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Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung zur Förderung von mit Gasen oder Schäumen versetzten Medien mit einem Pumpeninnenraum, einer von einem Antrieb um eine Mittellängsachse drehbar antreibbaren Welle, einem in dem Pumpeninnenraum auf der Welle angeordneten Laufrad, wenigstens einer Durchgangsbohrung in dem Laufrad zum Verbinden eines vor dem Laufrad liegenden Zulaufraumes mit einem hinter dem Laufrad liegenden hinteren Radseitenraum.
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Eine derartige Pumpenanordnung ist aus der
EP 2 831 424 A1 bekannt. Beim Fördern eines mit Gasen versetzten Mediums strömt dieses durch den Saugstutzen in das Laufrad der Pumpe und radial nach außen vom Laufrad weg und verlässt die Pumpe durch einen Druckstutzen. In einem Bereich des Pumpeninnenraumes vor dem Laufrad wird üblicherweise nahe der Drehachse der Welle im Wesentlichen durch Zentrifugaleffekte über einen Zeitraum Gas aus dem Medium abgeschieden und bildet eine Gasansammlung. Diese Ansammlung wird nach außen durch einen drehenden Flüssigkeitsring begrenzt, wodurch in Abhängigkeit der Ansammlung zunächst der Durchsatz gedrosselt und später ganz blockiert wird, was die Förderhöhe, den Durchsatz und damit auch den Wirkungsgrad der Kreiselpumpe beeinträchtigt und schließlich bewirkt, dass die Pumpe das Medium nicht mehr fördert. Das in der
EP 2 831 424 A1 beschriebene Laufrad weist eine oder mehrere Durchlässe in der druckseitigen Deckscheibe auf, durch welche das abgeschiedene Gas aus dem Strömungsraum des Laufrades zu dessen druckseitigem Radseitenraum strömen kann. Im druckseitigen Radseitenraum ist im Nabenbereich des Laufrades eine Kammer zum Sammeln des Gases vorgesehen. In dieser Sammelkammer ist ein mit der Welle drehendes Förderelement in Form eines Axiallaufrades oder ähnlich angeordnet. Dieses soll die Förderung des abgeschiedenen Gases oder des Gemisches aus Flüssigkeit und Gas in Richtung Auslassstutzen begünstigen. Nachteilig dabei ist, dass die Umfangsgeschwindigkeit des Gemisches aus Flüssigkeit und Gas in dem hinteren Radseitenraum sich von der Umfangsgeschwindigkeit des Förderelementes nicht unterscheidet, so dass eine Beeinflussung der Umfangsgeschwindigkeit durch das Förderelement nicht erfolgen kann und damit eine zusätzliche Förderwirkung des Förderelementes nicht zu erwarten ist. Vielmehr ist eine Verschlechterung des Austrages durch Sperrwirkung des Förderelementes abzusehen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Pumpenanordnung bereitzustellen, bei der sowohl der Austrag des Gemisches aus Flüssigkeit und Gas aus einer Sammelkammer als auch der Gasaustrag aus dem Eintrittsbereich des Laufrades begünstigt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Entgasungseinrichtung einen Gassammelraum und ein in einem Aufnahmeraum angeordnetes Leitrad umfasst, wobei der Gassammelraum über den Aufnahmeraum mit dem Radseitenraum verbunden sind.
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Vorteilhafterweise ist das Leitrad dreh- und verschiebefest im Aufnahmeraum angeordnet.
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Um optimale Strömungsverhältnisse zu erreichen, weist das Leitrad einen ringförmigen Grundkörper auf.
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Idealerweise ist das Leitrad zwischen dem Radseitenraum und dem Gassammelraum angeordnet, damit zwischen den beiden Räumen ein wirksames Druckgefälle erzeugbar ist.
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Der für das Leitrad zur Verfügung stehende axiale Bauraum ist allgemein konstruktionsbedingt im Verhältnis zum Durchmesser kurz. Dieser Nachteil kann dadurch ausgeglichen werden, dass zur Verbesserung der Umlenkung des Fluides das Leitrad eine Mehrzahl von Schaufeln aufweist, die sich im Wesentlichen ausgehend von der Innenmantelfläche des Grundkörpers in Richtung Nabe des Laufrads bzw. in Richtung der Welle erstrecken.
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Damit das angefallene Gas auf einfache Weise aus dem Gassammelraum entfernt werden kann, weist die Pumpenanordnung einen ersten Anschlussstutzen zur Abführung von abgeschiedenem Gas auf, der über eine erste Radialöffnung mit dem Gassammelraum kommuniziert.
