DE3341111A1 - Radialkreiselpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkreiselpumpe, insbesondere selbstansaugende Schmutzwasserpumpe mit axialem Einlauf und einem mit mindestens einer Schaufel ersehenen Laufrad in einem Gehäuse mit Druckstutzen.

Die Saugfähigkeit und damit die Leistung derartiger Pumpen hängt unmittelbar damit zusammen, wie sich die in einem Hohlraum in der Mitte des Flügelrades befindende Luft entfernen läßt. Sobald sich nämlich das Laufrad dreht und die bei jeder selbstansaugenden Pumpe zunächst einmal notwendige Flüssigkeitsmenge erfaßt, die die Pumpe ausgehend von ihrer Füllkammer bis knapp über die Mitte der Laufradachse füllt, bildet sich im ring- oder spiralförmigen Gehäuse ein um die Achse des Laufrades umlaufender Schleppstrom, der in seiner äußeren Zone nahezu ausschließlich aus Flüssigkeit, innen dagegen aus einem Gemisch aus Flüssigkeit und Luft besteht. Eine scharfe Grenze liegt zwischen diesen beiden Zonen nicht vor. Der von dem drehenden Laufrad in Schwebe gehaltene Schleppstrom hat keinerlei ansaugende Wirkung.

Der Schleppstrom und der mittlere Hohlraum sind von einem Wasserring umgeben, der den restlichen Teil des Spiraloder Ringgehäuses ausfüllt.Da es kaum eine Flüssigkeit gibt, die keine Anteile an Luft oder Gas in feinster Verteilung beinhaltet, muß beim Ansaugen das Luft-Wasser-Ge misch den äußeren Wasserring durchdringen, damit sich der Hohlraum bzw. die dort in der Mitte des Flügelrades angesammelte Luft und auch die in dem Wasserstrom mitgeführten Luftblasen vermindern lassen. Dem stehen jedoch erhebliche Zentrifugalkräfte der durch das Flügelrad erzeugten starken rotierenden Wasserschicht entgegen.

Aus der DE-AS 1 528 879 ist eine Selbstansauge-Vorrichtung für Radialkreiselpumpen bekannt, bei der sich im Druckstutzen ein an beiden Enden offenes Rohr befindet, das innen bis an den Umfang des Laufrades herangeführt ist. Das rechteckige Rohr besitzt am inneren Ende eine in die Mündung des umlaufenden Schleppstromes hineinragende Schräge. Mit dem Rohr wird ein Abzweigen eines Teils der inneren, stark mit Luft durchsetzten Zone des Schleppstroms bezweckt, der sich getrennt von der übrigen Strömung zum Druckstutzenaustritt leiten läßt. Die Luft kann in dem Rohr mit einigermaßen laminarer Strömung ungestört aufsteigen und in eine Druckleitung übertreten, während das Wasser an einer Mündung in den Hauptraum des Druckstutzens überläuft und damit wieder in den umlaufenden Schleppstrom gelangt. Durch dieses Trennen von Luft und Flüssigkeit läßt sich die Luft in eine Druckleitung und die Flüssigkeit zurück in die Pumpe führen. Das verminderte Luftvolumen im Pumpenraum wirkt sich als Sog am Saugstutzen aus, womit in der Füllkammer ein Unterdruck entsteht, der die unterhalb des Pumpenniveaus befindliche Flüssigkeit anhebt.

Es sind auch Pumpen bekannt, die ein Trennen der Luft- und Wasseranteile durch im Druckstutzen angeordnete, den Hauptstrom aufteilende Höhlungsabschlüsse, Klappen oder sonstige Verdrängungs- bzw. Leitkörper erreichen.Alle bekannten Vorrichtungen benötigen somit zusätzliche absperrende Innenteile, die den Fertigungs- und Moηtageaufwand erhöhen.

Die Erfindung geht davon aus, daß neben der zentralen Schleppströmung längs des Laufradumfanges noch eine Sekun-

därströmung verläuft. Das in der Schleppströmung umgetriebene, sich bis zum Förderbeginn stets erneuernde Wasser-Luft-Gemisch wird ständig in die Druckleitung abgeführt, wozu bei bekannten Pumpen die vorerwähnten zusätzlichen Leitkörper dienen. Außerhalb des umgetriebenen Wasser-Luft-Ringes hält sich ein praktisch luftloses Wasservolumen mit der Durchflußgeschwindigkeit Null in Schwebe. Die Sekundärströmung hält die aus dem Laufrad austretenden Wasserteilchen in Bewegung und sorgt dafür, daß wieder Flüssigkeit in das Laufrad gelangt. Die luftlosen Wasserpartikel werden durch den kreisenden Wasserluftring in das Laufrad zurückgespült.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfachere und kostengünstigere Bauweise zu ermöglichen, die ohne zusätzliche Leitkörper bzw. absperrenden Innenteile auskommt, die insbesondere beim Einsatz einer selbstsaugenden Pumpe als Schmutzpumpe wegen der Gefahr der damit verbundenen Schmutzanhäufungen nachteilig sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine tangential zum Laufrad angeordnete, das Laufradgehäuse und den Druckstutzen verbindende Drallkammer. Diese läßt sich mit einem von unten nach oben weitenden Querschnitt ausführen, wobei ein unterer, sich nach oben zunächst weitender Abschnitt in einen Abschnitt gleichbleibenden Querschnitts übergeht. Die Drallkammer kann dabei einen trichterartigen unteren Abschnitt mit einem kleinsten Durchmesser nahe der tiefsten Stelle des Laufrades und einem größten Durchmesser etwa mittig zum Laufrad besitzen.

