal pump. The gap has a uniform gap width over its entire axial dimension. There are numerous small roller movements 60 , so-called Taylor Couette instabilities, which lead to high hydraulic losses in the gap. In 2 On the left, the turbulences of the pumped medium are shown in the gap of a centrifugal pump according to the invention. The gap has a widening wedge-shaped widening section 5 on. In the widening section, a single controllable roller movement is formed during pump operation 62 resulting in significantly lower losses overall. The efficiency of the pump is thereby increased.

Andere Ausgestaltungen des Verbreiterungsabschnitts 33 sind ebenso vorstellbar. Insbesondere können die konischen Anteile des Spalttopfs und des Rotorteils durch beliebige geometrische Konturen ersetzt werden, die geeignet sind, den Konturen des Stators eng zu folgen, so dass zwischen Rotorteil und Gehäusewand ein Verbreiterungsabschnitt gemäß Anspruch 1 entsteht. Außerdem kann von den parallelen Konturen abgewichen werden. Im Übrigen ist die erfindungsgemäße Kreiselpumpe nicht notwendigerweise auf eine Radialpumpe beschränkt, sondern kann auch bspw. eine Propellerpumpe oder eine Diagonalpumpe sein. Ferner kann der Spalt an seinem dem Förderbereich abgewandten Ende einen weiteren Verbreiterungsabschnitt aufweisen. Other embodiments of the widening section 33 are just as conceivable. In particular, the conical portions of the containment shell and the rotor part can be replaced by any geometric contours that are suitable to closely follow the contours of the stator, so that between the rotor part and the housing wall, a widening portion according to claim 1. In addition, it is possible to deviate from the parallel contours. Incidentally, the centrifugal pump according to the invention is not necessarily limited to a radial pump, but may also be, for example, a propeller pump or a diagonal pump. Furthermore, the gap can have a further widening section at its end facing away from the conveying region.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Spalttopf containment shell
1.1 1.1: zylindermantelförmiger Teil der Spalttopfwand Cylinder jacket-shaped part of the split-pot wall
1.2 1.2: kegelmantelförmiger Teil der Spalttopfwand Cone-shaped part of the split-pot wall
2 2: Stator stator
3 3: Rotorteil rotor part
3.1 3.1: Rohrabschnitt des Rotorteils Pipe section of the rotor part
3.2 3.2: Übergangsabschnitt des Rotorteils Transition section of the rotor part
4 4: Gehäuse casing
5 5: Verbreiterungsabschnitt des Spalts Widening section of the gap
7 7: Spalt gap
8 8th: Ringabschnitt des Spalts Ring section of the gap
10 10: Kreiselpumpe rotary pump
22 22: Statorbereich stator
31 31: Rotorkammer rotor chamber
32 32: Schaufelteile blade parts
33 33: Förderbereich Förderbereich
42 42: Seitenwand Side wall
50 50: Einlassrohr inlet pipe
52 52: Auslassrohr outlet pipe
60 60: Walzenbewegungen rolling movements
62 62: Walzenbewegung im Verbreiterungsabschnitt Roller movement in the broadening section
A A: Längsachse longitudinal axis
L L: Länge des Verbreiterungsabschnitts des Spalts Length of the widening section of the gap
G G: Gesamtlänge des Spalts Total length of the gap
X, Y X, Y: radiale Abmessungen des Spalts radial dimensions of the gap

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10009900 A1 [0004]
US 2007/0177993 A1 [0004]
JP 2010-7539A [0004]

Claims

Centrifugal pump ( 10 ) with a housing ( 4 ) with a stator ( 2 ) receiving stator area ( 22 ) and one about a longitudinal axis (A) rotatably mounted rotor part ( 3 ) receiving and permeable by a fluid medium rotor chamber ( 31 ), wherein an annular gap ( 7 ) between a stator rotating rear portion of the rotor part and a side wall ( 42 ) of the housing ( 4 ), characterized in that the gap has a broadening section ( 5 ), in which the radial dimension (X) of the gap ( 7 ) in the axial direction (A) and extending in the axial direction (A) over a length (L) which is greater than 10%, preferably greater than 20%, in particular greater than 30% of the total length (G ) of the gap ( 7 ) in the axial direction (A), wherein preferably the widening portion at its front end to one of blade parts ( 32 ) of the rotor part ( 3 ) passable conveying area of the rotor chamber ( 31 ) opens.

Centrifugal pump according to claim 1, characterized in that the radial dimension (Y) of the widening portion (Y) 5 ) at its front end more than twice as large, preferably more than three times as large, in particular four times as large or more than the radial dimension (X) of the widening portion at its rear end.

Centrifugal pump according to claim 1 or 2, characterized in that the length (L) of the widening portion is more than three times as large, preferably more than five times as large, in particular more than eight times as large as the radial dimension (X) of the gap at the rear End of the broadening section.

Centrifugal pump according to one of the preceding claims, characterized in that a to the rear end of the widening portion ( 5 ) subsequent ring section ( 8th ) of the gap ( 7 ) is substantially circular cylinder jacket-shaped.

Centrifugal pump according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor part ( 3 ) in the direction of the conveying area preferably tapered transition section ( 3.2 ) of the widening section ( 5 ) of the gap is circulated.

Centrifugal pump according to claim 5, characterized in that half the opening angle (Į / 2) of the cone is greater than 10 °, preferably greater than 20 °, in particular greater than 30 ° and less than 60 °, in particular less than 40 °.

Centrifugal pump according to claim 5 or 6, characterized in that the thickness of the transition section ( 3.2 ) in the radial direction substantially the thickness of a circular cylinder jacket-shaped pipe section ( 3.1 ), which adjoins the rear end of the transitional section ( 3.2 ).

Centrifugal pump according to one of the preceding claims, characterized by a in the interior of the housing ( 4 ) projecting containment pot ( 1 ), which covers the stator area ( 22 ) from the rotor chamber ( 31 ), wherein the rear portion of the rotor in a space between the housing wall ( 42 ) and a circumferential wall of the containment shell ( 1 ) is recorded.

Centrifugal pump according to claim 8, characterized in that the peripheral wall of the containment shell ( 1 ) a substantially cylinder jacket-shaped part ( 1.1 ) and a substantially cone-shaped part ( 1.2 ), each facing an inner side of the rotor part.

Centrifugal pump according to claim 8 or 9, characterized in that the cone-shaped part ( 1.2 ) of the split-pot wall, the inner boundary surface of the rotor part facing this part ( 3 ) and the widening section ( 5 ) of the gap facing outer boundary surface of the rotor part ( 3 ) are substantially parallel to each other.

Centrifugal pump according to one of the preceding claims, characterized in that the gap has the widening portion or a further widening portion at its rear end facing away from the conveying chamber.