DE1137629B

DE1137629B - Single-channel centrifugal pump, especially for pumping waste water

Info

Publication number: DE1137629B
Application number: DEV16302A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Georg Volland; Dr-Ing Wilhelm Schulz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-04-02
Filing date: 1959-04-02
Publication date: 1962-10-04
Also published as: GB914102A

Description

Einkanalr ad-Kreiselpumpe, insbesondere zur Förderung von Abwässern Äußere Gestalt und Kanalverlauf der bekannten Einkanalräder von Schmutzwasserpumpen lehnen sich weitgehend an die übliche Form der Schaufelkanäle gewöhnlicher Pumpenlaufräder an. Der Beschränkung auf einen einzigen Kanal oder auf eine einzige Schaufel liegt der Gedanke zugrunde, eine Teilung des Wasserstromes und damit jede teilende Schaufelkante zu vermeiden, an der erfahrungsgemäß langfaserige Fremdstoffe sich aufhängen und zur baldigen Verstopfung der Schaufelkanäle führen. Diese Vorstellung hat jedoch nur dann Gültigkeit, wenn das Einkanalrad ein um die Achse des Einlaufquerschnittes rotierender Krümmer ist. Eine derartige Laufradform mit etwa 90° Austrittswinkel ist jedoch hydraulisch unbrauchbar und besitzt einen viel zu großen Durchflußquerschnitt und Austrittsradius, um gängige Förderhöhen und Fördermengen bei sinnvollen Drehzahlen zu liefern. Man ist also gezwungen, auch das Einkanalrad konstruktiv mit rückwärts gekrümmtem Kanal auszubilden. Dadurch entsteht aber wieder eine ausgeprägte Eintrittskante der Kanalbegrenzung, die nichts anderes ist als die übliche Schaufeleintrittskante. Das bekannte Einkanalrad ist daher nichts anderes als ein Einschaufelrad. Die Eintrittskante dieser einen Schaufel setzt am Saugmund des Rades in beträchtlichem Abstand von der Drehachse an und läuft daher mit einer diesem Abstand proportionalen, gleichfalls beträchtlichen Geschwindigkeit um, mit der sie auch das vom Saugstutzen drehungsfrei zuströmende Fördermittel schneidet und teilt. Somit können die langfaserigen Fremdstoffe sich wiederum an der Schaufeleintrittskante aufhängen, da die von der Schaufelkante zerteilte Strömung sie nach zwei verschiedenen Richtungen zerrt. Verläuft die Schaufeleintrittskante parallel zur Pumpenachse, besteht die Gefahr des Aufhängens über ihre ganze Länge. Aber auch dann, wenn sie vom Saugmund aus einwärts verläuft, bleibt die Gefahrenstelle bei den größeren Eintrittsradien bestehen.Single-channel centrifugal pump, especially for pumping wastewater Outer shape and channel course of the well-known single-channel wheels of waste water pumps are largely based on the usual shape of the vane channels of conventional pump impellers at. The restriction is to a single channel or a single blade the idea is based on a division of the water flow and thus every dividing blade edge to avoid where experience has shown that long-fiber foreign matter can hang up and lead to the early clogging of the blade channels. However, this notion has only valid if the single-channel wheel rotates around the axis of the inlet cross-section rotating elbow is. Such an impeller shape with an exit angle of approximately 90 ° however, it cannot be used hydraulically and has a flow area that is much too large and exit radius, around common delivery heights and delivery rates at reasonable speeds to deliver. So you are forced to constructively reverse the single-channel wheel as well to form curved channel. However, this creates a pronounced leading edge again the channel boundary, which is nothing other than the usual blade leading edge. The well-known single-channel wheel is therefore nothing more than a single-blade wheel. The leading edge this one blade is placed at the suction mouth of the wheel at a considerable distance from the axis of rotation and therefore also runs with a distance proportional to this distance considerable speed at which it also rotates that of the suction nozzle incoming funding cuts and splits. Thus, the long-fiber foreign matter in turn hang themselves on the blade leading edge, since that of the blade edge a divided current pulls them in two different directions. Runs the blade leading edge parallel to the pump axis, there is a risk of hanging over its entire length. But even if it runs inwards from the suction mouth, the danger point remains exist at the larger entry radii.

