DE19510811A1 - Faser abweisende Wandflächengestaltung - Google Patents
Faser abweisende WandflächengestaltungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des
Hauptanspruches.
Mit einem Propeller ausgestattete Kreiselpumpen weisen vorwiegend eine axiale
Durchströmrichtung auf, zum Teil sind aber auch halbaxiale Propeller mit
entsprechender Durchströmrichtung gebräuchlich. Derartige Kreiselpumpen sind
anfällig gegen im Fördermedium befindliche Fremdstoffe, vorzugsweise Fremdstoffe
in Form von faserigen Bestandteilen. Bereits sehr früh wurde dieses Problem durch
die DE-PS 5 01 662 zu beseitigen versucht. Dazu wurden durch Einsätze oder mittels
Nuten im Gehäuse Schneidkanten gebildet. Mit deren Hilfe sollten faserige
Bestandteile von den Enden der Propellerflügel abgestreift werden.
Im Zusammenhang mit der Problematik der Ansammlung von Fasern an
stillstehenden Leitschaufeln zeigt die FR-A-2 279 954 eine Lösung, die eine
besondere Pumpenbauform voraussetzt. Zu diesem Zweck wird eine die Propeller
welle tragende Nabe einlaufseitig durch einen Einlaufkrümmer hindurchgeführt. Dem
Propeller nachgeordnete Leitschaufeln sind dann als einseitig befestigte,
freistehende Rippen ausgebildet. Die Anströmkante dieser freistehenden Nachleit
rippen verlaufen in Strömungsrichtung geneigt und sich daran verfangende Fasern
werden in das freie Zentrum des Strömungsquerschnittes gespült und fließen dort
ungehindert ab.
Bei üblichen Pumpenbauarten jedoch, bei denen die Welle eines Propellers in
einem dem Propeller nachgeordneten Nabengehäuse gelagert ist, sind andere
Lösungen notwendig. Gemäß der EP-A-0 512 190 kann ein Nabengehäuse durch
Leitrippen gehalten werden, deren Leitrad-Anströmkanten zurückgefeilt sind.
Eventuell daran anhaftende Fasern gleiten in den Außenbereich der Schaufeln.
Diesen Leitrad-Anströmkanten sind freistehende Rippen vorangestellt. Mit Hilfe
dieser freistehenden Rippen sollen faserige Bestandteile des Fördermediums vor
Erreichen der eigentlichen Leitschaufeln erfaßt werden, daran entlang nach innen
gleiten und im Bereich der Nabe von diesen Rippen abrutschen. Diese Art der
Schaufeln, die vom Prinzip der FR-A- 2 279 954 Gebrauch machen, stellen eine
zusätzliche Versperrung des Leitradquerschnittes dar und können bei ungünstigen
Betriebszuständen infolge von Schwingungsbelastung zum Bruch einer
freistehenden Rippe führen. Außerdem bieten sie nur teilweise eine Sicherheit
gegen Verstopfung, da sich an den eigentlichen Leitschaufeln auch weiterhin Fasern
ansammeln können.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Leitradgestaltung zu entwickeln, die
bei Beaufschlagung mit einem faserige Bestandteile enthaltenden Fördermedium ein
Verstopfen des Leitrades unterbindet.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Anspruches 1. Durch die
Vertiefung im Gehäuse wird erreicht, daß an den geneigten Leitschaufelkanten sich
ansammelnde und daran entlanggleitende Fasern über den freistehenden Schaufel
teil hinwegrutschen und so in die Vertiefung gelangen. Über der Leitradeintrittskante
erzeugt die Vertiefung durch die Querschnittsvergrößerung ein lokales Wirbelgebiet,
welches auf die faserigen Bestandteile eine abhebende Wirkung ausübt. Mit Hilfe
dieser Wirbel werden die Fasern in der Vertiefung in der Schwebe gehalten. Die
angrenzende Strömung im Leitradkanal im Bereich der Wandflächen der Schaufeln
übt dann eine abtransportierende Wirkung auf die Fasern innerhalb der Vertiefung
aus. Gewissermaßen wird durch die Vertiefung, die auch als eine Art Gehäuse
tasche angesehen werden kann, gezielt ein Totwasser erzeugt welches ein lokales
Rückströmgebiet darstellt. Infolge dieses lokalen Rückströmgebietes wird
sichergestellt, daß die üblicherweise anpressende Wirkung des Staudruckes auf die
Fasern im Bereich des Überganges vom Leitrad zum Gehäuse zwischen
Leitschaufel und Gehäuse aufgehoben wird.
