DE2732948C2

DE2732948C2 - Pumpenlaufrad

Info

Publication number: DE2732948C2
Application number: DE2732948A
Authority: DE
Inventors: Pierre Paris Carrouset
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-07-23
Filing date: 1977-07-21
Publication date: 1985-04-18
Also published as: US4146353A; FR2359294B1; ES460983A1; IT1081161B; CH617987A5; GB1561416A; SE432289B; SE7708366L; DE2732948A1; FR2359294A1; JPS5314204A; JPS6146641B2

Description

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Die Erfindung betrifft ein Pumpenlaufrad, das eine Nabe und mindestens eine Schaufel aufweist, die auf der Nabe mittels einer Stütze befestigt ist, welche sich radial erstreckt und in bezug auf die Achse der Nabe schraubenartig gewunden ist, während jede Schaufel sich gemäß einer zu der radialen Richtung jeder Stütze genau senkrechten Richtung erstreckt.

Ein solches Pumpenlaufrad ist aus der US-PS 3 00 702 5»/ bekannt. Im Betrieb wirkt die Zentrifugalkraft auf die Schaufelenden im Sinne einer nach außen gerichteten Verstellung derselben, d. h. also im Sinne einer Vergrößerung des Abstands zwischen der Drehachse des Laufrads und den Schaufelenden. Diesem Bestreben der Zentrifugalkraft begegnet die den Schaufeln innewohnende Elastizität, die von dem Schaufelmaterial und der Schaufelform abhängig ist. Bei Hochgeschwindigkeitspumpen besteht nun die Gefahr, daß diese Elastizität nicht mehr ausreicht und es im Betrieb tatsächlich zu m) einer Vergrößerung des Abstands zwischen der Drehachse des Laufrads und den Schaufelenden kommt.

Dieses Verhalten erweist sich jedoch als recht nachteilig. Um zu vermeiden, daß die während der Drehung des Laufrads nach außen wandernden Schaufelenden mit dem Pumpenkörper in Berührung kommen, muß ein verhältnismäßig großes Spiel zwischen den Schaufelenden und der Innenfläche des Pumpenkörpers vorgesehen werden, was der Erzielung einer hohen Xeistung entgegensteht Ein weiterer Nachteil der bekannten Laufräder mit unzureichend steifen Schaufeln besteht darin, daß diese vor allem in höheren Geschwindigkeitsbereichen zu schwingen beginnen; beim Auftreten von Schwingungen an den Schaufeln des Laufrads einer Pumpe ist jedoch ein ordnungsgemäßer Betrieb nicht mehr möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, d^s Laufrad einer Hochgeschwindigkeitspumpe zu versteifen. Ausgehend von einem Pumpenlaufrad der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst daß jede Schaufel eine Schaufel überdeckt während eine Zunge in der Überdeckungszonc Angeordnet ist und die beiden sich überlappenden Schaufelbereiche aufeinander festlegt

Bei dieser Ausgestaltung erfaßt der Überdeckungsbereich das Ende der äußeren Schaufel, d h. also deren flexibelsten Teil, so daß die dort angeordnete Zunge eine ganz wesentliche Versteifung des Laufrads bewirkt und deshalb die beiden vorerwähnten Nachteile der bekannten Laufräder vermieden werden. Es kann also ohne die Gefahr des Auftretens von Schwingungen der Schaufeln mit höheren Drehgeschwindigkeiten des Laufrads gefahren werden, was eine Leistungssteigerung bedeutet. Da außerdem auch das Spiel zwischen den Schaufelenden .rjid der Innenfläche des Pumpenkörpers kleiner als bei den bekannten Pumpen sein kann, besitzt eine mit dem erfindungsgemäßen Laufrad ausgerüstete Pumpe einen besseren Wirkungsgrad.

Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pumpenlaufrads weist dieses zwei Schaufeln auf, von denen die eine die andere mindestens teilweise überdeckt, während die Zunge diese beiden Schaufeln in der Zone ihrer Überdeckung miteinander verbindet, wohingegen es bei einer zweiten Ausführungsform eine Schaufel aufweist, die sich selbst überdeckt, während die Zunge diejenigen Bereiche dieser Schaufel, die sich überdecken, miteinander verbindet.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Pumpenlaiifrad mindestens zwei aufeinanderfolgende Stützen aufweist, auf jeder von denen eine einzige Schaufel befestigt und zwischen denen ein Kanal geformt ist, während der Bereich von mindestens der einen der Schaufeln, welcher der Vorderkante dieser Schaufel gegenüberliegt, als ein Schwanz ausgebildet ist, der Anschluß an die Stütze der Schaufel hat und die Begrenzung des Kanals vervollständigt, indem er diesen letzteren mindestens teilweise wieder schließt.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Pumpenlaufrads im Aufriß,

Fig. 2 einen durch die Stütze einer Schaufel hindurchgehenden Schnitt nach Linie H-II in F i g. 1,

Fig.3 einen Schnitt nach Linie MI-III in Fig. 1 oberhalb eines von zwei Schaufelstützen begrenzten Kanals.