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Um die gleichzeitig mit dem Gas unvermeidlich mit abgeschiedene Flüssigkeit abführen zu können weist die Pumpenanordnung einen zweiten Anschlussstutzen auf, der über eine zweite Radialöffnung mit dem Gassammelraum kommuniziert.
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Um Strömungsverluste zu minimieren sind vorteilhafterweise die Schaufeln des Leitrades derart angestellt, dass das Medium ohne oder nur mit geringem Stoßwinkel die Eintrittskanten der Schaufeln trifft.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt die
- 1 die Teilansicht einer Pumpenanordnung im Schnitt,
- 2 eine perspektivische Schnittdarstellung der Pumpenanordnung gemäß 1 mit durch einen Entgasungsstutzen gelegter Schnittebene
- 3 ein in der Pumpenanordnung angeordneten Leitrad in verschiedenen Ansichten und
- 4 ein Leitrad im Schnitt entlang einer in der 3 gezeigten Linie B-B mit charakteristischen Fluidgeschwindigkeiten bezüglich der Leitradschaufeln
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Die 1 und 2 zeigen eine Pumpenanordnung 1 mit einer eingebauten Entgasungsvorrichtung 2. Bei der gezeigten, als eine beispielhafte Ausführungsform zu verstehende Pumpenanordnung 1 handelt es sich um eine einstufige Kreiselpumpe.
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Die Pumpenanordnung 1 umfasst ferner einen von einem ersten Pumpengehäuseteil 3 gebildeten Pumpeninnenraum 4, eine von einem nicht dargestellten Antrieb um eine Mittellängsachse A drehbar antreibbare Welle 5 und ein in dem Pumpeninnenraum 4 auf der Welle 5 angeordnetes Laufrad 6. Die dargestellte Pumpenanordnung 1 weist ein zweites Pumpengehäuseteil 7 auf, welches die Entgasungsvorrichtung 2 beherbergt.
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Das erste Pumpengehäuseteil 3 weist saugseitig eine sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckende Öffnung 8 auf, die durch einen Gehäusedeckel 9 verschlossen ist. Der Gehäusedeckel 9 weist einen Saugstutzen 10 mit einer Einströmöffnung 11 auf, die im Wesentlichen koaxial zur Mittellängsachse A angeordnet ist. Über die Einströmöffnung 11 wird das zu fördernde Medium in das Pumpengehäuseteil 3 bzw. in den Pumpeninnenraum 4 gefördert und verlässt das erste Pumpengehäuseteil 3 über eine Ausströmöffnung 12.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Laufrad 6 von radialer und geschlossener Bauart und verfügt über eine erste oder hintere Laufraddeckscheibe 13, eine zweite oder vordere Laufraddeckscheibe 14 und mehrere Förderschaufeln 15. Erste Laufraddeckscheibe 13 und zweite Laufraddeckscheibe 14 sind über die Förderschaufeln 15 miteinander verbunden.
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Die erste Laufraddeckscheibe 13 ist im Übergangsbereich zu einer Nabe 16 mit wenigstens einer Durchgangsbohrung 17 versehen. Vorzugsweise sind mehrere, auf einem Durchmesser gleichmäßig verteilt angeordnete Durchgangsbohrungen 17 vorgesehen. Die wenigstens eine Durchgangsbohrung 17 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Mittellängsachse A vollständig durch die erste Laufraddeckscheibe 13. Die wenigstens eine Durchgangsbohrung 17 verbindet einen axial vor dem Laufrad 6 liegenden Zulaufraum 18 mit einem axial hinter dem Laufrad 6 liegenden Radseitenraum 19.
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Das zweite Pumpengehäuseteil 7 ist an der dem Saugstutzen 10 bzw. der Einströmöffnung 11 gegenüberliegenden Seite an dem ersten Pumpengehäuseteil 11 angeordnet. Das erste Pumpengehäuseteil 7 weist eine sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckende ringförmige Öffnung 20 auf. In die Öffnung 20 erstreckt sich ein Bund 21 des topfförmigen, zweiten Pumpengehäuseteils 7, das einen Teil der Welle 3 umgibt und die Entgasungseinrichtung 2 beherbergt. Die Entgasungseinrichtung 2 umfasst einen Gassammelraum 22 sowie ein Aufnahmeraum 23 für ein Leitrad 24. Der Gassammelraum 22 ist über den Aufnahmeraum 23 mit dem Radseitenraum 19 verbunden. Bei der gezeigten Ausführungsform weisen Aufnahmeraum 23 und Gassammelraum 22 den gleichen Innendurchmesser auf. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Innendurchmesser des Gassammelraums 22 größer sein als der Innendurchmesser des Aufnahmeraums 23.
