DE19608602A1

DE19608602A1 - Glandless flow machine with radial rotor e.g. centrifugal pump for chemical materials

Info

Publication number: DE19608602A1
Application number: DE1996108602
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Mette
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 1997-09-11
Also published as: DE29617450U1

Abstract

The machine has a contactless electromagnetic inductive or magnetic torque transfer between a magnetic stator field in the machine housing and a magnetic armature field rotating with and formed within the rotor (2). The rotor has a flow channel between central, coaxial end regions (2d,2e) which form bearing journals (2f,2g). A magnetic armature field generating magnet or coil system (4a,4b) is mounted on both sides of two cover plates (2b) bounding the channels (2a) and has a corresp. stator field coil system (3a,3b) on the housing side.

Description

Die Erfindung betrifft eine stopfbuchslose Strömungsmaschine mit einem Laufrad radialer Bauart und mit einer berührungsfreien, spaltüberbrückenden elektromagne tisch-induktiven oder magnetischen Drehmomentübertragung zwischen einem magne tischen Statorfeld im Gehäuse der Strömungsmaschine und einem mit dem Laufrad umlaufenden und in diesem ausgebildeten magnetischen Ankerfeld.The invention relates to a glandless flow machine with an impeller radial design and with a non-contact, gap-bridging electromagnetic table-inductive or magnetic torque transmission between a magne table stator field in the housing of the turbomachine and one with the impeller circumferential and formed in this magnetic anchor field.

Stopfbuchslose Strömungsmaschinen der gattungsgemäßen Art finden insbesondere als Kreiselarbeitsmaschinen Anwendung, wobei hier Kreiselpumpen eine überragende Stellung einnehmen. Hinsichtlich der Art der Drehmomentübertragung unterscheidet man zwei Bauarten, nämlich zum einen die Übertragung durch permanentmagnetische Synchronkupplungen und zum anderen die elektromagnetisch-induktive Übertragung, bei der ein Schlupf zwischen den beiden Kupplungshälften auftritt.In particular, there are glandless flow machines of the generic type as a centrifugal machine application, with centrifugal pumps being an outstanding one Take a position. It differs in terms of the type of torque transmission one of two types, namely the transmission by permanent magnetic Synchronous clutches and secondly electromagnetic-inductive transmission, where a slip occurs between the two coupling halves.

Beide vorgenannten Übertragungsmechanismen finden sich beispielsweise bei sogenannten stopfbuchslosen Chemiekreiselpumpen mit Spaltrohr, bei denen die das Pumpenlaufrad tragende Welle und der auf dieser Welle angeordnete innere Antriebs rotor (Innenläufer) von einem vom rückwärtigen Ende durch einen Boden abgeschlos senen Rohr, dem sogenannten Spalttopf, nach außen abgeschlossen sind. Bei der einen Bauart, bei der die Drehmomentübertragung auf elektromagnetisch-induktivem Weg erfolgt, den sogenannten Spaltrohrmotorpumpen, dient für den Antrieb des inneren mit Magneten besetzten Antriebsrotors ein von einem Motorstator elektrisch induziertes Drehfeld. Bei der anderen Bauart tritt an die Stelle des Motorstators ein Permanent magnetsystem, welches aus auf einem Außenläufer angebrachten Permanentmagneten besteht. Dieser Außenläufer wird durch einen getrennten Motor angetrieben und ist dem inneren Rotor wirkungsmäßig zugeordnet. Bei dieser Bauart können die Perma nentmagnete achsparallel zu beiden Seiten des zylindrischen Teils des Spalttopfes oder radial zu beiden Seiten des Bodens des Spalttopfes ausgerichtet vorgesehen sein. Die beiden grundsätzlichen Bauarten können in vertikaler und horizontaler Bauweise aus geführt sein. In jedem Falle müssen Innenläufer und Welle von Lagern geführt und getragen werden, welche vom Fördermedium geschmiert werden. Eine Übersicht über stopfbuchslose Kreiselpumpen mit permanentmagnetischer Synchronkupplung nach dem Stand der Technik finden sich in der Zeitschrift "Chemische Industrie, 3/87, Seiten 46 bis 59.Both of the aforementioned transmission mechanisms can be found, for example, in so-called glandless chemical centrifugal pumps with a canned tube, in which the Pump impeller supporting shaft and the inner drive arranged on this shaft rotor (inner rotor) closed off from the rear end by a floor his pipe, the so-called can, are closed to the outside. With one Design in which the torque transmission by electromagnetic-inductive way takes place, the so-called canned motor pumps, serves to drive the interior with Magnets occupy a drive rotor that is electrically induced by a motor stator Rotating field. In the other design, the motor stator is replaced by a permanent one magnet system, which consists of permanent magnets attached to an external rotor consists. This external rotor is driven by a separate motor and is assigned to the inner rotor. With this design, the Perma Nentmagnete axially parallel to both sides of the cylindrical part of the can or radially to both sides of the bottom of the containment can be provided. The Both basic types can consist of vertical and horizontal construction be led. In any case, the inner rotor and shaft must be guided by bearings and which are lubricated by the pumped medium. An overview of Glandless centrifugal pumps with permanent magnetic synchronous coupling the state of the art can be found in the magazine "Chemische Industrie, 3/87, Seiten 46 to 59.

