DE29904668U1

DE29904668U1 - Kreislaufpumpenlaufrad radialer Bauart

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Publication number: DE29904668U1
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Original assignee: Grundfos AS
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Priority date: 1999-03-13
Filing date: 1999-03-13
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2009-03-14
Also published as: CN2426027Y

Description

Anmelder: Grundfos a/s

Poul Due Jensens Vej 7-11
DK - 8850 Bjerringbro

Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart

Die Erfindung geht aus von einem Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart, umfassend eine hintere und eine vordere Deckscheibe mit dazwischen angeordneten Schaufeln, wobei eine erste Gruppe langer, sich vom Saugmund bis zum Laufradaußenrand erstreckender Schaufeln und eine zweite Gruppe kürzerer Schaufeln vorgesehen sind und sich jeweils zwischen zwei langen Schaufeln eine kürzere Schaufel befindet und wobei das Durchmesserverhältnis des Außendurchmessers zu dem Saugmunddurchmesser des Laufrades wenigstens drei beträgt.

Ein Kreiselpumpenlaufrad der vorgenannten Art ist in der Praxis bekannt. Es wird eingesetzt, wenn sich aufgrund von geforderter Förderhöhe, Förderstrom und Drehzahl ein sehr großes Durchmesserverhältnis von Außendurchmesser zu Innendurchmesser des Laufrades ergibt sowie zusätzlich eine besondere Laufruhe des Laufrades gefordert wird. Ein solches Laufrad hat jedoch aufgrund seiner großen Radseitenreibung einen geringen Wirkungsgrad.

Insbesondere bei der Wasserversorgung in Gebieten, deren zentrales Wasser-Versorgungssystem wenigstens teilweise in auf den Dächern von Häusern angeordneten, einzelnen Wasservorratsbehältern endet, z. B. in Entwicklungsländern, wird das Wasser mittels einer sogenannten Boosterpumpe entnommen und den Verbrauchsstellen zugefördert wird. Eine solche Pumpe entnimmt im allgemeinen aus den Vorratsbehältern eine relativ geringe Wassermenge von z. B. bis zu 2,0 m³/h und erhöht den durch die Dachanordnung des Wasservorratsbehälters jeweils gegebenen, zu geringen statischen Wasserdruck um etwa 0,6 bis 0,8 bar für eine

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ausreichend schnelle Wasserentnahme an der Zapfstelle. Aufgrund der finanziellen Situation der Bevölkerung, ihrer nicht ausreichenden technischen Kenntnisse und des Einsatzes der Boosterpumpen im Wohnbereich sollen diese Pumpen billig herstellbar, wartungsfrei und leise im Betrieb sein. Ferner sind einstufige Kreiselpumpenaggregate bekannt, die die Anforderungen hinsichtlich der Fördermenge, der Förderhöhe und teilweise der kostengünstigen Herstellkosten erfüllen, die aber nicht wartungsfrei sind, weil deren trockenlaufender elektrischer Antriebsmotor eine Wellenabdichtung zur Pumpe erfordert und ein störendes Laufgeräusch aufweist. Des weiteren sind mit einem Naßlaufmotor angetriebene Kreiselpumpen bekannt, die sich als Heizungsumwälzpumpen im Wohnbereich bewährt haben und die genannten Mängel nicht aufweisen. Diese Aggregate weisen jedoch nur eine Förderhöhe auf, die etwa die Hälfte des Wertes der Boosterpumpen für den hier fraglichen Einsatzbereich beträgt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Pumpenlaufrades radialer Bauart der einleitend angeführten Art für eine Boosterpumpe, wobei das Laufrad bei einem Betrieb mit Netzstromfrequenz einen geringen Förderstrom und eine Druckerhöhung bis etwa 0,8 bar liefert.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem Anspruch 1 angegeben.