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Das Pumpengehäuseteil 7 ist mit einem mehrere Bohrungen 25 aufweisenden äußeren Befestigungsflansch 26 versehen. Durch jede der Bohrungen 25 werden Schrauben 27 hindurchgeführt und in im ersten Pumpengehäuseteil 3 fixierte Gewindehülsen 28 eingeschraubt. Alternativ können Innengewindebohrungen im ersten Pumpengehäuseteil 3 vorgesehen sein, in welche die Schrauben 27 hineingedreht werden können. Alternativ können erstes Pumpengehäuseteil 3 und zweites Pumpengehäuseteil 7 einteilig ausgeführt sein.
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An der dem Bund 21 gegenüberliegenden Seite weist das zweite Pumpengehäuseteil 7 eine sich radial zur Mittellängsachse A erstreckende Wandung 29 auf. Die Wandung 29 weist eine Öffnung 30 auf, durch welche sich die Welle 5 erstreckt. Die Öffnung 30 weist einen ersten, sich in Axialrichtung erstreckenden Bereich 31 mit vermindertem Innendurchmesser und einen zweiten, sich in Axialrichtung erstreckenden Bereich 32 mit vergrößertem Innendurchmesser auf. In dem zweiten Bereich 32 ist eine nicht dargestellte Dichtungsvorrichtung, beispielsweise eine Stopfbuchse oder Gleitringdichtung, vorgesehen. Eine auf der Welle 5 angeordnete Wellenschutzhülse 33 wirkt mit der Dichtungsvorrichtung zusammen und verhindert das Austreten von Medium in die Umgebung oder in ein Lagerträgergehäuse, von dem nur ein Teil eines Befestigungsflansches 34 in der 1 sichtbar ist.
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Die Pumpenanordnung 1 weist im zweiten Pumpengehäuseteil 7 einen ersten Anschlussstutzen 35 auf, der über eine erste Radialöffnung 36 im zweiten Pumpengehäuseteil 7 mit dem Gassammelraum 22 kommuniziert und im eingebauten Zustand nahe dem höchsten Punkt des Pumpengehäuseteils 7 angeordnet ist. Der Anschlussstutzen 35 dient zur Abführung des abgeschiedenen Gases. Die Pumpenanordnung 1 weist ferner einen in der 2 sichtbaren zweiten Anschlussstutzen 37 auf, der über wenigstens eine zweite in der 2 dargestellte Radialöffnung 38 mit dem Gassammelraum 22 kommuniziert und dem ersten Anschlussstutzen 35 gegenüberliegt, also nahe dem tiefsten Punkt des zweiten Pumpengehäuseteils 7, angeordnet ist. Der zweite Anschlussstutzen 37 dient zur Abführung von zusammen mit dem Gas abgeschiedener Flüssigkeit.
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Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Leitrad 24 zwischen dem Radseitenraum 19 und dem Gassammelraum 22 angeordnet.
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Das im Aufnahmeraum 23 angeordnete Leitrad 24 weist einen ringförmigen äußeren Grundkörper 39 auf, der an der dem Laufrad 6 zugewandten Stirnseite einen sich in radialer Richtung nach Außen erstreckten Kragen 40 aufweist. Der Kragen 40 kommt an einer am Bund 21 des zweiten Pumpengehäuseteils 7 ausgebildeten Schulter 41 zur Anlage, die durch eine Vergrößerung des Innendurchmessers am freien Ende des Bundes 21 ausgebildet ist. Das Leitrad 24 sitzt dreh- und verschiebefest im Pumpengehäuseteil 7, insbesondere im Aufnahmeraum 23. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 39 des Leitrades 24 mittels Presssitz in dem Pumpengehäuseteil 7 fixiert. Andere Befestigungsarten wie Einschrumpfen, Verschrauben, Verschweißen oder einteilige Ausführung mit dem zweiten Pumpengehäuseteil 7 sind denkbar.
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Der für das Leitrad 24 zur Verfügung stehende axiale Bauraum ist allgemein konstruktionsbedingt im Verhältnis zum Durchmesser kurz. Dieser Nachteil kann dadurch ausgeglichen werden, dass zur Verbesserung der Umlenkung das Leitrad 24 eine Mehrzahl von Schaufeln 42 aufweist, die sich im Wesentlichen ausgehend von der Innenmantelfläche des Grundkörpers 39 in Richtung Nabe 16 des Laufrads 6 bzw. Welle 5 erstrecken.
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Der Grundkörper 39 des Leitrades 24 weist, wie am besten in der 3 zu sehen ist, an der dem Kragen 40 axial gegenüberliegenden Stirnseite eine erste Aussparung 43 und eine diametral zu der ersten Aussparung 43 ausgebildete zweite Aussparung 44 auf.
