DE1910853U - Kreiselpumpe. - Google Patents

Kreiselpumpe.

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DE1910853U DEE15037U DEE0015037U DE1910853U DE 1910853 U DE1910853 U DE 1910853U DE E15037 U DEE15037 U DE E15037U DE E0015037 U DEE0015037 U DE E0015037U DE 1910853 U DE1910853 U DE 1910853U
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Description

Kreiselpumpe
Die vorliegende Neuerung betrifft eine Kreiselpumpe mit einem ausserhalb eines die Ansamg- und Druekoffraing der Pumpe verbindenden freien StröürnngsraiMes angeordneten Laufrads wo= bei durch hydraulische Kupplung bei rotierendes Laufrad im Strömungsraum-nährangsweise ein Potentialwirösl entsteht9 und aufrechterhalten wird«
Solche Pumpen sind bekannt und eignen sieh dank des freien Strömungsraumes zwisclieD Ansaiag·= und Druckbffnung, in. welchem sieh keine Schaufeln oder sonstig© eioragends Teile befindens zur Förderung von feststoffhaltigen Flussigk©itens beispielsweise Abwässern^ Der Hauptnachteil aller bekannten Pwsspen dieser
- 2 - V/
Art liegt im niedrigen Wirkungsgrad, der bei den besten bekannten Pumpen etwa 30 - 35J$ beträgt= Grund dieses schlechten Wirkungsgrades ist u.a. die mangelhafte hydraulische-Kupplung zwischen dem Schaufelrad und der im erwähnten Stromungsraum befindlichen Flüssigkeitsmenge„
Es ist selbstverständlich, dass in Pumpen der eingangs beschriebenen Art eine Zentrifugaibeschleunigung alier Wasserteilchen,, sowohl in dem mit Schaufeln besetzten Radraum5 als auch Im seitlich der Schaufel gelegenen Stromungsraum stattfindet,, Da zwischen dem Schaufelrad und der mit ihm hydraulisch gekuppelten, im Stromungsraum befindlichen Flussigkeitsnienge ein gewisser Schlupf besteht, wird die Zentriftigalbsschleunigung der im Radraume befindlichen Flussigkeitsmenge stärker sein2 als an entsprechend weit von der Pumpenaxe entfernter Stelle des Strömungsraiames» Von dieser naheliegenden Tatsache ausgehend;, fusstm die bekannten Pumpen stets auf der ldees die intensive RadIaIströmung durch das Schaufelrad mit auswärts gerichteter Radialkomponente aus dem Schaufelrad austreten zu lassen § sodass also praktisch die gesamte? das Schaufelrad radial durch» strömende Flüssigkeitsmenge als Wutsfluss an betrachten war» Das hatte jedoch sur Folge, dass gerade aa den innen liegenden Stellen des Strömungsraumes die Flüssigkeit sehr setaadh. be= schleunigt wurde and dass datier der Nutsfluss durch den Strönrengs raum der für die Förderung grober Verunreinigungen verantworte lieh ist, verhältnismässig gering war, Um dieses Verhältnis zvi verbessern und eine Verstopfung der Schaüifelkanäle durch ©inen su Intensiven Nutzfluss durch das Schaufelrad zu vermeiden9 denn auch zum Kompromiss gegriffen9 dass die axiale Tiefe des
3 -
;Ss!iaöf@lrai€g seta gering -gewählt v?wde und das Schaufelrad. v^ nur"mit verhältnismässig flaeh@n? misMenartigen Vertiefungen verseilen wurde, was siefe zusätzlich darin auswirkt9 dass ein© schlecht© hydraulisch® Kopplung swisefe@n dts Sehaufslrad und '■■
der im Stfömöiigsrayua fet find liefe© α Plüssigksifcss&ss© stattfindet und dass awsserolem ü@w Wlrkuogsg^sä iitser ICmppliBBg denkbar sehlecfet aisafällt.