Bei den bekannten Kreiselpumpen ist der innere Magnetrotor mit axialem Abstand zum Laufrad über ein Verbindungsteil an diesem befestigt. Das Verbindungsteil dient gleichzeitig der Lagerung von Laufrad und innerem Magnetrohr innerhalb des Gehäuses. Der Spalttopf umschließt den inneren Magnetrotor und Teile der Lageran ordnung. Die Schmierung des Gleitlagers zur Lagerung des Laufrades in Verbindung mit dem inneren Magnetrotor erfolgt in der Regel über das zu fördernde Fluid.In the known centrifugal pumps, the inner magnet rotor is at an axial distance attached to the impeller via a connecting part. The connecting part serves at the same time the storage of the impeller and the inner magnetic tube inside the Housing. The containment shell encloses the inner magnet rotor and parts of the bearings order. The lubrication of the slide bearing for the bearing of the impeller in connection with the inner magnet rotor usually takes place via the fluid to be pumped.

Die bekannte Ausbildung des Spalttopfes weist einen Hohlraum auf, der über den Lager spalt des Gleitlagers mit dem Laufradgehäuse in Verbindung steht. Bedingt durch die Wirkungsweise des hydrodynamisch arbeitenden Gleitlagers gelangt das zu för dernde Fluid über den Lagerspalt in die freien Räume des Spalttopfes. Ein vollständiger Austausch des in den teilweise sehr verwickelt ausgestalteten Toträumen des Spalttopfes befindlichen Fluids über den Lagerspalt des Gleitlagers ist nahezu ausge schlossen.The known design of the containment shell has a cavity that over the bearing gap of the plain bearing is connected to the impeller housing. Due the mode of operation of the hydrodynamically operating plain bearing comes to för changing fluid over the bearing gap into the free spaces of the containment shell. A complete one Exchange of the dead spaces of the The fluid contained in the containment shell over the bearing gap of the plain bearing is almost exhausted closed.

Die bekannten Kreiselpumpen sind aus den vorgenannten Gründen daher völlig unge eignet, wenn die Förderung des Fluids unter hygienischen und/oder sterilen und/oder kontaminationsfreien Bedingungen erfolgen muß. Derartige Anforderungen werden insbesondere in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, in der Pharmazie, der Biotechnologie, der Reaktortechnik oder im Sterilbereich verschiedenster Anwen dungsgebiete gestellt.The known centrifugal pumps are therefore completely out of the question for the aforementioned reasons suitable if the fluid is conveyed under hygienic and / or sterile and / or contamination-free conditions must take place. Such requirements will be especially in the food and beverage industry, in pharmacy, the Biotechnology, reactor technology or in the sterile field of various applications areas of application.

Kreiselpumpen, die die vorgenannten Anforderungen erfüllen, müssen im Durchfluß totraumfrei reinigungsfähig sein. Man spricht in diesem Zusammenhang von der sog. CIP-Reinigungsfähigkeit (CIP: cleaning in place), was besagt, daß die zu reinigenden Einrichtungen in allen Bereichen an Ort und Stelle eine vorzugsweise automatische Zu fuhr von Reinigungsflüssigkeit und eine Abreinigung des Produktes bzw. von Pro duktmittelresten im Durchfluß zulassen müssen. Bei den vorstehend beschriebenen Kreiselpumpen ist eine automatische Reinigung der kritischen Bereiche im Durchfluß, insbesondere der Toträume innerhalb des Spalttopfes, unter den zu fordernden Bedin gungen nicht möglich.Centrifugal pumps that meet the aforementioned requirements must flow be cleanable without dead space. In this context, one speaks of the so-called CIP cleanability (CIP: cleaning in place), which means that the to be cleaned Facilities in all areas on site a preferably automatic shutdown drove of cleaning fluid and a cleaning of the product or Pro must allow residual product in the flow. In the above Centrifugal pumps is an automatic cleaning of the critical areas in the flow, especially the dead spaces within the containment can, under the conditions to be demanded not possible.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine stopfbuchslose Strömungsmaschine zu schaffen, insbesondere ausgebildet als Kreiselarbeitsmaschine (unter anderem Kreiselpumpe), die höchste hygienische Anforderungen und Arbeitsbedingungen erfüllt, die dabei sehr kompakt baut und vielseitig einsetzbar ist.It is an object of the present invention to provide a glandless flow machine to create, especially trained as a gyroscopic machine (among others Centrifugal pump), the highest hygienic requirements and working conditions fulfilled, which is very compact and versatile.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal tungen der vorgeschlagenen stopfbuchslosen Strömungsmaschine gemäß der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.The object is solved by the features of claim 1. Advantageous design tion of the proposed glandless fluid machine according to the invention are the subject of further subclaims.

