DE1528682B2 - Kreiselpumpenbausatz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Pumpenbausatz zur Erstellung verschiedener Kreiselpumpen mit einem für mehrere Pumpentypen einheitlichen Gehäuseteil mit im wesentlichen rotationssymmetrischem, dreiseitig begrenztem, nach innen vollständig offenem Pumpenraum, und mit mehreren in den Gehäuseteil einbaubaren Laufrädern und Füllkörpern zur Anpassung des Pumpenraumes an verschiedene Laufräder.

In der Industrie werden heute Kreiselpumpen für im wesentlichen drei Zwecke bzw. Aufgaben verwendet, nämlich

1. Pumpen zur Förderung reiner Medien niedriger Viskosität;

2. Pumpen zur Förderung reiner Stoffsuspensionen bei hohen Stoffdichten hoher Konzentration und hoher Viskosität sowie Medien mit Luftoder Gaseinschlüssen;

3. Pumpen zur Förderung von feststoffhaltigen, stark verunreinigten Medien oder Abwässern mit hoher Stoffdichte, hoher Viskosität oder für Mischaufgaben von zwei oder mehrphasigen Flüssigkeitsgemischen.

Für jeden dieser Zwecke wurden bisher speziell ausgebildete Pumpen verwendet, was die Industrie zu einer großen Lagerhaltung an Ersatzmaschinen oder Ersatzteilen zwingt. Die Herstellung der verschiede-

nen Pumpentypen ist unrationell, weil alle Teile jedes Types verschiedenartig ausgeführt sein müssen.

Es ist zwar ein Pumpenbausatz bekannt (österreichische Patentschrift 182 613), bei welchem ein aus drei verbindbaren Teilen bestehender einheitlicher Gehäuseteil mit mehreren, in den Gehäuseteil einbaubaren Lauf rädern und Füllkörpern zur Anpassung des Pumpenraumes an verschiedene Laufräder vorgesehen ist. Es besteht jedoch nur die Möglichkeit, eine einstufige Pumpe in eine zweistufige umzubauen, also die Charakteristiken der Pumpe bestimmten Bedingungen, nicht aber verschiedenen zu fördernden Medien anzupassen.

Bei einem ähnlichen Pumpenbausatz können in ein einteiliges Gehäuse wahlweise zwei Lauf räder zur Bildung einer zweistufigen Pumpe oder ein Laufrad eingebaut werden (deutsches Gebrauchsmuster

1 715 520). Aber auch in diesem Falle ist nur der Bau zweier Pumpen mit etwas verschiedenen Charakteristiken für ein und dasselbe zu fördernde Medium möglich.

Es ist auch bekannt, durch den Einsatz von Pumpenrädern und Füllkörpern verschiedenen Durchmessers in einen einheitlichen Gehäuseteil Pumpen für verschiedene Förderhöhen zu schaffen. In diesem Falle ändert aber nicht einmal die Art der Pumpe, sondern nur deren Abmessungen (USA.-Patentschrift

2 642 004).

Es ist das Ziel vorliegender Erfindung, einen Pumpenbausatz der eingangs genannten Art zu schaffen, der die wahlweise Erstellung sehr verschiedenartiger Pumpen zur Förderung praktisch aller vorkommenden Medien gestattet. Der erfindungsgemäße Kreiselpumpenbausatz ist dadurch gekennzeichnet, daß zur wahlweisen Erstellung radialer bis axialer sowie verstopfungfreier Pumpen ein einziges, einteiliges, sowohl den Eintrittsstutzen als auch den Pumpenraum aufweisendes Modell des Gehäuseteils, verschiedenartige, einzeln in den Gehäuseteil einbaubare Laufräder sowie je einem Laufrad zugeordnete, einsetzbare ringförmige Füllkörper vorgesehen sind, die aus dem Eintrittsstutzen einseitig in den Pumpenraum hineinragen und saugseitig die radial innere Begrenzung des Druckraumes bilden, wobei der Eintritt in den Druckraum asymmetrisch druckseitig radial von innen mündet. Es ist damit möglich, Pumpen mit sehr stark unterschiedlichem Bau und entsprechend unterschiedlichen Charakteristiken für praktisch beliebige Fördermedien zu erstellen. Wenn dabei auch Pumpentypen resultieren, die an sich mehr oder weniger starke Ähnlichkeit mit einzelnen bekannten Pumpentypen aufweisen bzw. Einzelteile des erfindungsgemäßen Pumpenbausatzes an sich bekannt sind, (französische Patentschrift 1316 257 und KSB-Prospekt 2385 22/2 »Schraubenradpumpen SEY«), so war damit nicht die Möglichkeit gegeben oder nahegelegt, einen Pumpenbausatz zur Erstellung eines sehr breiten Pumpenprogramms zu schaffen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von mit dem erfindungsgemäßen Pumpenbausatz erstellten Pumpen dargestellt.