Ss wurde nwa f@stsgestellt? dass ^isl günstiger® ¥ei?~ hältnisss erzielt werden? wenn, migtgen der an sich nahslieganöen bekannten Auffassung die radiale Durehströiaung dss Schaufelrades derart vollständig umgelenkt wisrdj dass sia sicSi praktisch überhaupt nicht direkt Iß sinem D^uekauf^au an Pmmpenaustritt sondern sur Erzislimg einer engen hjäraislisslisn lüipplsmg zwischen dem Schaufelrad und der im Strömimgsranam fe@fiMlieh@n Flüssig™ keitsmenge' auswirkt 0 Dabei wird daraiaf t@ndiirt? die Strömung durch das Schaufelrad nicht nalir als üiutsfluss asas i@:e Pmusp® austreten zu lassen? sondern schsinbar zu ^ernielitan^ indem dis hohe kinetische Energie d@y aaas u®m Radraum aEst-?®t@nö@ii Flüssigkeit möglieh.st vollständig auf dis im Strömung ar aus befindliche Flüssigkeitsm@ng@ übertragen wMo Bis Kr@is@lpu®p@ gemäss vorliegender Neperaag ist dad weh gek®iiiig(iiöiißat9 dass das Laufrad oder eine aasseilbxg aufnehnsnda Haikamzaer eine stauend® konzentrische Begrenzung aufweist» Zwsek disser Massnähme ist es3 die Fliessrichtung .d<sr ia den Laufradkanälen be=· schleunigten Teilströmf des Rades durch die erwähnte Begrenzung dirmassen -öissalenis@n? dass ein® dem Förderstrome entgegeßge-
■;
setzte teilweise Rückströmung ä@T Teilström© als poti@r@Me Strahlen od@r Wirtel unmittelbar ausserhalb das Laufrades durch den freien Strömungsraa© erzielt und damit eins intensive? dynamisch® Flüssigkeit®-
kupplung der mit Förderschaufeln vergleichbaren Strahlen oder Wirbel mit dem For der ströme bzw- dsm Potentialwirbel er-= zvrangen wird= Durch die allen hergebrachten Prinzipien widersprechende Umlenkung der Schaufelradströnrang nach innen wird eine weitgehend in sich geschlossene Zirkulation im Schaufelrad und im angrenzenden Teil des Strömungsraumes erseugt9 sodass der Nutsfiuss praktisch vollständig in den Strömungsraum verdrängt yird, jedoch durch die ermähnte Zirkulation mit dem Schaufelrad hydraulisch sehr eng gekuppelt ist und zwar nicht nur im äusseren Teil des Strömungsraumes, sondern praktisch an allen Stellen desselben» Die hydraulische Kupplung über die ganze radiale Ausdehnung des Strömungsraumes wirkt sich ¥or allem in zweierlei Hinsicht äusserst vorteilhaft und völlig überraschend aus» Der Wirkungsgrad steigt gegenüber den besten bekannten Pumpen sprunghaft von 30 auf bis über 5($> und die Förderhöhe übersteigt die sich aus der Umlaufgeschwindigkeit am Schaufelnaäumfang ergebende theoretisch mögliche maximale Förderhöhe«
In der Zeichnung sind ein Ausführungsbeispiel sowie einige AusführungsVarianten der neuerungsgemässen Kreiselpumpe dargestellt«
Fig, 1 aeigt einen axialen Schnitt und Fig, 2 einen Radialsetinitt durch die PiMiPe2 Fig. 3 zeigt eiae Ausführangsvariant© des Schaufelrades in Ansichtj
Fig., 4 seigt eine weitere Ausführungsvariante des Schaufel= rades im Schnitt,
Figo 5 seigt eine weitere AasfUhrungsvariant© des Schaufel= rades im Schnitt und
Fig, 6 zeigt eine Stirnansieht teilweise im Schnitt des Schaufelrades nach. Figo 5O
Das PumpengeMuse 1 ist am Flansch eines teilweise in An= sieht dargestellten Motors 2 festgeschraubt und das Schaufelrad 3 der Pumpe ist auf das mit Gewinde versehene Ende der Motorwelle 4 aufgeschraubt und mittels einer Gegenschraube 5 gesichert. In einem Gehäuseteil 6 ist ein ringartiger Dich= tungsträger 7 axial verschiebbar? aber durch einen Stift 8 gegen Drehung gesichert? durch Federn 9 belastet angeordnet,, derart^ dass eine im Träger 7 angebrachte Ringdichtung 10 stets satt gegen eine am Schaufelrad 3 angebrachte Ringdichtung 11 gepresst wircL Der Puiapenrauin ist somit gut abgedieh= tet und eventuell trotzdem gegen die Motorseite durchsickernde Flüssigkeit wird in einem Ringraum 12 gesammelt und kann aus demselben abgelassen werden»
