DE2421237C2

DE2421237C2 - Eintauchpumpe

Info

Publication number: DE2421237C2
Application number: DE2421237A
Authority: DE
Inventors: Bo Gustaf Tyresö Stjernström
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: ITT Inc
Priority date: 1973-05-09
Filing date: 1974-05-02
Publication date: 1986-03-13
Also published as: RO65524A; PL90393B1; GB1470832A; DE2421237A1; ZA742732B; SE376051B; JPS5052602A; FR2228966B1; SU952115A3; FR2228966A1; CS203075B2; US3936225A

Description

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

— die kreisförmig gedachte Fläche erweitert sich leicht konisch in Richtung der Strömung des abzupumpenden Mediums,

— die Laufschaufeln (9^. sind gekrümmt,

— der Leitschaufelteil (3) besteht aus einem konischen Leitschaufelgehäuse (f), das sich in Strömungsrichtung des abzupumpenden Mediums verjungt,

— der Winkel zwischen der Ebene, die sich im rechten Winkel zu der Pumpenwelle erstreckt, und der Ebene, die tangential zu den Laufschaufeln (9) liegt, ist an den Austrittskanten (19) derselben zwei bis dreimal größer als an den Eintrittskanten (18) und beträgt an der Austrittskante zwischen 15 und 90° und an der Eintrittskante zwischen 10 und 30°,

— die Leitschaufeln (14) des Leitschaufelteils (3) besitzen ein Eintrittswinkel von 30 bis 60° und einen Austrittswinkel von 75 bis 105°,

— der Antriebsmotor ist saugseitig angeordnet.

2. Eintauchpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Eintrittskanten (18) als auch die Austrittskanten (19) der Laufschaufeln (9) in einer zum Laufrad (5) diametralen Ebene liegen.

3. Eintauchpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittskanten (18) der Laufschaufeln (9) leicht nach hinten gekrümmt sind und daß die Austrittskanten (19) der Laufschaufeln (9) vorzugsweise in einer zum Laufrad (5) diametralen Ebene liegen.

4. Eintauchpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufeln (9) so konstruiert sind, daß ein Schnitt durch die Schaufeloberfläche und eine zum Laufrad (5) diametrale Ebene, die die Schaufeln (9) schneidet, eine gerade Linie bildet, die senkrecht zur Laufradwelle (6) liegt.

5. Eintauchpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufeln (9) so konstruiert sind, daß sie, wenn sie in einem Längsschnitt konzentrisch zur gedachten zylindrischen

Fläche betrachtet werden, einen geraden Eintrittsteil besitzen, der in einen kreisförmigen gewölbten Austrittsteil übergeht, und daß die Länge des Eintrittsteils V₄ bis V₃ der Gesamtlänge des Eintrittsteils und des Austrittsteils ausmacht.

6. Eintauchpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufeln (9) einfach gekrümmt sind.

7. Eintauchpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufeln (9) doppelt gekrümmt sind.

is Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eintauchpumpe nach der im Oberbegriff angegebenen Gattung.

Aus der US-PS 11 54 110 ist eine Pumpe dieser Art bekannt, die speziell für das Absaugen von verschmutztem und schwebstoffhaltigem Wasser konstruiert ist. Sie setzt sich aus einer aufeinanderfolgenden Reihe von Laufrädern und Leiträdern zusammen, wobei insbesondere auf die geschützte Ausbildung der Lager abgezielt wird. Dementsprechend ist der konstruktive Aufwand bei dieser Pumpe groß. Da die Ausbildung der Pumpe einen speziellen Pumpenkopf erfordert, ist die Ableitung des abgepumpten Mediums zwangsläufig nur in horizontaler Richtung zur Pumpenachse möglich.

Die Pumpe nach der US-PS 1154110 zeigt eine axiale Strömung und bedingt dadurch einen geringeren Förderdruck. Die Strömung bei der Pumpe nach der vorliegenden Erfindung hingegen ist gleichsam diagonal, oder besser gesagt, die Strömungsrichtung liegt in einem Winkel von 45° zur Laufrad- bzw. Leitradwelle. Dadurch wird ein höherer Förderdruck erhalten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Eintauchpumpe zu schaffen, die sich durch eine einfache Konstruktion auszeichnet, einen hohen Förderdruck aufweist und deren Schiauchai.cchluß die Form eines sich axial erstreckenden Stutzens aufweist.

