DE1557011C3 - Rührvorrichtung oder Pumpe vom Zentrifugaltyp - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rührvorrichtung oder Pumpe von Zentrifugaltyp mit einem Laufrad, das die Form einer Schale mit hauptsächlich zylindrischer Seitenwand besitzt, in der, gleichmäßig auf ihren Umfang verteilt, eine Anzahl mit Buchsen gefütterter Ausströmöffnungen vorgesehen ist.

Solche Rührvorrichtungen und Pumpen sind bekannt. Inrgendein prinzipieller Unterschied zwischen einer Rührvorrichtung und einer Pumpe vom Zentrifugaltyp besteht nicht. In beiden Fällen wird das Material einem axialen Gebiet des schalenförmigen Laufrades zugeführt und mit Hilfe der Zentrifugalkraft durch die öffnungen herausgepreßt. Der Unterschied zwischen diesen beiden Konstruktionen liegt allein darin, daß bei der Rührvorrichtung die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung des Laufrades in offener Verbindung miteinander stehen, so daß dieselbe Materialmenge fortwährend durch das Rad zirkuliert, während bei einer Pumpe die Einströmöffnung des Laufrades scharf von dessen Ausströmöffnung abgegrenzt ist. Im letzteren Fall ist das Laufrad im allgemeinen in einem Pumpengehäuse angebracht, das eine axiale Einströmöffnung hat und das Laufrad mit einer Wand umgibt, deren Verlauf mehr oder weniger einer logarithmischen Spirale folgt, so daß der Abstand vom Umfang des Laufrades zur Gehäusewand von einem Wert in Nähe von 0 zu einem maximalen Wert zunimmt, bei dem das Gehäuse in einen tangentialen Ausströmstutzen übergeht.

Beim Umrühren oder Pumpen von Aufschlämmungen, die harte, eventuell scharfkantige Partikeln eines harten Materials wie z. B. aufgeschlämmten keramischen Tons, Kaolins oder Karborunds enthalten, tritt am Laufrad ein sehr starker Verschleiß auf, und zwar in erster Linie an den Ausströmöffnungen, obwohl diese eventuell, wie es zeitweise der Fall ist, mit einer verschleißfesten Stahllegierung gefüttert sind. Ist es erforderlich, solche Aufschlämmungen mit wesentlichen Konzentrationen an festem Stoff, z. B. bis hinauf zu 50 bis 65%, umzurühren oder zu pumpen, wird der Verschleiß so stark, daß die Lebensdauer oft bis auf weniger als zwei Stunden reduziert wird, so daß es sich in der Praxis kaum durchführen läßt, diesen Typ Rührvorrichtungen oder Pumpen zu diesem Zweck zu verwenden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Konstruktion anzugehen, durch die die Lebensdauer wesentlich erhöht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aus verschleißfestem gesintertem Material bestehenden Buchsen konische, sich nach

ίο außen hin verjüngende Außenflächen haben, daß die öffnungen in der Seitenwand des Laufrades eine entsprechende konische Form besitzen und daß die Buchsen ein Stück in den schalenförmigen Innenraum des Laufrades hineinragen.

An und für sich sollte man annehmen, daß ein Füttern der Ausströmöffnungen mit verschleißfestem, gesintertem Material ohne irgendwelche zusätzliche Maßnahmen ausreichend sein sollte, da wie schon erwähnt der Verschleiß in erster Linie an diesen öffnungen auftritt; es hat sich jedoch erwiesen, daß, wenn man nur solche Futter in den öffnungen anbringt, ein wesentlicher Verschleiß in den die öffnungen umgebenden Bereichen der Wand des Laufrades auftritt, so daß sich das Material unmittelbar neben den Buchsen durch die Wand hindurchschleißt. Dadurch, daß man erfindungsgemäß die Buchsen ein wesentliches Stück in das Innere des Rades hineinragen läßt, wird der Strömungsverlauf so, daß Material aus der Aufschlämmung entlang der Wand zwischen den Buchsen abgelagert wird, und diese Ablagerung des aufgeschlämmten Materials beschützt die Wand vollständig, so daß sich der Verschleiß allein im Inneren der Buchsen geltend macht und die volle Verschleißfestigkeit der gesinterten Buchsen ausgenutzt wird. Während des Betriebes wird natürlich Material von der Ablagerung an der Wand losgerissen, doch wird dieses losgerissene Material ständig durch neue Ablagerungen ersetzt, so daß die Wand trotzdem ständig geschützt ist, sobald der Betrieb des Rades begonnen hat.

