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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine zweistufige Pumpe mit einem
hohem Druck und kleiner Förderung.
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Im
betreffenden Gebiet sind bestimmten Pumpenarten (die als PEP, d.h.
Teilemissionspumpen vom engl. Partial Emission Pumps, bezeichnet werden)
bekannt, wobei die Pumpen die Eigenschaften hohen Drucks und kleiner
Förderung
aufweisen und von der Ausführung
sind, bei der ein in einem Behälter
enthaltenes Fluid, das dem von der Flüssigkeitssäule bedingten Druck unterliegt,
in einer axialen Richtung in die Pumpe eindringt und durch das Laufrad
hin zu dem in einer tangentialen Richtung angeordneten Förderkanal
gedrückt
wird, der so bemessen ist, dass er den erforderlichen Druck der Pumpe
bedingt.
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Es
ist auch bekannt, dass es möglich
ist, nur die Anzahl an Umdrehungen des Laufrads zu ändern, das
folglich mit einer speziellen Form konstruiert werden muss, die
das Aufrechterhalten des Einlassdrucks sicherstellen kann, um den
Druck der Pumpe zu erhöhen;
ansonsten würde
die Zunahme der Anzahl an Umdrehungen zu einer Abnahme des Einlassdrucks
und folglich zu einer verringerten Aufnahme von Fluid mit einer
daraus resultierenden Arbeitsleistungsabnahme der Pumpe führen; diese
Wirkung ist in den Fällen
noch ausgeprägter,
da die Pumpe bei einem höheren
Niveau als das der freien Fläche des
anzusaugenden Fluids angeordnet ist.
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Um
diesen Nachteil zu überwinden,
wurden Hochgeschwindigkeitspumpen des Typs konstruiert, der mit
einem schnellen Hauptlaufrad zum starken Anheben des Drucks und
einem Hilfslaufrad, das stromaufwärts des ersten Laufrads angeordnet
und das Hauptlaufrad ohne erheblichen Fluidsaugverlust am Einlass
und ohne Beeinträchtigen
der Zunahme des Förderdrucks
der Pumpe beliefern kann, versehen ist. Ähnliche Pumpen sind auch aus
FR 517 433 A und
DE 735 957 C bekannt.
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Diese
Pumpen sind aber kompliziert und teuer in der Herstellung und erfordern
zudem spezielle Teile mit einem eingeschränkten Grad an Standardisierung.
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Das
technische Problem, das sich stellt, ist daher das Konstruieren
von Pumpen, die innerhalb eines breiten Bereichs an niedrigen Förderwerten und
mit einem hohen Druck arbeiten können,
ohne von den oben erwähnten
Problemen des Stands der Technik beeinträchtigt zu werden.
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Innerhalb
des Kontextes dieses Problems besteht eine weitere Anforderung darin,
dass die Pumpe kompakte Maße
und gute Austauschbarkeitseigenschaften haben sollte, nämlich eine
Veränderung
der Nennförderung
innerhalb eines breiten Bereichs an Betriebswerten mit minimalen
Abwandlungen erlauben sollte, die nicht den allgemeinen Aufbau der
Pumpe betreffen und ein Standardisieren der größtmöglichen Anzahl an Bauteilen
erlauben, wodurch die Lagerungsanforderungen und folglich die Herstellungs-
und Handhabungskosten verringert werden.
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Diese
Ergebnisse werden erfindungsgemäß durch
eine Pumpe erhalten, welche umfasst: ein Gehäuse, eine Betätigungswelle,
an der mindestens ein erstes Laufrad und ein zweites Laufrad koaxial
angebracht sind, die jeweils in einer jeweiligen vorderen Kammer
und hinteren Kammer aufgenommen sind, die jeweils mit einer Fluideinlassleitung
und einer Fluidzufuhrleitung verbunden sind, wobei die vordere Kammer
von dem Gehäuse
und von einem Zwischenkörper
begrenzt ist, die hintere Kammer von dem Zwischenkörper und
von einer Abschirmung begrenzt ist, wobei der Zwischenkörper aufweist:
zwei Spiralen, die jeweils dem entsprechenden ersten Laufrad und
dem zweiten Laufrad zugeordnet sind, eine erste Auslassöffnung,
die die Spirale des ersten Laufrads mit dem Außenbereich verbindet, eine zweite
Auslassöffnung,
die die Spirale des zweiten Laufrads mit der Zufuhrleitung verbindet,
wobei in dem Gehäuse
ein Kanal für
das Durchströmen
des Fluids von der ersten Kammer zu den Mitteln zum Zuführen des
Fluids zu dem zweiten Laufrad ausgebildet ist.
