DE1917336A1 - Zentrifugalpumpe fuer Fluessigkeiten - Google Patents

Description

Patentanwalt

Dipl.-lng. E. Eder

München 13,1lisabethstr. 34

Coulter Electronics Inc., Hialeah, Florida, USA

Zentrifugalpumpe für Flüssigkeiten

Die Erfindung bezieht sioh auf eine selbstansaugende Flüssigkeits-(Fluid-)Zentrifugalpumpe mit einem Rotor, der in einem Gehäuse exzentrisch, gelagert ist und mehrere radiale Durchlaßkanäle aufweist, die über axiale Öffnungen derart mit dem Pumpeninneren verbunden sind, daß beim Ingangsetzen des Rotors Druckunterschiede in der in Rotor und Pumpeninneren befindlichen Flüssigkeit auftreten» die ohne manuelle» Eingreifen ein Ausstoßen von eventuell in der Pumpe vorhandener Luft bewirken.

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¥enn in das Innere einer Flüssigkeit^—Zentrifugalpumpe und insbesondere in den Rotor der Pumpe Luft gelangt, so zieht der Rotor keine Flüssigkeit mehr nach, sobald der Kontakt zwischen Flüssigkeit und Rotor unterbrochen wird. Die Pumpe kann erst dann wieder Flüssigkeit fördern, wenn sie entlüftet, dohö die darin befindliche Luft entfernt wird. Häufig muß die Luft sogar manuell aus Pumpe und Rotor beseitigt werden» Bei verschiedenen Anwendungen von Pumpen ist dies unzweckmäßig und nachteilige

In solchen Fällen ist eine Flüssigkeits-Zentrifugalpumpe erwünscht, die selbstansaugend ist, Flüssigkeit, Fluid und Luft pumpen kann und einen guten Wirkungsgrad besitzt. Beson— t ders vorteilhaft ist eine solche Pumpe dann, wenn keine Möglichkeit zum manuellen Entlüften der Pumpe besteht.

Die erfindungsgemäße, für alle Fluids geeignete Flüssigkeits-Zentrifugalpumpe» bei der ein Rotor in einem mit Ein- und Auslaß versehenen Gehäuse drehbar angeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, daß der Rotor einen axialen Mitteleinlaß aufweist sowie ferner die Konstruktion begrenzende, radiale Durchlässe, die den Einlaß mit dem Gehäuseinneren verbinden, und sekundäre, axiale Durchlässe, die die radialen Durchlässe mit dem Gehäuseinneren verbinden«

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommene Es zeigt:

Figo 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen selbstansaugenden Flüssigkeitspumpe,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch die Rotationsachs© der in Fig. 1 gezeigten Pumpe,

Fig. 3 ©inen Querschnitt der in Fig. 1 und 2 gezeigten, und

längs der Lini· 3-3 in Figo 2 geschnitteinen Pumpe_r und

Fig, 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 in Figo 2=

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In Fig. 1 ist eine selbstansaugende Flüssigkeitspumpe 10 gezeigt. Sie besitzt einen hohlen Pumpenkörper 12 von zylindrischer Form» in dem ein auf einer Welle 16 befestigter Rotor 14 drehbar gelagert ist« Über eine abgedichtete Lagerung 18 und eine Kupplung 20 besteht eine Verbindung zu einem außerhalb der Pumpe angeordneten Motor 22_e Der Motor 22 sitzt auf einer Montageplatte 24, deren Beine 26 im Flanschstutzen 28 des Pumpenkörpers 7 2 angeordnet sind. Die Pumpe besitzt eine Einlaßöffnung 30 und eine Auslaßöffnung 32o Ein zweites Lager 34 befindet sich zwischen Einlaß und Rotor. Im Lager sind geeignete Durdhlaßkanäle vorhanden, die eine Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 30 und dem Rotor 14 bewirken»

Der Pumpenkörper 12 zeigt eine vertikale Wand 36, ein Oberteil bzw. eine Abdeckung J8 und ein Unterteil bzw. Grundplatte 40. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind Ober— und Unterteil 38 bzw» 40 an der zylindrischen Wand 36 mit geeigneten Befestigungsmitteln₉ wie beispielsweise Schrauben 42, angebrachte Ober- und Unterteil 38, 40 haben gleichen Durchmesser und koaxiale öffnungen 44 und 46.