Die Aufgabe wird bei einer Pumpe der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Bei einer Pumpe dieser Bauart erhält das abgepumpte Medium eine im wesentlichen axiale Strömungsrichtung, und die Strömung wird mit einer hohen Energieleistung bei nur geringer Ablenkung bewirkt; dabei läßt sich der Verschleiß der Pumpe aufgrund des gebogenen Strömungsweges der Flüssigkeitsteilchen gering halten.

so Der Grund, warum ein Laufrad mit verhältnismäßig großer Nabe, die sich in Richtung der Laufradachse verjüngt, gegenüber einem rein axialen Laufrad, z. B. einem Laufrad vom Propellertyp, bevorzugt wird, liegt unter anderem darin, daß das letztere keinen entsprechenden Staudruck besitzt. Weist der Antriebsmotor die Form eines axialen, stempeiförmigen, hydraulischen Motors auf, der unmittelbar unter dem Laufradteil an der Ansaugseite angebracht ist, erhält man den günstigsten Effekt, wobei die durch den hydraulischen Motor erzeugte Axialkraft nach oben gerichtet ist und so der nach unten gerichteten Axialkraft des Laufrades auf die Motorwelle entgegenwirkt. Ein elektrischer Motor kann natürlich auch als Antrieb verwendet werden. Ferner ist es möglich, die erfindungsgemäße Pumpe mit einer weiteren solchen Pumpe oder mehreren derartigen oder ähnlichen Konstruktionen zu einer mehrstufigen Pumpe zusammenzufassen.

Entsprechen i dem ins Auge gefaßten Verwendungs-

bereich der Pumpe nach der vorliegenden Erfindung müssen solche Faktoren in Betracht gezogen werden wie der gewünschte Staudruck, der Abnützungsgrad der Pumpe, verursacht durch die Teilchen, die von der Pumpflüssigkeit mitgeführt werden, usw. Die spezielle Ausbildungsform des Laufrades und insbesondere die Form der Laufradschaufeln können innerhalb des Bereiches der Erfindung weitgehend variiert werden. Die Ausbildungsform des Laufrades hängt auch davon ab, ob die Laufradnabe und die Schaufeln aus einem Stück bestehen oder aus Teilen zusammengesetzt sind, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, und ob im Hinblick auf das Verfahren, nach dem die Schaufeln hergestellt werden, eine spezielle strukturelle Ausbildung derselben erforderlich ist. Diese und andere Faktoren bedeuten unter anderem, daß der Anstellwinkel der Schaufeln an der Eintrittskante und der Austrittskante beträchtlich differieren kann. Es ist möglich, daß in vielen Fällen ein Laufrad verwendet wird, dessen Schaufein in bezug auf die Längsrichtung der Schaufeln so gekrümmt sind, daß der Winkel an der Ausirittskante merklich größer ist als der Winke! an der Eintrittskante. So ist in Übereinstimmung mit einem Merkmal der Erfindung der Winkel zwischen einer zur Pumpenachse senkrechten Ebene und einer zu den Laufradschaufeln tangentialen Ebene an den Austrittskanten der Schaufeln zwei- bis dreimal größer als an den Eintrittskanten derselben. Das heißt, der Winkel an der Austrittskante beträgt zwischen 15° und 90°, vorzugsweise ungefähr 45°, während der Winkel an der Eintrittskante zwischen 10° und 30°, vorzugsweise 15° beträgt. Die Leitschaufeln des Leitschaufelteils besitzen einen Eintrittswinkel zwischen 30° und 60°, vorzugsweise von 45° und einen Austrittswinkel zwischen 75° und 105°, vorzugsweise von 85°.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Bei Pumpen, die mit einem Laufrad ausgerüstet sind, wie es die Pumpe der vorliegenden Erfindung ist, wirkt die Belastung auf die äußeren Teile der Schaufeln, d. h. die Belastung wirkt auf den Bereich der freien Randkanten der Schaufeln neben der Innenseite des Laufradgehäuses, was Probleme im Hinblick auf die Abdichtung und die Druckverteilung schafft. Um diese Probleme in dem größtmöglichen Maß zu verringern, ist man bestrebt, die Teilchen zu sammeln, die das abzupumpende Medium in dem zentralen Strömungsweg begleiten, auf diese Weise die Belastung der Randteile der Schaufeln aufhebend. Bei der Verwendung von einfach gekrümmten Schaufeln, wenn die Führungs- und Ablaufkanten der Schauidn zumindest etwas gegen die Nabe zusammenlaufen, ist es möglich, einen Effekt zu erhalten, der im wesentlichen dem entspricht, der durch radiales Krümmen der Schaufeln erreicht werden kann, um einen zentralen Strömungsweg zu geben. Dadurch daß die Schaufeln in dieser Weise geschweift sind, ergibt sich ein gewisser geometrischer Fehler an der Führungskante, wodurch die einzelne Schaufel gezwungen ist, unter einem Durchschnittswinkel zu arbeiten; aber durch die konische Form des Laufrades läßt sich dieser Fehler auf ein Minium reduzieren. Es hat sich gezeigt, daß ein derartiger Durchschnittswinkel das Ergebnis selbst in Verwendung mit einem rein zylindrischen Laufrad nicht sonderlich beeinträchtigt. In Übereinstimmung mit anderen Merkmalen der Erfindung liegen die Eintrittskante nd die Austrittskantc der Laufradschaufeln in einer zum Laufrad diametralen Ebene. Die Einlaßkante der Laufradschaufeln, d. h. die Führungskante, ist leicht nach rückwärts geschwungen, die Austrittskante der Laufradschaufel, d. h. die Führungskante, liegt vorzugsweise in einer zum Laufrad diametralen Ebene. Auf diese Weise wird unerwünschten Strömungsbildern an den Schaufeln entgegengewirkt.

