DE2352641A1

DE2352641A1 - Mehrstufige zentrifugalpumpe

Info

Publication number: DE2352641A1
Application number: DE19732352641
Authority: DE
Inventors: Scott J Shuey; Wallace L Smith; Harold G Wilk
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: BW IP International Inc
Priority date: 1972-11-06
Filing date: 1973-10-19
Publication date: 1974-05-16
Also published as: JPS5325122B2; DE2352641B2; GB1421807A; IT995941B; BR7308612D0; NL176094C; FR2205951A5; CA983318A; NL7315050A; US3788764A; DE2352641C3; AU6080873A; JPS4978202A

Description

Mehrstufige Zentrifugalpumpe -

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifugalpumpe mit einem länglichen Pumpengehäuse,'in dem an beiden Enden das mit einer

verbundene Laufrad gelagert ist, wobei wenigstens eine Auslaßstufe vorgesehen ist_s die spiralförmige Kanäle mit einander dia· metral gegenüberliegenden Vorderkanten aufweist.

ährend des Betriebs von Zentrifugalpumpen der eingangs genannten krt₉ bei denen Laufradschaufeln an den Vorderkanten spiralförmiger Kanäle in der Auslaßstufe, die entweder eine Zwischenstufe oder die letzte Stufe sein kann, vorbeilaufen, treten infolge beträchtlicher Druckstöße in. der Pumpenanordnung und in den ausgangsseitigen Leitungen Schwierigkeiten auf. Die Druckstöße werden erzeugt, wenn solche Pumpen mit einer hohen Drehzahl und unter hohem Druck betrieben werden, wie es z.B. bei Kesselspeisepumpen oder bei anderen Pumpen der Fall ist₃ wo Drehzahlen von über H.ooo U/min» und Drucke von über 3oo kg/cm auftreten- können» Diese Schwierigkeiten liegen auch bei anderen Pumpen vor, die mit niedrigerer Geschwindig

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keit und bei niedrigerem Druck gefahren werden, jedoch sind dann die Auswirkungen nicht so stark.

!Insbesondere können solche Pumpen durch den Bruch der Membranen oder Unterteilungen zwischen den Stufen beschädigt werden, wenn die ausgangsseitigen Leitungen durch die Druckstöße zum Vibrieren gebracht werden, was manchmal zu Resonanzerscheinungen dieser Leitungen und verstärkten Stoßen führen kann, so daß die Leitungen oder ihre Befestigungen oder andere Vorrichtungen zerstört werden kön- j nen. Diese Schwierigkeit ist besonders bei mehrstufigen Zentrifugal. pumpen infolge der solchen Pumpen anhaftenden Charakteristik an der Auslaßstufe gegeben, also entweder an der letzten Stufe oder an einer Zwischenstufe mit einer Abzweigung für das Strömungsmit-

tel₉ wobei spiralförmige Kanäle gleicher Länge von den getrennten,;' diametral gegenüberlxegenden Vorderkanten der Spiralen an der einen Stufe zur nächsten Stufe führen, so daß die an den Vorderkanten durch die Laufräder mit einer ungeraden Anzahl von gleich weit einander entfernten Schaufeln erzeugten Druckstöße vernichtet wer- !den., indem sich die 18o° phasenverschobenen Druckstöße beim Zusam-i imentreffen im Saugmund der nächsten Stufe gegenseitig aufheben« Jedoch sind die Strömungswege an der Auslaßstufe, wenn sie die _; !Zwischenstufe einer mehrstufigen Zentrifugalpumpe ist, von den

!Vorderkanten der Spiralen zum Auslaß normalerweise ungleich lang,

j so daß sich die Druckstöße nicht aufheben und sich daher ausgangs-' seitig fortpflanzen,. Desgleichen, nämlich ungleich lange Strömungs-

j wege von den Spiralen der letzten Stufe zum Auslaß an einer Pumpen- !seitej ergibt sich auch beim Auslaß der letzten Stufe in einer

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mehrstufigen Zentrifugalpumpe, bei der die Strömungsrichtung umge- ;kehrt wird, um axiale Kräfte auf die Welle auszugleichen. ί

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; Daher· besteht die Aufgabe, bei Pumpen der eingangs erwähnten Art 1