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Weitere
Einzelheiten lassen sich der folgenden Beschreibung eines nicht
einschränkenden
Beispiels einer Ausführung
des Gegenstands der vorliegenden Erfindung entnehmen, das unter
Bezug auf die Begleitzeichnungen vorgestellt wird. Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Pumpe,
teils im Schnitt;
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2 eine
schematische perspektivische Ansicht der Pumpe nach 1,
teils im Schnitt;
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3 einen
schematischen Querschnitt durch die Pumpe nach Anspruch 1.
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Wie
in 1 gezeigt wird, umfasst die erfindungsgemäße Pumpe
ein Gehäuse 10,
dem die Leitung 11 für
das axiale Eindringen des Fluids zugeordnet ist; die Leitung 11 ist
in einer koaxialen Verlängerung 12 ausgebildet,
die mit einem Flansch 12a zur frontalen Verbindung mit
der Fördereinrichtung
versehen ist.
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Der
einfacheren Beschreibung halber wird der dem Gehäuse 10 der Pumpe und
dem Fluideinlass entsprechende Teil nachstehend als „vorderer" bezeichnet, während die
gegenüberliegende
Seite als „hintere" bezeichnet wird.
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Das
vordere Gehäuse 10 enthält auch
die Fluidzufuhrleitung 13, die sich in eine Richtung tangential
zu dem Gehäuse 10 in
einer entsprechenden Verlängerung 14 erstreckt,
mit der ein zugeordneter Kopplungsflansch 14a einstückig gebildet
ist.
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Ein
geeigneter ringförmiger
Sitz 15 ist in dem Gehäuse 10 ausgebildet
und weist darin angeordnet einen koaxialen Zwischenkörper 16 auf,
durch den die Betätigungswelle 1 der
Pumpe mittels einer Buchse 1a tritt.
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Der
Zwischenkörper 16 teilt
im Wesentlichen den ringförmigen
Sitz 15 in eine erste vordere Kammer 15a und in
eine zweite hintere Kammer 15b; in diesen Kammern drehen
ein erstes Laufrad 21a bzw. ein zweites Laufrad 21b,
wobei beide an der Betätigungswelle 1 angebracht
sind; die Laufräder
sind identisch, symmetrisch und liegen einander gegenüber.
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Die
Kammern 15a, 15b stehen mit der Außenseite
mittels jeweiliger Spiralen 22a und 22b in Verbindung,
die in einer bevorzugten Ausführung
von ringförmiger
Art sind, einen konstanten Querschnitt haben und Auslassdüsen 16a, 16b aufweisen,
die bei 180° zueinander
winkelig versetzt sind.
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Die
zweite Kammer 15b ist an dem hinteren Ende geschlossen
und ist axial durch eine Abschirmung 23 geschlossen, in
der (2 und 3) eine radiale Leitung 24 ausgebildet
ist; ein äußeres Ende 24b der
Leitung ist mit einem Kanal 17 verbunden, der parallel
zur Längsachse
der Pumpe ist und in dem vorderen Gehäuse 10 derselben ausgebildet
ist, und das andere innere Ende 24a ist mit einem koaxialen
ringförmigen
Verteilerrohr 25 verbunden, das koaxial in die hintere
Kammer 15b mündet.
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Die
vordere Kammer 15a ist mit der axialen Leitung 17 des
Körpers 10 mittels
einer Spirale 22a, der Auslassdüse, die in dem Zwischenkörper 16 gebildet
und in tangentialer Richtung angeordnet ist, und einer radialen
Leitung 16c verbunden; die hintere Kammer 15b ist
wiederum mit der tangentialen Zufuhrleitung 13 mittels
der Spirale 22b, der zugeordneten Auslassdüse 16c,
die in einer tangentialen Richtung in dem Zwischenkörper 16 gebildet
ist, und einer entsprechenden radialen Leitung 16d, die
in dem Gehäuse 10 der
Pumpe gebildet ist, verbunden.
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Die
Abschirmung 23 weist ferner einen sich koaxial erstreckenden
Sitz 23a auf, in dem all die Abdichtvorrichtungen an der
Welle montiert werden können,
wodurch auch die Möglichkeit
des Einbaus magnetisch koppelnder Antriebsvorrichtungen, die für hochgefährliche,
radioaktive und ähnliche
Fluida erforderlich sind, angestrebt wird.
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Die
Pumpe ist am hinteren Ende durch ein Gehäuse 30 verschlossen,
auf das ein Flansch 31 wirkt, was ein Festklemmen der Abschirmung 23 und des
Zwischenkörpers 16 in
axialer Richtung sicherstellt.