Das erfindungsgemäße Kreiselpumpenlaufrad erzeugt die aufgabengemäß genannten Betriebsdaten bei einem relativ geringen Außendurchmesser, ist also ein kleines Hochdruckrad, das sich hervorragend für den Einsatz in einer Boosterpumpe eignet, und läuft aufgrund der schaufelzahlbedingten geringen und zahlreichen Druckdifferenzen an den Austrittsstellen des Laufrades geräuscharm. Der schlechtere Wirkungsgrad einer mit dem erfindungsgemäßen Laufrad ausgestatteten Boosterpumpe ist vernachlässigbar, weil die von einem Strömungswächter ein- und ausgeschaltete Pumpe nur bei Wasserentnahme, also kurzzeitig, betrieben wird und daher entsprechend wenig Antriebsenergie verbraucht. Ferner kann eine mit dem erfindungsgemäßen Laufrad ausgestattete Boosterpumpe für die beabsichtigte

Wasserversorgung mit einem elektrischen Naßlaufmotor angetrieben werden, wie er in der Heizungsumwälzpumpentechnik verwendet wird und aufgrund seiner hochentwickelten Fertigungstechnik preiswert herstellbar ist. Ein solcher Motor begünstigt ferner zusätzlich den leisen Lauf einer erfindungsgemäß ausgerüsteten Boosterpumpe, die somit auch wartungsfrei betrieben und kostengünstig hergestellt werden kann.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kreiselpumpenlaufrades besteht darin, daß die kürzeren Schaufeln eine erste Untergruppe gleichlanger Schaufeln und eine zweite Untergruppe gleichlanger Schaufeln umfassen, wobei die Schaufellänge der zweiten Untergruppe kleiner ist als diejenige der ersten Untergruppe, und daß jeweils eine Schaufel der zweiten Untergruppe zu beiden Seiten einer Schaufel der ersten Untergruppe angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Strömung des Fördermediums durch die zwischen den Schaufeln ausgebildeten Strömungskanäle hindurch sehr gleichmäßig erfolgt.

Des weiteren liegt der Austrittswinkel aller Schaufeln im Bereich zwischen 85° und 105° und beträgt vorzugsweise etwa 95°. Es ist ferner vorteilhaft, das Vorderende der langen Schaufeln bezüglich des Strömungseintrittswinkels so auszubilden, daß an dem Vorderende ein stoßfreier Strömungseintritt gegeben ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in den anliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: das Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2: einen Querschnitt nach der Linie H-II in Fig. 1,

Fig. 3: ein Einzelteil für die Nabe des Kreiselpumpenlaufrades in per-

spektivischer Darstellung,

Fig. 4: eine abgeänderte Ausführung des Ausführungsbeispiels nach Fig.

1 in perspektivischer Darstellung,

Fig. 5: eine teilweise Darstellung des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1

und

Fig. 6: ein Diagramm für die Änderung des Schaufelwinkels &bgr; als Funk

tion des Laufradradius R.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines Kreiselpumpenlaufrades 1 radialer Bauart gezeigt, das eine hintere Deckscheibe 2, eine vordere, nur zur Hälfte dargestellte Deckscheibe 3 mit dem Saugmund 4 und eine Vielzahl von zwischen den beiden Deckscheiben angeordneten Schaufeln umfaßt. Diese Schaufeln umfassen lange Schaufeln 5, die sich vom Bereich des Saugmundes 4 bis zum Außenrand des Laufrades 1 erstrecken, und kürzere Schaufeln 6 und 7, die sich zwischen den langen Schaufeln befinden und ebenfalls am Außenrand des Laufrades 1 enden. Die langen Schaufeln 5 bilden eine erste Schaufel gruppe und die kürzeren Schaufeln 6, 7 bilden eine zweite Schaufelgruppe.

Sämtliche Schaufeln 5, 6, 7 sind mit der hinteren Deckscheibe 2 einstückig ausgebildet, z. B. durch Spritzgießen aus einem geeigneten Kunststoff. Die vordere, vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Deckscheibe 3 ist mit den Schaufeln verschweißt, wofür die Schaufeln mit Schweißvorsprüngen 8 versehen sind.

