DE202004021643U1 - hybrid pump - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hybridpumpe zum Fördern eines Pumpmediums gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to a hybrid pump for conveying a pumping medium according to the preamble of the claim 1.
Unter einer Hybridpumpe wird vorliegend eine Pumpe verstanden, die in einer ersten Betriebsart als Verdrängermaschine und in einer zweiten Betriebsart als Strömungsmaschine arbeitet, um die jeweiligen Vorzüge dieser beiden Pumpenarten miteinander kombinieren zu können.Under a hybrid pump is understood in the present case a pump which in a first mode as positive displacement machine and in a second mode operates as a turbomachine, to the respective advantages of these two types of pumps with each other to be able to combine.
Eine verbreitete Strömungsmaschine ist die Kreiselpumpe. Sie zeichnet sich durch eine robuste Bauart und einen einfachen Aufbau aus und ermöglicht einen geräusch- und verschleißarmen Betrieb zur Bewältigung großer Förderströme. Häufige Einsatzgebiete von Kreiselpumpen sind das rasche Füllen und Leeren von Behältern, das Umpumpen von Flüssigkeiten etc..A widespread turbomachine is the centrifugal pump. she is characterized by a robust design and a simple structure and allows a low-noise and low-wear Operation for coping with large flow rates. Frequent applications of centrifugal pumps are the rapid Filling and emptying of containers, pumping of liquids etc ..
Nachteilig beim Einsatz von Kreiselpumpen ist die Tatsache, daß ein selbstansaugender Betrieb nicht möglich ist. Für das Anlaufen der Kreiselpumpe wurden daher in der Vergangenheit zusätzlich Ansaughilfen in Form einer Kolbenansaugstufe o. dgl. vorgesehen.adversely when using centrifugal pumps is the fact that a Self-priming operation is not possible. For Starting the centrifugal pump were therefore in the past additional priming aids in the form of a piston suction stage o. The like. Provided.
Eine
verbreitete Verdrängermaschine ist die Flügelzellenpumpe.
Sie ermöglicht zwar einen selbstansaugenden Betrieb, ist
aber durch die systemimmanent auftretende Reibungsleistung mit einem
vergleichsweise hohen Betriebsgeräusch und einem hohen
Verschleiß verbunden. Einen Ansatz zur Reduzierung der
Reibungsleistung zeigt die
Eine
weitere bekannte Flügelzellenpumpe (
Bei der in Rede stehenden Hybridpumpe ist es vorgesehen, daß die Pumpe grundsätzlich die Charakteristik einer Kreiselpumpe aufweist und nur beim Anlaufen nach Art einer selbstansaugenden Flügelzellenpumpe arbeiten kann.at the hybrid pump in question, it is provided that the Pump basically the characteristic of a centrifugal pump and only at start-up in the manner of a self-priming vane pump can work.
Die
bekannte Pumpe (
Die Hybridpumpe arbeitet bei hoher Drehzahl zunächst nach Art einer Flügelzellenpumpe im selbstansaugenden Betrieb – Saugbetrieb –. Durch das Einströmen des angesaugten Pumpmediums in den Pumpraum reduziert sich die Drehzahl des Rotors auf eine Drehzahl, die im Nenndrehzahlbereich der Pumpe liegt. Durch die damit verbundene Reduzierung der Zentrifugalkraft und durch eine passend gewählte Elastizität der Rotorflügel verlieren die Rotorflügel entlang der Lauffläche gesehen jedenfalls zum Teil den Kontakt zu der Lauffläche. Bei dem somit einsetzenden Pumpbetrieb im Nenndrehzahlbereich – Nenn-Pumpbetrieb – zeigt die Pumpe dann die Charakteristik einer Kreiselpumpe.The Hybrid pump works at high speed first by type a vane pump in self-priming operation - suction -. By the inflow of the sucked pumping medium in the Pump space reduces the speed of the rotor to a speed, which is within the rated speed range of the pump. By the associated Reduction of centrifugal force and through a suitably chosen Elasticity of the rotor blades lose the rotor blades at least partially along the tread Contact to the tread. At the thus beginning pumping operation in rated speed range - nominal pumping operation - shows the pump then the characteristic of a centrifugal pump.