Die Ansprüche 2 bis 8 beschreiben weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung. Die Form einer Vertiefung, die auch als eine Art Gehäusetasche
angesehen werden kann, die in den Ansprüchen 2 und 3 beschrieben ist, ermöglicht
einen problemlosen Abtransport derjenigen Faser, die entlang der Leitschaufel-
Anströmkanten und über deren freistehende Schaufelkante in den Raum der
Vertiefung hineingleiten. Von dort werden sie in den Raum zwischen zwei
Leitschaufeln abtransportiert. Um diesen Effekt zu verstärken, werden die Kanten
der Vertiefung im saugseitigen Strömungsraum der Leitschaufel gegenüber dem
Gehäuse abgeschrägt. Als Ergebnis entsteht hier kein Totwassergebiet und die
abtransportierende Wirkung wird verstärkt. Ein länglicher Verlauf der Vertiefung und
auch der schräge Verlauf der Vertiefung in bezug auf die Rotationsebene des
Propellers bewirken, daß Fasern, die in der Vertiefung hängen bleiben,
asymmetrisch angeströmt werden. Die im freien Kanalquerschnitt existierende
Strömung bewirkt in Verbindung mit der faserlösenden Wirkung des Totwassers
einen Abtransport der Fasern in den Kanalraum zwischen benachbarten
Leitschaufeln.
Mittels einer Asymmetrie zwischen den freistehenden Schaufelanströmkanten und
den zugehörigen Vertiefungen kann die Wirkung des innerhalb der Vertiefung
bestehenden lokalen Rückströmgebietes gezielt beeinflußt werden. Eine weitere
Beeinflussung der Wirbelbildung innerhalb der Vertiefung ist durch den Neigungs
verlauf der Seitenwände möglich. Es konnte kein negativer Einfluß der
Wirbelbildung innerhalb der Vertiefung auf die Strömung im freien Leitradquerschnitt
festgestellt werden. Zum einen ist dies bedingt durch die geringen Absolut
geschwindigkeiten im äußeren Bereich eines Leitrades sowie des geringen von der
Vertiefung erfaßten Teilvolumenstromes. Desweiteren ist durch die asymmetrische
Gestaltung der Vertiefung auch eine asymmetrische Verteilung der Strömungen in
der Vertiefung selbst erreichbar, wodurch die lösende Wirkung auf die sich darin
ansammelnden faserigen Bestandteile verbessert wird. Ein durch die Vertiefung
auch bewirkter Druckausgleich oberhalb der Leitradschaufel unterstützt die
ablösende Wirkung auf die Fasern. Praktische Versuche haben die vorteilhafte
Wirkung der erfindungsgemäßen Gestaltung in überzeugendster Weise bewiesen,
wobei der Gesamtwirkungsgrad des Aggregates in keiner Weise negativ beeinflußt
wurde.
Nach einer anderen Ausgestaltung verhindern abgerundete Übergänge im Bereich
zwischen Leitschaufel, Vertiefung und!oder Gehäusewandfläche die Bildung von
scharfen Kanten bzw. Ecken. Damit wird ein Einklemmen von faserigen
Bestandteilen verhindert. Zwischen den Schaufeln und den Gehäuseseitenwänden
bestehen sanfte Übergänge, wobei entsprechende Übergänge auch im Bereich
zwischen Vertiefung und Leitschaufel zu finden sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird
im folgenden näher beschrieben. Dabei zeigen die
Fig. 1 einen Meridianschnitt mit Meridionalprojektion der Schaufeln, die
Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie AA aus Fig. 1, die
Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie BB von Fig. 1, die
Fig. 4 einen Schnitt gemäß Linie CC von Fig. 3 und die
Fig. 5 eine räumliche Darstellung mit Hilfe von Gitternetzlinien.