In bestimmten Fällen kann es zweckdienlich sein, die einzelnen Laufradschaufeln so auszubilden, daß der gekrümmte Teil in einem bestimmten Abstand an der Schaufel beginnt, wodurch die Schaufel einen leitenden

to Eintrittsteil darstellt, dessen Einfallswinkel im wesentlichen der gleiche ist wie der der Eintrittskante. So können in Übereinstimmung mit anderen Merkmalen der Erfindung die Laufradschaufeln so ausgebildet sein, daß sie, wenn man sie in einem Längsschnitt konzentrisch zur gedachten Zylinderoberfläche sieht, einen geraden Eintrittsteil darstellen, der in einen kreisförmig gebogenen Austrittsteil übergeht, wobei die Länge des Eintrittsteils zwischen V₄ und ¹Z₃ der Gesamtlänge des Eintrittsteils und des Austrittsteils liegt.

Bei der Verwendung von einfach gekrümmten Schaufeln können diese nach relativ einfachen Methoden hergestellt werden. Die Schaufeln können auch zur Verwendung als getrennte Elemente hergestellt werden, die an der Laufradnabe befestigt werden.

Es muß gesagt werden, daß die Führungslamellen des Leitschaufelteils unter Einbeziehung der gleichen Faktoren ausgebildet sind, die die Form der Laufradschaufeln bestimmt haben. Natürlich sind andere optimale Werte für die Eintritts- und Austrittskantenwinkel der Leitschaufeln angebracht. So liegt der Eintrittskantenwinkel der Leitschaufeln ßi (Fig. 1), d.h. der Winkel zwischen der Ebene senkrecht zur Achse der Pumpe und der Ebene an der Eintrittskante der Leitschaufeln, tangential zu der Oberfläche derselben zwischen 30^c und 60°. vorzugsweise bei 45°, während der Austrittskantenwinkel /?₄ (Fig. 1) (an der Führungskante der Schaufeln) zwischen 75° und 105° liegen seilte und vorzugsweise 85° beträgt. Der Teil von der Länge der Leitschaufeln, der eben ausgerichtet ist, d. h. einen konstanten Eintrittswinkel gibt, reicht in den meisten Fällen nur bis zur Hälfte der Länge der Leitschaufeln, aber er kann natürlich auch wesentlich kürzer sein Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Laufradschaufeln so konstruiert, daß ein Schnitt durch die Schaufeloberfläche und einer zu dem Laufrad diametralen Ebene die Schaufeln durchschneidet und eine gerade Linie bildet, die senkrecht zur Laufradwelle liegt.