Die ”Umschaltung” der Hybridpumpe vom Flügelzellenpumpenbetrieb in den Kreiselpumpenbetrieb wird hier also durch eine Reduzierung der Drehzahl des Rotors bewerkstelligt. Ohne die Drehzahlreduzierung würde die Hybridpumpe im Flügelzellenpumpenbetrieb verbleiben. Eine derartige Drehzahländerung ist bei einigen Anwendungsfällen nicht gewünscht.The "switching" of Hybrid pump from vane pump operation in the centrifugal pump operation So here is accomplished by reducing the speed of the rotor. Without the speed reduction, the hybrid pump would be in vane pump operation remain. Such a speed change is at some Applications not desired.
Hinsichtlich des Anlaufverhaltens zeigt die zuvor beschriebene Pumpe im übrigen eine Besonderheit, die mit dem Pumpbetrieb an sich nichts zu tun hat. Die Rotorflügel sind aus einem elastisch verformbaren Material ausgestaltet und kontaktieren im Leerlaufbetrieb bei mit geringer Drehzahl betriebenem Rotor die Lauffläche des Pumpraums nicht oder nur zeitweise. Dadurch ist der Anlaufwiderstand der Pumpe besonders gering und sie erreicht schnell ihre hohe Leerlaufdrehzahl.Regarding the startup behavior shows the previously described pump otherwise a special feature that has nothing to do with the pumping operation itself Has. The rotor blades are made of an elastically deformable Material designed and contact in idle mode with with low speed rotor operated the tread of the Pump room not or only temporarily. This is the starting resistance The pump is particularly low and it quickly reaches its high idle speed.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bekannte Hybridpumpe derart hinsichtlich des Ansaug- und Pumpbetriebs auszugestalten und weiterzubilden, daß der Übergang der Hybridpumpe vom Flügelzellenpumpenbetrieb in den Kreiselpumpenbetrieb nicht notwendigerweise mit einer Drehzahlreduzierung verbunden ist.Of the The present invention is based on the problem known Hybrid pump so in terms of the suction and pumping to design and further that transition of the hybrid pump from vane pump operation to centrifugal pump operation not necessarily associated with a speed reduction.
Das oben genannte Problem wird bei einer Hybridpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.The above problem is in a hybrid pump with the features of the preamble of claim 1 by the features of the characterizing one Part of claim 1 solved.
Wesentlich ist die Tatsache, daß sich im Nenn-Pumpbetrieb zwischen den Flügelspitzen des Rotors und der Lauffläche ein Schmierfilm aus Pumpmedium nach Art einer hydrodynamischen Gleitlagerung bildet. Damit ist gewährleistet, daß im Nenn-Pumpbetrieb zwischen den Flügelspitzen und der Lauffläche ausschließlich Flüssigkeitsreibung herrscht.Essential is the fact that in nominal pumping operation between the wing tips of the rotor and the tread a lubricating film of pumping medium in the manner of a hydrodynamic sliding bearing forms. This ensures that the nominal pumping operation between the wing tips and the tread only liquid friction prevails.
Bei spezieller Ausbildung eines mit einem flüssigen Medium von bestimmter Viskosität gefüllten Spalts zwischen zwei Flächen und einer entsprechenden Relativbewegung zwischen diesen Flächen bildet sich in diesem Spalt grundsätzlich ein Schmierfilm, der sich zur Übertragung hoher Kräfte eignet. Dieser Effekt wird bei der Auslegung hydrodynamischer Gleitlager ausgenutzt und bildet auch den der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Wirkmechanismus.at special training one with a liquid medium of certain viscosity filled gap between two surfaces and a corresponding relative movement between These surfaces are basically formed in this gap a lubricating film that transmits high forces suitable. This effect is used in the design of hydrodynamic plain bearings exploited and also forms the basis of the present invention Mechanism of action.
