DE60211797T2 - Pumpenlaufrad - Google Patents

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DE60211797T2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18Rotors
    • F04D29/22Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2238Special flow patterns
    • F04D29/225Channel wheels, e.g. one blade or one flow channel

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Pumpenlaufrad für eine zum Pumpen von flüssigen Substanzen, wie beispielsweise Abwasser, verwendete Pumpe, wobei das Pumpenlaufrad wenigstens einen Strömungskanal in einer räumlich gekrümmten Form enthält.
  • Pumpenlaufräder gemäß dem Stand der Technik für Zentrifugalpumpen, die zum Pumpen von Flüssigkeiten vorgesehen sind, besitzen einen Schild und eine Nabe von einer rotationssymmetrischen Struktur und zwischen sich ein oder mehrere Lamellen von zum Beispiel einer spiralförmigen Form, die zum Bilden von ein oder mehreren räumlich gekrümmten Strömungskanälen in dem Pumpenlaufrad dienen.
  • Zusätzlich zu Abwasserflüssigkeiten enthalten Abwässer außerdem festen Abfall, wie beispielsweise Stücke von Stoff und anderen festen Körpern. Beim Pumpen von Abwässern verursachen diese festen Stücke Unterbrechungen im Betrieb wie auch einen Leistungsverlust in den Pumpen, weil sie an den Lamellen der Pumpenlaufräder festkleben können oder sich als Klumpen innerhalb des Pumpenlaufrades ansammeln. Aus diesem Grund sind Strömungskanäle von Pumpenlaufrädern von Abwasserpumpen häufig so realisiert, dass sie einen großen Querschnittsbereich besitzen, um insbesondere großen festen Körpern zu erlauben, durch den Strömungskanal ohne ein Verstopfen der Pumpe hindurchzulaufen. Außerdem können für eine effektivere Strömung und eine Reduzierung des Risikos des Zusammenhaftens die Pumpenlaufradlamellen auch so geformt sein, dass sie eine größere Dicke in der Mitte als an den Enden besitzen. Solch ein Pumpenlaufrad ist beispielsweise in der SE 426 976 beschrieben. Es ist außerdem möglich, die führende Kante derart anzuspitzen, dass sie die festen Körper des in dem Abwasser vorhandenen Abfalls in kleinere Stücke schneidet, wie dies in dem US-Patent 4,347,035 beschrieben wird.
  • In einem anderen Pumpenlaufrad aus dem Stand der Technik von einer Zentrifugalpumpe, die zum Pumpen von Abwässern vorgesehen ist, besitzen die führenden Kanten der Pumpenlaufradlamellen eine stark gespreizte Form, was die Pumpe weniger anfällig gegenüber einer Verstopfung macht. Ein derartiges Pumpenlaufrad ist beispielsweise in den CA-Patentanmeldungen 2,254,187 und 2,253,067 offenbart.
  • Aufgrund der in den Pumpenlaufrädern aus dem Stand der Technik verwendeten Lamellen trifft die in dem Pumpenlaufrad fließende Flüssigkeit nach dem Betreten des Pumpenlaufrades die Kante einer Lamelle und wird in zwei getrennte Flüssigkeitsströme auf verschiedenen Seiten der Lamelle getrennt. Dieses verursacht weitere zusätzliche Arbeit und gleichzeitig zusätzlichen Leistungsverbrauch. Außerdem können die Stücke von festem Abfall sich an den Kanten der Lamelle festsetzen.
  • Die GB 687 514 offenbart ein Pumpenlaufrad für Zentrifugalpumpen mit einem Strömungskanal, der einen ersten axialen Abschnitt parallel zu dem Ansaugeinlass und einem zweiten quer geführten Abschnitt in der Ebene des Ausgangskanals besitzt. Zwischen diesen beiden Teilen besitzt der Kanal eine Biegung.
  • In den Pumpenlaufrädern aus dem Stand der Technik trifft der Kanal sich nicht selbst. Beispielsweise trifft in der GB 678 514 der Strömungskanal sich nicht selbst, dafür aber stattdessen einen anderen Gegenstand, die Peripherie des Pumpenlaufrades.
  • Die Druckschrift DE 32 11 230 offenbart ein hohles Pumpenlaufrad für eine Abwasserpumpe mit einem darin ausgeformten spiralförmigen Strömungskanal.
  • Pumpenlaufräder aus dem Stand der Technik besitzen eine relativ schlechte Effektivität und außerdem können Stücke von festem Abfall Unterbrechungen im Betrieb und Leistungsverluste verursachen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile aus den Lösungen des Standes der Technik zu eliminieren und einen vollständig neuen Typ von Pumpenlaufrad für eine Pumpe zu erreichen, die beispielsweise für das Pumpen von Abwasser verwendet wird, was es möglich macht, einen einfachen Aufbau und einen wesentlich höheren Wirkungsgrad als in den Pumpenlaufrädern aus dem Stand der Technik zu erreichen.