Die Erfindung wird nun anhand einer Ausbildungsform, die in der Zeichnung dargestellt wird, näher beschrieben. In den Zeichnungen stellt dar

Fig. 1 den unvollständigen Längsschnitt durch eine Pumne nach der Erfindung.

F i g. 2 die Endansicht des Laufrades von der Ansaugseite her,

F i g. 3 den diametralen Schnitt durch das Laufrad auf F i g. 2 und

F i g. 4 den konischen Schnitt durch die Schaufeln des Laufrads, projiziei ι in eine Ebene.

Die Pumpe nach F i g. 1 besteht aus drei koaxial ange-

bo ordneten Hauptbestandteilen, nämiich dem Antriebsmotor 1, dem Laufradteil 2 und dem Leifschaufelteil 3. Weder die Art des verwendeten Antriebsmotors noch seine Stellung in bezug auf das Laufrad und den Leitschaufelteil sind für die Erfindung restriktiv, und der

ο5 Motor kann ein hydraulischer oder elektrischer Motor sein. Bei der dargestellten Ausbildungsform sitzt der Motor an der Ansaugseite des Laufradteils, obgleich der Motor auch unterhalb des Leitschnufcltcils angebracht

sein kann. Die Motorwelle verläuft in diesem Fall durch den Leitschaufelteil. Bei der dargestellten Ausbildungsform wird ein hydraulischer Motor angenommen.

Der Laufradteil 2 besteht aus einem stationären, konischen Laufradgehäuse 4. in dem ein konisches, diagonales Laufrad 5 angebracht ist, das durch die Antriebswelle 6 getragen und angetrieben wird, die aus dem Motor I herausragt. In dem Bereich oberhalb des Laufrades 5 ist d>e Antriebswelle 6 in herkömmlicher Weise mit einer entsprechenden Dichtung 7 versehen, die in dem umgebenden Gehäuse 8 untergebracht ist. Das Laufrad 5 besteht aus einer Hohlnabe mit radialen, gekrümmten Schaufeln 9, deren Außenkanten 10 auf einer konischen, zylindrischen gedachten Fläche liegen, deren größter Durchmesser durch das Be/ugs/eichen D: angezeigt υ wird. Der Außendurchmesser der Laufradnabe an der Eintrittsseite hat die Bezeichnung D,. Der Durchmesser U\ an uei cniiauiciiC- ciTciCi'ü tu-zü u\h ow-/ü CiCS ινιίΐΧί-maldurchmessers D_: der gedachten zylindrischen Fläche, die durch die Außenkanten der Schaufeln 9 definiert ist. Das abzupumpende Medium wird durch das Laufrad über einen nicht gezeigten Eintritt in die kreisförmige Kammer 11 gesaugt, die sich um das Gehäuse 8 erstreck!, und wird dann durch die Laufradschaufeln 9 in einem schraubenförmigen Weg zur Eintrittsseite des Leitschaufelteils hinauf beschleunigt. Ein Teil der kinetischen Energie der abzupumpenden Flüssigkeit wird in dem Leitschaufelteil auf herkömmliche Weise in nützliche Druckenergie verwandelt.

Der stationäre Leitschaufelteil 3 besteht aus dem Leitschaufelgehäuse 12. das sich in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit verjüngt und in dem ein hohler Zentralkörper 13 mit axial angeordneten, gekrümmten Leitschaufeln 14 angebracht ist, die den Zentralkörper in dem Leitschaufelteil zentriert halten. Das Pumpengehsuse 4 und düs Leüschiiufeigehäusc 12 sind rnitpjnander durch Bolzen verbunden. Das Leitschaufelgehäuse 12 ist an dem Strömungsaustrittsende mit einem im wesentlichen kreisförmigen Austrittsteil 15 versehen, an dem ein Schlauch oder Rohr angeschlossen werden kann.

