DE3935743A1 - Kreiselpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Kreiselpumpen gemäß der Erfindung heben Flüssigkeiten bzw. erhöhen deren Druck oder Geschwindigkeit durch die Beschleunigung des Fluids im Rohrgehäuse. Förder­ medium sind neben Wasser zähe oder schmutzhaltige Flüssigkeiten. In dem Axialläufer dieser Kreiselpumpe findet keine Winkeländerung der Strömung des Fluids statt. Das Fluid kann jedoch aus konstruktiven Gründen vor und/oder hinter dem Austritt des Rohrgehäuses um­ gelenkt werden, etwa wenn die Achse des Antriebsmotors bzw. -getriebes mit der Welle des Axialläufers ausge­ fluchtet werden soll und deswegen z. B. eine halbaxiale Führung verwirklicht werden muß.

Die Erfindung geht von bekannten Kreiselpumpen dieser Art aus. Hierbei ist der Axialläufer in der Regel als Laufrad ausgebildet. Ein solches Laufrad weist meistens eine kugelige Nabe auf und ist mit Schaufeln besetzt, deren Winkel festgelegt sind. Axial- bzw. Halbaxial­ pumpen dieser Art werden bislang nur zur Förderung von Reinwasser bzw. von vorgereinigtem Wasser eingesetzt, welches nur wenige und nur Partikel bestimmter Teil­ chengröße und stofflicher Zusammensetzung enthält.

Insbesondere sind solche Pumpen für schonend zu behandelnde Fluida oder weitgehend ungereinigte Ab­ wässer ungeeignet, weil beim Umlauf des Schaufelrades die Schaufeln feste Partikel mechanisch beanspruchen bzw. zerkleinern. Außerdem können Kreiselpumpen dieser Art das Fördermedium nicht ansaugen und müssen deswegen entweder mit dem Fördermedium wenigstens teilweise gefüllt gehalten oder durch Verdrängerpumpen ersetzt werden. Die beschriebenen Kreiselpumpen sind Ver­ drängerpumpen gegenüber in Vorteil, weil sie grund­ sätzlich mit einem Läufer auskommen und daher einfacher als Verdrängerpumpe in der Bauart als Zahnrad-, Schrauben- oder Kolbenpumpen ausgebildet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kreiselpumpe vereinfachter Bauart zu schaffen, welche den Kreiselpumpen einen vergrößerten Anwendungsbereich eröffnet.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruches 1. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Den Läufer gemäß der Erfindung kann man sich aus gelochten und längs eines Radius aufgeschnittenen Blechronden zusammengesetzt denken, die zu einem Schneckengang gepreßt und untereinander sowie mit einer Welle verschweißt sind, die als Voll- oder Rohrwelle ausgebildet sein kann. In der Praxis können erfindungsgemäße Kreiselpumpen auch so hergestellt werden, jedoch sind gegossene und geschraubte bzw. geschweißte Ausführungsarten ebenfalls möglich.

Da die Wendel der Schnecke an der Innenseite eines Rohrdeckels hinter einer außerhalb der Rohrmitte angebrachten Ansaugöffnung angeordnet ist und deswegen unmittelbar hinter der Ansaugöffnung beginnt, hat sich überraschend ergeben, daß sich am Beginn der Schnecke Unterdruck ausbildet, so daß in dieser Hinsicht die erfindungsgemäße Kreiselpumpe den erwähnten Verdränger­ pumpen ähnlich ist. Sie kann daher auch ohne Füllung mit dem Fluid selbst ansaugen.

Der Unterdruck entsteht in einer Kammer des Axial­ läufers, die von einem ersten Wendelgang im Rohrgehäuse gebildet wird. Dahinter findet in dem Axialläufer, näm­ lich im folgenden Wendelgang und dem Rohrgehäuse eine Druckerhöhung statt, wodurch eine Druckkammer entsteht, welche das Fluid durch eine am Austrittsende des Gehäuses außermittig angebrachte Austrittsöffnung herausdrückt.