Das Schaufelrad 3 weist ein© Nabe 13 und eine sich nach aussen leicht verjüngende scheibenförmige Rückwand 14 auf- Yon der Rückwand 14 ragen beim Ausführangsbeispiel nach Figuren i und 2 ebene, radial stehende Schaufeln 15 nach vorne, die sich von der Nabe bis an den Radumfang erstrecken., Rückschaufeln 16 halten den Druck auf der Rückseite der Radscheibe 14 auf dem gewünschten Wert»
Das Schaufelrad 3 ist in einer zylindrischen Radkammer vollständig seitlich des im Trommelgehäuse 1 gebildeten StrömujQgsraumes 18 angeordnet» An diesen Strömungsraum sehliesst ein Druckstutzen 19 tangential an» Koaxial sur Pump@naclase? bzw» der Axe des StrÖmungs-rauaes 18 ist die Änsaugöffnung 20 ange«= ordnet» Die Weite des. Strömungsraumes 18 und des Druckstutzens 19 sind vorzugsweise so bemessen., dass eine ohne Spiel durch die
Ansaugöffnung 20 einführbare Kugel an allen Stellen des Strömungsraumes 18 und durch den Druckstutzen 19 frei durchtreten kann-
Im Betrieb wird Dach vollständiger Füllung des Strömlingsraumes 18 mit der zn fördernden Flüssigkeit das Schaufelrad 3 in der in Flg. 2 durch Pfeil angedeuteten Richtung in rasche Drehung versetzt. Dabei wird vorderhand die in den radialen Kanälen zwischen den Schaufeln 15 befindliche Flussigkeitsmenge in Rotation versetzt- und -radial nach aussen beschleunigt» Ein radialer Austritt der Flüssigkeit aus dem mit. Schaufeln " besetzten Radrauia, wird jedoch, durch die unmittelbar aus s er halb des Rades liegende aylindrische Fläche der Radkammer 1? verhindert, sodass die radial beschleunigten Flüssigkeitsteilchen vorerst im"wesentlichen axial in den Strömungsra«® 18 austreten werden,, Dort geben sie ihre Rotationsenergie an die im Strömungsraum 18 befindliche Flüssigkeit ab und versetzen auch diese in Rotation= Ist einmal die gesamte Flüssigkeitsm-enge im Strömungsraum in Rotation versetzts so wird sich, am Umfang dieses Raumes ein erheblicher Ueberdraek aufbauen und die em ausseien Umfang im wesentlichen axial aus dem Schaufelrad austretenden Teilchen werden somit die Tendenz haben9 nicht radial nach anissen nach dieser Zon@ höheren Druckes9 soMsra nach inoeo gegen die Gebiete niedrigeren Druckes abzuströmen«, Es wird daher ein erheblicher Anteil der durch das" Schaufelrad nach aussen geforderten Flüssigkeit ausserhalb d<sr Schaufelkanten durch den angrenzenden Teil des Strb'mungsraumes 18 nach innen zurückströmen und innen erneut in die awisciien den Schauf ein 15 - gebildeten Kanäle eintreten Es wird sieh daher im Schaufelrad
und unmittelbar ausserhalb desselben eine Flussigkeitszirku° lation etwa im Sinne der in Fig„ 1 unten in strichpunktierten Linien angedeuteten Strömungslinien ergeben«, welche Zirkulation weitgehend getrennt ist von dem durch den Strömungsraum 18 fliessenden Nutsfiuss der Pumpe= Die am aussehen Ende des Schaufelrades austretenden einzelnen Flüssigkeitsströme können gewissermassen als in den Strömungsraum 18 eintretende Schaufeln betrachtet werden, die vor den ausseien Teil des Schaufelrades praktisch mit gleicher Geschwindigkeit rotieren wie das Schaufelrad selbst und die beim Einwärtsströmen ihre Rotationsenergie an die im Strömungsraum 18 rotierende Flüssigkeitsmenge übertragen. In dieser Weise wird ein© intensive, hydraulische Kupplung zwischen dem Schaufelrad und der im Strömlings raum 18 befindlichen Flüssigkeitsmenge ersielt9 wobei diese Flüssigkeitsmenge nicht nur aussens sondern ¥or allem auch innen durch die ausserhalb des Schaufelrades einwärts strömende Zirkulation in Umfangsrichtung beschleunigt wird. Selbstverständlich werden sich aus den aus dem Schaufelrad austretenden Strömen der Zir° kulation auch Teilchen abspalten und mit der Nutzflüssigkeit durch den Strömungsraum nach ausssn fliessen»
