DE3637040A1 - Kreiselpumpe als umwaelzpumpe fuer heizungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe als Umwälzpumpe für Heizungsanlagen mit einem im Pumpengehäuse integrier­ ten Luftabscheider, mit einem auf der Saugseite vorgesehenen Beruhigungsraum, mit einer sich an diesen anschließenden Abscheidekammer für nach außen abzuführende Luft und mit einem Strömungsteiler, der das in das Pumpengehäuse ein­ tretende Fluid in zwei in den Beruhigungsraum gelangende Teilströme trennt.

Ein ordnungsgemäßer Betrieb von Heizungsanlagen ist nur möglich, wenn das von der Pumpe umzuwälzende Wasser luft­ frei ist. Bei Luftblasen im Förderstrom des Umwälzwassers ist mit Strömungsgeräuschen zu rechnen, die Lager der Pumpe können durch Trockenlauf beschädigt werden, es tre­ ten Korrosionsprobleme auf und anderes mehr.

Bisher ist eine große Anzahl von Pumpen mit integriertem Luftabscheider entwickelt worden, so daß mit diesen Pumpen das Entlüften des Wassers beim Umwälzvorgang vorgenommen werden kann. Eine erste Gruppe dieser luftabscheidenden Pumpen verwendet auf dem Zentrifugalprinzip beruhende Ab­ scheider, wie es z. B. in der DE-PS 30 22 420, dem DE-GM 81 02 303 und dem US-PS 32 90 864 beschrieben ist. Eine zweite Gruppe von luftabscheidenden Pumpen enthält nach dem Schwerkraftprinzip arbeitende Abscheider, wie es z. B. in den DE-Offenlegungsschriften 19 37 119 und 31 09 918 und in der DE-PS 23 46 286 beschrieben ist.

Die nach dem Zentrifugalprinzip arbeitenden Luftabscheider verursachen einen relativ großen Druckverlust und vermindern damit den Pumpenwirkungsgrad. Die nach dem Schwerkraftprin­ zip arbeitenden Abscheider haben den Nachteil der schlechten und mit dem Förderstrom fallenden Abscheidegrade.

Die zweite Gruppe der luftabscheidenden Pumpen weist einen vor dem Pumpenlaufrad liegenden Beruhigungsraum auf, in dem man das durchströmende und Luftblasen enthaltende Wasser durch Bauteile wie z. B. Siebe zu beeinflussen sucht, um die Luftblasen zu entfernen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung einer Kreiselpumpe der einleitend angeführten Art dahingehend, daß die in dem Beruhigungsraum auf das diesen Raum durch­ querende Wasser einwirkende Einrichtung eine verbesserte Luftabscheidung aus dem umgewälzten Wasser ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe geht von der einleitend ange­ führten Kreiselpumpe aus und kennzeichnet sich dadurch, daß der Strömungsteiler den beiden Teilströmen eine ihrer Translationsbewegung überlagerte Rotationsbewegung erteilt und die Teilströme sowohl radial als auch axial relativ vom Saugmund des Pumpenlaufrades weggerichtet ablenkt.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Strömungsteilers be­ steht darin, daß er eine geneigte Anströmfläche aufweist. Diese Anströmfläche kann beispielsweise aus einer halben konischen Mantelfläche bestehen, deren größerer Radius dem Pumpenlaufrad zugekehrt ist. Alternativ kann die An­ strömfläche auch aus einer zusammengesetzten Fläche be­ stehen, und zwar aus einer halben Kegelstumpffläche und aus einer halben Zylinderfläche, wobei die Kegelstumpf­ fläche dem Pumpenlaufrad zugekehrt ist und die Mittellinie des Saugstutzens der Pumpe die Durchdringungslinie zwischen der Zylinder- und der Kegelstumpffläche schneidet.

Durch diese Lösung wird eine wesentlich verbesserte Ent­ lüftung des die Umwälzpumpe durchströmenden Heizwassers erreicht. Dies ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß die in dem Förderstrom befindlichen Luftblasen aufgrund des in den beiden Teilströmen erzwungenen Dralls zum Drall­ zentrum gedrängt und dadurch auf einen größeren Abstand vom Saugmund des Pumpenlaufrades gebracht werden. Dadurch wiederum gelangen sie in dem Beruhigungsraum in einen Be­ reich, in dem die zum Pumpenlaufrad hin gerichtete Wasser­ geschwindigkeit kleiner ist als die Schwebegeschwindigkeit der Luftblasen, so daß sich diese wesentlich besser und sicherer sowie auch schneller nach oben in die Abscheide­ kammer bewegen können. Es ist also von wesentlichem Vorteil, wenn sich die beiden Teilströme nicht nur wie bisher in radialer Richtung, sondern auch in axialer Richtung weiter vom Saugmund des Pumpenlaufrades zwecks Entlüftung entfernen.