Die Verwendung von Buchsen aus gesintertem, verschleißfestem Material, wie z. B. gesintertem Wolframkarbid, kann gewisse Schwierigkeiten mit sich führen, und zwar deshalb, weil man ein solches Material in der Praxis nur in einfachen geometrischen Formen herstellen kann. Gleichzeitig ist die Festigkeit des Materiales gegenüber Zugspannungen außerordentlich gering. Diese Faktoren tragen dazu bei. ein sicheres Anbringen der Buchsen in den Ausströmöffnungen zu erschweren. Bei der Verwendung von konischen Außenflächen, wie durch die Erfindung angegeben, werden diese Schwierigkeiten völlig vermieden, da man hierdurch einerseits eine sehr einfache Form der Buchsen erhält und andererseits die erforderliche sichere Befestigung der Buchsen dadurch erzielt, daß man sie einfach nur in den öffnungen anbringt, denn die Zentrifugalkraft preßt dann die Buchsen so fest in die öffnungen, daß sie während des Betriebes sicher festsitzen. Gleichzeitig übt die Kraft, die die Buchsen festhält, hauptsächlich eine reine Druckbeanspruchung auf das Material aus, die dieses ohne Schwierigkeiten aushalten kann.

Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig, daß die Länge der Buchsen wenigstens ein Viertel, vorzugsweise mehr als ein Drittel des äußeren Durchmessers des Laufrades beträgt, wodurch man zusätzlich den Vorteil erreicht, daß der Wirkungsgrad verbessert wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeich' nung näher erläutert, in der die

F i g. 1 und 2 schematisch eine Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Rührvorrichtung im Axialschnitt bzw. im Schnitt nach der Linie H-II in F i g. 1 zeigen und die

F i g. 3 und 4 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe im Axialschnitt bzw. im Schnitt nach der Linie IV-IV in F i g. 3 darstellen.

Die in den F i g. 1 und 2 gezeigte Rührvorrichtung besteht aus einem auf einer Welle 1 montierten Laufrad von der Form einer Schale 2 mit hautpsächlich zylindrischer Seitenwand 3 und einer mit einer zentralen Öffnung 4 versehenen Deckel 5.

Die Schale 2 mit der Seitenwand 3 und dem Deckel 5 ist in der Figur rein schematisch dargestellt, und zwar so, als ob sie in einem einzigen Stück hergestellt wäre, doch wird sie im allgemeinen in jedenfalls zwei Teilen hergestellt, z. B. so, daß der eine Teil von der Schale 2 mit der Seitenwand 3 und der andere Teil vom Deckel 5 gebildet wird und daß diese beiden Teile, wie es durch die gestrichelte Linie 6 angedeutet ist, voneinander getrennt und nur mit Hilfe von Schrauben oder Bolzen zusammengespannt sind. Die beiden Teile können aber auch so voneinander getrennt sein, wie es durch die gestrichelte Linie 7 angedeutet ist, so daß die Seitenwand 3 in einem Stück mit dem Deckel verfertigt ist, oder man kann drei Teile benutzen, die an den durch die genannten gestrichelten Linien angedeuteten Stellen voneinander getrennt sind.