Diese Gefahr des Aufhängens von langfaserigen Fremdstoffen an der Schaufeleintrittskante wird erfindungsgemäß dadurch überwunden, daß die Eintrittskante der einzigen Schaufel ganz oder annähernd in der Drehachse des Einkanalrades liegt, daß die axiale Einlaßöffnung des Einkanalrades in an sich bekannter Weise exzentrisch zur Drehachse angeordnet ist und daß die Schaufel, wie ebenfalls an sich bekannt, die Einlaßöffnung teilweise umschlingt. Hierdurch wird die Umfangsgeschwindigkeit der Schaufeleintrittskante gleich oder nahezu gleich Null und infolgedessen der parallel zur Schaufelkante eintretende Wasserstrom nicht mehr geteilt. Langfaserige Fremdkörper werden an der Kante somit auch nicht mehr in zwei verschiedene Richtungen gezerrt und können sich daher an ihr nicht mehr aufhängen. Im Gegenteil wird die Schaufeleintrittskante durch den parallel zu ihr eintretenden Förderstrom ununterbrochen freigespült.This risk of long-fiber foreign matter hanging on the According to the invention, the blade leading edge is overcome in that the leading edge the single blade is wholly or approximately in the axis of rotation of the single-channel impeller, that the axial inlet opening of the single-channel wheel is eccentric in a manner known per se is arranged to the axis of rotation and that the blade, as is also known per se, the inlet opening partially wraps around. This increases the peripheral speed the blade leading edge is equal to or almost equal to zero and consequently the Water flow entering parallel to the blade edge is no longer divided. Long fiber Foreign bodies are therefore no longer in two different directions at the edge pulled and can therefore no longer hang up on it. On the contrary, the Blade leading edge uninterrupted by the flow rate entering parallel to it flushed free.

Es sind, wie erwähnt, Pumpen bekannt, bei denen die axiale Einlaßöffnung exzentrisch zur Drehachse angeordnet ist. Bei diesen Pumpen sind jedoch die Eintrittskanten nicht ganz oder annähernd in der Drehachse des Laufrades angeordnet, noch umschlingt bei ihnen die Schaufel die Einlauföffnung teilweise. Bekannt sind ferner, wie erwähnt, Pumpen, bei denen die Schaufel die Einlaßöffung teilweise umschlingt, wobei aber weder die Eintrittskante ganz oder annähernd in der Drehachse des Laufrades liegt noch die axiale Eintrittsöffnung exzentrisch zur Drehachse angeordnet ist.As mentioned, pumps are known in which the axial inlet opening is arranged eccentrically to the axis of rotation. In these pumps, however, are the leading edges not arranged entirely or approximately in the axis of rotation of the impeller, nor wrapped around it with them the shovel partially covers the inlet opening. Also known are, as mentioned, Pumps in which the blade partially wraps around the inlet opening, but with neither the leading edge lies wholly or approximately in the axis of rotation of the impeller nor the axial inlet opening is arranged eccentrically to the axis of rotation.

