-
1. Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pumpenflügelrad, speziell ein Flügelrad für eine Zentrifugalfluidpumpe mit niedriger Turbulenz.
-
2. Stand der Technik
-
Mit Bezug auf 8 und 9 umfasst ein konventionelles Zentrifugalpumpenflügelrad eine erste Basiswand 11, eine zweite Basiswand 12, die zur ersten Basiswand 11 beabstandet ist, mehrere Schaufeln 13, die zwischen der ersten Basiswand 11 und der zweiten Basiswand 12 ausgebildet sind, und mehrere Läufer 14. Die zweite Basiswand 12 weist einen Einlass 121 auf, der in einem Zentrum der zweiten Basiswand 12 gebildet ist. Die Schaufeln 13 sind gekrümmt und zueinander beabstandet. Jede Schaufel 13 umfasst eine erste Schaufeloberfläche 131 und eine zweite Schaufeloberfläche 132. Jeder der Läufer 14 ist zwischen einer ersten Schaufeloberfläche 131 und einer zweiten Schaufeloberfläche 132 zweier benachbarter Schaufeln 13 für das Fließen von Fluid ausgebildet. Eine Breite einer jeden Schaufel 13 ist konstant. Eine Breite eines jeden Läufers 14 wird von einem Innenbereich in Richtung eines Randbereichs des Pumpenflügelrads 1 graduell vergrößert.
-
Wenn ein Motor das Pumpenflügelrad 1 mittels einer Getriebewelle antreibt, sich entlang der Richtung R zu drehen, strömt das Fluid durch den Einlass 121 in das Pumpenflügelrad 1 und fließt durch die Zentrifugalkraft aus den Auslässen 140 der Läufer 14. Da eine Breite eines jeden Läufers 14 von dem Innenbereich in Richtung des Randbereichs des Pumpenflügelrads 1 graduell vergrößert wird, weist jeder Läufer 14 einen laminaren Bereich 141 nahe der ersten Schaufeloberfläche 131, einen turbulenten Bereich 142 nahe der zweiten Schaufeloberfläche 132 und einen Übergangsbereich 143 auf, der zwischen dem laminaren Bereich 141 und dem turbulenten Bereich 142 ausgebildet ist. Der laminare Bereich 141, der turbulente Bereich 142 und der Übergangsbereich 143 des Läufers 14 entsprechen und kommunizieren mit dem Auslass 140. Wenn das Fluid in jeden Läufer 14 strömt, strömt ein Teil des Fluids aus dem laminaren Bereich 141 entlang der Richtung des Pfeils D, während ein Teil des Fluids innerhalb des turbulenten Bereichs 142 mehrere entgegengesetzt rotierende Wirbel V bildet und woraufhin die Wirbel V aus dem Auslass 140 strömen. Die Wirbel V sorgen dafür, dass das Fluid stark turbulent aus dem Auslass 140 strömt. Daher wird das Fluid aufgrund von durch die Wirbel erzeugten negativen Drücken entgegengesetzt fließen. Darüber hinaus entsteht leicht Kavitationskorrosion durch das Fluid und beschädigt die Schaufeln 13. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Pumpenflügelrads 1 erhöht wird, kann die Kavitationskorrosion noch stärker werden. Da unter Betriebsbedingungen die Rotationsgeschwindigkeit des konventionellen Pumpenflügelrads 1 nicht erhöht werden kann, ist die Fluidpumpeffizienz des Pumpenflügelrads 1 ungenügend.
-
Um die Nachteile zu beheben, stellt die vorliegende Erfindung ein Flügelrad für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz bereit, um die oben genannten Probleme abzuschwächen oder zu vermeiden.
-
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Flügelrad für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz bereitzustellen, das in der Lage ist, Kavitationskorrosion durch das Fluid zu eliminieren, um den Energieverbrauch zu reduzieren und die Fluidpumpeffizienz zu erhöhen.
-
Das Flügelrad für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz umfasst eine erste Basiswand, eine zweite Basiswand, mehrere Führungsschaufeln, mehrere Rückwandplatten und mehrere Läufer.