F i g. 1 zeigt eine Pumpe für reine Flüssigkeiten;

F i g. 2 zeigt eine Pumpe für feststoffhaltige Medien;

F i g. 3 zeigt eine Pumpe für feststoffhaltige Medien;

F i g. 4 zeigt eine Ausgestaltung mit halbaxialem Laufrad und

F i g. 5 zeigt die Ausgestaltung mit axialem Laufrad oder Propeller.

Der für alle Pumpen einheitliche Gehäuseteil nach Fig. 1 weist einen Eintrittsstutzen 1, eine einem Pumpenraum umschließende Gehäusewand 2, einen Austrittsstutzen 3 und einen etwa zylindrischen, dem Eintrittsstutzen 1 gegenüberliegenden Gehäusefortsatz 4 mit zylindrischer Innenfläche 5 auf. Die Teile 1, 2, 4 und 5 sind als rotationssymmetrischer Körper bezüglich der Gehäuseachse ausgebildet. Der von der radialen Gehäusefläche 6, einer radialen Begrenzung 7 von halbkreisförmigem Profil und einer gedachten, von der Schnittkante der Flächen S und 7 ausgehenden Radialebene begrenzte Druckraum 8 der Pumpe ist also, abgesehen von der Ansatzstelle des Austrittsstützens 3 rotationssymmetrisch bezüglich der Pümpenachse ausgebildet.

Das im Rohguß gemäß F i g. 3 gestaltete Pumpengehäuse wird für die Ausführungen nach F i g. 1 und 2 am inneren Ende des Eintrittsstutzens 1 mit einer Eindrehung 9 versehen, in welche ein ringförmiger Füll· körper 10 eingesetzt wird, dessen Bohrung 11 den Eintrittsstutzen axial nach innen verlängert und dessen gewölbte Außenfläche 12 das Profil 7 des Druckraumes ergänzt und damit einen etwa kreisringförmigen Druckraum begrenzt. Der Füllkörper 10 ist mit einem Schleifring 13 versehen, welcher die Dichtung am Eintritt des Laufrades 14 bildet. Dieses Laufrad entspricht im wesentlichen der an sich bekannten klassischen Ausführung eines Radiallaufrades für reine Fördermedien. Der äußere radiale Laufradteil ragt in den einen Quadranten des erwähnten, durch die Flächen? und 12 begrenzten, etwa kreisringförmigen Druckraums ein und mündet unmittelbar innerhalb der Schnittkante zwischen den Flachen 5 und 7 in diesen Druckraum. Das Laufrad ist mit Entlastungsöffnungen 15 und mit einem Schleifring 16 versehen, welcher mit einem Schleifring 17 eines Gehäuse- und Lagerflansches 18 in Berührung steht. Die axiale Weite der Kanäle am Laufradaustritt entspricht beim dargestellten Beispiel nur etwa einem Viertel der axialen Weite des Druckraumes an dieser Stelle, d. h. das Laufrad ist axial versetzt oder exzentrisch im Druckraum angeordnet, welcher somit das Laufrad außen und auf der einen in F i g. 1 links liegenden Seite umgibt. Mit anderen Worten liegt der Druckraum axial seitlich des Laufradaustrittes im Gegensatz zu der klassischen Ausführung ähnlicher Radialpumpen, bei welchen ein Spiralgehäuse im wesentlichen in der gleichen Radialebene wie das Laufrad angeordnet ist. Die soeben beschriebene gegenseitige Anordnung von Laufrad und Druckraum gestattet eine wesentliche Reduktion des Gesamtdurchmessers der Pumpe für gleiche Förderleistungen und gleich hydraulische Wirkungsgrade.

Die radial aus· dem Laufrad austretende Flüssigkeit wird in dem etwa kreisringförmigen Druckraum in der in F i g. 1 durch Pfeile angedeuteten Richtung umgelenkt, so daß ein Rotationswirbel entsteht, dessen in F i g. 1 rechts unten liegender Teil wieder mit der freien Außenfläche des Laufrades in Berührung steht. Der Wirbel wird daher an dieser Stelle durch Reibung mit dem Laufrad nochmals beschleunigt und jedenfalls nicht durch Reibung verzögert, was sich auf den Wirkungsgrad, die Förderhöhe und die spezifische Leistung der Pumpe sehr günstig auswirkt. Versuche haben gezeigt, daß der Wirkungsgrad der in F i g. 1 dargestellten Pumpe höher liegt als der Wirkungsgrad

entsprechender Radialpumpen mit Spiralgehäuse. Die Zentralzone des Rotationsstromes ist in der Lage, bedingt durch die Zentrifugalwirkung, im Rotationswirbel Luft oder Gase, die im Förderstrom enthalten sind, pusationsfrei zu fördern.