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

Fig. 1 einen Axialschnitt durch das Ausführungsbeispiel,

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

Bei der in den beiden Figuren gezeigten Umwälzpumpe handelt es sich um eine Inline-Ausführung, wie sie in heutigen Heizungsanlagen allgemein üblich ist. Die Pumpe besteht aus einem Pumpengehäuse 1, aus einer Trennwand 2, die den Ge­ häuseinnenraum in die Saug- und Druckseite trennt, aus ei­ nem Deckel 3, der das Gehäuse 1 zur Umgebung hin abschließt, aus einer Welle 4 für den hier nicht gezeigten Antriebsmo­ tor in Form eines Naßlaufmotors und aus einem Pumpenlaufrad 5 in Form eines Kreiselrades, das auf dem inneren Ende der Welle 4 in dem Druckraum des Pumpengehäuses gelagert ist. In üblicher Weise bildet der Saugmund 6 mit der Trennwand 2 eine berührungsfreie Spaltdichtung zwischen der Saug- und Druckseite des Pumpengehäuses.

Das lufthaltige und umzuwälzende Wasser des Heizkreislaufes einer Heizungsanlage tritt durch den Saugstutzen 7 des Pumpengehäuses 1 in dieses Gehäuse ein und trifft auf einen Strömungsteiler 8, der den eintretenden Förderstrom in zwei Teilströme 9 a und 9 b aufteilt und aufgrund seiner Formgebung in jedem Teilstrom eine Drallbewegung erzeugt, wobei die beiden Drallbewegungen relativ zueinander gegen­ läufig ausgerichtet sind. Ferner ist der Strömungsteiler so ausgebildet, daß die beiden Teilströme in bezug auf den Saugmund 6 des Pumpenlaufrades 5 abgelenkt werden, und zwar derart, daß sie sich in axialer Richtung vom Saugmund 6 wegbewegen, wie das durch den Pfeil A in Fig. 1 ange­ deutet ist.

Die Flüssigkeitsteilchen der Teilströme 9 a, 9 b bewegen sich somit schraubenlinienförmig jeweils um ein Drehzentrum, wobei jedes Drehzentrum etwa mit der Mitte der Querschnitts­ fläche des jeweils durch das Pumpengehäuse 1 und den Strö­ mungsteiler 8 gebildeten Strömungskanals für die Teilströme 9 a und 9 b zusammenfällt. Aufgrund der axialen Formgebung des Strömungsteilers 8 weist auch der Längsverlauf des Drehzentrums jedes Teilstroms einen axial abgelenkten Ver­ lauf auf. Daraus folgt, daß die Luftblasen der Teilströme, die ja aufgrund physikalischer Gesetzmäßigkeit zu dem je­ weiligen Drehzentrum gedrängt werden, zur Mitte der beiden Strömungskanäle gedrängt werden und aufgrund der axialen Ablenkkomponente der die Teilströme führenden Strömungska­ näle zusätzlich in axialer Richtung auf einen größeren Ab­ stand zum Saugmund des Pumpenlaufrades gebracht werden, als es ohne Strömungsteiler 8 oder mit bekanntem Strömungsteiler der Fall wäre.

Da die Geschwindigkeit des vom Pumpenlaufrad 5 angesaugten Wassers mit der zweiten Potenz der Entfernung vom Saugmund 6 abnimmt und da die Wassergeschwindigkeit auf einen Wert abfällt, der unter der Schwebegeschwindigkeit der Luftbla­ sen liegt, gelangen die Luftblasen nicht mehr in das Pumpen­ laufrad 5. Sie steigen daher in eine Abscheidekammer 10 auf, und die dort gesammelte Luft wird durch eine Entlüftungs­ bohrung 11 aus dem Pumpengehäuse 1 abgeführt. Das somit entlüftete bzw. von Luftblasen befreite Umwälzwasser ver­ läßt die Pumpe über den üblichen Druckstutzen 12.