Der üotor 14 besteht aus einem zylindrischen Körper 48 mit einer mittleren und annähernd zylindrischen, nach oben ragenden Nabe 50» Durch die Nabe 50 geht ein axialer Durchlaßkanal 52ο Ferner ist die Nabe 50 mit einem durchgehenden Kanal 54 versehen. Der Durchlaßkanal 52 besitzt eine breite Öffnung mit einer Schulter 58» In der Rotoröffnung an der Unterseite 62 befindet sich ein. zentraler, axialer Durch- oder Einlaßkanal 60. Im zylindrischen Körper 48 sind mit Auslassen 66 . versehene Durchlaßkanäle 64 vorhanden, während ein Durchlaßkanal 60 den gemeinsamen Einlaß für die radialen Durchlaßkanüe 64 bildet. Es sind außerdem mehrere sich nach der Unterseite 62 des Körpers 48 öffnende sekundäre, axiale Durchlaßkanäle 6ö vorhanden, die mit den einzelnen radialen Durchlaßkanälen 64 in Verbindung stehen. Die s ekundären, axialen Durchlaßkanäle 68 sind vom Umfang des Rotorkörpers nach innen abgesetzt₈ liegen aber auch im radialen Abstand

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von der Achse des Rotors 14₉ so daß ein Steg 70 -verbleibt ο Der Durchmesser der Durehlaßkanale 68 ist erheblich geringer als derjenige der Durehlaßkanäle 64 und der Einlaßöffnung 60 ο Die Welle 16 zeigt eine Verlängerung 72 mit reduziertem Durchmesser,, die in einer Spitze 74 ausläuft ο Der Rotor ist innerhalb des Gehäuses koaxial mit den Durchlaßkanälen kk und k6 angeordnet. Eine untere Lagerung 34 ist im Durchlaßkanal k6 der Grundplatte kO vorhanden und enthält ein inneres Lager 76, das mit einem Lagersupport 78 verschraubt ist ο Ein O-Ring 80 bildet eine flüssigkeitsdichte Abdichtung,, Das inner© Lager "/6 ist hohl und zeigt einen Durchlaßkanal 82. Ein Lagersteg 84 versperrt das innere Ende des D "ure hl aßkanales 82 bis auf zwei sekundäre Durchiaßkanale 86. Das äußere Bade des Steges 84 ist mit einer konischen Ausnehmung 88 versehen» Der- Scheitelpunkt dieser Ausnehmung,\,:88 liegt koaxial zur Welle 16 und ihrer Verlängerung J2, so daß das zugespitzte End© 74 d©r Verlängerung J2 in d©r Ausnehmung niht. Der Lagersupport 78 ist mit ©inem axialen Durchlaßkanal 90 und mit einem zugespitzten Endstück 92 versehen. Der freie Raum zwischen dem Steg 70 des Rotorkörpers 48 und dem zugespitzten Eo.de 92 des äußeren Lagers 78 läßt sich durch Verstellen d©s Steges 84 des inneren Lagers e±nstellen₉ und zwar mittels einer Sehraufcnrsrbindung sxirischen dem" inneren Lager iiiad dem Lagersupport 78 ο Im äußeren Ende d©s Durchlaßkanal©s 0 2 sitzt ein© Stopfbüchse 94 mit einem Durchlaßkanal 96, der die Einlaßöffnung 32 der Pumpe bildet« Die ¥©11© 1.6 ist an der Rotornabe 50 mit Hilf© eines durch den Dmrchlaßkanal gehendθa Stiftes 98

Die obere Lagerung und Führung 20 weist ein äußeres Gehätis© 100_a ein ianesres Lager 102 und ©ino ge©ign.©te nachgi'ebig-e Packung 104 ztur flüssigkoltsdichton Abdichtung auf. W ο an. ■ die Pump© läuft;, berührt die Verlängerung 74 den. Boden d-©r Ausnehmung 88 dar inneren lagerung 84„ Flüssigkeit kann durch das untere Lager 34 eintreten, und swar durch di@ Einlaßöffnung 96, d©n. Durchlaßkanal 82₀ di© "sekundäsren Durchlaß«= kanals 86_S den Durohlaßkaaal 90 und gelangt s® sum Mittel=· ©inlaß <>0 des Rotors 14· "