In der Fig. 1 ist eine Kreiselpumpe dargestellt, in deren Gehäuse 1 ein Laufrad in
Form eines Propeller 2 rotiert, wobei die Pumpe in axialer Richtung durchströmt
wird. Die Erfindung ist nicht auf diese Strömungsrichtung beschränkt, sie kann
genausogut auch bei einer halbaxialen Durchströmrichtung Verwendung finden. Der
Propeller 2 ist in einer Nabe 3 gelagert, wobei die Nabe 3 durch Leitschaufeln 4
innerhalb des Gehäuses 1 positioniert ist. Die Anströmkanten 5 der Leitschaufeln 4
sind hierbei zurückgepfeilt bzw. ausgehend von der Nabe in Strömungsrichtung
zurückgeneigt. Im Bereich von Vertiefungen 6 des Gehäuses 1 stehen die
Leitschaufeln 4 frei hervor. Durch die Neigung der Leitrad-Anströmkanten werden
anhaftende faserige Bestandteile infolge der einwirkenden Strömung daran
entlanggleiten und über die freistehende Leitradeintrittskante 7 in die Vertiefung 6
gleiten. Entsprechend den Strömungsverhältnissen im Leitrad kann die Neigung
auch in anderer als der dargestellten Richtung und Form verlaufen. Bei vorwärts
gepfeilten Anströmkanten 5 würden die Fasern zur Nabe 3 geführt werden. Die
Vertiefung wäre dann in der Nabe 3 angeordnet.
Die Vertiefungen 6 bilden gewissermaßen ein Totwasser, wobei darin befindliche
Rückströmungen Verwirbelungen hervorrufen, aufgrund dessen die faserigen
Bestandteile innerhalb einer Vertiefung 6 in der Schwebe gehalten werden.
Derjenige Bereich der Leitschaufeln 4, der in Strömungsrichtung hinter einer
Vertiefung 6 befindlich ist, weist Übergänge 8 auf, die als Profilverdickungen
anzusehen sind. Damit werden scharfkantige Übergänge zwischen Leitschaufel 4
und Gehäuse 1 vermieden. Scharfkantige Übergänge könnten ungünstigenfalls zu
einem Festklemmen der faserigen Bestandteile führen.
In der Darstellung der Fig. 2, einem Schnitt gemäß Linie A-A von Fig. 1, ist die Lage
einer Vertiefung 6 zu einer Leitschaufel 4 erkennbar. An einer Schaufelanströmkante
anhaftende faserige Bestandteile gleiten in die Vertiefung 6, die sich in dem
Ausführungsbeispiel unterhalb der Zeichnungsebene erstreckt. Zwischen
Leitschaufel 4 und Gehäuse 1 befindliche Übergänge 8, 9 verhindern die Bildung
von scharfen Kanten im Bereich zwischen Leitschaufel 4, Gehäuse 1 und Vertiefung
6. Der innerhalb der Vertiefung 6 befindliche Übergang 9 hat in Bezug auf die
Seitenwand 10 die Form eines Wandvorsprunges. Die Seitenwand 11 der Vertiefung
6 hat eine andere Neigung, als die gegenüberliegende Seitenwand 10. Mit Hilfe der
Seitenwandneigungen ist eine Beeinflussung der Wirbelbildung innerhalb der
Vertiefung 6 möglich. Die ablösende Wirkung auf innerhalb der Vertiefung sich
ansammelnde faserige Bestandteile kann so beeinflußt werden.
Die Fig. 3 entspricht dem in Fig. 1 eingezeichneten Schnitt B-B. Sie enthält eine
weitere Schnittlinie C-C, die die Bodenfläche 12 der Vertiefung 6 gewissermaßen
abschneidet. Durch diesen Schnittverlauf wird in der Fig. 4 die Vertiefung als
Öffnung darstellbar. Die Neigung der Seitenwände 11 der Vertiefung 6 sind
entsprechend der Strömungsrichtung des Fördermediums ausgeführt. Dies erlaubt
eine gezielte Beeinflussung des Abtransportes von faserigen Bestandteilen aus der
Vertiefung 6. Somit können innerhalb der Vertiefung sich ausbildende Rück
strömwirbel ihre abhebende Wirkung auf die in der Vertiefung befindlichen faserigen
Bestandteile ausüben und einen störungsfreien Pumpenbetrieb ermöglichen.