Die Darstellung der Vorteile der erfindungswesentlichen Merkmale des Anmeldungs gegenstandes erfolgt nachfolgend im wesentlichen am Ausführungsbeispiel in Form einer Kreiselpumpe. Die vorgeschlagene Integration des magnetischen Statorfeldes im Gehäuse der Strömungsmaschine eröffnet eine Reihe von bislang nicht bekannten Mög lichkeiten hinsichtlich Anordnung und Einsatz einer Kreiselpumpe. Üblicherweise befindet sich in der Verlängerung der Rotationsachse des Laufrades der Antriebsmotor, so daß bei Anordnungen nach dem Stand der Technik im Bereich des Antriebsmotors keine strömungstechnischen Anordnungen getroffen werden können. Bei der vorgeschla genen stopfbuchslosen Strömungsmaschine gemäß der Erfindung ist das Laufrad zwi schen koaxialen, zentralen Durchtrittsbereichen in axialer Richtung von seiner einen zu seiner anderen Stirnseite durchgreifend durchströmbar ausgebildet, so daß beispielsweise auf der dem Saugstutzen der Pumpe gegenüberliegenden Seite des Gehäuses, wie dies eine vorteilhafte Ausgestaltung der vorgeschlagenen Strömungsmaschine vorsieht, die Hauptleitung, die am Saugstutzen endet, ihre Fortsetzung finden kann. Hierdurch ergibt sich beispielsweise die Möglichkeit, die vorgeschlagene Kreiselpumpe in einer Hauptleitung "In-line" anzuordnen und aus dieser Hauptleitung über die Pumpe Fluid abzuzweigen. Diese Anordnung kann sich beispielsweise in einer mehrfachen dies bezüglichen Anordnung fortsetzen. Des weiteren erlaubt das eingangs genannte erfindungswesentliche Merkmal, wie dies eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorgeschlagenen Strömungsmaschine vorsieht, daß wenigstens zwei Strömungsma schinen in Mehrfachanordnung derart angeordnet sind, daß ihre zentralen Durchtritts bereiche hintereinander geschaltet und in dieser Anordnung durchströmbar sind. Auf diese Weise gelingt eine Liefermengenerhöhung näherungsweise entsprechend der An zahl der nebeneinandergeschalteten Pumpen, sofern der Summenvolumenstrom über die an erster Stelle angeordnete Pumpe, in Strömungsrichtung gesehen, zugeführt werden kann.The presentation of the advantages of the features of the application essential to the invention The object is essentially based on the embodiment in the form of a Centrifugal pump. The proposed integration of the magnetic stator field in the The casing of the turbomachine opens up a number of previously unknown possibilities options regarding the arrangement and use of a centrifugal pump. Usually located the drive motor in the extension of the axis of rotation of the impeller, so that in arrangements according to the prior art in the area of the drive motor none fluidic arrangements can be made. At the proposed gene glandless fluid machine according to the invention is the impeller between coaxial, central passage areas in the axial direction from its one to through its other end face designed to flow through, so that for example on the side of the housing opposite the suction port of the pump, such as this provides an advantageous embodiment of the proposed turbomachine, the main line, which ends at the suction port, can be continued. Hereby For example, there is the possibility of the proposed centrifugal pump in one Main line "in-line" to arrange and from this main line via the pump fluid to branch off. This arrangement can be multiple, for example continue ordering. Furthermore, this allows feature essential to the invention, as is a further advantageous embodiment of the proposed flow machine provides that at least two flow rate machines are arranged in a multiple arrangement such that their central passage areas are connected in series and can be flowed through in this arrangement. On in this way, the delivery quantity increases approximately according to the type Number of pumps connected in series, provided the total volume flow is above the pump arranged in the first place, seen in the direction of flow, supplied can be.

Die vorgeschlagene axiale Durchströmbarkeit des Laufrades von seiner einen zur anderen Stirnseite erlaubt eine vollständige Umspülung des Laufrades und stellt hierdurch eine CIP-gerechte Reinigung aller kritischen Bereiche des Laufrades und des dieses umgebenden Gehäuses sicher. Da die beiden zentralen stirnseitigen Enden des Laufrades außenseits jeweils als Lagerzapfen ausgebildet sind und ihre Lagerungsbereiche jeweils mit einem zentralen Durchtrittsbereich korrespondieren, läßt sich die Schmierung der Lager mittels des geförderten Fluids und ihre notwendige Reinigung im Zuge der Reinigungsprozedur in nahezu idealer Weise verwirklichen.The proposed axial flow of the impeller from one to the other Front side allows a complete rinsing of the impeller and thereby provides a CIP-compliant cleaning of all critical areas of the impeller and this surrounding housing safely. Since the two central ends of the Impeller are each formed as a journal and their storage areas each correspond to a central passage area, the Lubrication of the bearings using the pumped fluid and their necessary cleaning in the Realize in the course of the cleaning procedure in an almost ideal way.

Durch die im Laufrad vorgesehene Aufteilung eines das magnetische Ankerfeld erzeu gende Magnet- oder Spulensystems beiderseits zweier die Schaufelkanäle begrenzen den Deckscheiben wird, wie dies eine andere Ausgestaltung des Laufrades vorsieht, eine vollständige symmetrische Ausbildung des Laufrades beiderseits einer zu seiner Rotati onsachse senkrecht orientierten Querschnittsebene möglich. Die vollständige Symmetrie sowohl der hydraulischen Geometrie des Laufrades als auch des Magnet- oder Spulen systems reduziert die auf das Laufrad wirkenden axialen Kräfte, so daß für deren Aus gleich und infolge dieser Maßnahme für eine in axialer Richtung wünschenswerten schwimmenden Positionierung des Laufrades ein in der Regel permanentmagnetisches System kleiner Dimensionierung ausreicht. Hierzu ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorgeschlagenen Strömungsmaschine vorgesehen, daß in den beiden Stirnseiten des Laufrades, mit radialem Abstand von dessen Rotationsachse, jeweils ein laufradseitiges Magnetsystem in ringförmiger Anordnung angeordnet ist, wobei jedes mit einem zugeordneten gehäuseseitigen Magnetsystem in der Weise zusammenwirkt, daß sich die zugeordneten Magnetsysteme gegenseitig in axialer Richtung abstoßen. Während das laufradseitige Magnetsystem in jedem Falle ein permanentmagnetisches System ist, kann das gehäuseseitige Magnetsystem sowohl permanentmagnetisch als auch elektromagnetisch ausgebildet werden.The magnetic armature field is generated by the division provided in the impeller Magnetic or coil system limit the blade channels on both sides of two the cover disks, as is provided by another embodiment of the impeller, is a complete symmetrical formation of the impeller on both sides of its rotati onsachse perpendicular oriented cross-sectional plane possible. The complete symmetry both the hydraulic geometry of the impeller and the magnet or coils systems reduces the axial forces acting on the impeller, so that for their off same and as a result of this measure for a desirable in the axial direction Floating positioning of the impeller is usually a permanent magnet Small system is sufficient. This is according to another advantageous Design of the proposed turbomachine provided that in the two End faces of the impeller, each with a radial distance from its axis of rotation impeller-side magnet system is arranged in an annular arrangement, each interacts with an associated housing-side magnet system in the manner that the associated magnet systems repel each other in the axial direction. While the magnet system on the impeller side is permanently magnetic System, the housing-side magnet system can be both permanent and magnetic can also be designed electromagnetically.