Bei der dargestellten und beschriebenen Pumpe wird somit im Gegensatz sur Arbeitsweise bekannter ähnlicher Pumpen der Nutsfluss praktisch ¥ollständig in den Strömlings raum verdrängto Ein erster wesentlicher Vorteil dieser Tatsache liegt darins dass grobe Verunreinigungen gar nicht in Berührung mit dem Schaufelrad kommen, sondern längs der dem Schaufelrad gegen-= überliegenden Wand des StromuDgsrattmes nach anassen gefördert werden, Di© dargestellte Pumpe weist aber auch ©ine ganze Anzahl
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weiterer, teils völlig überrssclieaäer Vorteils auf= Durch die aus den radialen Kanälen des Laufrades aus testenden,, als Wirbel» söpfe zu betrachtenden T eil ströme wird die ixa Ströiaungsrausi befindliche Flüssigkeitsmenge durch !spul saus tausch ir; rasehs Rotation versetstc. Ein Impuisaustauseh dürfte auch in einem weiteren Sinne auftreten, indem bereits am Impulsaustausch beteiligte verzögerte Teilchen sogleich wieder in einen der Kanäle zwischen den Schaufeln 15 eiatretsn9 beschleunigt und wieder in-den Strömungsraum ausgeworfen werclen9 womit eine sehr intensive hydraulIsehe Kupplung zwischen dem Schaufelrad und der Flüssigkeitsmenge im Strömungsraum 18 hergestellt wirdo Tatsächlich werden höhere maximale Pumpend?ticke ©rsIeIt9 als sie theoretisch durch die Umlaufgeschwindigkeit am Umfang des Schaufelrades gegeben sind=, Es wurde auch festgesteilt9 dass durch den äusserst intensiven Impuls aus tausch gerade die gussern Enden der Schaufeln 15 sehr- stark beansprucht werden« Es kann daher besonders smr Förderung feststoffhaltiger Flüssigkeiten von Vorteil SeIn5, die Schaufeln sill' Herabsetzung der Abnützung aus einem plastischen» nachgiebigen MaterIaI9 beispielsweise Gummi, Kunststoff oder dergleichen herausteilen»
Im weiteren wurde die überraschende Tatsache festgestellt, dass die Liefermenge der Pumps bei gegebenen Dimensionen der Ansaugöffnung des StroEHsngsratuaes und des Drucks tut sens praktisch unabhängig ist von der Drehzahl und des Durchmesser des Schaufelrades» Die Druck höhe der Pumpe ist abhängig vom. Durchmessen des Schaufelrades, der Schaufslzahl9 der SeSiaufeitiefe, des Drehzahl und dem Durchmesser des Gehäusesο Di© Relation zwischen Liefermenge und Draekhöh© ist veränderbar durch Variation des
Innen» und Aussendurehmessers des mit Schaufeln besetzten Rad= ratlines ο Es wurde ein absolut geometrisches Verhalten der verschiedenen Besugswerte festgestellt. Von besonderer Bedeutung ist die absolute Stabilität der Relation zwischen Liefermenge und Drackfoöhe (Q-H-CharakteristikK Der Axialschub des Schaufel= rades wird bei Anordnung der Rückseiiaufsln 16 praktisch .vernachlässigbar. Die oben erwähnten vorteilhaften Charakteristiken der Pumpe gelten auch bei der Förderung von Flüssigkeiten mit hoher Stoffdichte? beispielsweise bis 12%'tigen Zellstoff= oder Holzschliffsuspensionen von Gemischen mit bis au 60 Gewichtsprozenten Sand land von Flüssigkeiten hoher Viskosität wie schwerem Heisoels die besser gefördert werden als in normalen Zentrifugalpumpen»
Während, beim Ausführungsfoelspiel gerade Schaufeln 15 dargestellt sind j können die Schaufeln gemäss Figa 3 vorwärts ge» krümmt sein» Sie könnten jedoch unter Umständen auch rückwärts gekrümmt sein« Bei niedrigen spezifischen Drehzahlen wird man vorwärts gekrümmte j bei. hohen spezifischen Drelisahlen rückwärtsgekrümmte Schaufeln verwendenο Die Schaufeln können ausserdem senkrecht zus Radscheibe 14 bzwo au einer Radialebene bzw» die geraden Schaufeln geniäss FIg0 2 in einer Axialebene liegen .oder aber die Schaufeln teöoßteii gegenüber einer Radialebene geneigt seino Sie können vorzugsweise" etwa dreieckigen Querschnitt j doh0 an der Radscheibe 14 ein® verfeältnisnsässig breite Basis aufweisen und am freien Ende in einer Kante spitz auslaufen.