BAD ORIGINAL

Durch die zum Druckstutzen führende, tangential zum Laufraddurchmesser angeströmte Drallkammer laßt sich infolge der insbesondere trichterförmigen Ausbildung der Kammer in der Zone des Laufrades die Sekundärströmung derart beeinflussen, daß bedingt durch die gezielt anders gerichtete Fliehkraft die ansonsten radial zur Laufradwelle beschleunigte Flüssigkeit schneller zurück in das Laufrad gelangt und dabei einen Teil des in dem Hohlraum mitgeführten Gases bzw. der Luft einschließt. Die Form der Drallkammer stört die allgemeine Strömung nicht, so daß das von der Laufradschaufel umgetriebene, abgeschlossene Gas in den Bereich des sekundären Wirbels eintreten und von diesem fortgespült
werden kann; d.h., es wird durch die Fliehkraft der rotierenden schwereren Flüssigkeit in den Rotationskern innerhalb der Drallkammer abgeschoben. Hier steigt das Gas zusammen mit der sich hochschraubenden Flüssigkeit nach oben und über den Druckstutzen in den Pumpkreislauf.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen schematisch dargestellt:

Fig. 1 einen quer zur Laufradachse geführten Vertikalschnitt durch ein Laufradgehäuse mit einer erfindungsgemäßen Drallkammer,dargestellt in einer ersten Betriebsphase des Laufrades;

Fig. 2 das Gehäuse gemäß Fig. 1 in einer zweiten Betriebsphase des Laufrades;

Fig. 3 das Gehäuse gemäß Fig. 1 in einer dritten Betriebsphase des Laufrades; und

Fig. 4 das Gehäuse gemäß Fig. 1 in einer vierten Betriebsphase des Laufrades.

Die Pumpe 1 besteht aus einem Gehäuse 2 und einem darin umlaufenden Laufrad 3 mit einer Antriebswelle 4 und einer Schaufel 5. Das ring- oder spiralförmige Gehäuse geht in eine Drallkammer 6 über, die nahe der tiefsten Stelle T des Laufrades bis in einen Bereich radial zur Mitte M des Laufrades trichterförmig ausgebildet ist und nach Art eines Zyklons wirkt. Daran anschließend setzt sich die Drallkammer 6 mit unverändertem Durchmesser bis zum Druckstutzen 7 fort. Die Fig. 1 bis 4 zeigen strichpunktiert den Querschnitt der Spirale und des Übergangs zur Drallkammer im Bereich des in Strömungsrichtung gesehen austrittsseitigen Endes des ringförmigen Spiralgehäuses 2, dessen freier Querschnitt am Übergang gleich der Breite des Lauf- f- rades 3 ist.

Zentrisch zur Antriebswelle 4 des Laufrades 3 befinden sich am Gehäuse 2 der Pumpe 1 nicht dargestellte Einlaufstutzen, an die eine Füllkammer mittels Flanschen angeschlossen ist. Die Seitenwände des Gehäuses 2 besitzen gegen das Laufrad 3 bzw. dessen Schaufel 5 nur ein geringes Spiel, während die eigentliche Spirale oder der Ring des Gehäuses 2 einen gleichen Abstand zum Laufrad 3 von wenigstens der Laufradbreite an keiner Stelle unterschreitet. Der Kreisquerschnitt des Gehäuses 2 beeinflußt das Ausbilden der Sekundärströmung ebenfalls positiv.

BAD ORIGINAL

Nach dem Einschalten saugt die Pumpe 1 zunächst die vorgeschaltete Füllkammer leer, und das Laufrad 3 füllt das umgebende Gehäuse 2 mit Flüssigkeit. Bei den ersten Umläufen des Laufrades 3 findet keine Förderung statt. Es bildet sich im Gehäuse 2 vielmehr ein Flüssigkeitsring 8 mit großer Fliehkraft radial nach außen, so daß die Flüssigkeit die Wandung der Drallkammer seitlich tangential anströmt, was die Pfeile 9 verdeutlichen. Aus dem trichterartigen unteren Abschnitt der Drallkammer, die dort in jedem horizontalen Schnitt einen kreisrunden Querschnitt aufweist, entstehen dann wiederum Fliehkräfte, die die Flüssigkeit gemäß den Pfeilen 12 in das Laufrad 3 zurückströmen lassen. Die allgemeine Strömung in der Gaskammer wird hierdurch nicht gestört; die in der Flüssigkeit enthaltenen Gas- und Luft-Partikel 13 können in dem großen, als Ausgleichsbehälter wirkenden zylindrischen Abschnitt im Anschluß an den trichterförmigen Teil der Drallkammer 6 aufsteigen und am Druckstutzen 7 austreten.