-
Die erste Basiswand weist eine erste Innenfläche und einen ersten Randbereich auf. Die zweite Basiswand ist zur ersten Basiswand beabstandet. Die zweite Basiswand weist eine zweite Innenfläche, die der ersten Innenfläche zugewandt ist, einen zweiten Randbereich und einen Einlass auf. Der Einlass ist durch die zweite Basiswand hindurch ausgebildet. Die Führungsschaufeln sind mit der ersten Innenfläche und der zweiten Innenfläche verbunden. Die Führungsschaufeln sind gekrümmt und zueinander beabstandet. Jede der Führungsschaufeln weist ein inneres Ende, ein äußeres Ende, eine erste Schaufeloberfläche und eine zweite Schaufeloberfläche auf. Die mehreren Rückwandplatten sind jeweils am ersten Randbereich der ersten Basiswand und am zweiten Randbereich der zweiten Basiswand ausgebildet. Die Rückwandplatten sind ringförmig zueinander beabstandet. Jede der Rückwandplatten ist integral mit dem äußeren Ende einer jeweiligen Führungsschaufel verbunden. Jeder der Läufer ist zwischen zwei benachbarten Führungsschaufeln ausgebildet. Jeder der Läufer weist einen Auslass auf. Der Auslass ist zwischen zwei benachbarten Rückwandplatten ausgebildet. Jeder der Läufer weist einen laminaren Bereich und einen turbulenten Bereich auf. Der laminare Bereich ist nahe der ersten Schaufeloberfläche einer der zwei benachbarten Führungsschaufeln ausgebildet und kommuniziert mit dem Auslass. Der turbulente Bereich ist nahe der zweiten Schaufeloberfläche der anderen Führungsschaufel ausgebildet und mit der entsprechenden Rückwandplatte ausgerichtet.
-
Weitere Ziele, Vorteile und neuartige Eigenschaften der Erfindung werden durch die folgenden detaillierten Beschreibungen deutlicher werden, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gesehen werden.
-
ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine perspektivische Teilansicht eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Flügelrads für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz gemäß der vorliegenden Erfindung, die die Verbindung einer ersten Basiswand, einer zweiten Basiswand, einer Führungsschaufel und einer Rückwandplatte zeigt;
-
2 ist eine schematische seitliche Schnittansicht des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels des Flügelrads für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz aus 1;
-
3 ist eine schematische Schnittansicht des Flügelrads von vorne für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz aus 1, die zeigt, wie ein Teil des Fluids im laminaren Bereich aus einem Einlass fließt, und wie ein Teil des Fluids im turbulenten Bereich und dem Übergangsbereich durch eine Blockierfläche der Rückwandplatte blockiert wird;
-
4 ist eine perspektivische Schnittansicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Flügelrads für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
5 ist eine schematische Schnittansicht des Flügelrads für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz aus 4, die zeigt, wie ein Teil des Fluids im laminaren Bereich aus einem Einlass fließt, und wie ein Teil des Fluids im turbulenten Bereich und dem Übergangsbereich durch eine Blockierfläche der Rückwandplatte blockiert wird;
-
6 ist eine perspektivische Ansicht eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Flügelrads für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
7 ist eine schematische Frontalteilansicht des Flügelrads für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz in 6;
-
8 ist eine perspektivische Schnittansicht eines konventionellen Zentrifugalpumpenflügelrads und
-
9 ist eine schematische Schnittansicht des konventionellen Zentrifugalpumpenflügelrads aus 8 von vorne, die die Fließrichtung des Fluids zeigt.
-
Mit Bezug auf 1 ist ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Flügelrads für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Gehäuse einer Zentrifugalpumpe (in den Zeichnungen nicht gezeigt) ausgebildet. Die Zentrifugalpumpe rotiert das Flügelrad mit niedriger Turbulenz.
-
Mit Bezug auf 1 bis 3 umfasst das Flügelrad für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz eine erste Basiswand 2, eine zweite Basiswand 3, mehrere Führungsschaufeln 4, mehrere Rückwandplatten 5 und mehrere Läufer 6.