Die erfindungsgemäße Kreiselpumpe hat den Vorteil einer einfachen Bauart und kann mit großvolumigen Kammern gebaut werden. Im Fluid enthaltene Partikel werden wegen der den Läufer bildenden Vollschnecke nicht oder nicht nennenswert mechanisch beansprucht. Daher können erfindungsgemäße Pumpen im Schmutzwasserbereich einge­ setzt werden, jedoch auch in chemischen Flüssigkeiten, sowie gegebenenfalls im medizinischen Bereich. Dort setzt nämlich z. B. das Pumpen von menschlichem Blut eine geringe mechanische Belastung des Fluids voraus. Die bisher aus diesem Grunde eingesetzten Schlauch­ pumpen können in dieser Hinsicht nicht voll befrie­ digen.

Vorzugsweise verwirklicht man die Erfindung mit einer axial kurzbauenden Läuferausbildung. Diese ist Gegen­ stand des Anspruches 2. Geht man von der oben erläu­ terten Vorstellung der Zusammensetzung des Läufers aus gelochten Ronden aus, so bildet jeweils eine Ronde einen Gang der Wendel, aus der die Schnecke besteht. Die beschriebene Ausführungsform ist vorteilhaft, weil sie nur zwei solcher Ronden voraussetzt und der Läufer deswegen axial eine geringe Ausdehnung besitzt.

Insbesondere bei dieser Ausführungsform genügt eine Austrittsöffnung, so daß sich die Möglichkeit einer Gehäusesymmetrie ergibt. Diese ist Gegenstand des Anspruches 3. Hierbei ist das Fluid achsparallel geführt. Alle Strömungsfäden des Fluids im Axialläufer kommen ohne Umlenkung aus.

Die erfindungsgemäße Kreiselpumpe hat auch den Vorteil, daß selbst bei höheren Drehzahlen Kavitationserscheinun­ gen des Läufers nicht beobachtet werden. Normalerweise findet daher auch keine Absenkung des Saugspiegels bis zum Erreichen des Dampfdruckes des Fluids statt. Das bietet die Möglichkeit, die Gehäusesymmetrie noch weiter zu treiben, d. h. in die Symmetrie Aus- und Eintritts­ öffnungen einzubeziehen. Diese Ausführungsform ist im Anspruch 4 beschrieben. Sie hat den Vorteil, daß die Gehäusedeckel die gleiche oder im wesentlichen die gleiche Formgebung aufweisen.

Die Eintrittsöffnung hat in der Regel zentralsymmetri­ sche Begrenzungskanten und weist einen insbesondere kreisförmigen Umriß auf. Solche Formgebungen bieten am Übergang der Strömung durch den Rohrdeckel in den Läufer nur noch kurze Kanten, was für die Schonung von Partikeln günstig ist, die von dem Fluid mitgeführt werden oder aus dem das Fluid besteht. Hierfür eignet sich daher die Ausführungsform nach den Ansprüchen 4 und 5.

Anders liegen die Verhältnisse z. B. bei der Förderung von Abwässern, die nicht oder nur unzureichend vorge­ klärt sind. Dann ist es günstig, mit dem Läufer der Pumpe Partikel zu zerkleinern. Das ermöglichen die Aus­ führungsformen, die grundsätzlich im Anspruch 6 be­ schrieben sind.

Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen

Fig. 1 schematisch, d. h. unter Fortlassung aller für das Verständnis der Erfindung nicht erforder­ lichen Einzelheiten eine Kreiselpumpe gemäß der Erfindung mit geöffnetem Gehäuse,

Fig. 2 eine Stirnansicht des Gegenstandes der Fig. 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfin­ dung und

Fig. 3 in der Fig. 2 entsprechender Darstellung eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung.