Die Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus einem Leitrad und entspricht dem Schnitt C-C
von Fig. 3. Es ist eine Draufsicht auf eine mit einer Vertiefung ausgestatteten
Leitschaufel 4 gezeigt. Durch den gewählten Schnittverlauf wird ein Blick durch die
Vertiefung 6 hindurch auf die zugehörige Leitschaufel möglich. Das Gehäuse 1 und
die Nabe 3 sind nur als Ausschnitte dargestellt. Die eingezeichneten Pfeile zeigen
den Verlauf der Strömung beiderseits der Schaufel 4, oberhalb der freistehenden
Leitradeintrittskante 7, an den Verdickungen 8, 9 und im Bereich der Vertiefung 6
an. Innerhalb der Vertiefung 6 findet ein Überströmen von der Druckseite zur
Saugseite der Leitschaufel statt. Desweiteren bildet sich auch im Bereich der
Verdickungen 8, 9 ein Totwassergebiet 13 aus, mit dessen Hilfe ein Anpressen der
faserigen Bestandteile in diesem Bereich der Vertiefung vermieden wird. Sollten
faserige Bestandteile in die Vertiefung 6 hineinrutschen, dann würden deren Enden
in den freien Strömungsquerschnitt der Leitradkanäle 14, 15 hineinragen. Aufgrund
einer fehlenden Anpressung innerhalb der Vertiefung 6 werden sie vom
vorbeiströmenden Fördermedium erfaßt, mitgerissen und abtransportiert. Der
gezeigte Verlauf der länglichen Vertiefung 6, deren Lage zur Leitschaufel 4 hier
asymmetrisch ist, unterstützt die abtransportierende Wirkung des Fördermediums
auf die faserigen Bestandteile. Anhand der Linie 16, welche der Öffnung der
Vertiefung 6 in der Wandfläche des Gehäuses 1 entspricht, und der Linie 12.1,
welche der Bodenfläche 12 der Vertiefung 6 entspricht, läßt sich der Verlauf der
Neigung der Wandflächen 10, 11 der Vertiefung 6 erkennen. Ähnlich wie die
Höhenlinien in einer Landkarte ist hier die Neigung der Wandflächen 10, 11
erkennbar. Der nahezu senkrechte Verlauf der Wandfläche 10 im Bereich der
Leitschaufel 4 begünstigt die Positionierung von Rückströmwirbeln an dieser, ein
Festhaften der faserigen Bestandteile bewirkenden Zone. Im gegenüberliegenden
Bereich, an der Wandfläche 11 verringert die stärkere Neigung der Vertiefung die
abspülende Wirkung auf die Enden der faserigen Bestandteile. Somit kann der
Mitnahmeeffekt der Strömung auf die Enden der faserigen Teile unterstützt werden,
welches durch den Abhebeeffekt aller Rückströmwirbel erleichtert wird.
Aus der Fig. 5, einer räumlichen Darstellung mit Hilfe von Gitternetzflächen, ist der
Verlauf einer Vertiefung 6 und deren Position zu einer Leitschaufelanströmkante 5, 7
erkennbar. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde die Vertiefung 6 analog zum
Schnitt C-C offen ausgebildet und die Abrundung weggelassen. Die Schrägstellung
oder die asymmetrische Zuordnung von Vertiefung 6 und Leitschaufel 4 begünstigt
den Abhebeeffekt für die Fasern im Bereich der Vertiefung 6. Somit können die
Leitschaufeln in hydraulischer Hinsicht optimal gestaltet werden und brauchen nicht
mehr, wie es auch bekannt ist, mit strömungsungünstigen Verdickungen im Bereich
ihrer Anströmkanten 5 ausgestaltet werden.
Claims (9)
1. Kreiselpumpe, mit einem innerhalb eines Gehäuses angeordneten Propeller
sowie dem Propeller nachgeordneten Leitschaufeln, wobei die Leitschaufeln
mit faserabweisenden Formgebungen versehen sind, dadurch
gekennzeichnet, daß im Bereich der Leitschaufel-Anströmkanten (5)
Vertiefungen (6) angeordnet sind, und daß die Vertiefungen (6) eine
Verbindung zwischen den Räumen (14, 15) beiderseits einer Leitschaufel (4)
herstellen.
2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen
(6) einen länglichen Verlauf aufweisen.
3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Vertiefungen (6) im Winkel zur Rotationsebene eines Propellers (2) erstrecken.
4. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich der Vertiefungen (6) die Schaufeln (4) mit einer Kante (7)
freistehend ausgebildet sind.
5. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vertiefungen (6) zu den Schaufeln asymmetrisch angeordnet sind.
6. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Seitenwände (10, 11) der Vertiefungen (6) unterschiedlich geneigt
sind.
7. Kreiselpumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
geneigten Seitenwände (10, 11) überwiegend in demjenigen Vertiefungsteil
angeordnet sind, der in Bezug auf die Leitkanäle (14, 15) eine größere Fläche
aufweist.
8. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vertiefungen (6) im Gehäuse- (1) und/oder Nabenteil (3) angeordnet
ist.
9. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Leitschaufel, Vertiefung (6) und/oder Gehäuse (1) abgerundete
Übergänge (8, 9) angeordnet sind.
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