DE3519120C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Freistrompumpe gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Freistrompumpen werden vor allen Dingen im Bereich der Abwasser­ technik oder zur Fäkalienförderung eingesetzt. In diesen Flui­ den muß zwar weniger mit stückigen Feststoffen, wie z.B. Steinen oder Holzstücken, gerechnet werden. Häufiger jedoch und nahezu als Normalfall zu betrachten sind mitzufördernde Textilien, wel­ che z.B. in die Toilettenanlage geworfen wurden und in dem Fluid vorhanden sind. Für diese Art von Fluiden, die faserige oder fadenartige Stoffe mitführen, eignen sich Freistrompumpen beson­ ders gut, da ein relativ großer Fluid-Durchgangsraum zwischen dem Pumpenlaufrad und der gegenüberliegenden Wand des Pumpenge­ häuses vorhanden ist.

Aus "Schweizerische Bauzeitung", 86. Jahrgang, Heft 32, 8. Aug. 1968, S. 575 bis 582, ist eine Untersuchung über "Die Arbeits­ weise von Freistrompumpen" bekannt, in der die Funktion der Frei­ strompumpen in Abhängigkeit von wesentlichen Parametern darge­ stellt ist. So wird einerseits das Spaltspiel, d.h. der stirn­ seitige Abstand zwischen den Laufradschaufeln und der Wand des Pumpengehäuses untersucht. Auch die Laufradkonfiguration sowie der Laufraddurchmesser , die Laufradbreite aber auch die Auslegung des Pumpengehäuses einer Freistrompumpe werden hierbei analysiert.

Im Hinblick auf das Pumpengehäuse, dessen wesentliche Para­ meter im Bild 10 wiedergegeben sind, gelangt man zu einem maximalen Gehäusedurchmesser, der dem Maximaldurchmesser des Laufrades und dem Kreisdurchmesser des radialen Peri­ pheriebereichs des Pumpengehäuses entspricht.

Berücksichtigt man bei diesen Untersuchungsergebnissen die be­ kannten Strömungsverhältnisse in einer Freistrompumpe, wie sie aus der Zeitschrift "Konstruktion 1964", Heft 8, S. 325 ff. und dort speziell Bild 10 des Artikels "Kreiselpumpen" bekannt sind, so sieht man, daß auch der radiale Peripheriebereich des Pumpengehäuses von der bekannten Seitenkanalströmung mit­ erfaßt wird. Dies führt jedoch letztlich dazu, daß in der Praxis gerade bei der Förderung von Fluiden mit hohem Anteil textiler oder faseriger Stoffe die Verstopfungs- und Blockie­ rungsgefahr der Freistrompumpe nicht hinreichend sicher verhin­ dert wird.

In der Praxis hat sich nämlich gezeigt, daß die bisherige Kon­ zeption der bekannten Freistrompumpen nicht ausreichte, um ein Verstopfen der Freistrompumpe bei mitgeführten textilen Geweben zu vermeiden. Vielmehr stellte man fest, daß derartige mit dem Fluid mitgeführte Stoffe, wie Putzlappen oder dergleichen, zu einem Klumpen verdichtet wurden und sich vorzugsweise in der Laufradmitte festsetzten. Hierdurch wurde der freie Durchgangs­ raum zwischen Zustromöffnung und dem Laufrad verengt bzw. voll­ ständig verstopft, so daß der Förderstrom blockiert wurde. Teil­ weise sogar kam es zum Stillstand des Laufrades.

Ausgehend von diesen bekannten Nachteilen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit konstruktiv einfachen Maßnah­ men eine Freistrompumpe zu schaffen, die auch bei hohem Anteil an Feststoffen, wie beispielsweise textilen Stoffen, im zu för­ dernden Fluid einen freien Durchgang für das Fluid beibehält und eine Ansammlung der Feststoffe im Nabenbereich verhindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen Freistrompumpe durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Die konstruktiven Maßnahmen betreffen dabei eine radiale Er­ weiterung des Fluid-Durchgangraums an dessen Umfangsperipherie, so daß eine Erweiterungszone entsteht, in der Anlagerungen textiler Stoffe im Pumpbetrieb gezielt und bewußt in Kauf ge­ nommen werden. Diese Erweiterungszone betrifft eine radiale Erweiterung des Kammerbereichs der Seitenkanalströmung. In einer Art Kombination zu dieser Erweiterungszone werden die Laufradschaufeln am Umfangsbereich, der dieser Erweiterungs­ zone benachbart liegt, als Scher- und/oder Reißschaufeln aus­ gebildet. Für diese Scher- oder Reißschaufeln werden scharfe Eckübergänge vorgesehen.