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BAD ORIGINAL

Wenn sich, keine Luft in der Pumpe befindet, bewirkt die Zentrifugalkraft einen Druckanstieg, der die Flüssigkeit aus der Einlaßöffnung 60 durch die radialen Durchlässe 64 in das Innere des Pumpenkörpers 12 fördert. Die den Rotor 14 umgebende Flüssigkeit rotiert ebenfalls, jedoch nicht so schnell wie die Flüssigkeit in unmittelbarer Nahe des Rotors 14, da Reibungsverluste an der Innenwand des Zylinders 36 und aus dem Rotor 14 austretende Flüssigkeitsschichten bremsend wirken. Die Abdeckung 38 besitzt einen horizontalen Durchlaßkanal 106 mit einer Einlaßöffnung 108 zum Durchlaßkanal 44ο Das äußere Ende des Durchlaßkanales 106 endet in einem Auslaß 32, der einen Einlaß TOB besitzt.,

Es wird davon ausgegangen, daß das Zusammenwirken dreier Kräfte die Pumpwirkung ergibt _β

Bei hoher Drehzahl des Rotors 14 schleudert die Zentrifugalkraft die in den Durchlaßkanälen 64 zwischen den Auslässen 66 und den sekundären, axialen Durchlaßkanälen 68 befindliche Flüssigkeit nach außen, so daß der Druck ansteigt. Da außerdem die Flüssigkeit an den inneren Enden der Durchlaßkanäle 6'6 schneller rotiert als an den äußeren Enden (infolge von Reibungsverlusten an den äußeren Enden), entsteht in diesen Durchlaßkanälen ein Druckunterschied, der zu Zirkulationsströmen führt, die durch Strömungslinien 120 in Fig. 2 angedeutet sind« Diese Zirkulationsströme versuchen infolge des Bernoulli-Effektes, Flüssigkeit in die Strömung zu saugen, und zwar vom übrigen Teil der Durchlaßkanäle 64 in die sekundären, axialen Durohlaßkanäle 68 und den. Einlaß 60» Außerdem wirkt eine Zentrifugalkraft auf die in den inneren Teilen der Durohlaßkanäle 64 enthaltene Flüssigkeit, die jedoch infolge des geringeren Radius kleiner iat. Die Summe dieser Kräfte bewirkt ein Ausströmen der Flüssigkeit durch, den Auslaß 32 und ein Nachströmen duroh den Einlaß 30« Da die Flüssigkeit ±m Pumpenkörper t2 ebenfalls rotiert, wird die Zentrifugalkraft verzögert, jedoch, nur geringfügig^ infolge der geringeren Geschwindigkeit wegen der Reibungsverluste an der

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BAD OBiGiNAL

Behälterwand und da der Strömungsverlauf infolge der Exzentrizität des Rotors unterbrochen wird.

Es sei nun angenommen_s daß durch die Durchlaßkanäle' 96 und 82 eine Luftblase in die Einlaßöffnung 30 gelangt oder daß aus einem anderen Grunde das Innere des Pumpenkörpers 12 nicht vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist, etwa durch vorherigen Luftzutritt, was in der Zeichnung durch die Luft«=· Flüssigkeits-Grenzschichten 11O und 112 angedeutet ist. Infolge der Reibungskräfte und der Rotordrehung steht die Flüssigkeit vor allem in einem begrenzten Wirbel an den Seiten des Gehäuses 3· Da die Rotationsachse nicht mit der Achse des Pumpenkörpers 12 zusammenfällt, sondern zu diesem h exzentrisch liegt, wird die Flüssigkeit gezwungen_s auf der einen Seite der Welle, die der Wandung 36 am nächsten liegt, infolge des verringerten Querschnittes schneller zu fließen als auf der anderen Seite. In der Zeichnung sind Pfeile - 1 1-4 _f 116 und 118 bzw. 1i4^f, 116· und II8¹ dargestellt, die mit ihrer Länge die Strömungsgeschwindigkeit·andeuten. Wenn nun Luft vorhanden ist, wie in Fig, 2 durch A angedeutet, nimmt die Flüssigkeit L nur den Raum an der Wand 36 eino Der Einlaß 108 ist durch Luft von der Flüssigkeit getrennt« Deshalb sammelt sich Luft, wenn sie in das Innere des Pumpenkörpers 12 eintritt, um die Welle und wird zuerst ausgestoßen» Erst nach dem Ausstoßen der Luft fördert die Pumpe Flüssigkeit. Da der Pumpenkörper sonst überall mit Flüssigkeit L gefüllt ist, kann man annehmen, daß sich auch der Durchlaßkanal ö4 mit Flüssigkeit füllte Zwischen den Durchlaßkanälen 68 und dem Ende 6b des Durchlaßkanales 64 vorhandene Flüssigkeit wird infoige der Zentrifugalkraft ausgestoßen. Beim Austritt der Flüssigkeit am Ende 66 wird sie an den Öffnungen 08 in den Durchlaßkanal 64 gesaugt, so daß sich eine kreisförmig® oder annähernd kreisförmige Komponente in der Flüssigkeitsbewogung ergibt (Strömungslinien 120), wobei die Strömungs« linien mit der größten Geschwindigkeit an den engen Quer-= sciinittsöffnungen vorhanden sind» die vom Durchlaßkanal 68 gebildet werden» Da die Strömung an dieser Stelle durch wenig