Die Verlegung des Schaufelanfanges bis dicht an die Drehachse verbessert die Pumpe aber noch in einer weiteren Hinsicht. Es ist bekannt, daß der Betrieb von Einkanalradpumpen durchweg sehr starke Erschütterungen verursacht, da der Förderstrom nicht kontinuierlich abfließt, sondern als Strahl aus dem Laufrad austritt und den Druckstutzen periodisch trifft. Pumpe und Rohrleitung erfahren dadurch heftige Stöße, die unter Umständen den Betrieb in Frage stellen können. Die Strahlbildung am Kanalaustritt resultiert aus dem Zwang, einen Schaufelaustrittswinkel verwirklichen zu müssen, der möglichst 25 bis 35° betragen sollte, daß aber andererseits das zur Ausbildung der Schaufel verfügbare Verhältnis von Austritts- zu Eintrittsdurchmesser zu klein ist, um die Schaufel mit stetiger Steigung um das ganze Laufrad herumführen zu können und so den Förderstrom am ganzen Umfang austreten lassen zu können. So erfolgt bei den bekannten Einkanalrädern der Wasseraustritt aus dem Laufrad nur auf einem Teil des Umfanges und erzeugt im Pumpendruckstutzen eine mehr oder weniger pulsierende Förderung.The relocation of the beginning of the shovel right up to the axis of rotation has been improved but the pump in another respect as well. It is known that the operation caused by single-channel impeller pumps consistently very strong vibrations, as the flow rate does not flow off continuously, but emerges as a jet from the impeller and the Pressure nozzle meets periodically. This causes the pump and pipeline to experience violent shocks, which may call the operation into question. The jet formation at the canal outlet results from the compulsion to have to implement a blade outlet angle that is as close as possible 25 to 35 ° should be, but on the other hand that for the formation of the blade available ratio of outlet to inlet diameter is too small to achieve the To be able to guide a shovel with a steady incline around the whole impeller and so on to be able to let the flow out of the whole circumference. This is how the known single-channel wheels the water outlet from the impeller only on part of the Circumference and generates a more or less pulsating delivery in the pump pressure nozzle.

Durch die erfindungsgemäße Verlegung der Schaufeleintrittskante bis an die Drehachse wird das Durchmesserverhältnis zwischen Aus- und Eintritt sehr groß, und so gelingt es, die Schaufel mit stetiger Steigung um das ganze Laufrad herumzuführen. Das Wasser wird daher ohne Strahlbildung auf dem ganzen Umfang aus dem Laufrad in die Druckspirale übergeschoben, und es fließt stetig in den Druckstutzen ab.Due to the inventive relocation of the blade leading edge to on the axis of rotation, the diameter ratio between exit and entrance becomes very large big, and so it succeeds, the blade with a steady incline around the whole impeller show around. The water is therefore from without jet formation on the whole perimeter pushed over the impeller into the pressure spiral, and it flows steadily into the pressure port away.

Wie die Pumpe nach der Erfindung durch zusätzliche Maßnahmen noch weiter verbessert werden kann, soll an Hand des gezeichneten Ausführungsbeispieles erläutert werden. In der Zeichnung ist Fig. 1 ein Querschnitt durch eine Pumpe mit den Merkmalen der Erfindung, Fig. 2 ein Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1, jedoch bei abgenommenem Saugstutzen, und Fig. 3 ein Schnitt durch das Laufrad allein gemäß Linie III-III in Fig. 1.Like the pump according to the invention by additional measures Can be further improved, should be based on the illustrated embodiment explained. In the drawing, Fig. 1 is a cross section through a pump the features of the invention, Fig. 2 is a section along line II-II in Fig. 1, however with the suction nozzle removed, and FIG. 3 shows a section through the impeller alone according to Line III-III in Fig. 1.

