DE2412973A1

DE2412973A1 - Zentrifugalpumpe

Info

Publication number: DE2412973A1
Application number: DE2412973A
Authority: DE
Inventors: Albert Banyai
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-07-05
Filing date: 1974-03-18
Publication date: 1975-01-16
Also published as: JPS5023006A; AU6643774A; AU474253B2; GB1460919A; FR2236096B1; US3809491A; FR2236096A1; BR7403436A; IN141015B; CA980629A

Description

ο / -ι 2973 BLUMBACH ■ WESER ■ BERQEN & KRAMER

PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UND MÜNCHEN

O.PL.-.NG. P. G. BLUMBACH · 0!PU-PHYS. DR W WESER · ™£ft£™- ^P" ^BERGEN WIESBADEN · SONNENBERGER STRASSE 43 · TEL. (06121) 5629«, 561998

Albert Banyai

Warren (Mich.) U. S. A.

Zentrifugalpumpe'

P-ie Erfindung betrifft eine Zentrifugalpumpe. Bekannte Zentrifugalpumpen umfassen eine Welle mit im wesentlichen radial angeordneten Antriebsflächen. Die Welle ist in einem Gehäuse so gelagert, daß die Antriebsflächen in der im Gehäuse ausgebildeten Kammer sich drehen. Die zu pumpende Flüssigkeit wird axial einwärts durch einen im wesentlichen zentralen Einlaß gedrückt und radial auswärts zu einem Auslaß mit den Antriebsflächen transportiert. Diese Anordnung von Einlaß nnd Auslaß bewirkt eine abrupte Richtungsänderung der geförderten Flüssigkeit und führt letzten Endes zur Senkung oder Verminderung der Förderungseffizienz. Außerdem, wenn das geförderte Medium eine Flüssigkeit ist, neigt die abrupte Richtungsänderung zur Kavitation, die einen weiteren Effizienzver-

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lust nach sich zieht.

Die Aufgabe der Erfindung ist darauf gerichtet, eine relativ einfache Pumpenkonstruktion aufzuzeigen, die so verbessert ist, daß die aufgez eigten F.ffizienBbeeinträchtigungen nicht nur beseitig werden, sondern eine Erhöhung der Leistung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch Steuerung der Flußrichtung der mit der Pumpe geförderten Flüssigkeit erreicht.

Die Erfindung wird mit einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigt:

Fig. 1 die teilweise diagrammartige Ansicht

der Pumpe, teilweise im Schnitt;

b'ig. 2 einen Schnitt der Pumpe nach Fig. 1

entlang der Linie 2-2;

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Fig. 3 einen Schnitt der Pumpe nach Fig. 1

entlang der Linie 3-3.

Die Fig. 1 zeigt eine Pumpe 10 mit einem Pumpenkörper 12, der aus dem Basisgehäuse 14, dem Hauptgehäuse 16 und dem neckel 18 besteht. Das Basisgehäuse 14 und das Hauptgehäuse 16 sind rait Hilfe von an ihnen entsprechend ausgebildeten Planschen 20 und 22 mit Schraubbolzen (nicht dargestellt) miteinander fest verbunden. In gleicher Weise ist auch der Deckel 18 auf dem Oberrand des Hauptgehäuses 16 mit Hilfe von entsprechenden Flanschen 26 und 24 mit Schraubbolzen fnicht dargestellt) befestigt. Die Pumpe 10 kann mit der Unterseite des Flansches 20 des Basisgehäuses 14 auf einem Montageträger 28 angeordnet sein.

An dem Basisgehäuse 14 ist ein Einlaßstutzen 30 auegebildet, mittels dessen eine Rohrleitung 32 angeschlossen werden kann, die zur Quelle der zu fördernden Flüssigkeit führt. Der Finlaßstutzen 30 führt in die Finlaßkammer 34 in dem

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Basisgehäuse 14. Ein im wesentlichen glockenförmiger Rotor 36 ist mit seinem verjüngten Ende 38 in einem auf dem Basisgehäuse 14 ausgebildeten Kragen 40 rotierbar in der Lagereinrichtung 42 gelagert. Zwischen seinem oberen großen Ende 44 und dem herabgezogenen Deckelrand 46 des Deckels 18 ist ein entsprechender Abstand vorgesehen. Dabei ist das obere Ende 44 des Rotors 36 mit einer Verschlußplatte 48 versehen, die einen kleinen Abstand 50 zwischen der Innenwand des Deckels frei läßt.