In F i g. 2 sind entsprechende Teile gleich bezeichnet wie in Fig. 1. Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß an Stelle des in F i g. 1 dargestellten Laufrades 14 für reine Fördermedien ein an sich ebenfalls bekanntes Laufrad 14 a zur Förderung reiner Stoffsuspensionen hoher Stoffdichte, hoher Konzentration und hoher Viskosität, sowie für Medien mit Luft- oder Gaseinschlüssen vorgesehen ist. Die Entlastungsöffnungen 15 sowie die Teile 16 und 17 fallen weg, und die Innenwand des im übrigen genau gleich ausgebildeten Gehäuse- und Lagerflansches 18 α ist dem Anwendungsbereich der Pumpe entsprechend etwas anders gestaltet. Es kann jedoch auch zur Herstellung dieser Teile 18 a derselbe Rohguß verwendet werden wie zur Herstellung des Teiles 18 nach F i g. 1. Die Wirkungsweise der Pumpe nach F i g. 2 ist, abgesehen von der verschiedenartigen Wirkungsweise des Laufrades, ähnlich wie die der Pumpe nach Fig. 1. Die obenerwähnte günstige Auswirkung des Rotationswirbels auf die Förderung von Luft- oder Gaseinschlüssen unterstützt die entsprechende Wirkung des Laufrades 14 a.

Wie bereits angedeutet, können für die beiden Pumpenarten nach F i g. 1 und 2, abgesehen vom Laufrad und vom Gehäuseflansch 18, genau dieselben Teile verwendet werden, wobei für den Gehäuseflansch 18 ebenfalls der gleiche Gußrohling verwendet werden kann.

Gemäß F i g. 3, in welcher ebenfalls entsprechende Teile gleich bezeichnet sind wie in den F i g. 1 und 2, wird der Füllkörper 10 nicht eingesetzt, und die zum Einsetzen des Füllkörpers vorgesehene Eindrehung 9 im Eintrittsstutzen 1 wird nicht vorgesehen, so daß der Eintrittsstutzen direkt in den offenen Raum 8 übergeht, welcher von innen bis außen im wesentlichen konstante Weite aufweist. Der Lager- und Gehäuseflansch 18 b, welcher von denjenigen nach F i g. 1 und 2 verschieden ist, dringt weniger tief in die Bohrung 5 des Gehäusefortsatzes 4 ein, so daß innerhalb der Bohrungswandung 5 eine Radkammer entsteht, in welcher ein an sich ebenfalls bekanntes offenes Laufrad 14 b vollständig aus dem Raum 8 zurückgesetzt eingebracht werden kann. Die zylindrische Bohrungswand 5 wirkt dabei als radiale stauende Begrenzung für die Radialströmung im Laufrad 14 b, so daß in diesem die in F i g. 3 angedeutete, weitgehend vom Nutzfluß im Strömungsraum 8 getrennte Ringströmung 19 entsteht, welche eine intensive, hydraulische Kupplung zwischen dem Laufrad und dem Nutzfluß im Strömungsraum 8 erzeugt. Es entsteht daher im Raum 8 ein intensiver Rotationswirbel, welcher das feststoffhaltige Medium in den Austrittsstutzen 3 fördert.

Der Durchmesser der Bohrung 5 des Gehäusefortsatzes 4 ist so bemessen, daß alle im Pumpenaggregat vorgesehenen Laufräder sowie die Füllkörper 10 ohne weiteres durch die Bohrung bzw. in die Bohrung eingeführt werden können.