Durch die Ausbildung, Anordnung und Lagerung des Laufrades wird sichergestellt, wie dies eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorgeschlagenen Strömungsmaschine vorsieht, daß das Laufrad aus seinem Umfangsbereich im Bereich eines Spiralgehäuses oder eines schaufelfreien Ringraumes beiderseits über stirnseite Radseitenräume und die jeweilige Laufradlagerung zwischen dem Lagerzapfen und einem Lager bis in die zentralen Durchtrittsbereiche vollständig umspült wird. Um diese Umspülung sowohl mit Blick auf die Schmierung der Laufradlagerung als auch mit Blick auf deren Reinigung unter allen Betriebsbedingungen sicherzustellen, sieht eine weitere Aus führungsform gemäß der Erfindung vor, daß in der Mantelfläche des Lagerzapfens jeweils wenigstens eine als Spülrille fungierende nutförmige Ausnehmung vorgesehen ist, die sich über die gesamte axiale Länge des Lagerzapfens erstreckt. Dabei wird die Durchströmung der Lagerstellen, wie dies ebenfalls vorgeschlagen wird, dadurch intensiviert, daß die Spülrille bzw. -rillen jedes Lagerzapfens derart unter einem Winkel gegen die Rotationsachse des Laufrades angestellt ist bzw. sind, daß ihre Durchströmung in Richtung des wirksamen Druckgefälles befördert wird.The design, arrangement and storage of the impeller ensure how this is a further advantageous embodiment of the proposed turbomachine provides that the impeller from its peripheral region in the area of a volute or a vane-free annular space on both sides over the front wheel side spaces and the respective wheel bearing between the journal and a bearing up to central passage areas is completely washed around. To wash this both with a view to the lubrication of the wheel bearings as well as with regard to their Ensuring cleaning under all operating conditions is another aspect leadership form according to the invention that in the outer surface of the journal in each case at least one groove-shaped recess functioning as a flushing groove is provided is, which extends over the entire axial length of the journal. The Flow through the bearing points, as is also proposed, thereby intensified that the rinsing groove or grooves of each journal so under one Angle against the axis of rotation of the impeller is or are that their Flow is conveyed in the direction of the effective pressure gradient.

Die Symmetrie der strömungsbedingten Kontur des Laufrades einerseits und das zur Ausbildung des magnetischen Ankerfeldes im Laufrad integrierte Magnet- oder Spulen system andererseits machen es möglich, das Laufrad derart auszubilden, daß es eine zylinderförmige, bis auf die strömungserforderlichen Ein- und Auslässe umfangs- und beiderseits stirnseits vollständig geschlossene Außenkontur aufweist. Diese kompakte Laufradform bedingt eine ebenso kompakte Gehäuseform der Strömungsmaschine, wobei sowohl die einfache Außenkontur als auch die durch diese bedingten einfachen radialen Umfangsspalte und axialen Radseitenräume relativ einfach durchspül- und damit im Durchfluß reinigbar sind.The symmetry of the flow-related contour of the impeller on the one hand and that to Formation of the magnetic armature field in the impeller integrated magnet or coils system on the other hand make it possible to design the impeller in such a way that it is a cylindrical, except for the flow-requiring inlets and outlets has a completely closed outer contour on both sides. This compact Impeller shape requires an equally compact housing shape for the turbomachine, where both the simple outer contour and the simple resulting from this radial circumferential gaps and axial wheel side spaces relatively easy to flush and so that they can be cleaned in the flow.

Die stopfbuchslose Strömungsmaschine kann sowohl als Kreiselarbeitsmaschine, wie beispielsweise Kreiselpumpe oder Lüfter oder Gebläse oder Verdichter, als auch als Kraftmaschine für Gase oder Dämpfe (Gas- bzw. Dampfturbine) oder Flüssigkeiten (Flüssigkeitsturbine) mit den vorgeschlagenen Merkmalen gemäß der Erfindung ausgebildet werden.The glandless flow machine can be used both as a gyroscopic machine for example centrifugal pump or fan or blower or compressor, as well Engine for gases or vapors (gas or steam turbine) or liquids (Liquid turbine) with the proposed features according to the invention be formed.

Da die vorgeschlagene Strömungsmaschine in einfacher Weise zur Erhöhung der Liefer menge in Mehrfachanordnung nebeneinander und zur Erhöhung des Druckes in Reihe zueinander zu schalten sind, läßt sich auf denkbar einfache Weise ein großer Förder mengen- und Förderhöhenbereich abdecken. Das feinstufige Abdecken eines größeren Leistungsbereichs gelingt auf einfache Weise dadurch, daß die vorgeschlagenen Strömungs maschinen mit unterschiedlichen Nennleistungen sowohl hinsichtlich Förder menge als auch Förderhöhe im Rahmen eines Baukastensystems ausgestaltet und in geeigneter Weise in Mehrfachanordnung sowohl nebeneinander als hintereinander angeordnet werden.Because the proposed fluid machine in a simple manner to increase the delivery quantity in multiple arrangement next to each other and to increase the pressure in series are to be switched to each other, can be very easy to a large funding Cover quantity and delivery height range. The fine-scale covering of a larger one Power range succeeds in a simple manner in that the proposed flow machines with different nominal outputs both with regard to conveying quantity and amount of funding designed in a modular system and in suitably in multiple arrangement both side by side and one behind the other to be ordered.