Bei der Ausführungsform der Freistrompumpe hat sich gezeigt, daß auch bei einem hohen Anteil von textilen Geweben oder der­ gleichen im zu fördernden Medium sich in der Erweiterungszone eine der Strömungsdynamik folgende Anlagerung bzw. Ablagerung dieser textilen Stoffe einstellt. Sofern mengenmäßig weitere textile Stoffe im zu fördernden Fluid vorhanden sind, werden diese Stoffe durch die Scher- bzw. Reißschaufeln des Laufrades zerkleinert, so daß eine zusammenhängende "Zopfbildung" in der durch das Laufrad verursachten schraubenartigen Schlauchwirbel­ strömung nicht mehr auftreten kann.

Eine genaue physikalische Begründung für das vorstehend umris­ sene Erfindungsprinzip läßt sich aufgrund der komplexen Strö­ mungsstruktur, wie sie in den Freistrompumpen vorhanden ist, noch nicht geben. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das alleinige Vorsehen einer Erweiterungszone, die zu einer stark erweiterten Kreiselkammer im Pumpengehäuse führt, nicht ausreicht, um eine Verstopfungsgefahr eliminieren zu können. Andererseits hat auch die Ausbildung der Laufradschaufeln mit Zerkleinerungswirkung nicht schon zum Ergebnis geführt, daß in den Fluid-Durchgangs­ raum der Pumpe gelangte textile Stoffe zerrissen wurden, so daß eine Anlagerung bzw. Verklumpung und nachfolgende Ver­ stopfung unmöglich war.

Es darf daher angenommen werden, daß die Anlagerung der Ver­ klumpungsstoffe zwar nicht kontinuierlich und umlaufend, aber zumindest weitgehend erforderlich ist, damit weiter nachfol­ gende Stoffe, wie Textilien, von den Laufradschaufeln zerris­ sen oder zerkleinert werden können und im Pumpprozeß als Flocken mit dem Förderstrom austreten können.

Andererseits können die konstruktiven Maßnahmen in der Frei­ strompumpe als eine Art "Stauhydraulik" betrachtet werden, mit der gezielt ein Druckaufbau in der Erweiterungszone, verur­ sacht durch die Anlagerung mitgeförderter Stoffe, herbeige­ führt wird, wobei dieser Effekt durch eine reine radiale Ver­ kleinerung des Fluid-Durchgangsraums nicht erreichbar ist. Das wesentliche Kriterium für die "Stauhydraulik" ist, daß aus­ gehend von einer gattungsgemäßen Freistrompumpe die vorhandene axiale lichte Weite des Fluid-Durchgangsraums beibehalten wird, in radialer Richtung jedoch an der Umfangsperipherie die Erwei­ terungszone konstruktiv realisiert wird. Durch den im Bereich der Erweiterungszone entstehenden Staudruck werden somit die ersten Anlagerungen textiler Stoffe in der Erweiterungszone ge­ halten und können nicht nach radial innen in den Bereich der Nabe gelangen.

Die Reißschaufeln sind mindestens an ihrem radialen Umfangbereich, gegegebenenfalls auch am sonstigen Peripheriebereich, in Art einer Reißkante ausgebildet. Als funktionell geeignet und her­ stellungstechnisch leicht realisierbar haben sich dabei Laufrad­ schaufeln gezeigt, die im Axialschnitt eine äußere axiale Außen­ kante und eine etwa senkrecht zur Rotationsachse vorgesehene Vorderkante aufweisen. In dieser Gestaltung kann die Laufrad­ platte mit integrierten Laufradschaufeln auch einstückig aus einem Gußmaterial hergestellt werden.

Der im Pumpengehäuse gebildete Fluid-Durchgangsraum kann auch im Hinblick auf die volle Funktionswirkung der Freistrompumpe ohne jegliche Verstopfung, im Axialschnitt in Art eines Rotations­ ellipsoiden gestaltet sein. Vorteilhaft ist eine bogen- oder kreisförmige Begrenzungsstruktur im peripheren Bereich des Fluid-Durchgangsraums, wobei die Begrenzungskontur der in diesem Bereich minimalen Seitenkanalströmung angepaßt sein kann.