Während beim Ausfühirangsbelspiel nach Figa 1 und 2 die Umlenkung der Zirkulation im Schaufelrad durch die rein zylindrische Form der Radkammer 1? bewirkt wird, kann das Schaufel=
rad selbst im .Meridianschnitt ein Profil auf%ieisen? das diese Umlenkung bewirkt. Gemäss Fig, 4 ist das Schaufelrad am Umfang geschlossen^ wobei die Austrittsflachen 21 gegen die Radaxe geneigt sind. Um die Ausbildung einer geschlossenen, vom Nutsfluss möglichst getrennten Zirkulation noch weiter zu unterstützen, kann gemäss Figuren 5 und 6 in das Schaufelrad, ein ringförmiger Füllkörper 22 eingesetzt sein*
Es wäre auch möglich,, eine möglichst stossfreie Umlenkung in ähnlicher Weise durch entsprechende Gestaltung des Gehäuses ausserhalb des Radraumes su bewirken9 indem etwa gemäss der punktierten Linie in Figo 1 unten das Gehäuse mit einer gerundeten Vertiefung 23 versehen würde» Natürlich müsste die Gehäusewand eine entsprechend geänderte Form aufweisen= Es wäre bei einer solchen Ausführung auch möglichs die Schaufeln mit ■ in die gerundete Vertiefung des Gehäuses eingreifenden^ in Fig„ 1 punktiert angedeuteten Flügeln 24 sii verseilen, in welchem Falle allerdings das Gehäuse nicht mehr einteilig ausgeführt werden kann«,
Anstelle des im Ausführungsbeispiel nach. Figuren 1 und 2 dargestellten Trommelgehäuses könnte auch ein Spiralgehäuse vorgesehen sein» In beiden Fällen ist das Schaufelrad praktisch hydraulisch ausgewuchtet» Anstelle des In FIg0 2 dargestellten tangentialen Abgangs des Druckstuteeos 19 könnte auch ein radialer Druckstutzen vorgesehen sein.» Die Pumpe könnte für bestimmte Zwecke auch mit einem Leitapparat ausgerüstet werden»
Um die oben erwähnte Zirkulation im und unmittelbar ausserhalb des Schaufelrades und einen intensiven Impulsaustausch durch die erwähnten in den Strömungsraom austretenden Wirbelzöpf© zu
erreichen, sollen die zwischen den Schaufeln 15 liegenden Kanäle ziemlich tief ausgebildet seins cLJa0 die Tiefe dieser Kanäle bzw. die Höhe der Schaufeln soll beispielsweise etwa gleich oder grosser seiD.9 als der Abstand zwischen den Schaufeln am Umfang des Schaufelrades= Mit andern Morten besteht eine gewiss Relation zwischen der Höhe der Schaufeln -and deren Zahl, d,h. bei hohen Schaufeln kann deren Zahl entsprechend reduziert wer·= den« Man hat also beispielsweise bei einer bestimmten Grosse des Schaufelrades die Waiii zwischen acht Schaufeln von etwa 70 mm Tiefe oder 16 Schaufeln von beispielsweise etwa 40 mm Tiefe, um die Frequenz des Impmlsaastamisches auf angemessener Höh© zu halten9 wird auch zwischen der Drehzahl und der Sshaufel^ahl ein© bestimmte Relation bestehen9 üof3u mit gmaetmeader Drehzahl kann man die