Fig. 4 eine Ansicht einer Pumpenlaufradvnriantc im Aufriß.

F i g. 5 eine Mehrfach-Ansichi ein und derselben Schaufel, ihrer .Stütze und der Nabe des Pumpcnliiiifrads der F i g. 4 in Richtung des Pfeils Fnach den Schnitten A -A und B-B.

Fig. 6 einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 4, der die Verbindung der Schaufeln durch eine Zunge zeigt,

F i g. 7 und 3 Querschnitte eines Pumpcnkiufracls. die zwei gleiche Schaufeln darstellen, von denen die eine die andere überdeckt, ohne und mit Verbindungszungen,

F i g. 9 eine Antiwirbelvorrichtung im Schnitt, mit der ein Pumpenlaufrad versehen ist,

F i g. 10 einen Querschnitt einer Schaufelvariante und

Fig. 11 eine Pumpenlaufradvariante in zwei Querschnitten C-Cund D-D.

Das Pumpenlaufrad der Fig. 1, 2 und 3 weist eine zentrale Nabe 1. Stützen 2, die schraubenartig um die Achse 3 der Nabe 1 gewunden sind, und mehrere der einzigen dargestellten Schaufel analoge Schaufeln 4 auf, deren jede durch zwei winklig im Abstand voneinander angeordnete Ebenen 5 und 6 begrenzt wird, die durch die Achse 3 hindurchgehen sowie Ränder 7 und 8 dieser Schaufel enthalten. Der vordere Rand 7 kann jedes Profil haben, das mit einer guten Strömung der Flude verträglich ist

Die axialen Außenflächen der Stützen 2 sind genau auf einem Kegelstumpf angeordnet derart, daß die Ränder 7, welche die Vorderkante der Schaufeln 4 bilden, ebenfalls genau auf einem Kegelstumpf angeordnet sind, wobei die Stützen 2 sich in bezug auf die Achse 3 radial erstrecken. Die Schaufeln 4 verlaufen senkrecht zu den radialen Richtungen, welche durch die Achse 3 gehen.

Andererseits ist, wenn durch und zwischen zwei benachbarten Stützen 2 ein Kanal 9 gebildet wird, die Dicke £) der Schaufel 4 oberhalb dieses Kanals geringer als die Dicke £2 derselben Schaufel 4 oberhalb einer Stütze 2, wobei die Dicken in derselben Axialebene 10 gemessen sind, denn die Schaufel 4 ist oberhalb jedes Kanals 9 tatsächlich verjüngt.

Außerdem wird das Pumpenlaufrad durch Formen in einer Gießerei erhalten derart, daß die Stützen 2, die Nabe 1 und die Schaufeln 4 ein einziges massives Bauteil darstellen. Selbstverständlich würde eine Ausführungsvariante, welche anfänglich getrennte Teile zusammenfügt, gleichermaßen erfindungsgemäß sein.

Die dargestellte Schaufel 4 wird »gerade« genannt, denn sie ist durch gerade Ränder 7 und 8 begrenzt, die sich also nicht schraubenartig winden.

Eine wichtige Ausführungsvariante ist in den F i g. 4,5 und 6 dargestellt, bei welcher einerseits eine äußere spit/.bogenartige Ausbildung 11 der Oberfläche, auf welcher die vorderen Ränder 7 der verschiedenen Schaufeln 4 angeordnet sind, und andererseits die Tatsache zu erkennen ist, daß jede Schaufel 4 sich selbst schraubenartig um die Achse 3 windet. Bei dem dargestellten Beispiel sind die Schraubensteigungen der Stützen 2 und der Schaufeln 4 gleich derart, daß eine Schaufel 4 ihrer Stütze 2 »folgt«, indem sie sich weder schneller noch langsamer als disse windet. Diese Ausgestaltung geht vor allem aus Fig.5 hervor, in welcher drei Aufrisse ein 'jnd derselben Schaufel 4 und ihrer Stütze 2 winklig verschoben dargestellt sind, da die Schaubenlinien der Stütze und der Schaufel gleich gedreht sind.

Selbstverständlich liegt es noch im Rahmen der Erfindung, spiralige Schaufeln vorzusehen, die andere (größere oder kleinere) Steigungen als ihre Stützen haben, sowie veränderbare Steigungen sowohl für die Stützen 2 als auch für die Schaufeln 4 anzuwenden.

Die F i g. 4 und 6 lassen erkennen, daß eine Schaufel 4 mit einer anderen Schaufel 4, die sie teilweise überdeckt, mittels Zungen 12 verbunden ist.