Ausführungsbeispiele der vorgeschlagenen stopfbuchslosen Strömungsmaschine ge mäß Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen:Embodiments of the proposed glandless turbomachine ge According to the invention are shown in the drawing and are described below. Show it:

Fig. 1 einen Meridianschnitt durch eine vorgeschlagene Kreiselpumpe gemäß der Erfindung mit einem vollständig symmetrisch ausgebildeten Laufrad; Fig 1 shows a meridian section through a proposed centrifugal pump according to the invention with a completely symmetrical impeller.

Fig. 2 eine Ansicht des Laufrades zusammen mit seinen Lagerstellen ohne Magnet- und Spulensysteme aus einer Umfangsrichtung; Figure 2 is a view of the impeller together with its bearings without magnetic and coil systems from a circumferential direction.

Fig. 2a eine Ansicht des Laufrades gemäß Fig. 2 in axialer Richtung; FIG. 2a is a view of the impeller of Figure 2 in the axial direction.

Fig. 3 einen Meridianschnitt durch das Laufrad gemäß Fig. 2; Fig. 3 is a meridian sectional view of the impeller shown in FIG. 2;

Fig. 3a einen Querschnitt durch das Laufrad gemäß Fig. 3 entsprechend einem dort mit A-A gekennzeichneten Schnittverlauf; FIG. 3a shows a cross section through the impeller according to FIG. 3, corresponding to a section shown there with AA;

Fig. 4 einen Meridianschnitt durch eine Mehrfachanordnung der Strömungs maschine gemäß Fig. 1 zur Erhöhung der Liefermenge; Fig. 4 is a meridian sectional view of a multiple arrangement of the flow machine in accordance with Figure 1 for increasing the delivery quantity.

Fig. 5 eine Ansicht der Mehrfachanordnung gemäß Fig. 4; FIG. 5 shows a view of the multiple arrangement according to FIG. 4;

Fig. 6 eine Ansicht einer Mehrfachanordnung, bestehend aus zwei Strömungs maschinen gemäß Fig. 1, zur Erhöhung des Druckes und Fig. 6 is a view of a multiple arrangement consisting of two flow machines according to FIG. 1, to increase the pressure and

Fig. 7 einen Meridianschnitt durch eine andere vorgeschlagene Ausführungs form der Strömungsmaschine gemäß der Erfindung, wobei hierbei nur von einem Teil der vorgeschlagenen erfindungswesentlichen Merkmale Gebrauch gemacht wird. Fig. 7 shows a meridian section through another proposed embodiment of the turbomachine according to the invention, only some of the proposed features essential to the invention being used.

In einem Gehäuse 1a einer als Kreiselpumpe ausgebildeten Strömungsmaschine 1 (Fig. 1) befindet sich ein vollständig symmetrisch ausgebildetes Laufrad 2 radialer Bauart, bei welchem Schaufelkanäle 2a von Deckscheiben 2b begrenzt werden. Die dargestellte Schaufelflächen sind mit 2c gekennzeichnet. An den beiderseitigen Stirnseiten des Laufrades 2 bilden die Deckflächen 2b auf der einen Seite einen ersten zentrischen Durchtrittsbereich 2d und auf der anderen Seite einen zweiten zentrischen Durchtrittsbereich 2e aus. Beide Durchtrittsbereiche 2d und 2e sind durchströmbar mit einander verbunden. Außenseits sind die stirnseitigen Enden des Laufrades 2 jeweils als Lagerzapfen 2f bzw. 2g ausgebildet. Der äußere Umfangsbereich 2h des Laufrades 2 mündet, wie dargestellt, in ein Spiralgehäuse 1b aus. Letzteres kann auch beispielsweise als schaufelfreier Ringraum ausgebildet werden. Das Spiralgehäuse 1b endet in einem Druckstutzen 1d, an welchem ein zweiter Flansch 1f ausgebildet ist. Saugseitig verfügt das Gehäuse 1 über eine erste zentrale Gehäuseöffnung 1c, die den sogenannten Saugstutzen der Kreiselpumpe bildet. An diesem ist ein erster Flansch 1e vorgesehen. Auf der dem Saugstutzen 1c gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 1a verfügt letzteres über eine zweite zentrische Gehäuseöffnung 1g, die über einen Deckel 8 verschlossen ist. An den ersten Flansch 1e ist in der Regel eine Hauptleitung L angeschlossen. Falls die Kreiselpumpe 1 in Mehrfachanordnung mit anderen Kreiselpumpen nebeneinander oder im sogenannten "In-line"-Betrieb betrieben wird, entfällt der Deckel 8 und an die zweite zentrische Gehäuseöffnung 1g wird eine zweite Strömungsmaschine unmittelbar angeschlossen bzw. von der Gehäuseöffnung 1g wird die Hauptleitung L fortgeführt.In a housing 1 a formed as a centrifugal pump flow machine 1 (Fig. 1) there is a completely symmetrical trained impeller 2 radial type in which the vane ducts 2 are limited by cover discs 2 b a. The blade surfaces shown are marked with 2 c. On the two end faces of the impeller 2 , the cover surfaces 2 b form a first central passage area 2 d on one side and a second central passage area 2 e on the other side. Both passage areas 2 d and 2 e are connected to one another so that they can flow through. On the outside, the front ends of the impeller 2 are each designed as journals 2 f or 2 g. The outer peripheral region 2 h of the impeller 2 opens out, as shown, in a spiral housing 1 b. The latter can also be designed, for example, as a vane-free annular space. The spiral housing 1 b ends in a pressure port 1 d, on which a second flange 1 f is formed. On the suction side, the housing 1 has a first central housing opening 1 c, which forms the so-called suction port of the centrifugal pump. A first flange 1 e is provided on this. On the side of the housing 1 a opposite the suction port 1 c, the latter has a second central housing opening 1 g, which is closed by a cover 8 . A main line L is generally connected to the first flange 1 e. If the centrifugal pump 1 is operated in a multiple arrangement with other centrifugal pumps side by side or in the so-called "in-line" mode, the cover 8 is omitted and a second turbomachine is connected directly to the second central housing opening 1 g or from the housing opening 1 g Main line L continued.