-
Die erste Basiswand 2 ist kreisförmig und umfasst eine erste Innenfläche 21, einen ersten Randbereich 22 und einen Verbindungsbereich 23. Der Verbindungsbereich 23 ist mit einer Getriebewelle eines Motors verbunden und wird durch den Motor rotiert. Die zweite Basiswand 3 ist parallel zur ersten Basiswand 2 und zu dieser beabstandet. Die zweite Basiswand 3 ist kreisförmig und weist eine zweite Innenfläche 31, die der ersten Innenfläche 21 zugewandt ist, einen zweiten Randbereich 32 und einen Einlass 33 auf. Der Einlass 33 ist durch die zweite Basiswand 2 hindurch ausgebildet, um dem Fluid, wie beispielsweise Luft oder Flüssigkeit, zu ermöglichen, einzudringen. Die Führungsschaufeln 4 sind mit der ersten Innenfläche 21 und der zweiten Innenfläche 31 verbunden. Die Führungsschaufeln 4 sind gekrümmt und zueinander beabstandet. Jede der Führungsschaufeln 4 ist gewölbt und weist ein inneres Ende 41, ein äußeres Ende 42, eine erste Schaufeloberfläche 43 und eine zweite Schaufeloberfläche 44 auf. Das innere Ende 41 und das äußere Ende 42 sind einander gegenüber ausgebildet. Die erste Schaufeloberfläche 43 ist zwischen dem inneren Ende 41 und dem äußeren Ende 42 ausgebildet. Die zweite Schaufeloberfläche 44 ist der ersten Schaufeloberfläche 43 gegenüber ausgebildet.
-
Die mehreren Rückwandplatten 5 sind zwischen dem ersten Randbereich 22 der ersten Basiswand 2 und dem zweiten Randbereich 32 der zweiten Basiswand 3 ausgebildet. Im ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Rückwandplatten 5 mit der ersten Innenfläche 21 der ersten Basiswand 2 und der zweiten Innenfläche 31 der zweiten Basiswand 3 verbunden. Die Rückwandplatten 5 sind ringförmig und zueinander beabstandet. Jede der Rückwandplatten 5 ist integral mit dem äußeren Ende 42 einer entsprechenden Führungsschaufel 4 verbunden, um das Fluid zu blockieren.
-
Jeder der Läufer 6 ist zwischen zwei benachbarten Führungsschaufeln 4 und zwei benachbarten Rückwandplatten 5, die mit besagten zwei Führungsschaufeln 4 verbunden sind, ausgebildet. Jeder der Läufer 6 weist einen Auslass 60 auf. Der Auslass 60 ist zwischen besagten zwei Rückwandplatten 5 ausgebildet. Jeder der Läufer 6 weist einen laminaren Bereich 61, einen turbulenten Bereich 62 und einen Übergangsbereich 63 auf. Der laminare Bereich 61 ist nahe der ersten Schaufeloberfläche 43 einer der zwei benachbarten Führungsschaufeln 4 ausgebildet und kommuniziert mit einem entsprechenden Auslass 60. Der turbulente Bereich 62 ist nahe der zweiten Schaufeloberfläche 44 der anderen Führungsschaufel 4 ausgebildet und an die entsprechende Rückwandplatte 5 angefügt. Der Übergangsbereich 63 ist zwischen dem laminaren Bereich 61 und dem turbulenten Bereich 62 ausgebildet und an die entsprechende Rückwandplatte 5 angefügt.
-
Speziell umfasst jede Rückwandplatte 5 ein Verbindungsende 51 und ein Abschlussende 52. Das Verbindungsende 51 ist mit dem äußeren Ende 42 einer entsprechenden Führungsschaufel 4 verbunden. Das Abschlussende 52 ist dem Verbindungsende 51 der Rückwandplatte 5 entgegengesetzt ausgebildet. Das Verbindungsende 51 jeder Rückwandplatte 5 ist mit einem äußeren Ende 42 der entsprechenden Führungsschaufel 4 integral verbunden, um das Fluid davon abzuhalten, zwischen der Rückwandplatte 5 und der Führungsschaufel 4 auszufließen.
-
Zusätzlich weist jede Rückwandplatte 5 eine Blockierfläche 53 auf, die zwischen dem Verbindungsende 51 und dem Abschlussende 52 ausgebildet ist. Die Blockierfläche 53 wird verwendet, das fließende Fluid zu blockieren. Die Blockierfläche 53 jeder Rückwandplatte 5 und die zweite Schaufeloberfläche 44 einer entsprechenden Führungsschaufel 4 sind miteinander verbunden und weisen einen eingeschlossenen Winkel A auf. Der eingeschlossene Winkel A ist ein stumpfer Winkel und ist gemäß einer vorliegenden Ausgestaltungsanforderung veränderbar.