Die F i g. 7 und 8 stellen eine weitere Pumpenlaufradvariiinte dar. Neben den bereits definierten Bauteilen bildet der hintere Bereich jeder Schaufel 4 für diese einen Ansatz, der einen Schwanz 13 formt, welcher in einer Hohlkehle 14 AnscV.uß an die Stütze 2 und zum Zweck hat. den Kanal 9 teilweise wieder zu schließen, indem er mit der ihn überdeckenden Schaufel 4 und den beiden Stützen 2 der zwei Schaufeln zusammenwirkt

An der Stelle einer Zunge 12 ist dieser Kanal 9 dam?

ganz geschlossen und hat abgerundete Formen, die geeignet sind, für eine gute Strömung der Flude zu sorgen.

In F i g. 9 sind die Keile einer Antiwirbelvorrichtung 15 dargestellt, die am Rahmen des Pumpenlaufrads befestigt ist und bezüglich welcher die Schaufeln 4 im Sinne des Pfeils G in Drehung mitgenommen werden. Die Keile sind nahe der von den vorderen Rändern 7 während ihrer Rotation durchlaufenen Fläche 11 angeordnet

Fig. 10 stellt eine Pumpenlaufradvariante mit einer Schaufel 4 dar, die sich selbst überdeckt und deren sich überdeckende Bereiche ebenfalls mittels einer Zunge 12 verbunden sind.

Denkbar ist auch, daß man, obschon bei den gängigsten Ausführungen die Nabe innen ist and die Schaufeln außen, als Variante die Nabe 1 hohl ausführen, darin Stützen 2 befestigen und die Stützen 2 mit Schaufeln 4 fest verbinden kann. Eine solche Var.jite ist in Fig. 11 dargestellt und kann selbstverständlich rr-i.t einer Antiwirbelvorrichtung 15 oder 17 versehen werden.

Nachstehend sollen noch die Wirkungsweise und die Vorteile des beschriebenen Pumpenlaufrads erläutert werden.

Nahezu die gesamte Fläche der Schaufeln 4 verläuft genau senkrecht zu Radien, die durch die Achse 3 hindurchgehen. Aufgrund dessen haben sie einen guten Erfassungs-Wirkungsgrad. Dieser Wirkungsgrad wird noch verbessert durch die Verdünnung der Schaufeln 4 oberhalb der Kanäle (Eg < £2) und durch die Formergänzung, welche die Schwänze 13 der Schaufeln 4 bei der Bildung jedes Kanals 9 mit sich bringen.
Die Schraubenform der Kanäle 9 trägt unter Berücksichtigung der Länge der entsprechenden vorderen Ränder zu einer guten Strömung der Flude bei; auch ist die Spitzbogenform der Oberfläche 11 derart, daß eine zufriedenstellende Progressivität der Fludeströmangen verwirklicht wird. Allerdings sind neben der bevorzugten Spitzbogenform auch zylindrische oder sphärische Oberflächen 11 denkbar.

Die Zungen 12 erlauben die Erzielung eines guten Widerstands der Schaufeln 4 gegen Zentrifugalkräfte, ergeben eine gute Zuverlässigkeit für das Pumpenlaufrad und leiten die Flude genau.

Schließlich vervollständigen die Antiwirbelvorrichtungen 15 auf vorteilhafte Weise die Wirkungen der anderen Vorrichtungen, welche die Strömung der FIuden betreffen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Pumpenlaufrad, das eine Nabe und mindestens eine Schaufel aufweist, die auf der Nabe mittels einer Stütze befestigt ist, weiche sich radial erstreckt und in bezug auf die Achse der Nabe schraubenartig gewunden ist, während jede Schaufel sich gemäß einer zu der radialen Richtung jeder Stütze genau senkrechten Richtung erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (4) eine Schaufel überdeckt, während eine Zunge (12) in der Oberdeckungszone angeordnet ist und die beiden sich überlappenden Schaufelbereiche aufeinander festlegt

2. Pumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß es mindestens zwei Schaufeln (4) aufweist von denen die eine die andere mindestens teilweise überdeckt während die Zunge (12) diese beiden Schaufeln in der Zone ihrer Überdeckung miteinander verbindet

3. Pumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Schaufel (4) aufweist die sich selbst überdeckt während die Zunge (12) diejenigen Bereiche dieser Schaufel, die sich überdecken, miteinander verbindet

4. Pumpenlaufrad nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens zwei aufeinanderfolgende Stützen (2) aufweist, auf jeder von denen eine einzige Schaufel (4) befestigt und zwischen denen ein Kanal (9) geformt ist, während der Bereich von mindestens der einen der Schaufeln (4), weicher der Vorderkante (7) dieser Schaufel (t) gegenüberliegt, als ein Schwanz (13) ausgebildet ist, cLr Anschluß an die Stütze (2) der Schaufel (4) hat und die Begrenzung des Kanals (9) vervollständigt, indem er diesen letzteren mindestens teilweise wieder schließt.