Beim Ansaugen stellen sich sehr große Geschwindigkeiten ein, die die Fliehkraft des Flüssigkeitsringes 8 und des von diesem gespeisten trichterförmigen Abschnitts der Drallkammer 6 entsprechend beeinflussen. Das rotierende Laufrad 3 mit dem mittleren, luft- bzw. gasgefüllten Hohlraum 14 zieht mit der Schaufelaustrittskante 5a eine Luftschleppe 15 hinter sich her. Die vom Laufrad 3 ebenfalls erzeugte Schleppströmung 16 enthält neben auszentrifugierten, als Satelliten in der Schleppströmung umgetriebenen Luftpartikeln häufig auch noch auf der Oberfläche der Schaufel 5 als grobblasige Kaverne 17 eingeschlossene Luft.

Mit zunehmender Länge der durchlaufenen Strecke vergrößert sich gemäß Fig. 2 und 3 die flüssigkeitsfreie Luftschleppe 15, die wesentlich von der Drehzahl des Laufrades 3, der Winkelgeschwindigkeit des Flüssigkeitsringes 8; der Summe der saugseitig hängenden und druckseitig lastenden Flüssigkeitssäule sowie der Form der Laufradschaui el 5 bestimmt wird. Auf diese Weise gelangt die \n der Kaverne 17 eingeschlossene Luft in den Bereich des sekundären Wirbels, der diese Luft fortspült und durch die Fliehkraft der rotierenden schweren Flüssigkeit in den durch die Pfeile 18 gekennzeichneten Rotationskern abscheidet, wo sie zusammen mit der aufsteigenden Flüssigkeit und den anderen Luftpartikeln 13 zum Druckstutzen 7 strömt. Die Luftanteile in der Flüssigkeit reduzieren sich mit zunehmender Zahl der Umläufe, wobei sich ihre kinetische Energie durch die Fliehkräfte nur geringfügig mindert, so daß sie aus der Drallkammer 6 wieder in den Flüssigkeitsring 8 des Gehäuses 2 gelangt.

Die Fig. 4 stellt die Phase der in den Bereich der Sekundärströmung 9 eingetretenen Schaufelaustrittskante 5a dar. Unterstützt durch die besondere trichterartige Form der Drallkammer 6 dringt die Flüssigkeit bedingt durch die anders gerichtete Fliehkraft schneller in das Laufrad 3 ein und schließt einen Teil der Luft des mittleren Hohlraumes als Luftblase 19 ein, da die Schaufel 5 in der Nähe der Schaufeleintrittskante 5b den sich in Richtung Laufradmitte ergießenden Flüssigkeitsschwall an einem Eindringen in den Hohlraum 14 hindert. Ein Teil der Luftschleppe 15 wird
damit vom Laufradinneren abgeschlossen. Die rotierende Lauf-

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radschaufel 5 treibt die Luftblase 19 vor sich her und spült sie in den Rotationskern 18. Dies wiederholt sich bei jeder Umdrehung des Laufrades 3, und mit zunehmender saug- und auflastender Druckhöhe verkleinert sich der Schleppwinkel im Bereich der Schleppströinung 16. Gleichzeitig damit erhöht sich dort und im Rotationskern 18 die Geschwindigkeit der Flüssigkeit. Aus diesem Zusammenhang läßt sich die Purnpenleistung so erklären, daß beim Ansaugen die Höhe durch den Flüssigkeitsring, beim Fördern die Höhe durch die Laufradschaufel erbracht wird, wobei die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsringes 8 sich entsprechend der Fördermenge vermindert.

BAD

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Claims (1)

1. Dr.-Ing. Reimar König"* · '"D'fpl.-Ing. Klaus Bengen

   Wilhelm-Tell-Str. 14- 4DQO Düsseldorf 1 Telefon 39 7O2B Patentanwälte

   11.Nov.1983
   35 155 K

   Herr Dr.-Ing. Georg Volland, Adalbertstraße 9

   4000 Düsseldorf 11

   "Radialkreiselpumpe"

   Patentansprüche:

   Radialkreiselpumpe (1), insbesondere selbstansaugende Schmutzwasserpumpe mit axialem Einlauf und einem mit mindestens einer Schaufel (5) versehenen Laufrad (3) in einem Gehäuse (2) mit Druckstutzen (7), gekennzeichnet durch eine tangential zum Laufrad (3) verlaufende, das Laufradgehäuse (2) und den Druckstutzen (7) verbindende Drallkammer (6).

   Pumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Drallkammer (6) mit einem sich von unten nach oben weitenden Querschnitt.

   Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen unteren, sich nach oben zunächst weitenden Abschnitt der Drallkammer (6), der in einen Abschnitt gleichbleibenden Querschnitts übergeht.

   4. Pumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen trichterartigen unteren Abschnitt der Drallkammer (6) mit dem kleinsten Durchmesser nahe der tiefsten Stelle des Laufrades (T) und dem größten Durchmesser etwa mittig zum Laufrad (3).