Der Rotor 36 wird mit der Welle 52 angetrieben, die bei 54 im unteren Ende des Basisgehäuses 14 und bei 56 im Deckel 18 gelagert ist. Eine entsprechende Antriebe verbindung zwischen der Welle 52 und dem Rotor 36 kann beispielsweise eine Keilverbindung 58 sein, welche die Welle und eine Zentrale Nabe oder Buchse 60 der Verschlußplatte 48 verbindet. Die Welle 52 erstreckt sich dabei zentral durch den Rotor 36 und dessen verjüngtes Ende 38 sowie durch die Einlaßkammer 34 in dem Basisgehäuse 14. Zwischen dem Außenumfang des verjüngten Rotorendes 38,

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der Lagereinrichtung 42 und dem Hauptgehäuse 16 ist eine Dichtung 65 vorgesehen. Die \velle 52 wird mit einer geeigneten Einrichtung, beispielsweise einem Iliemen 66 angetrieben, welcher die Kiemenscheibe 68 der Welle 52 und die Riemenscheibe eines nicht dargestellten Motors verbindet.

In dem llotor 36 ist mindestens ein Antriebsrohr 70 angeordnet. Dieses Rohr 70 besitzt einen vorderen Endteil 72, der an dem verjüngten Ende 38 des Rotors 36 angelenkt ist, und einen hinteren Endteil 74, der an einem im wesentlichen axial sich erstreckenden Teil 76 des Rotors 36 an dessen großem Ende 44 angelenkt ist. Das vordere Endteil 72 bildet den Einlaß 70, während das hintere Endteil 74 den Auslaß 80 bildet. Der Einlaß 78 mündet in die Einlaßkammer 34 und der Auslaß 80 mündet in die Kreiskammer 82, welche durch den Flansch 24 des Hauptgehäuaes 16, den heruntergezogenen Rand 46 des Deckels und den Flanschten 44 sowie die Zylinderwand 76 des Rotors 36

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gebildet wird. In die Kammer 82 mündet das Auslaßrohr 84 für die geförderte Flüssigkeit. Mit Ausnahme des Einlasses 78 und des Auslasses 80 sind die Enden des Rotors 36 von den Kammern 34 und 82 mittels geeigneter Dichtungen isoliert, so daß ein Eindringen von Flüssigkeit in den Rotor außerhalb des Rohres 70 verhindert wird. Das Rohr 70 hat zwischen seinem Einlaß und seinem Auslaß 78, 80 im wesentlichen die Form einer Spirale. Dabei ist sein ν >rderes Endteil 72 radial dicht an der Welle 52 angeordnet. Winkelmäßig und axial vom Einlaß nach hinten fortschreitend find in dem Rohr folgende Dichtungsänderungen ausgebildet: Der radiale Abstand des Rohres von der Welle 52 erhöht sich progressiv bis zum Maximum im Auslaß 80; die Schleife des Rohres 70 relativ zu einer Axialebene durch die Welle 52 erhöht sich auf ein Maximum im Auslaß 80; die effektive Schnittfläche des Rohres verringert sich progressiv, vorzugsweise gleichmäßig auf ein Minimum im Auslaß 80.

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Das Rohr 70 ist zwischen dem Einlaß 78 und dem Auslaß mit einem Winkel von mindestens 180° gedreht. Die Schleife des Rohres relativ zur Axialebene durch die Welle 52 liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 70 bis etwa 90° und die Rohrachse im Auslaß 80 ist rückwärts in Bezug zur Rotationsrichtung des Rotors 36 für den nachfolgend beschriebenen Zweck angeordnet. Die radialen äußeren Oberflächenteile des Rohres 70 sind gegen die Innenfläche der Wand des glockenförmigen Rotors 36 gerichtet.

Es sei angenommen, daß die Pumpe 10 durch Auffüllen des Rohres 32, des Einlaßrohres 30, der Einlaßkammer und des Rohres 70 mit der zu fördernden Flüssigkeit bis zu einem Niveau etwas über dem Einlaß in Betrieb gesetzt wird. Durch die schleifenförmige Ausbildung des unteren Teils 72 des Rohres 70 wird die Flüssigkeit nach außen und axial vom Einlaß 78 mit der Zentrifugalkraft abgestoßen, die sich progressiv erhöht, wenn die Flüsigkeit nach hinten bzw. in Strömungsrichtung fließt, und zwar

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deswegen, weil sich der Abstand des Rohres 70 von der Welle 52 ebenfalls progressiv erhöht. Die Zentrifugalkraft erreicht im Auslaß 80 ihr Maximum.

Der Wasserkörper, der sich in dem Rohr 70 bewegt, ändert allmählich seine Richtung, weil die Rohrschleife progressiv sich ändert und im Auslaß 80 strömt die Flüssigkeit in ehem abrupten Winkel in eine Axialebene durch die Welle 52, wie Fig. 1 veranschaulicht. Auch die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Rohr erhöht sich im Auslaß auf eine maximale Größe, weil sich der Rohrquerschnitt progressiv verringert. Die Flüssigkeit wird danach in die Ringkammer 82 entladen und über das Auslaßrohr 84 mit hoher kinetischer Energie nach außen gefördert. Da die Flüssigkeit über die Auslaßöffhung 80 nach außen in einer Richtung gefördert wird, die im wesentlichen zur Drehrichtung des Rotors 36 entgegengesetzt ist, unterstützt die Reaktion die Rotationsleistung des Motors mehr, als sie diese beeinträchtigt.