Von der zu erwartenden Anlagerung textiler Stoffe in der Erweiterungszone her gesehen, wird die Erweiterungszone zweck­ mäßigerweise im Axialschnitt einen etwa sichelartigen Quer­ schnitt aufweisen, der rotationssymmetrisch zur Achse den her­ kömmlich bekannten Durchgangsraum der Freistrompumpe vergrös­ sert. Für möglich gehalten wird jedoch auch eine Außenkontur der Erweiterungszone, die in etwa einem Halbkreis entspricht, wobei dieser im mittleren Bereich durch eine zusätzliche Aus­ bauchung erweitert wird.

Um eine Anlagerung mitgeführter textiler Stoffe in der Erweite­ rungszone sicher zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, die geo­ metrischen Abmessungen zwischen Fluid-Durchgangsraum und den Laufradschaufeln so abzustimmen, daß in der Erweiterungszone nur eine minimale Seitenkanalströmung vorhanden ist. Bei lau­ fender Freistrompumpe bleiben die angelagerten Textilien in diesem Bereich ohne große Strömungsbeeinträchtigung liegen, so daß eine Neueinschleusung in die Schlauchwirbelströmung der Freistrompumpe nicht zu erwarten ist. Andererseits können sich diese angelagerten Stoffe bereits bei kürzerem Stillstand der Pumpe aus der Erweiterungszone lösen, so daß sie in einem neu einsetzenden Pumpvorgang durch die Austrittsöffnung gefördert werden können.

Um die Strömungsführung innerhalb des Fluid-Durchgangsraums von der Laufradplatte unbeeinflußt zu lassen, ist diese fluchtend zur angrenzenden Wand des Pumpengehäuses angeordnet. Bei dieser Art der Konstruktion ragen daher allein die Laufradschaufeln und die Nabe des Laufrades in den eigentlichen Fluid-Durchgangs­ raum, wobei zwischen der zuströmseitigen Gehäusewand und dem Laufrad ein axialer, schaufelfreier Raum etwa von der lichten Weite der Austrittsöffnung oder einem Mehrfachen der axialen Erstreckung der Laufradschaufeln vorhanden ist.

Um eine günstige Seitenkanalströmung zu erreichen, weist die Laufradnabe zur Laufradplatte hin eine konkave Krümmung auf. Der Durchmesser der Laufradschaufeln ist geringer als der Durchmesser der Laufradplatte, so daß die Reißkante etwas be­ abstandet zur äußeren Peripherie der Laufradplatte vorgesehen ist. Auf diese Weise kann in der Erweiterungszone eine ausrei­ chende Anlagerung mitgeführter textiler Stoffe erfolgen, ohne daß sofort eine Zerkleinerung dieser Stoffe durch die Reißkante bewirkt wird. Erst bei Zunahme der Anlagerung in radialer Rich­ tung zur Achse werden die die mitgeführten Verklumpungs- und Verstopfungserscheinungen hervorrufenden Materialien durch die Reißkante zerkleinert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines schematischen Bei­ spiels noch näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch eine Freistrompumpe. Das im Ausführungsbeispiel etwa rotationssymmetrisch zur Achse 6 ausgelegte Pumpengehäuse 2 weist einen Fluid-Durchgangsraum 3 auf. Dieser Fluid-Durchgangsraum 3 der Freistrompumpe 1 hat obere und untere, parallel verlaufende Begrenzungsflächen, die im ra­ dialen peripheren Bereich einen etwa halbkreisförmigen Rundungs­ bereich 21 aufweisen.

In das Pumpengehäuse 2 ist durch eine auf der Oberseite vorge­ sehene Öffnung ein Laufrad 4, z.B. aus Gußmaterial, eingesetzt, das mit seiner Laufradplatte 10 diese Öffnung nahezu vollständig abschließt. Die zum Fluid-Durchgangsraum 3 orientierte Fläche der Laufradplatte 10 fluchtet dabei in etwa mit den angrenzenden Wandbereichen des Pumpengehäuses 2. Von der Laufradplatte 10 ra­ gen mehrere, vorzugsweise spiegelsymmetrisch zur Achse 6 angeord­ nete Laufradschaufeln 5 in den Fluid-Durchgangsraum 3 hinein. Die Laufradschaufeln 5 haben im Axialschnitt etwa längliche Rechteckgestalt, wobei ein konkaver Abrundungsbereich 15 am Übergang in die Laufradnabe 7 vorgesehen ist.

Die Laufradschaufeln 5 weisen axial verlaufende Außenkanten 9 auf, die in senkrecht zur Achse orientierte Vorderkanten 8 mit einem etwa rechtwinkeligen Eckübergang 16 übergehen.

Auf der Rückseite der Laufradplatte 10 sind etwa radial ange­ ordnete Entlastungsschaufeln 24 vorgesehen, die im wesentli­ chen zur Verhinderung einer Anlagerung von Materialien auf der Laufradrückseite dienen.

