DE602005005515T2

DE602005005515T2 - Laufrad

Info

Publication number: DE602005005515T2
Application number: DE602005005515T
Authority: DE
Inventors: Martin Lindskog
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2005-11-03
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2025-11-04
Also published as: US20090208336A1; JP2008520889A; AP2007003998A0; NZ555389A; ZA200704866B; AP2173A; EA009906B1; SE527558C2; IL182816A0; SE0402840D0; CN101061319A; KR20070086413A; PT1815144E; AU2005305920B2; SE0402840L; JP4489119B2; WO2006053831A1; BRPI0518009A; AU2005305920A1; CA2585171A1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Pumpenlaufrad und betrifft im Spezielleren ein Pumpenlaufrad für Zentrifugal- oder Halbaxialpumpen zum Pumpen von Fluiden, die Verunreinigungen enthalten.
Hintergrund der Erfindung
In der Literatur gibt es viele verschiedene Arten von Pumpen und Pumpenlaufrädern für den vorstehend beschriebenen Zweck, die jedoch alle mit gewissen Nachteilen behaftet sind. Dies betrifft insbesondere Probleme hinsichtlich von Verschleiß, Zusetzen und geringer Effizienz.
Abwasser enthält viele verschiedene Arten von Verunreinigungen, deren Menge und Struktur von der Jahreszeit sowie von der Art des Gebiets abhängig sind, aus dem das Wasser stammt. In Städten sind Kunststoffmaterialien, Hygieneartikel, textile Stoffe usw. üblich, während in der Industrie Verschleisspartikel erzeugt werden können. Die Erfahrung zeigt, dass die größten Probleme Fetzen und dergleichen sind, die an den Vorderkanten der Schaufeln beziehungsweise Flügel hängen bleiben und sich um Laufradnabe herum wickeln. Derartige Störungen verursachen häufige Serviceintervalle sowie eine verminderte Effizienz.
In der landwirtschaftlichen Industrie und der Papierindustrie werden verschiedene Arten von Spezialpumpen verwendet, die Stroh, Gras, Blätter sowie andere Arten von organischen Stoffen bewältigen sollten. Aus diesem Grund sind die Vorderkanten der Flügel nach hinten angestellt beziehungsweise gepfeilt, um dadurch zu veranlassen, dass die Verunreinigungen in Richtung nach aussen zu der Peripherie befördert werden anstatt an den Kanten hängen bleiben.
Häufig werden verschiedene Arten von Zerkleinerungseinrichtungen verwendet, um das Material zu zerkleinern und einen leichteren Strömungsvorgang zu erzielen. Beispiele hierfür sind in der SE-435 952 , der SE-375 831 und der US-A 4 347 035 gezeigt.
In der Literatur sind die Ausbildungen der Pumpenlaufräder sehr allgemein beschrieben, insbesondere hinsichtlich der Anstellung der Vorderkanten von offenen Laufrädern. Versuche zum Definieren der Anstellung beziehungsweise Pfeilung der Vorderkanten für ein offenes Laufrad sind z. B. in der EP 0 916 851 und der EP 0 916 852 beschrieben.
Während des Pumpvorgangs, bei dem z. B. in Minen hohe Hubbewegungshöhen erforderlich sind, werden häufig geschlossene Pumpenlaufräder verwendet, d. h. Laufräder mit zwei Abdeckscheiben, einer oberen und einer unteren, sowie mit zwischengeordneten Flügeln, da diese Arten von Laufrädern die auf die Pumpe wirkende axiale Last im Vergleich zu den Laufrädern vom offenen Typ vermindern. Andererseits weisen geschlossene Laufräder eine geringere Durchführung auf, wobei dies ein höheres Risiko für ein Zusetzen beziehungsweise Verstopfen bedeutet.
Die EP 0 395 604 offenbart ein Laufrad, das mit einem oder mehreren Flügeln ausgebildet ist, die an Abdeckscheiben an jeder Seite angebracht sind, um dadurch ein sogenanntes geschlossenes Laufrad zu bilden. Die Vorderkanten der Flügel sind allgemein in einer senkrechten Ebene zu der Drehachse des Laufrads an der Einlassöffnung in einer der Abdeckscheiben angeordnet.
Im Hinblick auf geschlossene Laufräder sind diese allgemein mit Vorderkanten ausgebildet, die in dem zentralen Einlass derart angeordnet sind, dass sie in der Strömungsrichtung betrachtet ziemlich gerade sind. Es hat sich herausgestellt, dass im Gebrauch, und insbesondere in dem Fall, in dem die Flüssigkeit ziemlich große Mengen von Abrieb verursachenden Verunreinigungen enthält, beträchtlicher Verschleiß an den Vorderkanten der Flügel auftritt. Weiterhin besteht ein Risiko dahingehend, dass solche Verunreinigungen wie Fetzen, Kunststoffbeutel und andere längliche Gegenstände an den Vorderkanten hängen bleiben, so dass eine Reinigung der Pumpe erforderlich wird.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Das Ziel der vorliegenden Erfindung steht in der Überwindung der vorstehend geschilderten Probleme, und zwar insbesondere bei geschlossenen Laufrädern.
Erreicht wird dieses Ziel gemäß einem Hauptgesichtspunkt der Erfindung durch den Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüche angegeben.
Gemäß einem wesentlichen Gesichtspunkt der Erfindung zeichnet sich diese durch ein Laufrad vom Zentrifugal- beziehungsweise Kreisel- oder Halbaxialtyp zur Verwendung in einer Pumpe zum Pumpen von Flüssigkeiten aus, wobei das Laufrad mit einem oder mehreren Flügeln ausgebildet ist, wobei die Flügel auf jeder Seite an Abdeckscheiben befestigt sind, so dass ein sogenanntes geschlossenes Laufrad gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderkanten der Flügel an der Einlassöffnung in einer der Abdeckscheiben des Laufrads nach hinten angestellt beziehungsweise gepfeilt sind.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung zeichnet sich diese dadurch aus, dass die Vorderkanten mit einer Schneideinrichtung zusammen wirken, die in einer Mitteleinlassöffnung der Pumpe angeordnet ist.