Die gezeichnete Pumpe besteht in üblicher Weise aus einem Gehäuse 1 mit Spirale 2, einem Auslaßstutzen 3 und einem Einlaßstutzen 4, der gleichachsig zum Laufrad 5 liegt. Das fliegend gelagerte Laufrad 5 sitzt auf einer Welle 6, die bei 7 abgedichtet durch die Gehäusewand geführt ist. Pfeil 8 in Fig. 2 zeigt die Drehrichtung des Rades. Die zu fördernde Flüssigkeit wird vom Laufrad gemäß den Pfeilen 9 und 10 aus dem Stutzen 4 angesaugt und über die Spirale 2 in den Auslaßstutzen 3 gedrückt. Innerhalb des Laufrades, dessen Gestalt weiter unten genauer beschrieben werden wird, strömt die Flüssigkeit vom Saugmund 11 über einen sich verjüngenden Raum 12 durch die annähernd elliptisch geformte Einlaßöffnung 13 in den Bereich der einzigen Schaufel 14, deren Eintrittskante mit 15 und deren Austrittskante mit 16 bezeichnet ist. Das Laufrad weist beiderseits der Schaufel 14 Stirnwände 17 und 18 auf. Wesentlich ist, wie noch näher dargelegt werden wird, daß die Eintrittskante 15 in nur geringem Abstand c von der Drehachse liegt, die Einlauföffnung 13 exzentrisch angeordnet ist und die Schaufel diese Öffnung umschlingt, also nicht etwa schneidet.The pump shown consists in the usual way of a housing 1 with spiral 2, an outlet connection 3 and an inlet connection 4, which is coaxial to the impeller 5. The overhung impeller 5 sits on a shaft 6 which is guided sealed at 7 through the housing wall. Arrow 8 in Fig. 2 shows the Direction of rotation of the wheel. The liquid to be pumped is determined by the impeller according to the Arrows 9 and 10 sucked out of the connection 4 and via the spiral 2 into the outlet connection 3 pressed. Inside the impeller, the shape of which is described in more detail below will be, the liquid flows from the suction mouth 11 over a tapered one Space 12 through the approximately elliptically shaped inlet opening 13 into the area the single blade 14, the leading edge with 15 and the trailing edge with 16 is designated. The impeller has end walls 17 and 14 on both sides of the blade 18 on. It is essential, as will be explained in more detail, that the leading edge 15 is only a short distance c from the axis of rotation, the inlet opening 13 is eccentric is arranged and the blade wraps around this opening, so does not cut about.

Während übliche Laufräder eine Kreisfläche vom Durchmesser D, als freien Eintrittsquerschnitt aufweisen, ist der Eintrittsquerschnitt bei der gezeichneten Pumpe zu der exzentrisch zur Drehachse liegenden elliptischen Öffnung 13 eingezogen. Die elliptische Öffnung mit den Hauptachsen a und b ist so gelegt, daß die kleine Achse b den Kreis vom Durchmesser D" mit ihrem einen Ende gerade berührt, während ihr anderes Ende im Laufradmittelpunkt oder in dessen Nähe endet, wobei b etwas größer als der halbe Durchmesser D, sein kann. An dieser der Laufradmitte zunächst gelegenen Stelle des elliptischen Einlaufquerschnittes stößt die Schaufeleintrittskante 15 auf den Rand des elliptischen freien Querschnitts, und von hier legt sich die Schaufel zuerst tangential an den Ellipsenumfang an und hebt sich nach Umschlingung von etwa einem Viertel bis zur Hälfte des Ellipsenumfanges von diesem ab, um weiter stetig steigend sich um das Rad herumzuwinden bis zur Austrittskante 16, die auf einem Durchmesser D, liegt. Die Schaufeleintrittskante verläuft parallel zur Laufradachse und kann zu einem gut abgerundeten Schaufelkopf verdickt sein. Der Abstand c kann gleich Null sein oder geringfügig größer, so daß die Umfangsgeschwindigkeit der Schaufeleintrittskante selbst gleich Null ist oder doch sehr klein bleibt.While conventional impellers have a circular area of diameter D as the free inlet cross-section, the inlet cross-section in the pump shown is drawn in towards the elliptical opening 13, which is eccentric to the axis of rotation. The elliptical opening with the main axes a and b is placed so that one end of the minor axis b just touches the circle of diameter D ", while its other end ends in the center of the impeller or in its vicinity, with b being slightly larger than half Diameter D. At this point of the elliptical inlet cross-section, which is closest to the center of the impeller, the blade leading edge 15 meets the edge of the elliptical free cross-section, and from here the blade first rests tangentially on the circumference of the ellipse and rises after being wrapped around a quarter up to half of the circumference of the ellipse from this, in order to continue to wind steadily around the wheel up to the trailing edge 16, which lies on a diameter D. The leading edge of the vane runs parallel to the impeller axis and can be thickened to a well rounded vane head. The distance c can be equal to zero or slightly greater, so that the peripheral speed of the Sch on the leading edge itself is zero or remains very small.