Wie zuvor erwähnt, soll die Form des Laufrades und des Leitschaufelteiles in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Parametern ausgewählt werden, je nach der Verwendung der Pumpe. Die Faktoren, die über die Form des Laufrades und des Leitschaufelteils entscheiden, wurden in dem allgemeinen Teil der Beschreibung ausgeführt, und es werden nur einige charakteristische Eigenschaften des gezeigten Laufrades hier erwähnt.

Die F i g. 2 und 2 zeigen ein Laufrad mit zylinderförmiger Oberfläche. Die Teile des Laufrades, die mit dem in Fig.! gezeigten Laufrad identisch sind, haben die gleichen Bezugsziffern. Man erkennt, daß das Laufrad nach den F i g. 2 und 3 von dem Laufrad nach F i g. 1 sich hauptsächlich dadurch unterscheidet, daß die Oberflächenkontur 15 zylindrisch ist, während die Oberflächenkontur des Laufrades nach F i g. 1 konisch ist (die Kontur 10 wird durch eine gestrichelte Linie angezeigt). Die Schaufeln 9 des Laufrades nach den F i g. 2 und 3 sind einfach gekrümmte, d. h. sie besitzen einen radialen Querschnitt, der parallel zur Ebene liegt, die sich im rechten Winkel zur Laufradachse erstreckt Wenn die Schaufeln doppelt gekrümmt sind, kann der radiale Querschnitt z. B. die unter 16' und 17' in F i g. 3 gezeigten Profile besitzen. Wie man aus F i g. 2 erkennt, liegen die Eintrittskanten 18 der Schaufeln und deren Austrittskanten Ϊ9 in einer zur Laufradachse diametralen Nichts hält jedoch davon ab. eine Kante oder beide Kanten so auszurichten, daß Verlängerungen von ihnen eine Seite des Zentralpunktes 20 berühren. Die Kanten müssen nicht gerade sein, sondern sie können nach rückwärts gekrümmt sein, was in manchen Fällen vorzuziehen ist. Eine Schaufel mit nach rückwärts gekrümmter Führungskante wird in F i g. 2 durch strichpunktierte Linien 21 gezeigt.

F i g. 4 zeigt die in eine Ebene projizierte Form eines konischen Schnittes durch die Schaufeln des Leitrades in Fig. 2 und 3. Aus der Figur erkennt man, daß der Eintrittswinkel ß\ der Flügel an der Eintrittskante 18 kleiner ist als der Eintrittswinkel/»: an der Austrittskante 19. Entsprechende Zahlenwerte für diese Winkel sind oben angegeben und werden in den Ansprüchen wiederholt. Die in F i g. 4 gezeigten Schaufeln weisen eine solche Form auf, daß die Führungskante der Schaufeln •V"~*ii t'ch""'' flor-V, ic» tw'i UrtzrtA rlii» W QnIt* (iftKonun jet HnH den Radius R aufweist. Die Dimensionen des geraden Teils der Schaufeln wurden bereits erwähnt und finden sich in den Ansprüchen wieder. Die Drehrichtung des Laufrades wird durch die Bezugsziffer 22 in F i g. 4 gezeigt, und die Pfeile 23 und 24 weisen auf die Strömungsrichtung des abgepumpten Mediums hin, jeweils in bezug auf die Eintritts- und die Austrittskante.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Eintauchpumpe, bestehend aus:

— einem Laufradteil mit stationärem Laufradgehäuse,

— einem Laufrad in Form einer Hohinabe, deren Querschnitt sich von der Einlaßseite (Ansaugseite) zur Auslaßseite hin vergrößert und deren Außendurchmesser an der Einlaßseite 40 bis 80% des Maximaldurchmessers des Laufrades betragen kann,

— einem stationären Leitschaufelteil, der sich koaxial zum Laufrad erstreckt und an der Auslaßseite des Laufrades (Druckseite) mit dem Laufradgehäuse verbunden ist,

wobei das Laufrad mit radial angeordneten Schaufeln ausgerüstet ist, deren Außenkanten auf einer kreisförmig gedachten Fläche iiegen, und in dem Leitschaufelgehäuse ein hohler Zentralkörper mit radialen Leitschaufeln angebracht ist, die den Zentralkörper in dem Leitschaufelgehäuse zentriert halten,