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Die allmähliche Richtungsänderung des strömenden Flüssigkeitskörpers und die allmähliche Erhöhung seiner Zentrifugalkraft, sowie die allmähliche Beschleunigung der Flüssigkeit beim Passieren des Rohres 70, verringert die Kavitationsneigung der geförderten Flüssigkeit und trägt zusammen mit dem Antriebseffekt des Wassers am Auslaß 80 zur Frhöhung der Gesamtleistung der Pumpe bei.

Die Umfangswand des Rotors 3ß hält das Rohr 70 gegen die einwirkende Zentrifugalkraft fest.

Zum Zwecke der Einfachheit und Übersichtlichkeit ist in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die Pumpe 10 nur mit einem Rohr 70 erläutert worden. Eine solche Pumpe könnte zufriedenstellend arbeiten, obwohl Vibrationen bis zu einem gewissen Grade möglich sind. Es ist deshalb zu beachten, daß bei kommerzieller Benutzung die x^umpe mit einer Vielzahl von Rohren 70, beispielsweise mit zwei oder drei, ausgestattet ist, die in dem glockenförmjp""i Rotor 36

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symmetrisch um die Welle 52 herum angeordnet sind. Eine derartige Konstruktion weist den Vorteil eines vervielfältigten Ausgangs mit einer Neigung auf, mögliche Vibrationen in der Konstruktion auszuschalten.

In den Figuren sind der Rotor 36 und das Rohr 70 als einstückiger Körper ausgebildet. Ein erstes Versuchsmodell wurde mit einem solchen Aufbau tatsächlich hergestellt. Für kommerzielle Zwecke werden zweckmäßigerweise die Rotorglocke 36 und das Rohr 70 als zwei getrennte Teile hergestellt, die an den geeigneten Stellen wie am Einlaß 78 und am Auslaß 80 miteinander durch Verschrauben oder eine ähnliche equivalente Maßnahme unter Verwendung von Flüssigkeitsdichtungen, falls erforderlich, verbunden werden.

Es kann angenommen werden, daß eine kommerzielle Pumpe 10 nach dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel mit drei Rohren 70 ausgestattet ist, von denen jedes einen

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Einlaß 78 mit einem Durchmesser von 104, 3 mva und einen Auslaß 80 mit einem Durchmesser von 25,4 mm besitzt. Der radiale Abstand der Rohre 70 von der Wellenachse der Welle 52 bis zur neutralen Achse bzw. zur Achse des Einlasses 78 und des Auslasses 80 beträgt entsprechend 104, 3 und 304, 8 mm und die Windungen der Rohre sind um 360° geführt, wobei die Steigung in der Axialebene der Welle 52 einen relativen Verlauf von 50 bis etwa 90° aufweist. Eine derartig aufgebaute Pumpe kann entsprechend den Berechnungen mit einem 5 PS-Motor und 5000 Upm angetrieben werden, wobei ihre theoretische Leistung einer Förderung von 21.176 l/min Wasser entspricht. Unter Berücksichtigung entsprechender «xperimentell noch nicht ermittelter Widerstandsfaktoren könnte die Leistung etwa 10. 588 l/min betragen. Die Pumpe kann selbstverständlich auch mit verschiedenen Formen hergestellt werden, um verschiedenen Kapazitätsanforderungen zu entsprechen.

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Claims

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PATENTANWÄLTE 3N WIESBADEN UND MÜNCHEN

DlPL-ING. P. G. BlUMBACH - DIPL-PHYS. DR. W. WESER - IHPL-ING. DR. JUR. P. BERGEN DIPL-ING. R. KRAMER

WIESBADEN - SONNENBERGER STRASSE 43 - TEL. (06121) 56S»43, 5Ä1998 MÖNCHEN

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PATENTANSPRÜCHE

■ l.J Zentrifugalpumpe, gekennzeichnet durch ein Pumpengehäuse (14, 16),in dem eine Kammer (34) ausgebildet und eine Welle (52) sowie ein Rohr (70) rotierbar gelagert ist, das von einer Rotorvorrichtung (36) getragen wird, die eine Antriebsvorrichtung zwischen dem Rohr und der Welle bildet, mit welcher das Rohr angetrieben wird, das mit einem in Richtung auf die Kammer (34) offenen an der Kammer liegenden Einlaß (78) an einem Ende versehen ist, der eine relativ große Wirkfläche aufweist und dicht an der WeEe (52) angeordnet ist, und das einen Auslaß -ffiO) an seinem anderen Ende aufweist, der mit Abstand in Richtung der Wellenachse von dem Einlaß (78) angeordnet ist, eine relativ kleine Wirkfläche aufweist

