DE3341111C2 - Radialkreiselpumpe - Google Patents

Abstract

Eine Radialkreiselpumpe, insbesondere selbstansaugende Schmutzwasserpumpe, mit axialem Einlauf und einem mit mindestens einer Schaufel versehenen Laufrad in einem Gehäuse mit Druckstutzen läßt sich ohne absperrende Innenteile durch eine tangential zum Laufrad verlaufende, das Laufradgehäuse und den Druckstutzen verbindende Drallkammer betreiben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkreiselpumpe, insbesondere eine selbstansaugende Schmutzwasserpumpe mit axialem Einlauf und einem mit mindestens einer Schaufel versehenen Laufrad in einem Gehäuse, das über eine tangential zum Laufrad verlaufende und einen sich von unten nach oben weitenden Querschnitt aufweisende Drallkammer mit einem Druckstutzen verbunden ist.

Eine Pumpe dieser Art ist aus der US-PS 29 92 617 bekannt, bei der die gasförmigen Bestandteile sprialförmig in einen sich von unren nac?< oben stetig weitenden Trichter eintreten und aufsteigen. Um die angestrebte Pumpenfunktion bzw. -wirkung τ ; erreichen, sind eine Vielzahl zusätzlicher Maßnahmen erforderlich, wie beispielsweise die mit einem zumindest abschnittsweise einen bestimmten Flächenverlauf aufweisenden Wandteile des ring- oder spiralförmigen Gehäuses, sowie mit speziellen Schrägflächen ausgebildete Laufradschaufeln und im Bereich der Sekundärströmung angeordnete Hilfsschaufel. Um bei dieser Pumpe selbstansaugende Eigenschaften zu erreichen, ist ein bis weit in das Gehäuse hineinreichender zungenartiger Vorsprung erforderlich, der die mit der Strömung umtreibenden festen und gasförmigen Bestandteile trennt und in für sie bestimmte Kanäle leitet.

Solche Maßnahmen sind erforderlich, weil die Saugfähigkeit und damit die Leistung derartiger Pumpen unmittelbar damit zusammenhängt, 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 Laufradachsc 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 Spiral- oder 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-Gemisch 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 vermindem lassen. Dem stehen jedoch erhebliche Zentrifugalkräfte der durch das Laufrad erzeugten starken rotierenden Wasserschicht entgegen.

Weiterhin ist aus der DE-GM 18 48 491 eii s Pumpe bekannt, die ein Trennen der Luft- und Wasseranteile

ίο durch im Druckstutzen angeordnete, den Hauptstrom aufteilende Höhiungsabschlüsse erreicht Bei der aus einer JP-PS 39 12 596 bekannten Pumpe sind zu diesem Zweck Verdrängungs- bzw. Leitkörper im Druckstutzen angeordnet Alle bekannten Vorrichtungen benötigen somit zusätzliche absperrende Innenteile, die den Fertigungs- und Montageaufwand erhöhen.

Die Erfindung geht davon aus, daß neben der zentralen Schleppströmung längs des Laufradumfanges noch eine Sekundärströmung 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 Durchflußgeschwicsdigkeit 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 Waserluftring in das Laufrad zurückgespült

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfachere und kostengünstigere Bauweise zu ermöglichen, die ohne zusätzliche Leitkörper bzw. absperrende 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 einen trichterartigen unteren, sich nach oben zunächst weitenden Abschnitt der Drallkammer mit dem kleinsten Durchmesser nahe der tiefsten Stelle des Laufrades und dem größten Durchmesser etwa mittig zum Laufrad, der in einen Abschnitt gleichbleibenden Quer-Schnitts übergeht

Durch die zum Druckstutzen führende, tangential zum Laufraddurchmesser angeströmte Drallkammer läßt sich infolge der bestimmten 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_M 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 zeigt schematisch dargestellt

F i g. I einen quer zur Laufradachse geführten Vertikalschnitt durch ein Laufradgehäuse mit einer erfindungsgemäßen Drallkammer, dargestellt in einer ersten Betriebsphase des Laufrades;

F i g. 2 das Gehäuse gemäß F i g. 1 in einer zweiten Betriebsphase des Laufrades;

F i g. 3 das Gehäuse gemäß F i g. 1 in einer dritten Betriebsphase des Laufrades und

F i g. 4 das Gehäuse gemäß F i g. 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 Tdes 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 F i g. 1 bis 4 zeigen strichpunktiert den Querschnitt der Spirale und des Obergangs zur Dralikammer im P_;:reich des in Strömungsrichtung gesehen austrittsseitigen Endes des ringförmigen Spiralgehäuses Z dessen freier Querschnitt am Obergang gleich der Breite des Laufrades 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 Spiraie 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 Sekundärstra)-mung ebenfalls positiv.

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 Riehkraft radial nach außen, so daß die Flüssigkeit die Wandung der Dralikammer 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 siel: her. Die vom Laufrad 3 ebenfalls erzeugte Schleppstromung 16 enthält neben auszsntrifugierten, 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 F i g. 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 Laufradschaufel 5 bestimmt wird. Auf diese Weise gelangt die in 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 Dralikammer 6 wieder in den Flüssigkeitsring 8 des Gehäuses 2 gelangt

Die Fig.4 stellt die Phase der in den Bereich der Sekundärströmung 9 eingetretenen Schaufelausirittskante 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 Laufradschaufel 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 Schleppströmung 16. Gleichzeitig damit erhöht sich dort und im Rotationskern 18 die Geschwindigkeit der Flüssigkeit Ai?s diesem Zusammenhang läßt sich die Pumpenleistung 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 de- Fördermenge vermindert

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Radialkreiselpumpe (1), insbesondere selbstansaugende Schmutzwasserpumpe mit axialem Einlauf und einem mit mindestens einer Schaufel (5) versehenen Laufrad (3) in einem Gehäuse (2), das über eine tangential zum Laufrad (3) verlaufende und einen sich von unten nach oben weitenden Querschnitt aufweisende Drallkammer (6) mit einem Druckstutzen (7) verbunden ist, gekennzeichnet durch einen trichterartigen unteren, sich nach oben zunächst weitenden Abschnitt der Drallkammer (6) mit dem kleinsten Durchmesser nahe der tiefsten Stelle (T) des Laufrades (3) und dem größten Durchmesser etwa mittig zum Laufrad (3), der in einen Abschnitt gleichbleibenden Querschnitts übergeht