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Wie der 2 zu entnehmen ist, befindet sich die erste Aussparung 43 in Überdeckung mit der ersten Radialöffnung 36 und die zweite Aussparung 44 in Überdeckung mit der zweiten Radialöffnung 38 im zweiten Pumpengehäuseteil 7. Die Kontur der Aussparungen 43 bzw. 44 entsprechen dabei im Wesentlichen der Kontur der Radialöffnungen 36 bzw. 38. Die Aussparungen 43 und 44 entfallen, wenn die Radialöffnungen 36 und 38 einen genügend großen axialen Abstand vom Fluidaustritt, also von der dem Kragen 40 gegenüberliegenden Stirnseite des Leitrades 24 haben.
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Im Betrieb der Kreiselpumpe strömt das mit Gasen versetzte Medium axial durch die Einströmöffnung 11 über den Zulaufraum 18 auf das Laufrad 6 zu und radial nach außen vom Laufrad 6 weg, sodass das Medium das erste Pumpengehäuseteil 3 durch die Ausströmöffnung 12 verlässt. Im Zulaufraum 18 sammelt sich üblicherweise nahe der Mittellängsachse A das Gas aus dem zu fördernden Medium an.
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Zur Gewährleistung der Gasabführung muss der Druck im Zulaufraum 18 größer sein als im axial hinter dem Laufrad 6 liegenden Radseitenraum 19. Dadurch strömt das Gas kontinuierlich durch die wenigstens eine Durchgangsbohrung 17 in den Radseitenraum 19 und durch das Leitrad 24 in Richtung Gassammelraum 22, in dem zumindest nahezu Umgebungsdruck herrscht. Gegebenenfalls kann der Gassammelraum 22 über den ersten Anschlussstutzen 35 mit einer nicht dargestellten Absaugeinrichtung, beispielsweise einer Vakuumpumpe, verbunden sein, wodurch ein noch größerer Druckunterschied erreichbar ist.
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Im Radseitenraum 19 hat das durch die wenigstens eine Durchgangsbohrung 17 durchgetretene Gas nahezu die örtliche Umfangsgeschwindigkeit cu des Laufrades 6. Wie in der 4 dargestellt, ergibt sich aus der Umfangsgeschwindigkeitkomponente cu zusammen mit der sich aus dem Volumenstrom des Fluids ergebenden axialen Geschwindigkeitskomponente cax die auf das Leitrad 24 zuströmende Gesamtgeschwindigkeit c1.
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Das strömende Medium mit seiner Gesamtgeschwindigkeit c1, wird durch die Schaufeln 42 des Leitrades 24 im Wesentlichen ohne Drall oder mit vermindertem Drall in eine axiale Richtung, also koaxial oder parallel zur Mittellängsachse A, umgelenkt und damit verzögert, wobei der Anteil der Umfangsgeschwindigkeit Cu in statischen Druck umgewandelt wird. Dadurch ist der statische Druck im Radseitenraum hinter dem Laufrad 6 kleiner als nach dem Leitrad 24. Durch den Einsatz des Leitrades 24 ist es möglich, den Druck im Zulauf zur Einströmöffnung 11 kleiner zu wählen. Somit wird der Einsatzbereich der Pumpe verbessert. Zudem wird die Zuverlässigkeit der Entgasung erhöht.
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Wie in den 3 und 4 gezeigt, weisen die Schaufeln 42 des Leitrades 24 jeweils eine Eintrittskante 45 auf, wobei die Schaufeln 42 derart angestellt sind, dass das Medium mit der Geschwindigkeit C1 ohne oder nur mit geringem Stoßwinkel auf die Eintrittskanten 45 trifft und in das Leitrad 22 einströmt. Die Schaufeln 42 weisen eine Krümmung auf und lenken die Strömung derart um, dass die Umfangsgeschwindigkeit in eine möglichst achsparallele Austrittsgeschwindigkeit C2 umgelenkt wird. Ohne eine derartige Umlenkung muss die nach dem Laufrad 6 vorhandene Umfangsgeschwindigkeit als Verlust betrachtet werden, wobei sich aus dem Geschwindigkeit-Druck-Äquivalent ein Druckverlust bestimmen lässt.
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Im weiteren Strömungsverlauf gelangt das Gas in den ersten Anschlussstutzen 35 und wird entweder in die Umgebung oder in eine nicht gezeigte Gasaufnahmevorrichtung abgeführt. Gegebenenfalls mit in den Gassammelraum 22 geströmtes flüssiges Medium kann über den zweiten Anschlussstutzen 37 nahe dem tiefsten Punkt des zweiten Pumpengehäuseteils 7 abgeleitet und an geeigneter Stelle wieder dem zu fördernden Medium zugeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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