[die oben genannten Schwierigkeiten zu vermeiden. 1

S Diese Aufgabe wird erfindungs gemäß nach den Merkmalen des Anspruchis

'1 gelöst. Die Erfindung sieht in einer mehrstufigen Zentrifugalpumpe mit einem Doppel-Spiralgehäuse an der Auslaßstufe,also entweder an einer Zwischenstufe mit Auslaß oder an der letzten ,Stufe, eine Anordnung vor, durch die die an den Nasen der Spirale beim IVorbeilaufen des Laufrades erzeugten Druckstöße sich gegenseitig

jaufheben. Insbesondere vermittelt die. Erfindung den Aufbau einer

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mit einem Auslaß versehenen Stufe, in der das Laufrad in gleichen !Abständen eine ungerade Anzahl von Schaufeln aufweist, in der die !Vorderkanten der Spiralen diametral gegenüberliegen und in der die

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jvon den Vorderkanten wegführenden Strömungswege gleich lang sind

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jund in einer gemeinsamen Zone zusammentreffen, wobei sich in die-

Iser Zone die um 18o phasenverschobenen Druckstöße innerhalb der :Pumpe gegenseitig wirksam aufheben, so daß die ausgangsseitigen !Leitungen und Vorrichtungen, wie z.B. Ventile, Instrumente und dgl von den Stoßen verschont werden. Mit der erfindungsgemäßen Ausführung einer Pumpe sind die sich aus den Druckstößen ergebenden Schwierigkeiten bei ausgangsseitigen Leitungen, die eine Resonanzlänge aufweisen, vollständig umgangen. ■ .

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pie Erfindung wird nun an einem Ausführungsbeispiel und anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es stellt dar:

jFig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße mehrstu-

j fige Zentrxfugalpumpe;

sFig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1;

jFig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 1; und

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Fig. 4- einen Schnitt entlang der Linie 4·-M- der Fig. 1.

Die dargestellte Pumpe ist insbesondere als Kesselspeisepumpe für

hohen Förderdruck, etwa 3oo kg/cm ,verwendbar. In einer Bohrung 11

sines Zylinders Io befindet sich ein aus zwei Hälften zusanmengeetztes Doppelspiralgehäuse 12, wobei die Hälften entlang einer

Mittelebene durch Befestigungselemente 14· miteinander verbunden ind. Die Zylinderenden sind durch Befestigungsmittel 17 und 18 .it Seitenwänden 15 und 16 verschlossen. Eine Welle 19 ist in be- ' kannter Weise in nicht gezeigten Vorrichtungen drehbar gelagert ^! und erstreckt sich durch die Seitenwände 15 und 16, wobei geeig- ^: nete Lagerbuchsen 2o und 21 und Dichtungen vorgesehen sind, um einen Austritt des Strömungsmittels aus dem Zylinder Io zu verhindern .
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ber Zyüider Io ist mit einem Einlaß 2 2 und einem Auslaß 2 3 versehen, wobei der Einlaß an einem Zylinderende angrenzt und der Aus-

jlaß zwischen den Zylinderenden gelegen ist. Die dargestellte Pumpe weist fünf Stufen auf, jedoch können auch andere Stufenanordnungen

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I verwendet werden* Die erste Stufe Sl weist ein mit der Welle 19 ^:bei 25 Verkeiltes Doppellaufrad zum Ansaugen von Strömungsmittel lauf, wobei das Laufrad innerhalb von Ringen 26 gelegen ist, die

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^! mit dem Spiralgehäuse 12 fixiert sind. Das Laufrad 24 weist gegen-:

•überliegende Ansaugöffnungen 27 auf, die vom Einlaß 22 über einen⁵ durch das Spiralgehäuse 12, den Zylinder Io und der Seitenwand 16 |

!bestimmten Hohlraum 28 und über einen Einlaßkanal 29 im Spiralge- j

:häuse 12 mit Strömungsmittel versorgt werden* |

Wenn sich das Laufrad 24 dreht, wird Strömungsmittel durch mehrere in Umfangsrichtung auf Abstand gehaltene Schaufeln 24v zu im Spir ralgehäüse ausgebildeten Kanälen 3o gefördert, wobei sich diese Kanäle, wie mit unterbrochenen Linien bei 3oa dargesta.lt ist, in axialer Richtung wölben und Strömungsmittel zur zweiten Stufe S2

leiten. Im Einlaßkahal 29 und im Abschnitt 3oa eines jeden Kanals i ■ . -

! 3o sind gewöhnliche Leitbleche 31,32 vorgesehen, die bei Eintritt

j des Strömungsmittels in die zweite Stufe S2 die Bildung von Strö-

jmungswirbeln durch die rotierenden Pumpenteile verhindern sollen.

in der zweiten Stufe, S2 ist ein einfaches Laufrad 33 mit einer An-' Säugöffnung 34 und Schaufeln 34v für eine Förderung des Strömungsmittels zu gegenüberliegenden Kanälen 35 vorgesehen, die zur nachfolgenden Stufe S3 führende Abschnitte 35a aufweisen, wobei die j Stufe S3 wie die Stufe S2 ein Laufrad 36 mit Schaufeln 36v zur Förl-

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derung von Strömungsmittel in gegenüberliegende Kanäle 37 aufweist}.