Im Laufrad 2 ist ein das magnetische Ankerfeld erzeugendes Magnet- oder Spulen system 4a, 4b beiderseits der beiden die Schaufelkanäle 2a begrenzenden Deckscheiben 2b in ringförmiger Anordnung vorgesehen. Dem Magnet- oder Spulensystem 4a, 4b jeder Laufradseite ist im Gehäuse 1a jeweils ein gehäuseseitiges Spulensystem 3a bzw. 3b für das magnetische Statorfeld zugeordnet. Darüber hinaus befindet sich in den beiden Stirnseiten des Laufrades 2, mit radialem Abstand von dessen Rotations achse, jeweils ein laufradseitiges Magnetsystem 7c bzw. 7d in ringförmiger Anord nung, wobei jedes mit einem zugeordneten gehäuseseitigen Magnetsystem 7a bzw. 7b in der Weise zusammenwirkt, daß sich die zugeordneten Magnetsysteme 7a, 7c und 7b, 7d gegenseitig in axialer Richtung abstoßen.In the impeller 2 is a magnetic field generating magnet or armature coil system 4 a, 4 b on both sides of both the vane channels 2 a limiting cover discs 2 b in an annular arrangement. The magnet or coil system 4 a, 4 b of each impeller side is assigned a housing-side coil system 3 a or 3 b for the magnetic stator field in the housing 1 a. In addition, is located in the two end faces of the impeller 2 , with a radial distance from its axis of rotation, each an impeller-side magnet system 7 c or 7 d in ring-shaped arrangement, each with an associated housing-side magnet system 7 a and 7 b in the Interacts in such a way that the associated magnet systems 7 a, 7 c and 7 b, 7 d repel one another in the axial direction.

Das Laufrad 2 ist über seine als Lagerzapfen 2f, 2g ausgebildeten stirnseitigen Enden in einem ersten Lager 5a bzw. einem zweiten Lager 5b gelagert. Das Laufrad 2 ist aus seinem Umfangsbereich 2h im Bereich des Spiralgehäuses 1b beiderseits über einen ersten bzw. einen zweiten radialen Umfangsspalt 6a, 6b, über sich anschließende stirnseitige Radseitenräume 6c bzw. 6d und die jeweilige Laufradlagerung zwischen dem Lagerzapfen und dem Lager 2f, 5a bzw. 2g, 5b bis in die zentralen Durchschnitts bereiche 2d bzw. 2e vollständig umspülbar. The impeller 2 is mounted on its end faces designed as a journal 2 f, 2 g in a first bearing 5 a or a second bearing 5 b. The impeller 2 is from its circumferential area 2 h in the area of the spiral housing 1 b on both sides via a first or a second radial circumferential gap 6 a, 6 b, via adjoining end wheel side spaces 6 c or 6 d and the respective impeller bearing between the journal and the camp 2 f, 5 a or 2 g, 5 b completely washable down to the central average areas 2 d or 2 e.

Die Fig. 2 und 2a zeigen insbesondere die Anordnung von Spülrillen 2i, die in der Mantelfläche des Lagerzapfens 2f bzw. 2g jeweils vorgesehen sind. Dabei sind diese Spülrillen 2i derart unter einem Winkel α bzw. α* gegen die Rotationsachse des Laufrades 2 angestellt, daß ihre Durchströmung in Richtung des wirksamen Druckgefälles befördert wird. Der Pfeil am Laufrad 2 gemäß Fig. 2a zeigt im vorliegenden Fall dessen Drehrichtung an. Figs. 2 and 2a show in particular the arrangement of flushing grooves 2 i that are in the peripheral surface of the trunnion g 2 f and 2 are each provided. These flushing grooves 2 i are set at an angle α or α * against the axis of rotation of the impeller 2 such that their flow is conveyed in the direction of the effective pressure gradient. The arrow on the impeller 2 according to FIG. 2a shows its direction of rotation in the present case.