In der Darstellung der Fig. 1 hat die gezeichnete Kreiselpumpe (1) ein Rohrgehäuse (2). Mit der Achse des Rohres ist eine Welle (3) ausgefluchtet, die in Richtung des Pfeiles (4) umläuft. Auf der Welle sitzt drehfest ein Axialläufer (5), welcher als Vollschnecke ausgebil­ det ist. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden angenommen, daß der Axialläufer im Ausführungs­ beispiel der Fig. 1 aus zwei gelochten und längs eines Radius aufgeschnittenen Blechronden zusammengesetzt, welche zu einem Schneckengang gepreßt und untereinander längs der Linie (6), sowie mit der Welle (3) verbunden sind. Jede der Blechronden (7 bzw. 8) bildet einen Schneckengang. Geometrisch handelt es sich um eine Wendel, deren Kennzeichen darin besteht, daß der Windungsdurchmesser überall gleich ist. Dieser Forderung genügen die Ronden (7 und 8), wenn sie deckungsgleich sind und die Steigung der Wendel wie im Ausführungsbei­ spiel überall gleich ist.

Die Vollschnecke (7, 8) endet mit dem einen Ende ihrer Wendel, das von der Kante (9) gebildet wird, an der Innenseite (10) eines Rohrdeckels (11), welcher mit dem Rohrgehäuse eine Baueinheit bilden kann. Die Kante (9) liegt hinter einer außerhalb der Rohrmitte angeordne­ ten Ansaugöffnung (12), sofern die Winkellage der Welle (3), wie im Ausführungsbeispiel gezeichnet, angenommen wird.

Im Ausführungsbeispiel ist die Ansaugöffnung (12) von einem Rohrflansch (14) umgeben, an denen eine Saug­ leitung angeschlossen sein kann. Infolgedessen strömt durch die Ansaugöffnung (12) das Fluid in das Gehäuse (2) ein. Der von der Ronde (7) gebildete erste Gang der Vollschnecke bildet die axiale Begrenzung einer Unter­ druckkammer (15), die im übrigen von dem Gehäuse (2) eingeschlossen ist. Hinter dem folgenden Wendelgang (8) liegt dagegen eine Druckkammer (16). In den Kammern (15 und 16) wird die Strömung des Fluids beschleunigt, welche gemäß dem Pfeil (17) durch die Ansaugöffnung (12) in das Gehäuse strömt.

Das Fluid verläßt das Gehäuse (2) in Richtung des Pfeiles (18) durch eine Öffnung (19), die von einem Rohrflansch (20) umgeben ist. An den Rohrflansch kann eine Druckleitung angeschlossen werden. Die Austritts­ öffnung (19) ist mit der Ansaugöffnung (17) deckungs­ gleich und mit dieser ausgefluchtet. Beide Öffnungen befinden sich außermittig in den Gehäusedeckeln (11 und 21).

Normalerweise befindet sich zwischen dem Spiegel des zu pumpenden Fluids und dem Läufer (5) in der nicht dar­ gestellten Saugleitung ein Gas, z. B. Luft. Sobald die Welle (3) in Richtung des Pfeiles (4) umläuft, bildet sich in der Kammer (15) ein Unterdruck. Dazu ist es nicht erforderlich, daß die Schneckenkanten, wie beispielsweise bei (22) in Fig. 2 gezeichnet, gegen das Gehäuse abgedichtet sind. Allerdings können an den Kanten (22) bzw. an der Innenseite (23) des Rohrmantels Dichtungen angebracht sein.

Beim Umlauf des Läufers (5) wird das angesaugte Fluid in Richtung der Pfeile (17, 18) durch das Gehäuse geführt. Hierbei entsteht Druck in der Kammer (16), welche das Fluid durch die nicht dargestellte Druck­ leitung treibt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 durch die Ausbildung der Ansaugöffnung (12). Diese weist einen vieleckigen, gemäß dem Ausführungsbeispiel viereckigen Umriß auf. Gemäß dem Ausführungsbeispiel folgen die Umrißkanten geometrisch einem Trapez. Dabei liegt die längere der beiden kurzen Trapezseiten (24 und 25) in der Nähe der Achse des Rohrgehäuses (2) bzw. der Welle (4). Die beiden längeren Trapezseiten (26 bzw. 27) sind unterschiedlich lang, wobei die längere Trapezseite (27) in Drehrichtung des Läufers (5) hinter der kürzeren Trapezseite (26) angeordnet ist.