Die elliptische Einlauföffnung entsteht, indem an den sonst üblichen Saugmunddurchmesser D, eine Kegelfläche 19 mit stumpfem Spitzenwinkel w auschließt und in sich den elliptischen Querschnitt in der beschriebenen Lage frei läßt. Durch diesen stumpfen Stirnkegel wird die vom Saugstutzen ankommende Strömung bereits vor dem Eintritt in den Ellipsenquerschnitt beschleuigt und ihre freispülende Wirkung auf die Schaufeleintrittskante erhöht, so daß ein kleiner Abstand c um so weniger bedenklich ist.The elliptical inlet opening is created by attaching to the otherwise usual Suction mouth diameter D excludes a conical surface 19 with an obtuse tip angle w and leaves the elliptical cross-section free in the position described. By The flow arriving from the suction nozzle already becomes this truncated frontal cone accelerated before entering the elliptical cross-section and its clearing effect increased on the blade leading edge, so that a small distance c the less is questionable.

Aus Fig. 1 ist die zur Laufradachse parallele Lage der Schaufeleintrittskante 15 gut ersichtlich. Der elliptische Einlaufquerschnitt wird durch seitliche Leitflächen 20 und 21 mit kurzem Bogen in eine radiale oder auch halbaxiale Richtung übergeführt, wobei die Kanalbreite d zweckmäßig gleich der kleinen Ellipsenachse b ausgeführt wird, die die zulässige Korngröße der festen Teile in der Flüssigkeit bestimmt. Dieses Maß braucht auch von der Kanalbreite d nicht überschritten zu werden. Fig. 3 veranschaulicht, wie diese Querschnittsüberleitung gelingt, wodurch auch die vom Saugstutzen axial anströmende Flüssigkeit gemäß Pfeil 22 in die Meridianrichtung des Laufradaustritts gelenkt wird.From Fig. 1 is the parallel to the impeller axis position of the blade leading edge 15 clearly visible. The elliptical inlet cross-section is created by lateral guide surfaces 20 and 21 converted with a short arc in a radial or semi-axial direction, the channel width d expediently being designed to be equal to the small axis of the ellipse b which determines the permissible grain size of the solid parts in the liquid. This dimension does not need to be exceeded by the channel width d either. Fig. 3 illustrates how this cross-sectional transition succeeds, whereby the from Suction nozzle axially flowing liquid according to arrow 22 in the meridional direction the impeller outlet is steered.

Die Schaufel 14 beginnt im oder nahe am Radzentrum und verläuft von hier an stetig steigend, also mit stetig zunehmendem Abstand vom Laufradzentrum, bis zur Austrittskante 16, wobei sie das Rad mit einem Zentriwinkel von etwa 360° umschlingt. Ihre Steigung ist so bemessen, daß zwischen der Schaufelfläche und dem die Eintrittskante 15 bildenden Schaufelkopf an der engsten Stelle ein freier Abstand g für den hindurchtretenden Förderstrom verfügbar bleibt, der wieder etwa gleich der kleinen Ellipsenachse b ausgeführt wird. Dieser engste Querschnitt hat praktisch also die Gestalt eines Quadrates der Kantenlänge b und läßt somit ebenfalls die zulässige Korngröße der mitgeführten Festteile ungehindert passieren. Nachdem der Förderstrom durch diesen engsten Querschnitt hindurchgetreten ist, schiebt sich infolge der Rotation des Laufrades in Pfeilrichtung 8 die Schaufel 14 unter ihn.The shovel 14 begins in or near the wheel center and extends from steadily increasing here, i.e. with a steadily increasing distance from the center of the wheel, up to the trailing edge 16, with the wheel with a central angle of about 360 ° wraps around. Your slope is dimensioned so that between the blade surface and the the leading edge 15 forming the blade head at the narrowest point a free distance g remains available for the conveying flow passing through, which is roughly the same again the small axis of the ellipse b is executed. This narrowest cross-section is practical thus the shape of a square of edge length b and thus also leaves the permissible grain size of the carried solid parts pass unhindered. After the The flow rate has passed through this narrowest cross-section, pushes itself as a result of the rotation of the impeller in the direction of arrow 8, the blade 14 under him.