Fig. 3 zeigt die vollständige Symmetrie der durchströmten Bereiche des Laufrades 2. In Verbindung mit dem Meridianschnitt gemäß Fig. 1 erkennt man, daß bei der Durchströmung des Laufrades 2 die Kräfte aus der Druck- und der Strömungsvertei lung, zumindest im Bereich der Schaufelkanäle 2a, in axialer Richtung weitestgehend ausgeglichen sind. Lediglich aus dem zentrischen Durchtrittsbereich 2d und 2e, der asymmetrisch durchströmt wird, resultieren geringe Impulskräfte aus der Strömungsum lenkung, die jedoch durch das Zusammenwirken des laufrad- und des gehäuseseitigen Magnetsystems 7a bzw. 7d ohne weiteres kompensiert werden können. Fig. 3 shows the complete symmetry of the flow-through areas of the impeller 2. In connection with the meridian section according to FIG. 1 it can be seen that when the impeller 2 flows through, the forces from the pressure and flow distribution, at least in the area of the blade channels 2 a, are largely balanced in the axial direction. Only from the central passage area 2 d and 2 e, which is flowed through asymmetrically, result in low momentum forces from the flow deflection, which can, however, be easily compensated for by the interaction of the impeller and housing-side magnet systems 7 a and 7 d.

Fig. 3a verdeutlicht Laufrichtung und Krümmung der Schaufelflächen 2c eines rück wärtsgekrümmten Laufrades 2. Fig. 3a shows the direction and curvature of the vane surfaces 2 c a rear Windwärts curved impeller 2.

Zur Erhöhung der Liefermenge werden Strömungsmaschinen gemäß der Erfindung, in gleicher oder unterschiedlicher Baugröße, nebeneinander geschaltet (Fig. 4). Im dargestellten Fall handelt es sich um zwei Kreiselpumpen 1, 1* gleicher Baugröße, deren zentrale Durchtrittsbereich 2d, 2e und 2d*, 2e* über eine Verbindung zwischen der zweiten zentrischen Gehäuseöffnung 1g und der ersten zentrischen Gehäuseöffnung 1c* der zweiten Strömungsmaschine 1* durchströmbar miteinander verbunden sind. Ein über den Flansch 1e eintretender Gesamtvolumentstrom Q₀ verzweigt sich in der ersten Strömungsmaschine 1 in einen über deren Laufrad geförderten Teilvolumenstrom Q₁ und einen über den zweiten zentrischen Durchtrittsbereich 2e in die zweite Strömungs maschine 1* abströmenden Teilvolumenstrom Q₀-Q₁. Letzterer wird über die zweite Strömungsmaschine 1* gefördert und gelangt zusammen mit dem ersten Teilvolumen strom Q₁ in das nachgeordnete Rohrleitungssystem. Zwecks Verbindung der beiden Strömungsmaschinen 1, 1* miteinander ist an der zweiten zentrischen Gehäuseöffnung 1g ein zweiter koaxialer Flansch 1e′ vorgesehen. Die zweite Strömungsmaschine 1* ist gehäuseseitig im Bereich des zweiten zentrischen Durchtrittsbereichs 2e* über einen Deckel 8* verschlossen.To increase the delivery quantity, turbomachines according to the invention, in the same or different sizes, are connected side by side ( FIG. 4). In the case shown, there are two centrifugal pumps 1 , 1 * of the same size, the central passage area 2 d, 2 e and 2 d *, 2 e * via a connection between the second central housing opening 1 g and the first central housing opening 1 c * of the second flow machine 1 * are connected to one another so that they can flow through. A total volume flow Q₀ entering via the flange 1 e branches in the first turbo machine 1 into a partial volume flow Q1 conveyed via its impeller and a partial volume flow Q₀-Q1 flowing out via the second central passage area 2 e into the second flow machine 1 *. The latter is conveyed via the second flow machine 1 * and reaches the downstream pipe system together with the first partial volume flow Q 1 . For the purpose of connecting the two flow machines 1 , 1 * together, a second coaxial flange 1 e 'is provided at the second central housing opening 1 g. The second flow machine 1 * is closed on the housing side in the area of the second central passage area 2 e * by a cover 8 *.

Fig. 5 verdeutlicht die äußerst kompakte Gesamtanordnung von erfindungsgemäßen Strömungsmaschinen 1, 1*, wenn diese in Mehrfachanordnung vorgesehen sind. Für eine derartige koaxiale Mehrfachanordnung gibt es bislang im Stand der Technik kein Vorbild. In ebenso einfacher wie kompakter Anordnung ist auch die Reihenschaltung von erfindungsgemäßen Strömungsmaschinen 1, 1* zum Zwecke der Druckerhöhung möglich (Fig. 6). FIG. 5 illustrates the extremely compact overall arrangement of fluid-flow machines 1 , 1 * according to the invention when these are provided in a multiple arrangement. There is currently no model for such a coaxial multiple arrangement in the prior art. In a simple and compact arrangement, the series connection of turbomachines 1 , 1 * according to the invention is also possible for the purpose of increasing the pressure ( FIG. 6).