-
Wenn der Motor das Flügelrad für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz zum Drehen entlang einer Richtung R mittels einer Getriebewelle antreibt, strömt das Fluid durch den Einlass 33 in das Flügelrad mit niedriger Turbulenz und durch die Zentrifugalkräfte strömt das Fluid dann in jeden der Läufer 6. Ein Teil des Fluids strömt aus dem laminaren Bereich 61 entlang einer Richtung D durch den Auslass 60 und ein Teil des Fluids in dem turbulenten Bereich 62 und dem Übergangsbereich 63 wird durch die Blockierflächen 53 der Rückwandplatten 5 blockiert. So werden mehrere Wirbel mit Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn, die durch das Fluid im turbulenten Bereich 61 gebildet werden, durch die Blockierfläche 53 blockiert und strömen nicht aus dem Flügelrad mit niedriger Turbulenz, und das Fluid, das durch den Auslass 60 jedes Läufer 6 ausfließt, ist in einem Zustand niedriger Turbulenz. Das Phänomen des entgegengesetzten Flusses, das durch negative Drücke erzeugt wird, und die Kavitationskorrosion, die durch turbulenten Fluss erzeugt wird, ist reduziert, um die Führungsschaufeln 4 vor Beschädigung zu bewahren. Weiter wird die Rotationsgeschwindigkeit des Flügelrads für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz erhöht, um die Fluidpumpeffizienz zu erhöhen.
-
In dem ersten Ausführungsbeispiel ist eine Länge jeder Rückwandplatte 5 entsprechend einer Fläche des Auslasses 60 ausgestaltet. Die Fläche des Auslasses 60 wird entsprechend einer Fläche des Einlasses 33 und einer Fließgeschwindigkeit der aus dem Auslass strömenden Fluid berechnet. Ein Reduzierungsverhältnis des Auslasses 60 wird durch die Fließgeschwindigkeit des Fluids, das aus dem Einlass 33 strömt, geteilt durch die Fließgeschwindigkeit des Fluids, das aus dem Auslass 60 strömt, berechnet. Mit Bezug auf 4 und 5 ist ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Flügelrads für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Struktur und Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispiels sind nahezu identisch zu dem ersten Ausführungsbeispiel. Das Flügelrad für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz weist ein Ringelement 50B auf.
-
Das Ringelement 50B ist fest um den ersten Randbereich 22 der ersten Basiswand 2 und den zweiten Randbereich 32 der zweiten Basiswand 3 herum ausgebildet. Das Ringelement 50 ist fest an der ersten Basiswand 2 und der zweiten Basiswand 3 durch Verlöten oder Verschrauben ausgebildet. Das Ringelement 50B umfasst zwei Ringe 54B und mehrere Rückwandplatten 55B. Die Ringe 54B sind zueinander beabstandet. Die Rückwandplatten 55B sind zwischen den Ringen 54B ausgebildet.
-
Mit Bezug auf 6 und 7 ist ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Flügelrads für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Struktur und Funktionsweise des dritten Ausführungsbeispiels sind nahezu identisch zu dem ersten Ausführungsbeispiel. Das Flügelrad für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz weist mehrere Führungsschaufeln 4C auf. Jede der Führungsschaufeln 4C umfasst ein inneres Ende 41C. Das innere Ende 4C ist relativ zum inneren Ende 41 der Führungsschaufeln 4 gewölbt.
-
Das Flügelrad für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz ist für Fluide mit einer Dichte geringer als 1, wie beispielsweise Luft, ausgelegt.
-
Jedes der bevorzugten Ausführungsbeispiele des Flügelrads für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz umfasst mehrere in den Läufern 6 ausgebildete Rückwandplatten 5, 55B, sodass das Fluid nur aus dem laminaren Bereich 61 aus dem Auslass 60 ausströmen kann. Dadurch ist das Fluid, das durch jeden Auslass 60 strömt, in einem Zustand niedriger Turbulenz. Das Phänomen des entgegengesetzten Flusses, das durch negative Drücke erzeugt wird, und die Kavitationskorrosion, die durch turbulenten Fluss erzeugt wird, ist reduziert, um die Führungsschaufeln 4 vor Beschädigung zu bewahren. Weiter wird die Rotationsgeschwindigkeit des Flügelrads für eine Fluidpumpe mit niedriger Turbulenz erhöht, um die Fluidpumpeffizienz zu erhöhen.
-
Obwohl zahlreiche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung zusammen mit Details der Struktur und Eigenschaften der Erfindung in der vorangegangenen Beschreibung angeführt wurden, hat die vorliegende Offenbarung nur illustrativen Charakters. Änderungen von Details, speziell hinsichtlich der Form, Größe und Anordnungen von Bauteilen können innerhalb der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung in vollem Umfang vorgenommen werden, der durch die breite allgemeinen Bedeutung der Begriffe, in denen die angehängten Ansprüche ausgedrückt sind, angedeutet ist.