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Strömungswiderstand behindert ist, entstellt eine beträchtliche Zirkulationsströmung· und der Druck an den Luft-Flüssigkeits«Grenzschichten 112 innerhalb des Durchlaßkanales 64 geht infolge des Bernoulli-Effektes zurück, Die Luft wird an den Luft-Flüssigkeits-Grenzschichten 112 in diese Zirkulationsströnrung 120 gesaugt und durch die Durchlaßkanäle 64 aus dem Inneren des Rotors Ik hinausbeförderte Die Luft sprudelt dann in den mit Luft gefüllten Raum A. Wenn sich infolge dieser Wirkungsweise mehr Luft angesammelt hat, wird sie durch den Einlaß 108_s den Durchlaßkanal 106 und den Auslaß 32 von der Pumpe abgeleitete Die Pumpe gibt also solange durch den Auslaß 32 Luft ab _s wie eine Luft-Flüssigkeits-G-renzschicht 112 vorhanden ist₉ während nur Flüssigkeit in die Pumpe eintritt.

Wenn zur Verhinderung einer Ruckströraung ein Rückschlagventil 122 (gestrichelt angedeutet,) am Einlaß 30 vorgesehen ist, verbleibt einige Flüssigkeit im Gehäuse_s damit die Pumpe als Luft- oder Flüssigkeitspumpe arbeiten, kann, da die pumpe₉ falls die Flüssigkeit bis unter ©ine kritisch®, üb es? dem Rotor liegend© Höhe abgesunken ist_s keine Flüssigkeit mehr fördern kann.ο

Die Pumpe 10 läßt sich mit Vox"-t»eil sur Writermxidxa'ag */oa Unterwasserproben bei der Tiefsee^ji^forschung einsetzen..? wobei mit elektronischen Teilahenzähl·=· und -nießgerätsn gearbeitet wird ο Dabei xierden Mserwas serproben durch eine Strömungsbahn mit verengtem .merschnitt gedrückt und Veränderungen, der elektrischen -Größen oder einer elektrischen Größe der Strömung xirerden überwacht und elektronisch analysierte Die Pumpe 10 läßt sich im Probengerät siner L'nterwasssranlage ver\tf@n.den_s die in Fig. 5 scJiematisch angedeutet ist» Zur 'Entnahme einer Probe wird Meerwasser durch ©in Filter 200 gedruckt, wobei Teilchen,, die das Meßsystem verstopfen kömiten, entfernt worden. Darauf geht die Probe durch die Probenkammer 202 (Leitung 20^₅ 204^s) oder durch den. Nebenschluß 206 ο Dia Probenkammer 202 ist mit einem■Meßrohr 203 mit einer

α "7 t=>

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mikroskopisclien Tastöffnung am unteren Teil der Tfandung aus= gestattete Elektroden und Anschlußleitungen (nicht gezeigt) sind gemäß der britischen Patentschrift 722.4i8 vorgesehen. Der Druckunterschied kann vor dem Eintauchen überprüft werden_s indem ein nicht gezeigtes Quecksilbermanometer mit Hilfe der Ventile 208 und 210 an die Tastöffnung angeschlossen wird. Das Meerwasser wird von der Pumpe 10 durch ein Nadelventil 212 angesaugt und durch ein Nadelventil 214 (Fig. 5) wieder in das Meer zurückgeforderte Sin Teil des Meerwassers passiert die Probenkammer 202, gelangt in eine Leitung 21 6 _s eine Leitung 218, geht zur elektrischen Isolation durch eine Tropfkammer 220 und durch ein normalerweise offenes Magnetventil 224 in der Leitung 222« Eine weitere gleiche Pumpe 10' fördert die Flüssigkeit auf dem Weg zur Probenkammer durch die Leitung 228 * worauf die Probe in den Strom der Pumpe 10 in der Leitung 230 eintritt Das Nadelventil 214 steuert den Gegendrucks, wenn das Ventil .224 die Leitung 222 mit der Leitung 231 verbindet; d_eh. zum Spülen des Meßrohres 203 zwecks Beseitigung von Rückständen» die sich an der die reduzierte Strömungsbahn bildenden Tastöffnung angesammelt haben können₀