  • Die Struktur der Pumpenlaufräder aus der Erfindung stützt sich auf die Idee, dass in dem Aufbau der Pumpenlaufräder aus der Erfindung anstelle des Definierens der Form der Lamelle zwischen dem Schild und der Nabe wie in dem Aufbau von Pumpenlaufrädern aus dem Stand der Technik die Form des Strömungskanals definiert wird. Dies kann durch das Definieren einer räumlich gekrümmten Linie geschehen, längs welcher der Querschnitt variiert wird.
  • Das Pumpenlaufrad nach der Erfindung besitzt eine einheitliche kontinuierliche Struktur; mit anderen Worten besitzt sie keinerlei aktuelle Lamellenstruktur. Zusätzlich kann der Strömungskanal eine gleichmäßig gekrümmte Form besitzen, das heißt er besitzt keine abrupten Biegungen aufgrund der Lamellen oder dergleichen und anders als bei Strömungskanälen aus dem Stand der Technik trifft sich der Strömungskanal an seinem Ende selbst oder im Falle eines Pumpenlaufrades mit mehreren Kanälen einen anderen Kanal, wobei eine an die führende Kante einer Lamelle erinnernde Struktur an diesem Treffpunkt ausgebildet wird. Außerdem bleibt der Querschnitt des Kanals gleich oder ändert sich gleichmäßig ohne scharfe Änderung in der Form und/oder der Querschnittsfläche. Die Details der charakteristischen Eigenschaften des Pumpenlaufrades nach der Erfindung werden in den unten stehenden Ansprüchen vorgelegt.
  • Durch das Anwenden der Erfindung wird es möglich Abwasserpumpenlaufräder zu erhalten, die nahezu verstopfungsfrei sind und einen sehr hohen Wirkungsgrad besitzen, auch wenn die zu pumpende Flüssigkeit Festkörper oder Fasern enthält. Das Pumpenlaufrad besitzt keine Lamellen und daher keine Struktur wie bei der führenden Kante einer Lamelle in dem Bereich des Eingangs der Strö mung und dementsprechend wird dort kein Stagnationspunkt ausgebildet, der sonst typischerweise an der führenden Kante einer Lamelle bei Pumpen aus dem Stand der Technik ausgebildet wird, noch gibt es irgendeinen Unterdruck, der in dem Bereich des Sauganschlusses erzeugt wird. Daher besitzt ein Pumpenlaufrad nach diesem Aufbau auch eine gute Saugeigenschaft und es ist nicht empfindlich gegenüber Kavitation.
  • Im Folgenden wird die Erfindung im Detail unter Zuhilfenahme eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen
  • 1 eine Seitenansicht eines Pumpenlaufrades gemäß der Erfindung darstellt,
  • 2 eine perspektivische Draufsicht auf ein Pumpenlaufrad gemäß der Erfindung dargestellt, und
  • 3 ein Pumpenlaufrad gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Querschnitt SOLA0 – SOLA0 aus 1 darstellt,
  • 4 ein Pumpenlaufrad gemäß der Erfindung in einem längs der Mitte genommenen senkrechten Querschnitt darstellt, und
  • 5 ein weiteres Laufrad gemäß der Erfindung darstellt.
  • Die 1 bis 4 stellen ein Laufrad gemäß der Erfindung für eine Zentrifugalpumpe dar, insbesondere für eine solche, die für das Pumpen von Abwasser vorgesehen ist. Das Pumpenlaufrad besitzt einen Körper 1 aus Gussmetall, der mit einem räumlich gekrümmten Strömungskanal 2 ausgerüstet ist. Am oberen Ende des Körpers 1 ist ein kreisförmiger Sauganschluss 3 von einer Größe vorgesehen, die dem Durchmesser der Abwasserzufuhrleitung entspricht, durch welchen Anschluss das Abwasser von der Abwasserleitung aus hineingeführt wird. Außerdem ist das Pumpenlaufrad mit einem Loch 4 für eine Antriebswelle versehen, die durch dieses hindurchgeht.
  • In dem Aufbau des Pumpenlaufrades nach der Erfindung ist die Form des Strömungskanals 2 definiert. Dies geschieht dadurch, dass eine Linie 5 (eine strichpunktierte Linie) räumlich gekrümmt in der Richtung der Strömung vorgegeben wird, längs welcher ein konstanter oder sich langsam veränderter Querschnitt A getragen wird. Der Querschnitt A kann von einer kreisförmigen Form wie in der
  • 4 sein. Beim Fortschreiten längs der gekrümmten Linie 5 definiert die Kante des Querschnittes die Kanten 6 (gestrichelte Linie) des Strömungskanals 2 und ebenso diejenigen einer imaginären Fortsetzung des selben, wie es in den Zeichnungen dargestellt ist.