Schaufelzalnl redusiereiie Die Ausbildung des Sehaafelrades wird auch etwas von der Art der su _fordernden Flüssigkeit abhängen= Zur Förderung reiner Flüssigkeiten wird man verhältnismässig viel Schaufeln anordnen nad ana ä@r erzwungenen ümleokiang nach FIg3 4 bgw„ Figuren 5 ηηά 6 gr@if@n? während man sur FörderuDg stark verunreinigter Flüssigkeiten eher geringe Sehaufelsahlen wSMt und mit der freien Umlenkung geinäss Figuren 1" und 2 arbeitet„ Bei breitem GeMus© bzw» breitem Strömuogsraum wird man w<salger SeliattfeLn anbringen als bei sm Gehäuse« bzwe Sti'Öiaianesr-aii;

Claims (1)

\ - 12 SCHOT p Sf. iö?€ls@lpüffipe mit einem auissiMialfe eines dl® Ansang d&dOTch gikiiMsg<sl@te§t2 dass das (13j 14) odes1 ein© dasselbe stauend© koa&sntrissti® Bügrinaä 2* Kreiselpump® ßaofe, tospraefe I9 dacteöfi g®k@anB@ielio@ts dass imsirtolfe dts? Bdgrtnsmg im Lamfrsel C13S 14) ©la t ist ο 3o KffiselpiMpi naüfi Anspriaeh 1 ©äir 2S dadurei dass die Umfangsb@gr@nzimg des Laufrades ClS9 14} der Radkaffiiaer 11?) etwa rechtwinklig sas* Bi,;elitiaBg der kanal©j insbasondas1® bei radial©? AtasfUhrimg sylindrisefe mit entgegen-der Riehtung aev Laiifs'adkanälSj iasfessondes1© g@g®a die Radaxe einwärts geneigtem Austritt (21) gestaltet isto 4ο Kreiselpumpe na©fe @in@m dsr Anspffüeht 1 öis g@ksniiseiennat9 dass dis Umfangsfeagransiiag in an sj Welse von eine® gesehloss@n@n Mantel (FIg0 4=6) d@s a iss» Ansprüeha 1-5? g stP dass die Sehaiiaf@ln (15) j@ naefo de? sp@2ifisch@ß sahl radial stehtn (Figo 2S' δ) ed«^ ^©r%jräFts CFig· 3) ©dir rückwärts gekrümmt siM. 3a nach ®1ώ gekennzeichnetj class al® Schaufeln C15) ö<s zug@k©hrt® schmal® seliarfe Kantsn aMfifSise ..8, Kr®isslpsamps nach eiaea dir ge kannte lehnet j class öle Schafft In (15) la gegesüteti? ά@τ Radacli; ) geneigten Ebenen liegtiio dass sindestans als Scliarafelß (15) des Seh& Kirnst stoff qu@t d@rgleie!i@n heg 10» lürsisslpiiiipe nach eines ü@t tosprüefet 1=?S9 dadi Cl?) ηηά der D 1 JLJLa AJTSUkSa1JgJL Ip «Aiii Jp1S! iil&iyjSI fsiJi,4JlS«3 1UlSIA" ÄiA©|JÄ"lki{yäJ!.5S i=iUj g@kennstichn®ts dass die Sshai^lsahl für s©ast gldJ MaschinsnabaassöngeB öel in Äetislalrisfetiassg %i@itis raiara (18) "geringer ist als ioei @ng@is Steösmngsrausi (18) =
1.2« Kreiselpiiffipt nass einem der ünsprüeha 1=11 s da.dm?ela g@kannssiclin@t? dass dii Kanäle öes Laufrades ii39 14) von. inaen bis zur äössersttn Austrittsstellt dss'sslbtn ständig siumefeiaienäeri Qö@rschnitt aufweisen»
13= K-yeisslpiüipa aacti Ansprmcfe 12S ctaiereli dass die Schaüifeln (15) bsw. öie Kanal® olss Isaufn von innen bis aiar ämssersteii Äiasferittsstell® ständig an Tiefi sianefeiaen«
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