Die hintere Deckscheibe 2 weist eine zentrale Nabe 9 auf, in die eine Metallbuchse 10 fest eingegossen ist. Diese Metallbuchse ist in Fig. 3 deutlich gezeigt und man erkennt, daß sie an ihrem Außenumfang mit einer Mehrzahl von radialen Vorsprüngen 11 versehen ist, um sie in der Nabe 9 formschlüssig festzulegen und eine sichere Drehmitnahme des Laufrades 1 zu gewährleisten. Auf ihrer Innenumfangsfläche 12 ist die Metallbuchse 10 mit einer Mehrzahl von niedrigen, axialen Rippen 13 versehen, die eine einfache und sichere kraftschlüssige Montage des

Laufrades 1 auf der Pumpenantriebswelle (nicht gezeigt) gewährleisten, insbesondere, wenn die Welle aus Keramik besteht.

Die Durchmesserabmessungen des Laufrades 1 sind so gewählt, daß die geforderte Druckerhöhung bzw. Druckdifferenz erzeugt wird. So ist das Durchmesserverhältnis zwischen dem Außendurchmesser D2 und dem Saugmunddurchmesser Dl des Laufrades wenigstens drei und beträgt vorzugsweise 4 bis 6.

Die kürzeren Schaufeln 6 und 7 können eine unterschiedliche Länge aufweisen, wie es Fig. 1 zeigt. Im dargestellten Fall sind zwischen jeweils zwei langen Schaufeln 5 drei kürzere Schaufeln 6 und 7 vorgesehen sind, wobei die mittlere kürzere Schaufel 6 eine größere Länge aufweist als die beiden seitlich von ihr plazierten kürzeren Schaufeln 7. Die kürzeren Schaufeln 6, 7 sind also gemäß Fig. 1 so zwischen den langen Schaufeln 5 angeordnet, daß sich jeweils zwischen einer langen Schaufel 5 und der mittleren kürzeren Schaufel 6 jeweils eine noch kürzere Schaufel 7 befindet. Bei dem Beispiel nach Fig. 1 ist die zweite Schaufelgruppe, welche alle kürzeren Schaufeln umfaßt, somit in zwei Untergruppen aufgeteilt, nämlich in eine erste Untergruppe gleichlanger Schaufeln 6 und eine zweite Untergruppe gleichlanger Schaufeln 5, wobei die Schaufellänge der zweiten Untergruppe kleiner ist als diejenige der ersten Untergruppe. Wenn es die Platzverhältnisse zulassen, kann auch so vorgegangen sein, daß jeweils zwischen zwei langen Schaufeln 5 mehr als eine kürzere Schaufel 6 und mehr als zwei noch kürzere Schaufeln 7 vorgesehen sind.

Abgesehen von ihrem Vorderende sind alle Schaufeln so ausgebildet, daß sie über ihre Länge eine gleichbleibende Dicke und auch eine gleichbleibende Höhe aufweisen. Ferner ist das Vorderende der langen Schaufeln 5 so ausgebildet, daß bei vorgegebenem Förderstrom für das Laufrad 1 ein stoßfreier Strömungseintritt an diesen Schaufeln gegeben ist.

Wie Fig. 1 zeigt, enden sämtliche Schaufeln 5, 6, 7 bezüglich des Außenumfangs des Laufrades etwa im rechten Winkel, vorzugsweise mit einem Austrittswinkel von etwa 95°. Der Verlauf der Schaufeln kann jedoch auch so vorgesehen sein, daß der Austrittswinkel aller Schaufeln im Bereich zwischen 85° und 105° liegt. Dies hängt von den jeweiligen Anwendungsbedingungen für das Laufrad 1 bzw. für die damit ausgerüstete Kreiselpumpe ab.