Diese Kanäle 37 erstrecken sich_s wie in Fig. 1 zu sehen ist, mit ihren Abschnitten 37a über die fünfte und vierte Stufe S5 und S4

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jnach links zu einer Ansaugöffnung 38 des Laufrades 39 in der vier- ■ jten Stufe, das Schaufeln 39v für die Förderung von Strömungsmittel jin die Kanäle 4o aufweist, deren gewölbte Abschnitte 4oa zu einer ^j lAnsaugöffnung 41 eines Laufrades 42 in der fünften Stufe führt,

jdas seinerseits Schaufeln 41v zur Förderung von Strömungsmittel in Auslaßkanäle 42 aufweist.

Insoweit ist die mehrstufige Pumpe im wesentlichen bekannt, und die Kräfte auf der Welle 19 werden im wesentlichen durch die in entgegengesetzter Richtung arbeitenden Stufen Sl,S2 und andererseits S3 und SM- und durch das" doppelte Laufrad in der ersten Stufe Sl ausgef glichen.

!Gewöhnlich treten im Strömungsmittelausfluß der letzten Stufe S5 ^[

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!oder irgendeiner dazwischenliegenden Stufe Druckstöße auf, die die ausgangsseitig vorhandenen Leitungen oder Einrichtungen und die Puiipejbeschädigen können. Solche Druckstöße können erzeugt werden, wenii die Laufradschaufeln an den Vorderkanten der Spiralen 3ol,351,3 71, Hol,421 in den Stufen Sl bis S5 vorbeilaufen. Mit der erfindungsge^- jmäßen Ausführungsform jedoch können solche Druckstöße vermieden

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!werden, indem gleich lange Strömungswege vorgesehen werden, die ^; 'von den Vorderkanten zu einem gemeinsamen !Konvergenzpunkt führen, ^ und indem eine ungerade Anzahl gleichmäßig auf Abstand gehaltener ! Laufradschaufeln verwendet wird, wobei die Vorderkanten an getrenn<ten Orten diametral gegenüberliegen, wodurch, wenn die phasenverjschobenen Druckstöße den Konvergenzpunkt erreichen, diese gelöscht werden.

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j EiIv-Zwischenauslaß in Pumpen der hier beschriebenen Art kann z.B. =zur Kühlwasserversorgung eines Dampfkessels erforderlich sein, um

\die Dampftemperatur zu steuern. Auch für andere Fälle kann ein ;Zwischenauslaß notwendig sein. In der hier dargestellten Pumpe ist ;ein Zwischenauslaß in der zweiten Stufe vorgesehen, wie es am besten aus den Fign. 2 und 3 zu sehen ist.

,Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, sind die Vorderkanten 351 der Spi-I

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ralen am Eingang der Kanäle 35 um 18o° versetzt auf Abstand gehalj ten, wobei das Laufrad 3,3 fünf Laufradschaufeln 34v in gleichmäßi-

[gen Abständen aufweist. Wenn eine Laufradschaufeln 34v an einer j Vorderkante 351 vorbeiläuft, ist daher der Abstand der Laufradj schaufeln an der diametral gegenüberliegenden Seite des Laufrades

j .

;von der anderen Vorderkante 351 am größten, wodurch die Amplituden

!der Druckstöße an den zwei Vorderkanten entgegengesetzt gerichtet

ί -

!sind, d.h. daß der Druck an der einen Vorderkante am höchsten und

I an der anderen Vorderkante am niedrigsten ist.

iJeder Abschnitt des Spiralgehäuses weist einen Durchlaß 5o auf, der in einen der Kanäle 35 an den entsprechenden, um 18o° versetz-

; ten Stellen mündet und zu einem verlängerten Kanal 51 in dem jewei ligen Abschnitt des Spiralgehäuses führt. Diese Kanäle. 51 sind mit den dazugehörigen Leitungen 52 verbunden, die zu Einlassen 5 3 eines Ringkanals 54- führen, wobei die Einlasse, wie aus Fig. 2 zu sehen ist, an diametral gegenüberliegenden Stellen im Ringkanal Sh liegen. Die Durchlässe 5o, die Kanäle 51 und die Leitungen 52 vermitteln gleich lange Strömungswege zum Ringkanal 5M-. Der Ringkanal 5M

