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Schaufelrad für Zentrifugalpumpen, insbesondere Dickstoffpumpen Die
Erfindung betrifft ein Schaufelrad für Zentrifugalpumpen, insbesondere Dickstoffpumpen.
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Zum Pumpen von Flüssigkeiten, die Verunreinigungen, z. B. feste oder
faserige Teilchen, enthalten, ist es bekannt, Zentrifugalpumpen mit Sonderrädern
zu verwenden. Insbesondere sind die sogenannten Kanalräder angewendet worden, bei
denen ein wesentliches Merkmal darin besteht, daß die Schaufeln keine Einlaßkante
haben, an der Fasern oder sonstige Teilchen hängenbleiben und dadurch allmählich
durch Separatorwirkung angehäuft werden könnten, so daß die Pumpwirkung beeinträchtigt
wird. Derartige Kanalräder haben jedoch die Nachteile, daß ihr Lauf ungleichmäßig
wird, indem der Auslaß unterbrochen ist und nur etwa am halbem Umkreis wirkt, und
daß ein großer Axialdruck entstehen kann, da das Rad einen einseitigen Einlaß hat.
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Es ist weiterhin eine als Zentrifugalpumpe arbeitende Schmierstoffpumpe
mit beidseitigem axialem Einlauf bekanntgeworden, die eine mit radialen Nuten oder
Wellen versehene, umlaufende Förderscheibe aufweist, deren Nuten oder Wellen gewissermaßen
als Schaufeln wirken und die daher gleichsam ein Schaufelrad darstellt. Die Nuten
oder Wellen bzw. die Schaufeln bilden dabei auf jeder Radseite Förderkanäle, die,
in der Umfangsrichtung abwechselnd aufeinanderfolgend, mit dem jeweiligen Einlauf
in Verbindung stehen und mit den Mitten ihrer Austrittsöffnungen in einer gemeinsamen,
zur Welle des Rades senkrechten Ebene liegen. Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch
nur als Schmierstoffpumpe entwickelt, nicht aber als Dickstoffpumpe zum Fördern
größerer Mengen von Flüssigkeiten, die Verunreinigungen in Form von Fasern oder
sonstigen festen Teilchen enthalten.
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Demgegenüber soll durch die vorliegende Erfindung eine für den letztgenannten
Zweck besonders geeignete Zentrifugalpumpe geschaffen werden. Die Erfindung berücksichtigt
dabei, daß für beidseitigen Einlaß bestimmte Förder- bzw. Schaufelräder mit den
vorstehend angegebenen Merkmalen bereits bekannt sind, und besteht darin, daß die
Förderkanäle, die wie an sich bei den mit einseitigem Einlauf versehenen Kanalrädern
bekannt ist, S-förtnig geführt sind, von Schaufelflächen begrenzt sind, die von
einer gemeinsamen zur Welle senkrechten Ebene ausgehend abwechselnd nach der einen
und anderen Radseite mit zunehmendem Radius so verwunden sind, daß sie allmählich
in zur Wellenachse parallele Ebenen übergehen, wobei die Verwindung bei einem der
Größe der Einläufe entsprechenden Radius etwa 45° beträgt.
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Ein wesentliches Merkmal dieser neuartigen und nicht naheliegenden
Ausbildung des Laufrades einer Zentrifugalpumpe besteht in der angegebenen Verwindung
der Schaufelflächen, wodurch bei sehr günstiger strömungstechnischer Ausbildung
eine besonders vorteilhafte Führung der S-förmigen Förderkanäle erreicht wird. Ein
weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß in den Einläufen jegliche scharfe
Kanten oder Grate vermieden sind, so daß Anhäufungen von Schweb- bzw. Feststoffen,
die an solchen Kanten leicht auftreten können, vermieden werden. Das Schaufel- bzw.
Laufrad nach der Erfindung ist daher insbesondere für Dickstoffpumpen, für die es
auch bestimmt ist, gut geeignet, da trotz der in der zu pumpenden Flüssigkeit enthaltenen
Verunreinigungen kein Abreißen zu befürchten ist. Die den bekannten Kanalrädern
anhaftenden Nachteile, daß der Auslaß nur etwa am halben Umfang zur Wirkung kommt
und ein großer Axialdruck entstehen kann, sind dabei völlig vermieden, da bei beiderseitigem
Einlauf der gesamte Umfang des Rades wirksam ist.
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Nachstehend ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt Fig. I ein Kanalrad bekannter Bauart in schematischer Ansicht und im Schnitt
durch die gesamte Pumpe, Fig. II ein Schaufelrad gemäß der Erfindung im Schnitt,
Fig.