Vorzugsweise stehen die Vorderkanten etwas aus der Einlassöffnung hervor und bildet die Schneideinrichtung mindestens ein sich verengendes Teilstück des Spalts zwischen der Mitteleinlassöffnung der Pumpe und den Vorderkanten des Laufrads, so dass bei der Bewegung der Vorderkanten während des Betriebs an diesen Teilstücken vorbei eine Schneidwirkung zwischen diesen erzielt wird.
Durch Ausbilden der Vorderkanten der Flügel mit einer starken Pfeilung nach hinten hat sich herausgestellt, dass der Verschleiß an diesen Kanten drastisch reduziert wird. Diese Ausbildung vermindert auch das Risiko, dass Material an den Kanten hängen bleibt. Vielmehr wird solches Material in Richtung auf die Peripherie befördert.
Das Material, das dennoch zum Hängenbleiben an den Kanten an der Einlassöffnung des Laufrads neigt, wird durch die Schneideinrichtung zerteilt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wirkt die Vorderkante der Flügel mit zwei sich verengenden Teilen der Einlassöffnung des Pumpengehäuses zusammen.
Für eine gute Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Pumpenfunktion und des Materialtransports in Richtung auf die Peripherie sollte der Pfeilwinkel α in einem Bereich von 40° bis 60° liegen, wobei die Pfeilung der Vorderkanten im Allgemeinen der Krümmung einer logarithmischen Spirale folgen kann.
Insgesamt erhält man somit ein Laufrad mit verbesserter Leistungsfähigkeit und Verschleißbeständigkeit, so dass lange Betriebszyklen zwischen Wartungs- und Servicevorgängen möglich sind.
Diese und weitere Gesichtspunkte sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den Begleitzeichnungen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen; darin zeigen:
1 eine axiale Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Pumpe;
2a eine von oben gesehene Perspekivansicht eines Laufrads gemäß der vorliegenden Erfindung;
2b eine der 2a entsprechende Ansicht von unten;
3 eine von unten gesehene Ansicht des Laufrads der 2; und
4 eine Darstellung einer Bodenplatte zur Anbringung an einer Pumpe und zum Zusammenwirken mit dem Laufrad gemäß 1.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 zeigt ein Laufrad vom geschlossenen Typ, das in einer Pumpe angebracht ist, die eine Antriebswelle 10 aufweist, die mit einem Elektromotor (nicht gezeigt) zum Antreiben der Pumpe verbunden ist. An den unteren Enden der Welle ist ein Pumpenlaufrad 12 angebracht, das eine obere Abdeckscheibe 14 und untere Abdeckscheibe 16 sowie Flügel 18 und hintere Flügel 19 aufweist. Die vorstehend genannten Komponenten sind in einem Pumpengehäuse 20 angebracht, das eine Bodenwand 22, einen Einlass 24 und einen Auslass 26 aufweist. Das Pumpenlaufrad 12 ist in dem Pumpengehäuse derart angebracht, dass ein Spalt 28 zwischen der Umfangsfläche der unteren Abdeckscheibe 16 und einer inneren Seitenwand des Pumpengehäuses 20 vorhanden ist, ein Raum 29 zwischen der unteren Scheibe und der Bodenwand vorhanden ist, sowie ein Spalt 30 zwischen einer unteren Oberfläche der unteren Abdeckscheibe 16 und einer oberen Oberfläche der Bodenwand 22 vorhanden ist.
Gemäß den Prinzipien für eine Zentrifugalpumpe wird die Flüssigkeit axial durch den Einlass 24 eingesaugt, wobei sie die Pumpe durch den Auslass 26 verlässt, wie dies durch Strömungspfeile A, B und C dargestellt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Flügel 18 derart ausgebildet, dass die Vorderkanten 40 an der Einlassöffnung 42 des Laufrads in Relation zu der Drehrichtung R stark nach hinten gepfeilt sind. Der Pfeilwinkel könnte von der Nabe sowie in Richtung nach außen gesteigert werden. Das Pfeilen der Vorderkanten könnte durch eine logarithmische Spirale definiert werden, bei der der Pfeilwinkel α π/2 – β beträgt, wobei β der Winkel der logarithmischen Spirale ist. Vorzugsweise sollte der Pfeilwinkel im Bereich von 40° bis 60° liegen.
An der Einlassöffnung des Laufrads sind die Vorderkanten allgemein in einer zu der Drehachse 10 des Laufrads senkrechten Ebene angeordnet. Der Vorteil bei dieser Ausbildung besteht darin, dass sichergestellt wird, dass Verunreinigungen in Richtung auf die Peripherie gleiten, anstatt an den Kanten hängen bleiben. Ferner hat es sich gezeigt, dass der Verschleiß an den Vorderkanten ver mindert wird, wenn sie diese Konfiguration anstelle der herkömmlichen Ausbildung aufweisen.
Weiterhin stehen die Vorderkanten etwas aus der zentralen Öffnung des Laufrads hervor, 1. Die Kantenteile 44 der Flügel, die über die Bodenfläche der unteren Abdeckscheibe 16 hinaus vorstehen, können zum Zusammenwirken mit dem Kantenteil 46 des stationären Einlasses 24 des Gehäuses ausgebildet sein, der in einer Bodenplatte 22 angeordnet ist. Der kreisförmige Einlass ist somit mit zwei einander gegenüberliegend angeordneten geraden Teilen 50 ausgebildet, so dass der Spalt zwischen den Flügeln und dem Randteil des Einlasses sehr klein wird. Länglich Verschmutzungen, wie z. B. Fetzen, Kunststoffbeutel und dergleichen, die an den Vorderkanten der Flügel hängen geblieben sind, werden hier zerkleinert.
Insgesamt führt die Ausbildung der Vorderkanten, die gepfeilt sind und etwas vorstehen sowie mit der Öffnung der Bodenplatte zusammenwirken, zu einer starken Reduzierung des Risikos, dass Verunreinigungen hängen bleiben, wobei auch der Verschleiß an den Vorderkanten stark vermindert wird.
Es versteht sich, dass das vorstehend beschriebene und in den Zeichnungen veranschaulichte Ausführungsbeispiel als nicht einschränkendes Beispiel der Erfindung zu betrachten ist und dass dieses im Umfang der Patentansprüche modifiziert werden kann.