  • Die gekrümmte Linie 5 kann eine Spirallinie der Art sein, dass sie zunächst einen vertikalen Abschnitt in der Mitte des Sauganschlusses 3 besitzt, der in eine Richtung von der Mittelachse des Pumpenlaufrades an verläuft, wonach sie beginnt sich räumlich spiralförmig zu biegen. In dem abschließendem Abschnitt des Kanals bildet die Kurve eine ebene Spirale. Die Linie 5 besitzt eine räumliche Krümmung, die sich in dieser Hinsicht von den planaren Kurven unterscheidet. Außerdem ist diese Krümmung sanft und kontinuierlich, das heißt ihr Radius der Krümmung verbleibt über den gesamten Zeitraum zumindest ungefähr der gleiche, so dass keine scharfen Biegungen in dem Kanal existieren. Die Form und die Fläche des Querschnittes A des Kanals können sich gleichmäßig und kontinuierlich ändern. Daher strömt das Abwasser kontinuierlich in die Richtung des Kanals. Wenn der Strömungskanal spiralförmig sich letztlich selbst oder einen anderen Kanal trifft, falls mehrere Kanäle vorgesehen sind, dann erinnert die an diesem Punkt gebildete Struktur an die führende Kante einer Lamelle. Wie in der 3 dargestellt ist, ist die Wand 7 zwischen verschiedenen Teilen des Kanals 2 in der Mitte des Pumpenlaufrades relativ dick.
  • Darüber hinaus besitzt der Körper 1 eine gleichmäßig kontinuierliche Struktur ohne separate Strukturen wie einen Schild, eine Nabe oder Lamellenstrukturen.
  • 5 stellt ein anderes Pumpenlaufrad gemäß der Erfindung dar, aufgebaut insbesondere für eine Zentrifugalpumpe, die zum Pumpen von Abwasser vorgesehen ist. Sie besitzt einen Körper aus Gussmetall, der einen räumlich gekrümmten Strömungskanal 12 wie im Fall der 1 bis 4 enthält. Am oberen Ende des Körpers befindet sich ein kreisförmiger Sauganschluss 13 von einer Größe, die dem Durchmesser einer Abwasserzuleitung entspricht, durch welchen Anschluss das Abwasser von der Abwasserleitung hereingeführt wird. Zusätzlich ist das Pumpenlaufrad mit einer Durchgangsbohrung für eine Antriebswelle ver sehen. Bei dieser Lösung wird der Querschnitt A1 des Strömungskanals sich von einer im Wesentlichen kreisförmigen Form in eine solche Form ändern, dass die Außenwand 14 des Strömungskanals an dem Punkt im Wesentlichen geradeaus verläuft, an dem der Kanal sich selbst trifft, so dass der Querschnitt des Kanals die Form des Buchstabens „D" (vergleiche 5) besitzt, während die Innenkante 15 ebenfalls beginnt sich zu begradigen und ebenfalls an dem Ende des Kanals gerade zu verlaufen, wo der Querschnitt des Kanals daher eine rechtwinkelige Form besitzt.
  • Es ist für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, dass verschiedene Ausführungsformen der Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt sind, sondern dass diese innerhalb des Bereiches der im folgenden dargestellten Ansprüche variiert werden können.

Claims (8)

  1. Pumpenlaufrad für eine zum Pumpen von flüssigen Substanzen, wie beispielsweise Abwasser, verwendete Pumpe, wobei das Pumpenlaufrad wenigstens einen Strömungskanal (2, 12) mit einer räumlich gekrümmten Form enthält, wobei der Strömungskanal von gleichmäßig gekrümmter Form ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem abschließenden Abschnitt des Kanals der Strömungskanal (2, 12) sich selbst oder sofern das Pumpenlaufrad mehr als einen Strömungskanal besitzt einen anderen Kanal trifft.
  2. Pumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius des Strömungskanals im Wesentlichen konstant ist oder sich gleichmäßig verändert.
  3. Pumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Strömungskanals (2) in der Strömungsrichtung auf der Grundlage einer räumlich gekrümmten Linie (5) festgelegt wird, und dass die Kante des Querschnittes die Kanten (6) des Strömungskanals (2) begrenzt, wenn dieser sich längs der gekrümmten Linie fortsetzt.
  4. Pumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Linie (5) eine zumindest im Wesentlichen spiralförmige Form besitzt.
  5. Pumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur gleichmäßig, kontinuierlich ohne separate Strukturen, wie beispielsweise Schild-, Naben- und/oder Lamellenstrukturen ist.
  6. Pumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (A, A1) des Strömungskanals konstant ist oder sich gleichmäßig ändert.
  7. Pumpenlaufrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Strömungskanals sich von einer im Wesentlichen kreisförmigen Form in eine Form derart ändert, dass zumindest eine Außenwand (14) des Strömungskanals in dem abschließenden Abschnitt im Wesentlichen gradlinig ist.
  8. Pumpenlaufrad nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine innere Wand (15) des Strömungskanal ebenfalls in dem abschließenden Abschnitt des Strömungskanals im Wesentlichen geradlinig ist, insbesondere am Ende des Strömungskanals, sodass der Querschnitt des Strömungskanals in seinem abschließenden Abschnitt im Wesentlichen rechtwinklig ist.
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