III einen Schnitt nach der Linie x-x der Fig. II, projiziert in eine Ebene senkrecht
zur Welle, Fig. IV einen abgewickelten Schnitt nach der Kreislinie A der Fig. III,
Fig. V einen abgewickelten Schnitt nach der Kreislinie B der Fig. III, Fig. VI einen
abgewickelten Schnitt nach der Kreislinie C der Fig. III, Fig. VII eine weitere
Ausführungsform eines Schaufelrades gemäß der Erfindung im senkrechten Schnitt,
Fig. VIII das Schaufelrad nach Fig. VII in Verbindung mit einer Kloakenpumpe, Fig.
IX a ein Laufrad bekannter Art für eine Zentrifugalpumpe mit beidseitigem Einlauf
in der Ansicht, Fig. IXb einen Schnitt durch dieses Laufrad, Fig. IXc einen Schnitt
nach der Kreislinie A der Fig. IX a, Fig. Xa ein Laufrad gemäß der Erfindung in
der Ansicht, Fig. Xb einen der Fig. IXb entsprechenden Schnitt durch dieses Laufrad
und Fig. Xe einen Schnitt nach der Kreislinie A der Fig. X a.
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Bei dem bekannten Kanalrad bzw. bei der mit diesem ausgerüsteten Zentrifugalpumpe
nach Fig.l sind das Laufrad mit 1, der Pumpeneinlaß mit 2, der Auslaß mit 3, das
Pumpengehäuse mit 4 und die Pumpenwelle mit 5 bezeichnet. Wie aus der Ansicht des
Laufrades nach Fig.I ersichtlich ist, weist das Rad zwei etwa radial verlaufende
Förderkanäle auf, die zusammen eine S-förmige Führung ergeben.
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Eine ähnliche S-förmige Führung der Förderkanäle ist auch bei dem
Lauf- bzw. Schaufelrad nach der Erfindung vorhanden, wie insbesondere aus den Fig.
III und X a ersichtlich ist. Im Gegensatz zu dem bekannten Kanalrad ist jedoch das
Rad nach der Erfindung für eine Zentrifugalpumpe bestimmt und ausgebildet, die entsprechend
Fig. II, VII und VIII mit zwei auf beiden Seiten des Rades gleichartig ausgebildeten
Einläufen 2 versehen ist. Die S-förmigen Förderkanäle sind daher, wie in Fig. III
und Fig. X durch ausgezogene und gestrichelte Linien dargestellt ist, auf beiden
Seiten des Rades angeordnet und stehen mit dem jeweiligen Einlauf 2 in Verbindung.
Sie sind dabei so angeordnet, daß sie auf beiden Seiten des Rades in der Umfangsrichtung
desselben abwechselnd aufeinanderfolgen und mit den Mitten ihrer Austrittsöffnungen
in einer gemeinsamen mittleren Ebene liegen, die senkrecht zur Welle 5 verläuft.
In der Umfangsrichtung des Rades schließt sich also eine Austrittsöffnung eines
Förderkanals auf der einen Radseite unmittelbar an eine Austrittsöffnung eines auf
der anderen Radseite gelegenen Förderkanals an, wobei der gesamte Radumfang durch
Austrittsöffnungen der auf Radseiten gebildeten Förderkanäle besetzt ist und alle
Austrittsöffnungen in die in üblicher Weise ausgebildete ringförmige Auslaßkammer
3 münden. Die Anzahl der Förderkanäle ist dabei auf jeder Radseite dieselbe, im
übrigen aber beliebig. Bei der Ausführungsform nach Fig.II bis VI sind auf jeder
Radseite zwei Kanäle ausgebildet, und alle Förderkanäle kreuzen sich paarweise.
Bei der Ausführungsform nach Fig. VII, VIII und X sind dagegen auf jeder Radseite
drei Förderkanäle angeordnet.
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Gemäß der Erfindung sind die Förderkanäle von Schaufelflächen begrenzt,
die von einer gemeinsamen Ebene aus, die senkrecht zur Welle 5 verläuft, abwechselnd
nach der einen und anderen Radseite mit zunehmendem Radius in steigendem Maße verwunden
sind, und zwar derart, daß sie allmählich in Ebenen übergehen, die etwa parallel
zur Achse der Welle 5 verlaufen. Die Verwindung der Schaufelflächen ist dabei so
gewählt, daß sie bei einem Radius, der etwa der Größe der Einläufe 2 entspricht,
ungefähr 45° beträgt, wie aus den Schnittdarstellungen nach den Fig. II, VII und
VIII deutlich ersichtlich ist. Im einzelnen ist die Art der Verwindung der Schaufelflächen
in den Fig. IV, V und VI besonders veranschaulicht. Die Schnitte nach diesen Figuren
sind längs dem Umkreis der verschiedenen Kreise A, B
und C der Fig. III genommen,
wobei die entstandenen zylindrischen Flächen in der Ebene ausgebreitet sind. Die
Schnitte zeigen, wie die bei dieser Ausführungsform vorhandenen vier Schaufeln des
Rades an dessen Umkreis in oder nahe einer Ebene durch die Welle liegen, während
sie gegen die Mitte gedreht werden, so daß sie in einer Ebene senkrecht zur Welle
enden und zusammen in die Radnabe übergehen. Diese Drehung der Schaufelebene erfolgt
mit jeder zweiten Schaufel in entgegengesetzter Richtung zu den übrigen Schaufeln.