Fig. 2 zeigt schließlich eine stopfbuchlose Strömungsmaschine, die lediglich von einem Teil der erfindungswesentlichen Merkmale Gebrauch macht. Diese Merkmale sind zum einen ein das magnetische Ankerfeld erzeugendes Magnet- oder Spulen system 4a, das im vorliegenden Fall auf einer Seite des Laufrades 2 in ringförmiger An ordnung vorgesehen ist. Dem Magnet- oder Spulensystem 4a im Laufrad 2 ist ein ge häuseseitiges Spulensystem 3a für das magnetische Statorfeld zugeordnet. Die Strömungs maschine 1 kann sowohl als Kreiselarbeitsmaschine (Kreiselpumpe oder Lüfter oder Gebläse oder Verdichter) als auch als Kraftmaschine für Gase oder Dämpfe (Gas- bzw. Dampfturbine) oder Flüssigkeiten (Flüssigkeitsturbine) arbeiten. Die nicht ausgegli chenen axialen Kräfte werden über den Lagerzapfen 2g auf ein im Gehäuse 1a angeord netes Axiallager 9 übertragen und von diesem aufgenommen. Die vorgeschlagene Strö mungsmaschine 1 kann in ihren beiden prinzipiellen Wirkungsformen dann zum Einsatz kommen, wenn die in Frage kommenden Anwendungen keinen hygienischen, sterilen oder kontaminationsfreien Bedingungen in der einleitend beschriebenen Weise unterliegen. Im Betrieb als Kraftmaschine bildet das Magnet- und Spulensystem 4a und 3a einen Generator (Innenpolmaschine). FIG. 2 finally shows a glandless machine that only makes use of part of the features essential to the invention. These features are on the one hand a magnetic armature field generating magnet or coil system 4 a, which is provided in the present case on one side of the impeller 2 in an annular arrangement. The magnet or coil system 4 a in the impeller 2 is assigned a ge-side coil system 3 a for the magnetic stator field. The flow machine 1 can work both as a centrifugal machine (centrifugal pump or fan or blower or compressor) and as an engine for gases or vapors (gas or steam turbine) or liquids (liquid turbine). The non-compensated axial forces are transmitted via the bearing journal 2 g to a thrust bearing 9 a arranged in the housing 1 a and received by the latter. The proposed flow machine 1 can be used in its two basic forms of action when the applications in question are not subject to hygienic, sterile or contamination-free conditions in the manner described in the introduction. When operating as a power machine, the magnet and coil system 4 a and 3 a forms a generator (inner pole machine).

Die Erfindung ist im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden, doch versteht es sich, daß in der Praxis von Sachkundigen Ausführungsvarianten realisiert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung und der ihr zustehenden gewerblichen Schutzrechte zu verlassen.The invention has been described in the context of a preferred embodiment, however, it goes without saying that in the practice of competent execution variants can be realized without the scope of the invention and its due leave industrial property rights.

Claims

1. A glandless turbomachine with an impeller of radial design and with a contact-free, gap-bridging electromagnetic-inductive or magnetic torque transmission between a magnetic stator field in the housing of the turbomachine and a magnetic armature field rotating with the impeller and formed therein, characterized in that

- That the impeller ( 2 ) between coaxial, central passage areas ( 2 d, 2 e) is designed to flow through in the axial direction from one end to the other,
- That the two central ends of the impeller ( 2 ) on the outside are each designed as a journal ( 2 f; 2 g);
- That in the impeller ( 2 ) a magnetic armature field generating magnet or coil system ( 4 a, 4 b) on both sides of the two blade channels ( 2 a) delimiting deck disks ( 2 b) is provided in an annular arrangement,
- And that the magnet or coil system ( 4 a, 4 b) each impeller side in the housing ( 1 a) of the turbomachine ( 1 ) each has a housing-side coil system ( 3 a or 3 b) for the magnetic stator field.

2. glandless turbomachine according to claim 1, characterized in that in the two end faces of the impeller ( 2 ), with a radial distance from its axis of rotation, each an impeller-side magnet system ( 7 c and 7 d) is provided in a ring-shaped arrangement, each interacts with an associated housing-side magnet system ( 7 a or 7 b) in such a way that the assigned magnet systems ( 7 a, 7 c and 7 b, 7 d) repel each other in the axial direction.

3. glandless fluid machine according to claim 1 or 2, characterized in that the impeller ( 2 ) from its circumferential area ( 2 h) in the area of a volute or a blade-free annular space ( 1 b) on both sides via front-side wheel side spaces ( 6 c, 6 d ) and the respective impeller bearing between the journal and a bearing ( 2 f, 5 a or 2 g, 5 b) is completely washed around into the central passage areas ( 2 d or 2 e).

4. glandless fluid machine according to claim 3, characterized in that in the outer surface of the bearing pin ( 2 f, 2 g) at least one as a flushing groove ( 2 i) acting groove-shaped recess is provided, which extends over the entire axial length of the bearing pin ( 2 f or 2 g) extends.

5. glandless turbomachine according to claim 4, characterized in that the flushing groove or grooves ( 2 i) of each bearing pin ( 2 f, 2 g) at an angle (α or α *) against the axis of rotation of the impeller ( 2 ) is or are that their flow is promoted in the direction of the effective pressure gradient.

6. glandless turbomachine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the impeller ( 2 ) is completely symmetrical on both sides of a cross-sectional plane oriented perpendicular to its axis of rotation.

7. glandless turbomachine according to claim 6, characterized in that the impeller ( 2 ) has a cylindrical, except for the flow-required inlets and outlets ( 2 a, 2 d, 2 e) circumferentially and on both sides front side completely closed outer contour.

8. Glandless fluid machine that works as a centrifugal machine (centrifugal pump or fan or blower or compressor) according to one of claims 1 to 7 is formed.

9. Glandless fluid machine that acts as an engine for gases or vapors (Gas or steam turbine) or liquids (liquid turbine) according to one of the Claims 1 to 7 is formed.

10. glandless turbomachine according to one of claims 1 to 9, characterized in that the housing ( 1 b) in the region of the second passage region ( 2 e) has a coaxial, second central housing opening ( 1 g), via which one at a first central housing opening ( 1 c) connected main line (L) continues.

11. glandless turbomachine according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least two turbomachines ( 1 ; 1 *) are arranged in a multiple arrangement such that their central passage areas ( 2 d, 2 e and 2 d *, 2 e * ) are connected to one another through a connection between the second central housing opening ( 1 g) of the first turbomachine ( 1 ) and the first central housing opening ( 1 c *) of the second turbomachine ( 1 *).

12. glandless flow machine according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least two flow machines ( 1 , 1 *) are connected in series to each other.