Infolge der Tatsache, daß die Pumpen 10 und 10⁸ selbstaasau« gende Pumpen sind_s lassen sie sich in einem Unterwasser— Probengerät verwenden und erlauben auf praktisch© Weise ,die Entnahme von Uraterwasserproben, wie sie zum Studium der Schichtung von Teilchen durch Messen und Zählen der Teilchen in verschiedener Tiefe erforderlich sind» Unter Verwendung der in FIg₀ 5 gezeigten Anlage und der erfindusagsgQmäßGn Pump© läßt sich beispielsweise eine laufende Untersuchung d©r Größeaverteilung d©r Partikel in verschiedenen Meeres= tiefen vornehmen«

Patentanwalt

DInI «.Inn E Frlpr Mönchsm 15, Elieabothsir. 34

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Claims (1)

1. Patentanwalt

   DipUng. Ε-£^ 191

   München 13, Elisabeths*. 34 IS I

   P at e at aaspr üche

   Zentrifugalpumpe für Flüssigkeiten, bei der ein Rotor in einem mit Ein- und Auslaß versehenen Gehäuse drehbar angeordnet ist» dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor einen axialen Mitteleinlaß aufweist, sowie ferner die Konstruktion begrenzende, radiale Durchlaßkanäle, die den Einlaß mit dem Gehäuseinneren verbinden, und sekundäre axiale Durchlaßkanäle, die die radialen Durchiaßkanale mit dem Gehäuseinneren verbinden©

   2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse des Rotors geg&n die vertikale Achse des Gehäuses versetzt ist.

   3· Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor wesentlich kleiner ist als der Innenraum des Gehäuses.

   4. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jJinlaß mit einem Eingang versehen ist, dor gegen diesen versetzt ist und in der Richtung der Rotationsachse des Rotors liegt.

   5c Pumpe nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Strömungeweg vom Einlaß durch die radialen Durch» laßkaaäle zum Auelaßeingang gebildet ist und daß ein zweiter Strömungsweg· aus den sekundären axialen Durchlaßkanälen} den radialen Durchlaßkanälen und dem Gehäuseinneren in der Nähe dee Rotors und zurück besteht, wobei Gas· in. den ersten Flüssigkeitsstrom gezogen werden»

   6· Pumpe nach einem der vorhergehenden Aneprüohe, gekennzeichnet duroh «ine gleich® Anzahl radialer und sekundärer axialer Durohlaßkanäle, wobei jeder sekundäre axiale Burchlaßkanal mit einem der radialen Durchlaßkanäle verbunden

   • let.

   BAD ORIGINAL

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   Pumpe nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen DurchXaßkanäle und die sekundären axialen Durchlaßkanäle im Rotor symmetrisch angeordnet sind.

   8. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß ein Lager zwischen dem Rotor und dem Einlaß vorgesehen ist, wobei das Lager aus einem äußeren Abschnitt und einem inneren Abschnitt mit einem Lagerteil'und einem axialen Durchlaßkanal besteht, daß der Rotor auf einer Welle fest angebracht ist und die Welle eine Verlängerung von geringerem Durchmesser aufweist, die in einen zugespitzten Teil ausläuft und durch den Rotor und dessen zentralen, axialen Eingang geht, wobei der zugespitzte Teil auf den Lagerteil drückt₉ und daß eiae Vorrichtung zur Einstellung-■ des Spielraumes zwischen dem äußeren Teil und dem Rotor vorgesehen ist, durch die die relative Lage des inneren und des äußeren Teiles gegenüber dem Pumpenäußeren einstellbar isto

   9ο Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerteil eine zentrale, zur Rotationsachse des Rotors koaxiale Ausnehmung aufweist und daß der zugespitzte Wellenteil in dieser Ausnehmung angeordnet isto

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