Da die Schaufel über ihren ganzen Zentriwinkel von etwa 360° stetig steigt, tritt der Förderstrom über den ganzen Laufradumfang stetig aus dem Laufrad aus und in die umgebende Druckspirale 2 ein. Er kann so auch dem Druckstutzen gleichmäßig zuströmen und ohne nennenswerte Pulsation in die Druckleitung abfließen.Because the blade is steady over its entire central angle of about 360 ° increases, the flow rate continuously emerges from the impeller over the entire circumference of the impeller from and into the surrounding pressure spiral 2. He can also the pressure port evenly flow in and flow off into the pressure line without significant pulsation.

Die Einziehung des Einlaufquerschnittes zu einer exzentrisch gelegenen elliptischen Öffnung ermöglicht die Herabsetzung der Umfangsgeschwindigkeit der ganzen Eintrittskante bis ganz oder nahezu auf Null und damit die Verwirklichung einer stetigen Steigung der Schaufel über ihren ganzen etwa 360° betragenden Zentriwinkel. So gelingt es, das Aufhängen langfaseriger Fremdkörper an der Schaufeleintrittskante sicher auszuschließen und gleichzeitig einen praktisch völlig gleichmäßigen Förderstrom in die Druckleitung abzugeben.The retraction of the inlet cross-section to an eccentrically located elliptical opening allows the peripheral speed to be reduced entire leading edge to completely or almost to zero and thus the realization a steady slope of the blade over its entire central angle, which is approximately 360 °. So it is possible to hang up with longer fibers Foreign bodies on the leading edge of the blade safely to exclude and at the same time a practically completely uniform flow rate to be released into the pressure line.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Single-channel centrifugal pump, especially for conveyance of waste water, characterized in that the leading edge (15) is the only one The blade (14) is wholly or approximately in the axis of rotation of the single-channel wheel (5), that the axial inlet opening (13) of the single-channel wheel (5) in a manner known per se is arranged eccentrically to the axis of rotation and that the blade (14), as well known per se, the inlet opening (13) partially wraps around.

2. Pump according to claim 1, characterized in that the inlet opening (13) is shaped like an ellipse whose minor axis (b) ends near the center of the impeller.

3. Pump according to claim 1 or 2, characterized in that the blade (14), starting at its leading edge (15), the inlet opening (13) hugs part of the circumference tangentially and then continues to wind with a steady slope towards the exit end.

4. Pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the blade (14) extends over a central angle of approximately 360 °.

5. Pump after one of claims 1 to 4, characterized in that the transition from the concentric arranged suction mouth (11) to the inlet opening (13) of the impeller (5) of a truncated cone-like Area, (19) is limited, which tapers towards the inlet opening (13).

6. Pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that the leading edge (15) the blade (14) at least approximately parallel to the axis of rotation of the impeller (5) lies.

7. Pump according to one of claims 2 to 6, characterized in that the narrowest cross-section (g, d) of the channel formed by the blade (14) approximately is a square whose side length is approximately equal to the minor axis (b) of the ellipse-like one Inlet opening (13) is. Publications considered: German patent specification No. 157 866; German interpretative document No. 1034 031; Swiss patent specification No. 290,988; U.S. Patent No. 1052,930.