Der obige Wirkmechanismus wird hier dafür genutzt, um den oben beschriebenen Übergang vom Flügelzellenpumpenbetrieb in den Kreiselpumpenbetrieb sicherzustellen. Die Auslegung von Rotor und Lauffläche sind so auf den Nenndrehzahlbereich und die Viskosität abgestimmt, daß die Rotorflügel, die im Leerlaufbetrieb und bei im Nenndrehzahlbereich betriebenem Rotor mit ihren Flügelspitzen die Lauffläche kontaktieren würden, im Nenn-Pumpbetrieb durch die Bildung des Schmierfilms von der Lauffläche gewissermaßen abheben.Of the The above mechanism of action is used here for the above described transition from vane pump operation to ensure the centrifugal pump operation. The design of rotor and tread are so on the rated speed range and the Viscosity matched that the rotor blades, operated in idle mode and at rated speed range Rotor with its wing tips contact the tread in nominal pumping mode by the formation of the lubricating film lift off from the tread, so to speak.
Durch das obige Abheben der Rotorflügel geht die Hybridpumpe in den Kreiselpumpenbetrieb über. Die im Flügelzellenpumpenbetrieb vorhandene Festkörperreibung zwischen den Flügelspitzen und der Lauffläche des Pumpraums ist dann in Flüssigkeitsreibung übergegangen.By the above lifting of the rotor blades goes the hybrid pump in the centrifugal pump operation over. The in vane pump operation existing solid friction between the wing tips and the tread of the pump chamber is then transferred to fluid friction.
Um
den Aufbau des Schmierfilms aus Pumpmedium nach Art einer hydrodynamischen
Gleitlagerung sicherstellen zu können, sind eine Reihe
von Randbedingungen einzuhalten. Hierfür darf auf die einschlägige
Fachliteratur verwiesen werden (
Eine der obigen Randbedingungen liegt in der Auslegung der Exzentrizität des Rotors im Pumpraum, die die Bewegung der Rotorflügel bei einer Rotorumdrehung bestimmt. Ferner ist das Gewicht der Rotorflügel hinsichtlich der entstehenden Zentrifugalkraft von Bedeutung. Auch die Oberfläche der Flügelspitzen sowie der Lauffläche, insbesondere die dortige Rauhtiefe, sind wichtige Einflußfaktoren für die Bildung des obigen Schmierfilms. Schließlich kann eine spezielle Formgebung der Flügelspitzen die Bildung des Schmierfilms fördern. Vorteilhaft ist beispielsweise eine entsprechende Anfasung der Flügelspitzen.A the above boundary conditions lies in the design of the eccentricity the rotor in the pump room, which controls the movement of the rotor blades determined at one rotor revolution. Furthermore, the weight of the rotor blades in terms of the resulting centrifugal force of importance. Also the surface of the wing tips and the tread, in particular the local roughness, are important influencing factors for the formation of the above lubricating film. Finally, one can special shape of the wing tips the formation of the Promote lubricating film. For example, it is advantageous appropriate chamfering of the wing tips.
Es läßt sich zusammenfassen, daß der Aufbau des Schmierfilms aus Pumpmedium nach Art einer hydrodynamischen Gleitlagerung allein ursächlich für das Abheben der Rotorflügel von der Lauffläche ist, eine Drehzahländerung ist für das Abheben der Rotorflügel nicht notwendig.It can be summarized that the structure the lubricating film of pumping medium in the manner of a hydrodynamic Slide bearing alone is the cause of the lift-off the rotor blade is off the tread, a speed change is not necessary for lifting the rotor blades.