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und mit einem größeren Abstand von der Welle (52) als der Einlaß (78) angeordnet ist, und dadurch, daß das Rohr (70) vom Einlaß (78) in Richtung auf den Auslaß (80) progressiv sich erweiternde Windungen und einen reduziertenQuerschnitt aufweist, und progressiv in der Axialebene der Welle sich erweiternde Steigungsschleifen besitzt, deren radialer Abstand von der Welle (52) aus sich ebenfalls progressiv erweitert.
2. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (70) im wesentlichen spiralförmig mit vom Einlaß (78) zum Auslaß (80) sich erweiternden Windungen ausgebildet ist, die entgegengesetzt zur Drehrichtung der Welle (52)\erlaufen.
3. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

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daß die spiralförmigen Windungen des Rohres (70) mindestens ii einem Bogen von 180 geführt sind und die W indungen am Ausgang (80) des Rohres (70) eine Größenordnung von etwa 70 bis etwa 90° aufweisen.
4. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen Windungen in einem Bogen von 360° geführt sind und die Windung am Ausgang (80) des Rohres (70) eine Größenordnung von 90 aufweist.
5. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (80) des Rohres (70) im Verhältnis zur Welle (52) im wesentlichen in die entgegengesetzte Richtung weist.
6. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Antriebseinrichtung des Rohres (70) eine im wesentlichen glockenförmig ausgebildete Rotorvorrichtung (36) darstellt, die zum Zwecke der Rotation auf die Welle (52) aufgezogen ist und einen Umfangsmantel mit Innenflächenzonen aufweist, die komplementär zu den Außenflächen des Kohres (70) ausgebildet sind, daß innerhalb der Fotorvorrichtung (36) mit und an den Flächenzonen befestigt ist.
7. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorvorrichtung (36) das Rohr (70) gegen die einwirkende Zentrifugalkraft festhält, die aus der Pumpenarbeit resultiert.
8. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet/ daß der Einlaß (78) im wesentlichen längs durch das kleinere Ende der Rotorvorrichtung (36) in die Ein-

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laßkammer (34) mündet und der Ausgang (80) seitlich durch einen Umfangsteil am großen Ende der Rotorvorrichtung (36) geführt ist.
9. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorvorrichtung (36) in dem Pumpengehäuse (14, 16, 18) mittels Lagern so gelagert ist, daß ihr kleines Ende an die Einlaßkammer (34) angrenzt.
10. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenhauptgehäuse (16) die Rotorvorrichtung (36) umgibt und seine Teile für das Zusammenwirken mit der Rotorvorrichtung so ausgebildet sind, daß eine Ringkammer (82) am oberen Ende der Gehäusewand gebildet wird, die mit einer Auslaßöffnung (84) versehen ist, und in welche die geförderte Flüssigkeit aus dem Ausgang (80) des Rohres (70) entladen wird.

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11. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenwirkenden Teile des Pumpengehäuses (14, 16, 18) und der Rotorvorrichtung (36) ehe Verechlußplatte (48) umfassen, mit welcher das große Ende der Rotorvorrichtung (36) verschlossen ist, und die einen Deckel (18) aufweisen, der das Pumpengehäuse (16) mit einem kleinen Abstand über der Verschlußplatte (48) verschließt, eich radial nach außen über den Umfang der Rotorvorrichtung hinaus erstreckt und einen heruntergezogenen Rand (46) aufweist, der mit Abstand vom Rotor radial auswärts über dem Umfangsteil 24 der Gehäusewand (16) verläuft.
12. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (52) mit einem Ende in dem Deckel (18) gelagert ist, sich durch die Verschlußplatte (48), die Rotorvorrichtung (36) und die Einlaßkammer (34) er-

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streckt und in dem Basisgehäuse (14) mit ihrem anderen Ende gelagert ist.
13. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenhauptgehause (16) zwischen dem Lager (42) und der Ringkammer (82) eine zur Kotorvorrichtung (36) im wesentlichen komplementäre Gestalt aufweist, wobei jedoch zwischen dem Außenumfang der Rotorvorrichtung und dem Innenumfang des Gehäuses ein Zwischenraum vorgesehen ist.
14. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gehäusewand (16) und dem kleineren Ende der Rotorvorrichtung (36) eine Feuchtigkeitsdichtung (65) vorgesehen ist.
15. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1,

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dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Rohren (70) symmetrisch um die V,elle(52) herum angeordnet und antriebsmäßig mit der Rotorvorrichtung (36) verbunden ist.
16. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Bohre (70) sich im wesentlichen gleichmäßig vom Einlaß (78) bis zum Ausgang (80) verringert.

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