Diese Formgebung und Ausbildung der Ansaugöffnung (12) dient zur Herstellung von Schneidkanten (26 und 27), welche mit der Umfangskante des Wendelganges (7) der Schnecke zusammenwirken und im Fluid enthaltene Partikel zerkleinern. Insbesondere geschieht das an der Schneid­ kante (27), die deswegen länger ausgebildet ist.

Die Funktion der beiden dargestellten Ausführungsformen ist im übrigen gleich, d. h. mit zunehmender Füllung des Gehäuses (2) erreicht die Druckkammer (16) schließlich ihren Betriebsdruck.

Abweichend von den dargestellten Ausführungsformen kann der Läufer auch aus mehr als zwei Schneckengängen (7 und 8) bestehen. In diesem Fall kann mehr als eine Aus­ trittsöffnung (19) im Gehäusedeckel (21) vorgesehen werden.

Claims (10)

1. Kreiselpumpe, in der ein Axialläufer die Strömung eines Fluids in einem Rohrgehäuse beschleunigt, welches an einem Ende des Rohrgehäuses eintritt und am dem gegenüber­ liegenden Bohrgehäuseende austritt, dadurch gekennzeichnet, daß der Axialläufer (5) als Vollschnecke (7, 8) ausgebildet ist, die mit einem Ende an der Innenseite (10) eines Rohrdeckels (11) hinter einer außer­ halb der Rohrmitte angebrachten Ausgangs­ öffnung (12) angeordnet ist, durch die das Fluid in das Gehäuse (2) eintritt und an der der Systemdruck in einer Unterdruckkammer (15) abgesenkt ist, welche radial von dem Rohrgehäuse (2) und axial von einem ersten Schneckengang (15) gebildet ist, hinter dem in einer von dem folgenden Schneckengang (8) und dem Rohrgehäuse (2) begrenzten Druckkammer (16) eine Druckerhöhung zum Ausschub des Fluids durch wenigstens eine am Austrittsende des Gehäuses (2) außermittig angebrachte Austrittsöffnung (19) stattfindet.

2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vollschnecke (7, 8) des Axialläufers (5) wenigstens zwei Schnecken­ gänge (7, 8) aufweist, wobei als Unterdruck­ kammer (15) der an der Ansaugöffnung (12) beginnende erste Schneckengang (7) dient und der letzte Schneckengang (8) an der Innen­ seite des Rohrdeckels (21) mit der Austritts­ öffnung (19) angeordnet ist.

3. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus- und die Eintrittsöffnung (12, 19) der in paral­ lelen Rohrebenen angeordneten Rohrdeckel (11, 21) axial ausgefluchtet sind.

4. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus- und die Eintrittsöffnung (12, 19) deckungsgleich sind.

5. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Begrenzungskanten der Aus- und der Eintrittsöffnung (12, 19) auf dem Umfang eines Kreises liegen.

6. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Begrenzungskanten der Ein­ trittsöffnung (12) auf dem Umfang eines Viel­ eckes liegen.

7. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Begrenzungskanten (24-26) der Eintrittsöffnung (12) auf dem Umfang eines Trapezes angeordnet und unterschied­ lich lang ausgebildet sind, wobei die längere Begrenzungskante (27) in Drehrichtung des Läufers (5) hinter der kürzeren Begrenzungs­ kante (26) angeordnet ist.

8. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der wendelförmigen Kante (22) des Läufers (5) und der Innenseite (23) des Gehäusezylinders ein Spalt belassen ist.

9. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch eine Abdichtung der wendelförmigen Kante (22) auf der Innenseite (23) des Rohrgehäuses.

10. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Axialläufer (5) mehr als eine Vollschnecke aufweist.