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Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaufelrad für
Zentrifugalpumpen, die wenigstens eine Reihe von Schaufeln umfaßt, die
nacheinander in der Umfangsrichtung des Schaufelrads angeordnet
sind, wobei die Schaufelenden nahe zu dem Umfang mit einem
Winkel α bezüglich der Bewegungsrichtung des Umfangs des
Schaufelrads schiefwinklig sind.
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Zentrifugalpumpen werden weit und breit zum Transport von
flüssigen Materialien und Mischungen verwendet, wobei der Pumpeffekt
durch die Drehung des Schaufelrads in dem feststehenden Gehäuse
der Pumpe hervorgerufen wird. Das Schaufelrad nimmt zu gleicher
Zeit das zu pumpende Material mit sich mit, so daß das Material
einem Zentrifugaleffekt durch die Drehbewegung ausgesetzt ist,
und wenn das Material die Ablaßöffnung erreicht, wird es in
diese unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft und dem durch die
Schrägheit (Schiefheit) der Schaufeln verursachten zusätzlichen
Einfluß abgelassen. Derartige Pumpen sind z.B. in der DE-OS 25
25 316 und der FI-PS 53747 offenbart.
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Auch die US 3,953,150 offenbart eine derartige Pumpe. Das
Schaufelrad dieser Pumpe umfaßt Schaufeln mit zwei verschiedenen
Längen in der Radialrichtung des Schaufelrads, die abwechselnd
entlang der Umfangsrichtung des Schaufelrads angeordnet sind.
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Diese Zentrifugalpumpen haben gemeinsam, daß das gepumpte
Material unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft von dem Schaufelrad
im wesentlichen radial in einen Ablaßkanal der Pumpe abgelassen
wird, d.h. in einer Richtung parallel zu der Rotationsebene des
Schaufelrads.
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Diese Pumpen unterscheiden sich deshalb wesentlich von Turbinen
und Rotationspumpen wie in der US 1,613,816 und der CH 672 532
offenbart, wo das zu pumpende Material die Pumpe im wesentlichen
axial verläßt, d.h. in einer Richtung senkrecht zu der
Rotationsebene des Schaufelrads.
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Ein Problem mit aus dem Stand der Technik bekannten
Zentrifugalpumpen liegt in der pulsähnlichen Druckschwankung, die in
ihrem Ablaßkanal auftritt, was unter gewissen Betriebsbedingungen
nachteilig ist. Insbesondere dann, wenn die Pumpe als
Züfuhrpumpe für eine Fasersuspension in dem dem Stoffauflauf einer
Papiermaschine o.dgl. zugeordneten Leitungssystem verwendet wird,
bewirken die Druckschwankungen eine wellenähnliche Variation in
der sich formenden Papier- oder Pappenbahn, die Papierqualität
folglich verschlechternd. In einem Versuch, den Puls zu
vermindern wurden die Enden der Schaufeln des Schaufelrads der Pumpe
in der Umfangsrichtung des Schaufelrads schief ausgebildet, was
allerdings die Pulsstörungen nicht eliminiert hat.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schaufelrad
bereitzustellen, durch welches die Pulsstörungen vermindert werden
können und welches z.B. zur Verwendung in Zuführpumpen in
Verbindung mit den Stoffaufläufen von Papiermaschinen geeigneter
ist. Das Schaufelrad der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß zur Verminderung von in dem Ablaßkanal der Pumpe durch die
Schaufeln verursachten Druckschwankungen ein Abstand zwischen
den Schaufeln und der Winkel derart sind, daß die Vorderkante
des Endes der in der Bewegungsrichtung des Umfangs des
Schaufelrads hinteren Schaufel mit der Hinterkante des Endes der in der
Bewegungsrichtung vorderen Schaufel fluchtet oder der
Hinterkante in der Bewegungsrichtung voraus ist.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, daß die Schaufeln
des Schaufelrads in derartigen Intervallen und mit einem
derartigen Winkel angeordnet sind, daß stets wenigstens ein
Schaufelende die Nase des Spiralgehäuses passiert, wenn sich das
Schaufelrad dreht, wodurch der durch das Schaufelende an der Nase
erzeugte Druckpuls stets im wesentlichen konstant bleibt und keine
nennenswerte Druckänderung in dem Ablaßkanal auftritt.
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Die Erfindung wird in den beigfügten Zeichnungen detaillierter
beschrieben, in denen
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Figur 1 eine schematische axiale Schnittansicht der mit einem
Schaufelrad der Erfindung versehenen Zentrifugalpumpe
ist;
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Figur 2 die Kante des Schaufelrads der Pumpe der Figur 1 und
die Stellung der Enden der Schaufeln schematisch
veranschaulicht;
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Figur 3 eine Druckänderung in einem Ablaßkanal der Pumpe der
Figuren 1 und 2 schematisch veranschaulicht;
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Figur 4 eine schematische axiale Ansicht eines zweiseitigen,
nach der Erfindung ausgeführten Schaufelrads ist; und
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Figur 5 das Schaufelrad der Figur 4 in Sicht aus der Richtung
der Schaufelenden veranschaulicht.
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Figur 1 zeigt eine Zentrifugalpumpe, umfassend ein
spiralförmiges Pumpengehäuse 1, in dem ein Schaufelrad 3 angeordnet ist,
das um eine Welle 2 rotiert und Schaufeln 4a und 4b aufweist.