Der Strömungsteiler 8 kann verschiedene Formen aufweisen. Wie es in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, besteht er vorzugsweise aus einem Halbschalenbauteil mit einer Kegel­ stumpffläche 8 a und mit einer Zylinderfläche 8 b, wobei die Kegelstumpffläche dem Pumpenlaufrad 5 zugekehrt ist und wobei die Mittellinie 7 a des Saugstutzens 7 die Durchdrin­ gungslinie 8 c zwischen der Zylinder- und der Kegelstumpf­ fläche schneidet. Weiterhin schirmt der Strömungsteiler 8 den Saugmund 6 des Pumpenlaufrades 5 gegenüber dem Einlaß­ querschnitt des Saugstutzens 7 in einem Winkelbereich α ab, wobei dieser Winkelbereich im allgemeinen zwischen 90° und 240° liegt und vorzugsweise gemäß Fig. 2 zumin­ dest im wesentlichen 180° beträgt. Ferner weist der Strö­ mungsteiler 8 eine solche radiale Abmessung auf, daß der Strömungsquerschnitt der weiter oben genannten Strömungska­ näle, d. h. der vom Strömungsteiler einerseits und von der Innenwandfläche des Pumpengehäuses andererseits begrenzte Querschnitt, größer ist als der Einlaßquerschnitt des Saug­ stutzens 7 des Pumpengehäuses. Das Größenverhältnis liegt zwischen zwei und acht, wobei vorzugsweise der erstgenann­ te Querschnitt im allgemeinen etwa vier bis sechs mal so groß ist wie der zweitgenannte Strömungsquerschnitt.

Versuche haben gezeigt, daß ein in diesen Grenzen bemesse­ ner Strömungsteiler ausgezeichnete Luftabscheidegrade er­ bringt und eine sichere Entstehung der Teilströme mit den gewünschten Strömungsparametern gewährleistet, wobei der Strömungsteiler auch unter ungünstigen Einsatzbedingungen einen wesentlich gesteigerten Luftabscheidegrad aufweist. In weiteren alternativen Ausführungsformen des Strömungs­ teilers 8 kann dieser auch so ausgebildet sein, daß er - im Querschnitt betrachtet - auch nur aus einer einzigen Kegelstumpffläche in Halbschalenform besteht, wobei das Verhältnis zwischen dem großen Radius und dem kleinen Ra­ dius etwa zwischen 1,2 und 3,0 beträgt und vorzugsweise etwa um 2 beträgt. Eine weitere alternative Profilform für den Strömungsteiler besteht darin, daß der über den Eintritts­ stutzen 7 einströmende Wasserstrom mittels einer parabolisch oder hyperbolisch gekrümmten Profilkontur des Strömungstei­ lers entgegengesetzt zum Saugmund 6 des Pumpenlaufrades 5 abgelenkt wird. Außer den vorstehend aufgeführten alter­ nativen Profilkonturen für den Strömungsteiler sind für den Fachmann auch andere Profilkonturen denkbar, die be­ wirken, daß die beiden Teilströme 9 a und 9 b in gewünschter Weise axial abgelenkt werden.

Claims (5)

1 Kreiselpumpe als Umwälzpumpe für Heizungsanlagen mit einem im Pumpengehäuse integrierten Luftabscheider, mit einem auf der Saugseite vorgesehenen Beruhigungsraum, mit einer sich an diesen anschließenden Abscheidekammer für die nach außen abzuführende Luft und mit einem Strömungsteiler, der das in das Pumpengehäuse eintre­ tende Fluid in zwei in den Beruhigungsraum gelangende Teilströme trennt, dadurch gekennzeichnet, daß der Strö­ mungsteiler (8) den beiden Teilströmen (9 a, 9 b) eine ihrer Translationsbewegung überlagerte Rotationsbewe­ gung erteilt und die Teilströme (9 a, 9 b) sowohl radial als auch axial relativ vom Saugmund (6) des Pumpenlauf­ rades (5) weggerichtet ablenkt.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsteiler (8) eine geneigte, beispielsweise koni­ sche Anströmfläche aufweist, deren größerer Radius dem Pumpenlaufrad (5) zugekehrt ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsteiler (8) eine Kegelstumpffläche (8 a) und eine Zylinderfläche (8 b) aufweist und daß die Mittellinie (7 a) des Saugstutzens (7) der Pumpe die Durchdringungs­ linie (8 c) zwischen der Zylinder- und der Kegelstumpf­ fläche schneidet.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Strömungsquerschnitt zwischen dem Strömungsteiler (8) und der diesem gegenüberliegenden Wand des Pumpengehäuses (1) vorzugsweise wesentlich größer ist als der Einlaßquerschnitt des Pumpensaug­ stutzens (7), wobei der erstgenannte Querschnitt im all­ gemeinen zwei bis acht mal größer ist als der zweitge­ nannte Querschnitt.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Strömungsteiler (8) den Saugmund (6) des Pumpenlaufrades (5) im Bereich eines Winkels (α) abschirmt, dessen Wert zwischen 90° und 240° liegt.