Claims

Laufrad (12) vom Kreisel- oder Halbaxialtyp zur Verwendung in einer Pumpe zum Pumpen von Flüssigkeiten, wobei das Laufrad (12) mit einem oder mehreren Flügeln (18) so angeordnet ist, dass die Flügel (18) an Abdeckscheiben (14, 16) auf jeder Seite befestigt sind, was ein sogenanntes geschlossenes Laufrad bildet, dass die Vorderkanten (40) der Flügel (18) allgemein in einer senkrechten Ebene zur Drehachse (10) des Laufrads (12) an der Einlassöffnung (42) in einer der Abdeckscheiben (16) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderkanten (40) der Flügel (18) an der Einlassöffnung (42) in einer der Abdeckscheiben (16) des Laufrads in Relation zur Drehrichtung (R) gepfeilt sind.
Laufrad nach Anspruch 1, wobei die Vorderkanten (44) etwas aus der Einlassöffnung (42) vorstehen, die mit einer Schneideinrichtung (50) angeordnet ist und damit zusammenwirken kann, die in einer Mitteleinlassöffnung der Pumpe angeordnet ist.
Laufrad nach Anspruch 2, wobei die Schneideinrichtung mindestens ein sich verengendes Teilstück des Spalts zwischen der Mitteleinlassöffnung der Pumpe und den Vorderkanten (40) des Laufrads bildet.
Laufrad nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorderkanten (40) allgemein entsprechend einer logarithmischen Spirale gepfeilt sind.
Laufrad nach Anspruch 4, wobei ein Pfeilwinkel (α) der Vorderkanten (40) π/2 – β beträgt, wobei β der Winkel der logarithmischen Spirale ist.
Laufrad nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Pfeilwinkel (α) der Vorderkanten (40) im Bereich von 40° bis 60° liegt.
Pumpe mit einem Laufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3.