Axial gegenüber der Laufradnabe 7 liegt mit im Beispiel etwa 2- bis 3-fachem Abstand von der axialen Erstreckung der Lauf­ radschaufeln 5 eine Eintrittsöffnung 11 für das zu fördernde Fluid. Auf der linken Seite des Pumpengehäuses 2 ist im Bei­ spiel nach Fig. 1 eine Austrittsöffnung 13 vorgesehen, durch die das Fluid gepumpt wird.

In der rechten Hälfte der Schnittdarstellung ist mit zweifacher Ellipsenform eine sich normalerweise einstellende Seitenkanal­ strömung 14 angedeutet. Diese Seitenkanalströmung 14 wird bei Rotation des Laufrades 4 durch die dadurch verursachte Umlauf­ strömung überlagert, so daß im Betrieb der Freistrompumpe etwa eine schraubenartige Schlauchwirbelströmung entsteht.

In der Schnittdarstellung nach Fig. 1 sind in den radial außen liegenden Peripheriebereichen des Fluid-Durchgangsraums sichel­ förmige Erweiterungszonen 20 angedeutet. In diesen Erweiterungs­ zonen 20 findet daher bei einer Mitförderung von textilen Ge­ weben zunächst eine Anlagerung dieser Stoffe statt. Die Anlage­ rung muß dabei nicht kontinuierlich vor sich gehen, wie dies in der Darstellung der Erweiterungszonen 20 zu erwarten ist. Viel­ mehr kann dies auch mit Diskontinuität vor allen Dingen in Um­ fangsrichtung vor sich gehen. Nachfolgend dem Fluid-Durchgangs­ raum zugeführte Stoffmaterialien gelangen daher aufgrund der vorausgehenden Anlagerung und gegebenenfalls durch ihre partiel­ le Anlagerung in der Erweiterungszone in den Bereich der Scher- bzw. Reißschaufeln 16 des Laufrades und werden von diesen zer­ kleinert, so daß die Kleinteile gepumpt werden können. Eine Aus­ breitung der sich in den Erweiterungszonen anlagernden Mate­ rialien zu einer Verstopfung im Laufradnabenbereich zur Ein­ trittsöffnung wird daher bei der Erfindung verhindert.

Claims (6)

1. Freistrompumpe, insbesondere als Abwasser- und/oder Fäkalienpumpe, mit einem um eine Achse antreibbaren Pumpenlaufrad, das stirnseitig angeordnete Laufradschaufeln aufweist, die im Axialschnitt mit einer achsparallel verlaufenden radia­ len Außenkante und einer senkrecht zur Achse vorgesehenen Vorderkante ausgebildet sind, mit einem im Pumpengehäuse gebildeten rotationssymmetrisch zur Achse des Laufrades vorgesehenen und radial größer als die Laufradschaufeln als Freiraum ausgebildeten Fluid- Durchgangsraum, der eine axial beabstandet der Stirnseite des Pumpenlaufrades gegenüberliegende Eintrittsöffnung und eine radial angeordnete Austrittsöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradschaufeln (5) an ihrem Umfangsbereich mit Scher- und/oder Reißkanten (16) ausgebildet sind, und daß der Fluid-Durchgangsraum (3) im radial äußeren Bereich (21) beabstandet zu den Laufradschaufeln (5) eine radiale Erweiterungszone (20) für Anlagerungen im Pumpbetrieb auf­ weist, in der nur eine minimale Seitenkanalströmung vor­ handen ist.

2. Freistrompumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenlaufrad (4) als Laufradplatte (10) mit darauf vorgesehenen Laufradschaufeln (5) ausgebildet ist und daß die Laufradschaufeln (5) einen geringeren Durch­ messer als die Laufradplatte (10) aufweisen.

3. Freistrompumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterungszone (20) im Axialschnitt etwa sichel­ förmig rotationssymmetrisch zur Achse (6) ausgelegt ist und etwa an den Durchmesser der Laufradplatte (10) an­ grenzt.

4. Freistrompumpe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradplatte (10) mit einer zum Fluid-Durchgangs­ raum (3) konkaven Krümmung (15) in die Laufradnabe (7) übergeht.

5. Freistrompumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Laufradschaufeln (5) stirnseitig aufweisende Laufradplatte (10) nahezu fluchtend zur angrenzenden Wand des Pumpengehäuses (2) angeordnet ist.

6. Freistrompumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rückseite der Laufradplatte (10) Entlastungs­ schaufeln (24) vorgesehen sind.