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Die
Lager 40 der Welle 1 sind an der anderen Seite
des Gehäuses 30 befestigt.
Die Teile der Pumpe sind an sich herkömmlich und werden daher nicht eingehend
beschrieben.
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Das
Arbeitsprinzip der Pumpe ist wie folgt:
- – das Fluid,
das mittels der Einlassleitung 11 eindringt, erreicht die
erste Kammer 15a, wo es der Wirkung des ersten Laufrads 21a unterzogen wird,
das es in die Spirale 22a und von hier in die Leitung 16a, 16b zur
Verbindung mit dem Kanal 17 drückt, der in die radiale Leitung 24 der
Abschirmung 23 mündet;
- – entlang
dieser ersten Wegstrecke erfährt
das Fluid die erste Drucksteigerung bezüglich des Einlassdrucks;
- – bei
Verlassen der radialen Leitung 24 wird das Fluid in das
ringförmige
Verteilerrohr 25 gedrückt, welches
es in der axialen Richtung zum Eintritt in die zweite Kammer 15b ausrichtet,
wo es der Wirkung des zweiten Laufrads 21b unterzogen wird, welches
es in die Spirale 22b und von hier in die radiale Leitung 16c, 16d und
dann in die Zufuhrleitung 13 mit einem nochmals erhöhten Druck drückt.
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Es
wird daher aufgezeigt, wie die zwei Laufräder und die zugeordneten konzentrischen
Spiralen eine Reihenwirkung auf das Fluid erzeugen, die dessen Druck
(typische Werte von bis zu 200 m der Flüssigkeitssäule) ohne Zunahme der Anzahl
an Umdrehungen der Laufräder
und daher ohne Senkung der Einlasseigenschaften der Pumpe anheben
kann, die weiterhin nahe dem Höchstleistungspunkt
mit Vorteilen bezüglich
Energie- und Fluiddynamik arbeiten kann.
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Daneben
ermöglicht
die erfindungsgemäße Pumpe
einen hohen Grad an Austauschbarkeit, da es möglich ist, die Nennförderung
der Pumpe (wobei typische Werte von 1 bis 18 m3/Std.
reichen) durch einfaches Ändern
des Zwischenkörpers 16 und
Unveränderthalten
der Konfiguration und Maße
der anderen Teile der Pumpe zu verändern, die auch einen drehen
Teil aufweist, der dank der Symmetrie und gegenüberliegenden Positionierung
der Laufräder
und der Anordnung der Düsen
der zwei Spiralen bei 180° im
Wesentlichen frei von der Wirkung radialer und/oder axialer Lasten
ist, mit einer daraus folgenden stärkeren baulichen Festigkeit,
die die Lebensdauer der Abdichtteile und der verschleißanfälligen Teile
begünstigt,
wodurch die Zuverlässigkeit
der Pumpe verbessert wird.
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Die
erfindungsgemäße Pumpe
hat ferner eine äußerst kompakte
Konstruktion, u.a. dank der Ausbildung der die beiden Stufen verbindenden
Leitung im Inneren des Gehäuses,
wodurch die übermäßig großen Maße vermieden
werden, die sich aus den externen Verbindungskanälen der herkömmlichen
Ausführung
ergeben.
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Es
wird jedoch darauf hingewiesen, dass das Pumpengehäuse 10 eine
Gehäusekonfiguration
in der Form eines radial unterteilten „Fasses" mit geflanschten Einlass- und Zufuhröffnungen
hat, die die Funktion haben, dem Nenndruck stand zu halten und die
beiden Laufräder
und den Zwischenkörper
aufzunehmen, der die beiden konzentrischen Spiralen mit jeweiligen
Diffusionskanälen
der hinteren Abschirmung enthält,
worin der radiale Zwischenverbindungskanal, das Einlassverteilerrohr
und die Kammer, die die Welle abdichtende Vorrichtung aufnimmt, ausgebildet
sind.
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In
einer bevorzugten Ausführung
wird angestrebt, dass die Abdichtung zwischen dem Gehäuse 10 und
der Abschirmung 23 und die Abdichtung zwischen den Zonen,
die den Differenzdrücken
der ersten und zweiten Stufe unterliegen, aus Abdichtungen 50 der
spiralförmigen
Metallausführung
bestehen, die einerseits aus Stahl und andererseits aus Graphit bestehen
und auch jegliches Spiel absorbieren können, das sich aus dem Zusammenfügen oder
der Wärmeausdehnung
und/oder Wärmekontraktion
der verschiedenen Teile ergibt.