Hierdurch entstehen die Förderkanäle, die von beiden Einlaßseiten sich zum Umkreis
strecken. Die Schaufeln sind miteinander mit gleichmäßigem Übergang verbunden wie
bei den bekannten Kanal- oder stockungsfreien Rädern. Am Einlaß sind daher keine
scharfen Kanten vorhanden, so daß der Flüssigkeit ein völlig freier Durchgang dargeboten
wird.
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Bei dem Laufrad gemäß der Erfindung können die Schaufeln wie bei einem
gewöhnlichen Zentrifugalpumpenrad dünn ausgebildet werden, wobei nicht wirksame
Teile des Pumpenrades vermieden sind.
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Das Laufrad gemäß der Erfindung kann auch »offen« ausgeführt werden,
d. h. daß die Seitenwände, welche die Kanäle außerhalb der Schaufeln begrenzen,
im Pumpengehäuse fest, also nicht mitrotierend ausgebildet werden. Eine derartige
Ausführungsform ist in Fig. VII und VIII dargestellt. Auch in diesem Fall wird mit
größter Sicherheit erreicht, daß eine Stockung von Stoffen in der gepumpten Flüssigkeit
vermieden wird.
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Durch die Ausbildung des Pumpenrades nach der Erfindung wird auch
der Vorteil erzielt, daß die Verluste am Einlaß des Rades vermindert werden. Die
Flüssigkeit passiert das Pumpenrad unmittelbarer und stoßfreier, als wenn Kanten
der Schaufeln vorhanden wären.
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Das Laufrad gemäß der Erfindung ist besonders geeignet, in symmetrisch
gebaute Pumpengehäuse mit Lagerung an beiden Seiten des Pumpengehäuses eingesetzt
zu werden. Es kann mit besonderem Vorteil bei Kloakenpumpen verwendet werden, die
ganz im Kloakenbrunnen versenkt sind und eine senkrechte Welle haben, wie in Fig.
VIII gezeigt ist. Die Schaufelkanäle der einen Radseite können dabei gegebenenfalls
größer ausgeführt werden als diejenigen der anderen Seite. Die Erfindung kann auch
mit Vorteil auf Räder mit Zentrifugalgebläsen verwendet werden.
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Auch für Zentrifugalpumpen gewöhnlicher Art mit doppelseitigem Einlaß
des Rades bietet das neue Pumpenrad große Vorteile. In Fig. IX ist ein gewöhnliches
Pumpenrad und in Fig. X ein Rad nach der Erfindung mit denselben Einbauabmessungen
abgebildet. Die Figuren zeigen die Räder im Schnitt, teils projiziert in der Richtung
der Welle, teils in einer dazu senkrechten Ebene und außerdem einen
zylindrischen
Schnitt längs dem Kreis A, in der Ebene ausgebreitet. Aus diesen Schnitten geht
ohne weiteres hervor, daß die Schaufelkanäle des neuen Rades einen größeren hydraulischen
Radius haben als bei dem Rad der üblichen Konstruktion. Unter hydraulischem Radius
wird hierbei das Verhältnis zwischen der Fläche eines Kanalabschnittes und dessen
Umkreis verstanden. Am größten ist der hydraulische Radius für eine kreisförmige
Fläche und am kleinsten für ein längliches Parallelogramm oder Reckteck.
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Durch die Wand k (Fig. IX b und IX c), die notwendig ist, um das gewöhnliche
Rad nach Fig.I1 zusammenzuhalten, werden die Radkanäle am Einlaß in zwei gleiche
Teile geteilt und erhalten eine vom Strömungsgesichtspunkt aus unvorteilhaftere
Form als beim neuen Rad. Bei dem bekannten Rad gemäß Fig.IX entstehen zwölf Kanäle
am Einlaß. während bei dem erfindungsgemäßen Laufrad nach Fig. X nur sechs Schaufelkanäle
entstehen, obwohl beide Räder mit sechs Schaufeln ausgeführt sind. Der Strömungswiderstand
in einem Kanal ist umgekehrt proportional dem hydraulischen Radius und somit kleiner
beim Rad gemäß Fig. X.
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Ein weiterer Vorteil des neuen Rades ist, daß es durch Gießen einfacher
und leichter herstellbar ist, da die in der Gießform anzuwendenden Kerne für die
Radkanäle auch bei kleinen Radabmessungen kräftiger sind als bei einem Schaufelrad
üblicher Konstruktion gleicher Abmessungen. Die Kanäle sind auch zwecks Reinigung
leichter zugänglich.