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jwird, wie gezeigt ist, am besten in der Seitenwand 16 vorgesehen, ; wobei ein Abfluß 55 gleich weit von den Einlassen 5 3 entfernt im i Ringkanal vorgesehen ist. Daraus ist ersichtlich, daß die Länge der Strömungswege von den Vorderkanten 351 der Spiralen zum Abfluß 55, = an dem die Strömungswege zusammenlaufen, übereinstimmen und, wenn äie um 18o° phasenverschobenen Druckstöße im Strömungsmittelstrom ; len Abfluß 54 erreichen, die Druckstöße sich algebraisch aufheben. jDaher' treten ausgangsseitig vom Abfluß 55 in den Leitungen und Vorrichtungen keine großen Druckstöße mehr auf, die von den Vorderkan-j ten der Spiralen erzeugt wurden.

Eine ähnlich funktionierende Anordnung ist für die Aufhebung der Druckstöße in der letzten Stufe S5 vorgesehen, wie am besten aus Fig. 4 zu ersehen ist. Die Anordnung des Laufrades 5 2 in der letzten Stufe S5 und der Vorderkante 421 der Spiralen entsprechen der in Fig. 3, so daß bei einer Roation des Laufrades phasenverschobene Druckstöße an jeder Vorderkante 421 erzeugt werden. Zur Aufhebung J

ier Druckstöße ist eine Strömungsanordnung im Spiralgehäuse 12 vor-]

gesehen, das mit der Welle 19 eine gemeinsame Kammer 60 bestimmt:, in die das Strömungsmittel aus den beiden Kanälen 42a der fünften Stufe strömt. Durch die Konvergenz des Strömungsmittels von den <■ gleich langen Strömungswegen 42a in der Kammer 60 ergibt sich darin sine Löschung der Druckstöße, wie vorher beschrieben worden ist. Das Strömungsmittel fließt dann vom Spiralgehäuse durch die Kanäle 51,und 62 in den Abschnitten des Spiralgehäuses und durch einen ringförmigen Raum 63, der durch das Spiralgehäuse 12 und den Zylinder Destimmt ist, zum Auslaß 23, wie es durch die Pfeile in Fig. 4 ge-

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^eigt ist. Verschiedene Stege 64 können in den Kanälen 61 und 62 bur Einhaltung der Strömungsrichtung vorgesehen werden₃ und eine arriere 65 kann in dem ringförmigen Raum 6 3 zur Teilung des Strö-

jnungsmittelstroms . eingebaut säLn. Außerdem sind Führungsbleche 66 |

in der Kammer 6o gelegen, um die Richtung des Strömungsmittelstromä, Wie durch Pfeile in Fig. H- gezeigt ist, zu bestimmen.

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!Somit geht hervor, daß an dem Auslaß, sowohl an dem Zwischenauslaß als auch am endgültigen Auslaß, der dargestellten Pumpe die gewöhnlich beim Vorbeilauf der Laufradschaufeln an den Vorderkanten der Spiralen auftretenden Druckstöße auf die gleiche Weise gelöscht werden, d.h. indem ein Laufrad mit ungerader Anzahl von Laufradschaufeln in gleichmäßigem Abstand voneinander verwendet wird, um das Strömungsmittel durch gleich lange Kanäle zwischen den um 18o° versetzten Vorderkanten der Spiralen zu pumpen, und indem innerhalt der Pumpe ein Konvergenzpunkt oder eine Zone vorgesehen ist, in der das Strömungsmittel zusammenströmt, so daß sich die um 18o° phasenverschobenen Druckstöße im Konvergenzpunkt aufheben können.

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Claims

Patentansprüche

1.J Zentrifugalpumpe mit einem länglichen Pumpengehäuse, in dem an V

beiden Enden das mit einer Welle verbundene Laufrad gelagert ist, wobei wenigstens eine Auslaßstufe vorgesehen ist, die spiralför-· Kiige Kanäle mit einander diametral gegenüberliegenden Vorderkanten aufweist, dadurch gekennzeichnet₃ daß das Laufrad (42,33) mit einer ungeraden Anzahl von Schaufeln (^Iv^^-v) in gleichen Winkelabständen versehen ist, daß die Strömungswege (42a;35a, 52,53,54) innerhalb der Zentrifugalpumpe gleich lang sind und zu einem Konvergenzpunkt (6o,55) führen, in dem die durch den Vorbeilauf der Laufradschaufeln an den Vorderkanten der Spiralei erzeugten Druckstöße sich gegenseitig aufheben und daß vom Konvergenzpunkt Auslässe (23,55) nach außen führen.

12. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere ' Vorstufen (Sl,S

2,S3,S4) und durch Auslässe an einer letzten

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Stufe (S5) und einer Zwischenstufe (S2).

β. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1 oder' 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (Io₉15,16) und die Welle (19) den dazwi- j schenliegenden Konvergenzpunkt (6o) bestimmen, wobei im Pumpen- j gehäuse sich radial vom Konvergenzpunkt erstreckende Kanäle (61,62,63) vorgesehen sind»

. Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3₉ dadurch gekenm zeichnet, daß die gleich langen Strömungswege durch zwei längsverlaufende, gleich lange, auf Abstand von den gegenüberliegenden Seiten der Welle (19) gehaltene Durchgänge (52) führen, und jeder Strömungsweg mit einem der spiralförmigen Kanäle (35a) ver bunden ist, daß die Vorrichtungen zum Lagern der Welle an einem Ende des Pumpengehäuses einen mit den zwei Durchgängen verbundenen Kanal (5H) aufweisen, und daß der Auslaß (55) gleich weit von den Durchgängen entfernt in den verbindenden Kanal führt»

5. Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis H, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vorstufe ein Laufrad (2H,"33 ,36 ,39} und spiralförmige Kanäle (3oa₉35a,37,Hoa) aufweist, wobei auf beiden gegenüberliegenden Seiten der letzten Stufe (S5) eine Vorstufe (S3,SH) vorgesehen ist, und daß überbrückende Kanäle (37a) vorgesehen sind, die von den spiralförmigen Kanälen. (37) der Vorstufe (S3) auf der einen Seite der letzten Stufe (S5) zu der Vorstufe (SH) auf der' anderen Seite der letzten Stufe (S5) führen .

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6„ Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge- | kennzeichnet5 daß eine der Vorstufen (S2) ebenfalls spiralför- j mige Kanäle (35a) und diametral gegenüberliegende Vorderkanten \ (351) der Spixilen aufweist, ein auf der Welle (19) drehbares i Laufrad (33) mit einer ungeraden Anzahl von Schaufeln (34v) in
gleichen Winkelabständen₉ um das Strömungsmittel durch die spi-i ralförmigen Kanäle zu fördern, Einrichtungen₉ die gleich lange ; Strömungswege mit einem gemeinsamen Konvergenzpunkt vermitteln,:

so daß am Konvergenzpunkt die durch den Vorbeilauf der Laufradschaufel an den Vorderkanten der Spiralen erzeugten Druckstöße sich gegenseitig aufheben, und einen seitlich von der Welle (19 auf. Abstand gehaltenen Auslaß (55) aufweist»

7. Mehrstufige Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
gekennzeichnet durch einen Zylinder (lo) mit einer Bohrung (11) einem seitlichen Einlaß (22) und einem seitlichen Auslaß (23),
einem Spiralgehäuse (12) in der Bohrung, Seitenwände (15,16)
an den gegenüberliegenden Zylinderenden, einer sich durch den
Zylinder und die Seitenwände erstreckenden, drehbaren Welle (19 mit mehrere axial auf Abstand gehaltenen Laufrädern (24,33,36,
39,42), die einen zentral gelegenen Saugmund (27,34,41,38) und
eine ungerade Anzahl von Schaufeln aufweisen, wobei das Spiralgehäuse (12) an jedem Laufrad zwei getrennte, diametral gegenüberliegende, spiralförmige Kanäle (3oa,35a,37,4oa) gleicher
Länge aufweist, die durch die Vorderkanten (3ol,351,371,4ol) j

der Spiralen bestimmt sind und zu dem Saugmund des angrenzenden! Laufrades führen, und mit einer Einrichtung für den Auslaß j

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(61,62,63,52,53,54·), die mit den spiralförmigen Kanälen an einen der Laufräder (36,42) in Verbindung stehen und die Auslaßkanäle gleicher Länge aufweist, die an einem gemeinsamen Punkt (6o,55) konvergieren.

Mehrstufige Zentrifugalpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß. die Einrichtungen für den Auslaß (61_S62₃63) an der letzten Stufe (S5) angeordnet sind.

3. Mehrstufige Zentrifugalpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen für den Auslaß (61₉62₉63,52₉53₃ 54) an der letzten Stufe (S5) und an einer Zwischenstufe (S2) angeordnet sind.

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