Die zwischen allen Schaufeln bekannterweise ausgebildeten Strömungskanäle 14 weisen bei gleichbleibender Höhe aller Schaufeln eine Strömungsbreite auf, deren Endwert im Verhältnis zu ihrem Anfangswert am Schaufelanfang beim Laufrad nach Fig. 1 den Faktor drei nicht überschreitet. Darüber hinaus ist die Querschnittsfläche aller Strömungskanäle 14 so bemessen, daß entlang jedes Strömungskanals ein gleicher Mindestkugeldurchmesser gewährleistet ist. Hierdurch wird sichergestellt, daß das Laufrad mit Festkörperteilchen vermengte Flüssigkeiten fördern kann, wobei die maximale Größe dieser Festkörperteilchen durch das Maß des vorbestimmten Mindestkugeldurchmessers bestimmt ist.

Fig. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform gegenüber derjenigen nach den Figuren 1, 2 und 3. Das in Fig. 4 gezeigte Laufrad 20 umfaßt in seinen wesentlichen Bestandteilen ebenfalls eine hintere Deckscheibe 21, eine vordere Deckscheibe 22 mit einem Saugmund 23 und eine Vielzahl von Schaufeln, die zwischen den beiden Deckscheiben angeordnet sind. Der wesentliche Unterschied dieser Ausführungsform zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform besteht darin, daß die zweite Schaufelgruppe, welche die kürzeren Schaufeln umfaßt, aus mehreren Schaufeln 24 besteht, die alle die gleiche Länge aufweisen. Im gezeigten Fall sind drei kürzere gleichlange Schaufeln 24 dargestellt; es können aber auch mehr oder nur zwei Schaufeln 24 zwischen jeweils zwei langen Schaufeln 5 vorgesehen sein, wobei die langen Schaufeln 5 die erste Schaufelgruppe bilden und sich vom Saugmund 23 bis zum Außendurchmesser des Laufrades 20 erstrecken. Im übrigen ist das Laufrad 20 so ausgebildet, wie es in Verbindung mit dem Laufrad 1 beschrieben ist.

Die Figuren 5 und 6 verdeutlichen einen bevorzugten Verlauf sämtlicher Schaufeln von ihrem Strömungseintrittsende bis zu ihrem Strömungsaustrittsende am Außenrand des Schaufelrades 1 bzw. 20. Man erkennt aus Fig. 5, aber auch aus den Figuren 1 und 4, daß es sich um leicht vorwärts gekrümmte Schaufeln handelt, wobei die Krümmung der Schaufeln in ihrem jeweiligen Anfangsabschnitt am größten ist und zum Außenrand des Laufrades hin erheblich geringer wird. Dies ergibt sich auch aus Fig. 6, in der drei experimentell ermittelte Kurven (25, 26, 27) für die Änderung des Winkels &bgr; für die langen Schaufeln dargestellt sind, wobei die Kurven die Abhängigkeit des Winkels &bgr; in Winkelgeraden als Funktion des Radienverhältnisses R/R2 der Schaufeln angeben. Die Kurven gelten für Schaufeln, die etwa im Winkel von 95° am Außenumfang des Laufrades enden. Für die kürzeren Schaufeln gelten die entsprechenden Abschnitte der dargestellten Kurven, d. h. diejenigen Abschnitte, die im Vergleich zu den langen Schaufeln bei einem größeren Radienverhältnis R/R2 beginnen.

Die Kurven 25, 26 und 27, welche den jeweiligen Schaufelwinkel beta (&bgr;) - zum leichteren Verständnis - entlang der Mittellinie der langen Schaufeln 5 darstellen, können mit folgender Funktion wiedergegeben werden:

1-

R.-R R₂-R,

worin:

ß, der Eintrittswinkel der langen Schaufeln,

ß₂ der Austrittswinkel aller Schaufeln,

R, der minimale Radius der langen Schaufeln,

R₂ der maximale Radius aller Schaufeln,

R ein Radius der Schaufeln zwischen R₁ und R₂ und

&eegr; ein Zahlenwert zwischen 1,5 und 3,0 ist.