In der zylindrischen Seitenwand 3 ist gleichmäßig auf ihren Umfang verteilt eine Anzahl Öffnungen vorgesehen, die mit Buchsen 8 aus verschleißfestem, gesintertem Material, wie z. B. Wolframkarbid, gefüttert sind. Diese Buchsen 8 sind konisch, und zwar sich nach außen hin verjüngend, geformt und die Öffnungen haben eine entsprechende konische Form, weshalb die Buchsen nur lose in die Öffnungen eingesetzt werden brauchen und trotzdem absolut festsitzen, wenn die Rührvorrichtung in Funktion gebracht wird, da die Zentrifugalkraft bei der Rotation bewirkt, daß die Buchsen fest in die Öffnungen hineingepreßt werden. Bei diesem Hineinpressen in die Öffnungen erfährt das Material der Buchsen hautpsächlich Druckbeanspruchungen, so daß dieses Befestigen kein Risiko einer Beschädigung der Buchsen mit sich führt, obwohl die zu deren Herstellung verwendeten Materialien eine außerordentlich geringe Festigkeit gegenüber Zugspannungen aufweisen, während sie Druckspannungen von sehr wesentlicher Größe aushalten können.

Solche gesinterten Materialien besitzen eine große Verschleißfestigkeit und haben deshalb eine ziemlich hohe Lebensdauer, selbst wenn Aufschlämmungen harter, eventuell scharfkantiger Partikeln verwendet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß es trotzdem nicht ausreicht, die Öffnungen mit Buchsen zu füttern, da hierdurch ein sehr starker Verschleiß der zylindrischen Wand 3 in der Umgebung der Buchsen stattfindet. Um diesen Mangel zu beseitigen, sind die Buchsen jedoch, wie auf der Zeichnung gezeigt, erfindungsgemäß so ausgeführt, daß sie ein wesentliches Stück in den Innenraum des Rades hineinragen. Dies bewirkt, daß bei der Rotation des Rades am Anfang festes Material an der Innenseite der Seitenwand 3 abgelagert wird, und diese abgelagerte Schicht wächst nach und nach so an, daß ihre Oberfläche in der Hauptsache in gleicher Höhe zu liegen kommt, wie die inwendige Kante der Buchsen, so wie es durch die gestrichelten Linien 9 in F i g. 2 angedeutet ist. Die auf diese Weise gebildete Ablagerung schützt die Wand vollständig gegen Verschleiß, da die strömende Aufschlämmung nicht mehr in Berührung mit der Wand kommt. Zwar werden von der strömenden Aufschlämmung Partikeln von der Oberfläche der Ablagerung losgerissen, doch werden diese immer wieder durch neuePartikelnersetzt, so daß die Wand ständig gleich effektiv beschützt wird.

Bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform ragen die Buchsen wesentlich länger in den Innenraum des Rades hinein als es für den Aufbau der erwähnten schützenden Schicht genau genommen erforderlich ist. Der Zweck dieser Maßnahme ist eine Erhöhung des Wirkungsgrades, da man hierdurch bei gleicher Drehzahl ein effektiveres Hinauspressen der Aufschlämmung durch die Buchsen erzielt, als wenn diese kürzer wären.

Die Rührvorrichtung als solche wirkt im übrigen auf ganz gewöhnliche Weise, und zwar ragt sie in einen Behälter hinein, der die umzurührende Flüssigkeit enthält. Bei der Rotation wird das Material durch die Buchsen hinausgepreßt, welches bewirkt, daß Material aus dem Behälter durch die Öffnung 4 in das Rad eingesaugt wird. Das im Behälter befindliche Material zirkuliert auf diese Weise ständig durch das Rad.

Gewöhnlicherweise wird die Rührvorrichtung so angebracht, daß die Welle 1 senkrecht steht oder hängt, doch ist dies keine absolute Bedingung.

Die in den F i g. 3 und 4 dargestellte Zentrifugalpumpe ist mit einem Laufrad ausgeführt, das im Prinzip genau wie die in den F i g. 1 und 2 gezeigte Rührvorrichtung ausgebildet ist, und zwar in Form einer an einer Welle t angebrachten Schale 2 mit zylindrischer Seitenwand 3 und einem Deckel 5 sowie mit konischen Buchsen 8 gleicher Form und gleicher Anbringungsweise in der zylindrischen Seitenwand 3 wie die in den F i g. 1 und 2 gezeigten Buchsen. Während in der Rührvorrichtung in den F i g. 1 und 2 sechs solcher Buchsen angewendet sind, sind in der Pumpe in den F i g. 3 und 4 nur vier Buchsen vorgesehen, doch hängt dieser Unterschied nur mit dem Unterschied der gewählten Abmessungen zusammen, denn man kann sowohl in der Rührvorrichtung als auch in der Pumpe eine beliebige Anzahl Buchsen verwenden, die lediglich durch die in jedem einzelnen Fall gegebenen Abmessungen begrenzt wird.