Um auch ohne zusätzliche Bearbeitung stets denselben Gehäuseteil 1 verwenden zu können, kann die Eindrehung 9 an allen Gehäusen angebracht und beim Ausbau nach F i g. 3 gegebenenfalls gefüllt werden. In F i g. 4 sind entsprechende Teile gleich bezeichnet wie in F i g. 1 und 2. Der Füllkörper 10 ist mit einem Schleifring 13 versehen, welcher die Dichtung am Eintritt des halbaxialen Laufrades 14 d bildet. Die innere Begrenzungswand des Laufrades kann mit Entlastungsöffnungen 15 versehen sein, und sie weist am äußeren Ende einen axialen Fortsatz 20 auf, welcher mit einem feststehenden Schleifring 17 zusammenwirkt. Der in die Bohrung 5 des Gehäusefortsatzes 4 eingesetzte und mittels nicht dargestellter Schrauben ίο befestigte Stopfbüchsflansch 18 c? ist außerhalb des Schleifringes 17 mit einer gekrümmten Fläche 21 versehen, welche stoßfrei an das Profil 7 des Gehäuseteils anschließt und deren Neigung am inneren Ende mit der Neigung des Laufradaustrittes übereinstimmt. Die Fläche 21 bewirkt daher eine stoßfreie Umlenkung der aus dem Laufrad austretenden Strömung in die radiale Eintrittsrichtung des Profils 7 des für alle Pumpentypen gemeinsamen Gehäuseteils.

Durch die aus dem rotierenden Laufrad austretende Flüssigkeit entsteht in dem durch die Flächen 7, 12, 21 sowie die Außenfläche der äußeren Laufradwand begrenzten Strömungsraum eine Ringströmung, die zugleich in Ümf angsrichtung und gemäß den in F i g. 4 angedeuteten Pfeilen um die Achse des Strömungsraumes rotiert, wobei der an die Außenfläche der äußeren Laufradwand zurückgeführten Flüssigkeit erneut kinetische Energie zugeführt wird.

In F i g. 5 sind entsprechende Teile gleich bezeichnet wie in Fig.4. An Stelle eines vom Stopfbüchsflansch getrennten ringförmigen Füllkörpers 10 ist ein vollständiger, mit dem Stopfbüchsflansch 18 e aus einem Stück bestehender Leitapparat in den Gehäuseteil eingesetzt. Das Axiallaufrad 14 e befindet sich in der zylindrischen Bohrung 11 eines in der Eindrehung 9 gehaltenen Stutzens 22 dieses Leitapparates. An die zylindrische Bohrung 11 des Stutzens 12 schließt ein im Meridianschnitt nach außen gekrümmter, geschlossener Kanal 23 an, in welchem Leitschaufeln 24 angeordnet sind. Die innere Begrenzungswand des Kanals 23 schließt derart an die Eintrittskante des Profils 7 an, daß ein stoßfreier Übertritt des einströmenden Mediums aus dem Leitapparat in den eigentlichen Druckraum 8 erfolgen kann. Die äußere Begrenzungswand des Kanals 23 ist mit einer gewölbten Außenfläche 25 versehen, welche an die radiale Begrenzungsfläche 6 des Gehäuseteils anschließt. Die Flächenteile 6, 7 und 25 bilden auch in dieser Ausgestaltung der Pumpe einen rotationssymmetrischen Strömungsraum.

Das durch das rotierende Laufrad 14 e geförderte Medium gelangt durch den Kanal 23 des Leitapparates umgelenkt in radialer Richtung in den Druckraum 8, in welchem sich ein zugleich in Umf angsrichtung bezüglich der Pumpenachse und in Umfangsrichtung bezüglich der Achse des Druckraumes rotierender Wirbel bildet. Die Leitschaufeln 24 sind dabei so angeordnet, daß sich bei optimaler Fördermenge überall stoßfreie Übergänge ergeben.

Abgesehen von der Möglichkeit, den einheitlichen Gehäuseteil für axiale Laufräder zu verwenden, bietet die Ausgestaltung der Pumpe nach F i g. 5 den besonderen Vorteil, daß feststoffhaltige Medien, welche beim axialen Durchtritt das Laufrad bei klassischen Axialpumpen nur eine unbedeutende Durchmischung erfahren, bei der vorliegenden Pumpe durch die im Druckraum 8 stattfindende Wirbelströmung eine intensive Durchmischung und Homogenisierung erfahren. Die Pumpe kann also bei geringer Förderhöhe

und großer Fördermenge zugleich der Durchmischung und Homogenisierung eines Stoffgemisches dienen.