Die ausgezogene Kurve 25 nach der vorstehend angegebenen Funktion gilt für den Zahlenwert 2,1 des Exponenten n, während die gestrichelten Kurven 26 und 27 für die Zahlenwerte 1,5 bzw. 3,0 des Exponenten &eegr; gelten. Schaufelräder mit einem Exponentenwert &eegr; zwischen 1,5 und 3,0 ergeben große Drucksteigerungen, wobei eine Boosterpumpe mit einem Schaufelrad nach Fig. 1 eine optimale Drucksteigerung erbringt, weil deren Schaufeln für einen Exponenten &eegr; von 2,1 ausgelegt sind.

Claims

Ansprüche

1. Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart, umfassend eine hintere und eine vordere Deckscheibe mit dazwischen angeordneten Schaufeln zur Ausbildung von Strömungskanälen, wobei eine erste Gruppe langer, sich vom Saugmund bis zum Laufradaußenrand erstreckender Schaufeln und eine zweite Gruppe kürzerer Schaufeln vorgesehen sind und sich jeweils zwischen zwei langen Schaufeln eine kürzere Schaufel befindet und wobei das Durchmesserverhältnis des Außendurchmessers zu dem Saugmunddurchmesser des Laufrades (1, 20) wenigstens drei beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei langen Schaufeln (5) mehrere kürzere Schaufeln (6, 7; 24) vorgesehen sind.

2. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kürzeren Schaufeln (6, 7) eine erste Untergruppe gleichlanger Schaufeln (6) und eine zweite Gruppe gleichlanger Schaufeln (7) umfassen, wobei die Schaufellänge der zweiten Untergruppe kleiner ist als diejenige der ersten Untergruppe, und daß jeweils mindestens eine Schaufel (7) der zweiten Untergruppe zu beiden Seiten mindestens einer Schaufel (6) der ersten Untergruppe angeordnet ist.

3. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich zwischen allen Schaufeln (5, 6, 7) befindenden Strömungskanäle (14) bei gleichbleibender Höhe aller Schaufeln eine Strömungsbreite aufweisen, deren Endwert im Verhältnis zu ihrem Anfangswert den Faktor 3 (drei) nicht überschreitet.

4. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittswinkel aller Schaufeln im Bereich zwischen 85° und 105° liegt.

5. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittswinkel aller Schaufeln 95° beträgt.

6. Kreiselpumpenlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorderende der langen Schaufeln (5) bei vorgegebenem Förderstrom für einen stoßfreien Strömungseintritt an diesen Schaufeln ausgebildet ist.

10

7. Kreiselpumpenlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche aller Strömungskanäle (14) so bemessen ist, daß entläng jedes Kanales ein gleicher Mindestkugeldurchmesser gewährleistet ist.

8. Kreiselpumpenlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (5, 6, 7; 24) eine gleichbleibende Dicke aufweisen.

20

9. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf insbesondere der langen Laufradschaufeln (5) - betrachtet entlang deren Mittellinie - bezüglich des Schaufelwinkels &bgr; der Funktion

entspricht, worin:

1-

R; -R

R,-R,

ß, der Eintrittswinkel der langen Schaufeln,

ß₂ der Austrittswinkel aller Schaufeln,

R₁ der minimale Radius der langen Schaufeln,

R₂ der maximale Radius aller Schaufeln,

R ein Radius der Schaufeln zwischen R, und R₂ und

&eegr; ein Zahlenwert zwischen 1,5 und 3,0 ist.

10. Kreiselpumpenlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Deckscheibe (2; 21) mit einer zentralen Nabe (9) aus

Kunststoff versehen ist und daß die Nabe eine darin fest angeordnete Metallbuchse (10) aufweist.

11. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Deckscheibe (2; 21) mit der zentralen Nabe (9) und alle Schaufeln (5, 6, 7;

24) aus einem einstückigen Bauteil bestehen und daß die vordere Deckscheibe (3; 22) mit den Schaufeln verschweißt ist.

12. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbuchse (10) auf ihrer Innenumfangsfläche mit einer Mehrzahl von niedrigen, axialen Rippen (13) versehen ist.