Der wesentliche Unterschied liegt darin, daß das Laufrad in den F i g. 3 und 4 in einem Pumpengehäuse 10 mit einem axialen Einströmstutzen 11 und einem tangentialen Ausströmstutzen 12 montiert ist. Eine nähere Beschreibung dieses Pumpengehäuses ist überflüssig, da es sich in seiner Ausführung nicht von den üblicherweise bei bekannten Zentrifugalpumpen angewendeten Pumpengehäusen unterscheidet.

Der Unterschied in der Wirkungsweise zwischen der Rührvorrichtung und der Pumpe besteht allein darin, daß bei der Rührvorrichtung die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung in offener Verbindung miteinander stehen, während bei der Pumpe die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung scharf voneinander abgegrenzt sind. Was das Laufrad selbst betrifft, so ist die Wirkung genau die gleiche, und zwar wird die Aufschlämmung dem Laufrad axial zugeführt und auf Grund der Zentrifugalkraft durch die Buchsen 8 hinausgepreßt. Was mit Hinweis auf die F i g. 1 und 2 in Verbindung mit den Buchsen 8 gesagt worden ist, gilt also völlig unverändert für die Anwendung dieser Buchsen in der in den F i g. 3 und 4 dargestellten Zentrifugalpumpe.

Bei der Zentrifugalpumpe ist die Innenwand des Gehäuses 10 ebenfalls einem gewissen Verschleiß ausge-

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setzt, doch da die Zentrifugalkraft nicht mehr auf die Partikeln einwirkt, nachdem diese das Laufrad verlassen haben, und da der zwischen dem Laufrad und der Wand des Gehäuses befindliche Raum während des Betriebes mit Aufschlämmung gefüllt ist, kommt nur ein kleiner Bruchteil der Partikel mit der Wand in Berührung und die Berührungspunkte sind auf Grund des größeren Radius auf eine größere Fläche verteilt, welches mit sich führt, daß der Verschleiß des Pumpengehäuses keine sonderliche Bedeutung für die Lebensdauer hat, so daß mit Rücksicht hierauf keine besonderen Maßnahmen erforderlich sind. Im allgemeinen reicht es daher aus, gewöhnliche verschleißfeste Stahllegierungen zu benutzen, man kann jedoch auch in Fällen, in denen sich besonders starker Verschleiß geltend macht oder in denen die Lebensdauer erhöht werden soll, Steingut oder ein entsprechendes verschleißfestes Material zur Herstellung des Gehäuses verwenden oder aber das Gehäuse mit solchen Materialien auskleiden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

15 57 Oil Patentansprüche:

1. Rührvorrichtung oder Pumpe vom Zentrifugaltyp mit einem Laufrad, das die Form einer Schale

(2) mit hauptsächlich zylindrischer Seitenwand (3) besitzt, in der, gleichmäßig auf ihrem Umfang verteilt, eine Anzahl mit Buchsen (8) gefütterter Ausströmöffnungen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die aus verschleißfestem, gesintertem Material bestehenden Buchsen (8) konische, sich nach außen hin verjüngende Außenflächen haben, daß die öffnungen in der Seitenwand

(3) des Laufrades eine entsprechende konische Form besitzen und daß die Buchsen (8) ein Stück in den schalenförmigen Innenraum des Laufrades hineinragen.

2. Rührvorrichtung oder Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Buchsen (8) wenigstens ein Viertel, vorzugsweise mehr als ein Drittel des äußeren Durchmessers des Laufrades beträgt.