An Stelle eines Stopfbüchsflansches, der mit dem Leitapparat nach F i g. 5 aus einem Stück besteht bzw. mit der Leitfläche 21 nach F i g. 4 versehen ist, könn-

ten besondere auswechselbare Verschleißteile vorgesehen werden, die dem Leitapparat entsprechen bzw. eine die Umlenkfläche 21 aufweisende Strömungsführung bilden und die durch einen entsprechend gestalteten Stopfbüchsflansch im Gehäuse gesichert sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

209 540/328

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Pumpenbausatz zur Erstellung verschiedener Kreiselpumpen, mit einem für mehrere Pumpentypen einheitlichen Gehäuseteil mit im wesentlichen rotationssymmetrischem, dreiseitig begrenztem, nach innen vollständig offenem Pumpenraum, und mit mehreren in den Gehäuseteil einbaubaren Laufrädern und Füllkörpern zur Anpassung des Pumpenraumes an verschiedene Laufräder, dadurch gekennzeichnet, daß zur wahlweisen Erstellung radialer bis axialer sowie verstopfungsfreier Pumpen ein einziges, einteiliges, sowohl den Eintrittsstutzen als auch den Pumpenraum aufweisendes Modell des Gehäuseteils (1 bis 4), verschiedenartige, einzeln in den Gehäuseteil einbaubare Laufräder (14, 14 a, 14 b, 14 d, 14 e) sowie je einem Laufrad zugeordnete, einsetzbare ringförmige Füllkörper (10, 22 bis 25) vorgesehen _ao sind, aus dem Eintrittsstutzen (1) einseitig in den Pumpenraum hineinragen und saugseitig die radial innere Begrenzung (12) des Druckraumes (8) bilden, wobei der Eintritt in den Druckraum asymmetrisch druckseitig radial von innen mündet.

2. Pumpenbausatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Füllkörper (10, 22 bis 25) ein kreisringförmiger Druckraum (8) abgrenzbar ist, in dessen einen Quadranten das Laufrad (14,14 a, 14 d) einragt.

3. Pumpenbausatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseteil einen Eintrittsstutzen (1), einen erweiterten, den Druckraum (8) bildenden Teil und dem Eintrittsstutzen gegenüber einen mindestens annähernd zylindrischen Gehäusefortsatz (4) mit einer axialen Bohrung (5) umfaßt, wobei der Durchmesser der Bohrung (5) denjenigen der Laufräder (14, 14 a bis 14 e) und Füllkörper (10, 22 bis 25) übertrifft, derart, daß die Laufräder und Füllkörper durch die Bohrung ein- und ausbaubar sind.

4. Pumpenbausatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusefortsatz (4) zur Befestigung, eines Stopfbüchs- oder Lagerflansches (18, 18 α bis 18 e) dient.

5. Pumpenbausatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (5) des Gehäusefortsatzes (4) als Radkammer bzw. stauende radiale Begrenzung für ein offenes, vom Druck- 5» raum (8) axial zurückversetztes Laufrad (14 b) dient (F i g. 3).

6. Pumpenbausatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine halbaxiale bis axiale Ausführung des Laufrades (14 d, 14 e).

7. Pumpenbausatz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einsatz (18 d) vorhanden ist, weicher an den Laufradaustritt anschließend die stoßfreie Umlenkung der aus dem Laufrad austretenden Strömung in den Druckraum (8) des Gehäuneteils vornimmt.

8. Pumpenbausatz nach Anspruch 7, mit halbaxialem Laufrad, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (ISd) eine, einen Teil des Druckraumes begrenzende, gekrümmte Umlenkfläche (21) aufweist.

9. Pumpenbausatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (14 d) zwischen je einem axial versetzt im Gehäuseteil angebrachten Einsatz (18 d) bzw. Füllkörper (10) mit Teile des Druckraumes begrenzenden Flächen (21 bzw. 12) angeordnet ist.

10. Pumpenbausatz nach Anspruch 6, mit Axiallaufrad, dadurch gekennzeichnet, daß am Austritt des Laufrades (14 a) ein auswechselbar in den Gehäuseteil eingesetzter Leitapparat (22, 23, 24) anschließt.

11. Pumpenbausatz nach Anspruch 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitapparat einen ringförmigen, im Meridianschnitt gekrümmten geschlossenen Kanal (24) zur stoßfreien Umlenkung der Strömung aus axialer in mindestens annähernd radiale Richtung aufweist.

12. Pumpenbausatz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Wand des Kanals (24) eine gekrümmte Außenfläche (25) aufweist, welche den Druckraum außerhalb des Leitapparates begrenzt.

13. Pumpenbausatz nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitapparat einen Eintrittsstutzen (22) mit zylindrischer Bohrung zur Aufnahme des Laufrades aufweist.

14. Pumpenbausatz nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitapparat (22 bis 24) aus einem Stück besteht.

15. Pumpenbausatz nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strömungsführung (21) oder ein Leitapparat (23, 24) durch einen besonderen Stopfbuchsflansch im Gehäuse gesichert ist.