Die Beweglichkeit der Rotorflügel relativ zum Rotor im übrigen ergibt sich vorzugsweise durch eine nachgiebige oder elastische Ausgestaltung des Rotors. Es kann aber auch vorgesehen werden, daß der Rotor für die Sicherstellung der Beweglichkeit Scharniere zwischen den einzelnen Rotorkomponenten aufweist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Material des Rotors nicht hinreichend nachgiebig und/oder elastisch ist, wie es bei der Auslegung des Rotors für chemisch aggressive Pumpmedien der Fall sein kann.The Mobility of the rotor blades relative to the rotor in the rest preferably results from a resilient or elastic Design of the rotor. But it can also be provided that the rotor for ensuring mobility hinges between having the individual rotor components. This is especially true advantageous if the material of the rotor is not sufficiently yielding and / or is elastic, as in the design of the rotor for chemically aggressive pumping media may be the case.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im Zuge dieser Erläuterungen werden weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen und weitere Merkmale, Eigenschaften, Aspekte und Vorteile der Erfindung mit erläutert. In der Zeichnung zeigtin the The following is the invention with reference to the drawing with reference explained in detail on preferred embodiments. In the course of this explanation will be further embodiments and further education and other features, characteristics, aspects and advantages of the invention with explained. In the drawing shows
Der
Pumpraum
Wie
sich aus
Die
Wesentlich
ist im Ansaugbetrieb die Tatsache, daß die Rotorflügel
Wesentlich
ist weiter, daß die Rotorflügel
Hierfür
ist die Anordnung des Rotors
Die oben beschriebene, spezielle Auslegung der Hybridpumpe läßt sich aus den im allgemeinen Teil der Beschreibung genannten, allgemeinen Auslegungsregeln für hydrodynamische Gleitlager ableiten, oder aber durch Versuche ermitteln. Weiter unten werden noch konkrete Werte für die Realisierung einer solchen Hybridpumpe genannt.The described above, special design of the hybrid pump leaves from the general part of the description, general Derive design rules for hydrodynamic plain bearings, or by testing. Below are still concrete Values for the realization of such a hybrid pump called.
Es
läßt sich zusammenfassen, daß die erfindungsgemäße
Hybridpumpe
Nach
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weisen die Flügelspitzen
Die
für den oben beschriebenen Betrieb der Hybridpumpe
Eine
besonders kostengünstige Fertigung des Rotors
Es
kann aber auch vorteilhaft sein, den Rotor
Eine
besonders bevorzugte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, daß die
einzelnen Rotorkomponenten über Scharniere miteinander
verbunden sind. Nach einer ein fachen Ausgestaltung sind die Rotorflügel
Bei
der in
Im
einzelnen weisen die Rotorflügel
Aus
der oben beschriebenen Betriebsweise der erfindungsgemäßen
Hybridpumpe
Dabei
kann die Vorspannung in eine Richtung zu der Lauffläche
Der
oben beschriebene Aufbau eines Schmierfilms aus Pumpmedium nach
Art einer hydrodynamischen Gleitlagerung läßt
sich noch an ganz anderer Stelle vorteilhaft einsetzen. An die Lauffläche
In
besonders bevorzugter Ausgestaltung ist nun der Rotor
Besonders
vorteilhaft ist dabei, wenn die Lagerung des Rotors
Zur
Förderung der Bildung des oben beschriebenen Schmierfilms
zwischen den Rotorseiten
Es
sind zahlreiche Möglichkeiten zur Parametrierung der erfindungsgemäßen
Hybridpumpe
Im
folgenden wird eine bevorzugte Parametrierung vorgestellt, die sich
insbesondere für das Pumpmedium Wasser eignet. Dabei ist
ein Betrieb der Hybridpumpe
Nach
der bevorzugten Parametrierung umfaßt der Nenndrehzahlbereich
jedenfalls eine Drehzahl von ca. 8.000 U/min, wobei der Durchmesser des
Rotors
Das
Rotormaterial hat bei dieser bevorzugten Parametrierung eine am
Rotor
Die
zuvor beschriebene, bevorzugte Parametrierung ist nicht beschränkend
zu verstehen. Es sind auch Abweichungen möglich und vorgesehen. Insbesondere
liegt die Laufgeschwindigkeit der Flügelspitzen
Der
Rotor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years | ||
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R071 | Expiry of right | ||
R071 | Expiry of right |