Das Pumpengehäuse 1 umfaßt einen Ablaßkanal 5 mit einer Nase 6
an seinem Rand auf der Seite des Gehäuses nahe zu dem
Schaufelrad. Während der Rotation der Pumpe tritt das zu pumpende
Material, wie etwa eine Flüssigkeit oder eine Suspension, in an sich
bekannter Art und Weise in der Richtung der Pumpenwelle 2 in der
Mitte des Schaufelrads ein. Während sich das Schaufelrad dreht,
wird das Material durch den durch das in den Ablaßkanal
abgelassene Material erzeugten Saugeffekt und durch den durch die
Pumpenschaufeln erzeugten Schiebeeffekt hin zum Außenrand des
Schaufelrads 3 und ferner unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft
in den Ablaßkanal 5 geleitet. Das Schaufelrad 3 umfaßt Flügel 4a
und 4b, von denen die Schaufeln 4a herkömmliche Länge aufweisen
und sich von dem Umfang des Schaufelrads näher zu der
Pumpenwelle 2 erstrecken als die Schaufeln 4b, die kürzer sind und als
eine Art Hilfsschaufeln dienen. Der Zweck der kürzeren
Hilfsschaufeln 4b ist es, die Mitte des Schaufelrads 3 ausgedehnter
zu halten, um den Massenfluß zu erleichtern; auf der anderen
Seite ist es für die Erfindung notwendig, daß Schaufeln und
Schaufelenden entlang des Außenumfangs des Schaufelrads 3
ausreichend dicht vorgesehen sind. In anderer Hinsicht sind die
Struktur, die Funktionsweise und die Abmessungen der
Zentrifugalpumpe für den Fachmann offenkundig und werden hier nicht
näher beschrieben.
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Figur 2 zeigt schematisch einen Abschnitt des Randes des
Schaufelrads 3 der Figur 1, die Schaufelenden und die Nase 6 der
Ablaßöffnung. In der Figur sind die Enden der Schaufeln 4a und 4b
mit einem Winkel α schiefwinklig in einer derartigen Weise
angeordnet, daß eine Kante der Schaufel 4a und die gegenüberliegende
Kante der Schaufel 4b, d.h. in der Figur die untere Kante der
Schaufel 4a und die obere Kante der Schaufel 4b, miteinander
fluchten oder teilweise überlappen, d.h., daß ein Abstand A
zwischen den gleichen Rändern der Schaufeln kleiner ist als ein
Abstand B in der gleichen Richtung zwischen den entgegengesetzten
Kanten der gleichen Schaufel. Wenn sich das Schaufelrad 3 dann
in der Richtung dreht, die durch den in Figur 2 gezeigten Pfeil
angedeutet ist, sind stets eine oder mehrere Schaufeln 4 an der
Nase 6 angeordnet, bevorzugt in einer derartigen Weise, daß die
Anzahl von Schaufeln zu allen Zeiten gleich bleibt. Der an der
Nase durch die Bewegung der Schaufel erzeugte Druckpuls bleibt
im wesentlichen konstant, obgleich sein Ort sich in einem
gewissen Maß in der Höhenrichtung der Nase ändert, d.h. in der
Axialrichtung des Schaufelrads. Dies allerdings beeinflußt den in dem
Ablaßkanal 5a auftretenden Druckpuls oder das hier auftretende
Druckmuster nicht wesentlich.
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Figur 3 veranschaulicht schematisch den in dem Ablaßkanal 4 der
Zentrifugalpumpe der Figuren 1 und 2 auftretenden Druck. Das
Druckmuster ist leicht wellenähnlich, wie durch die durchgehende
Wellenlinie P gezeigt. Die Figur zeigt ferner zwei
wellenähnliche Pulse Pa und Pb, die die durch aufeinanderfolgende Schaufeln
erzeugten Pulsmuster wiedergeben. Da die Position der Schaufeln
derart ist, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, addieren sich
die Druckpulse allerdings derart, daß die Druckkurve P erreicht
wird, in der die Änderung in der Praxis im wesentlichen
vernachlässigbar ist.
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Figur 4 veranschaulicht das Prinzip der Figuren 1 und 2 in
Anwendung auf ein zweiseitiges Schaufelrad. In diesem Fall können
die Schaufeln 4 die volle Länge aufweisen und auf
entgegengesetzten Seiten des Mittelflansches des Schaufelrads angeordnet
sein, oder sie können Zwischenschaufeln ähnlich den in den
Figuren 1 und 2 gezeigten sein, wobei die Schaufeln mit voller Länge
nebeneinander angeordnet sein können, oder sie können sich in
einer derartigen Weise abwechseln, daß die Hilfsschaufel einer
Schaufelreihe neben der Schaufel mit voller Länge der anderen
Schaufelreihe angeordnet ist.
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Figur 5 zeigt schematisch einen Abschnitt des Rands des
Schaufelrads der Figur 4 in Sicht von dem Ende der Schaufeln. In
diesem Fall sind die Schaufeln 4a bis 4c, usw. in benachbarten
Reihen in entgegengesetzten Richtungen mit einem Winkel α schief
angeordnet, so daß die einander zugekehrten Kanten der Schaufeln
4a und 4b und entsprechend die voneinander abgekehrten Kanten
sich bezüglich der Rotationsrichtung des Schaufelrads 3 in der
gleichen Richtung erstrecken. Die das zweiseitige Schaufelrad
betreffende Ausführungsform der Figuren 4 und 5 ist eine Pumpe,
in der das zu pumpende Material oder die zu pumpende Masse auf
beiden Seiten der Pumpe in der Richtung der Welle in der Mitte
des Schaufelrads in die Pumpe eintritt und dann in einen
gemeinsamen Ablaßkanal weiter geleitet wird. Wie in Figur 5 gezeigt,
sind - in der Bewegungsrichtung - die Vorderkanten der
benachbarten Schaufelreihen an den Außenrändern des Schaufelrads
angeordnet, während - in der Bewegungsrichtung - die Hinterkanten
zum Mittelflansch des Schaufelrads 3 gekehrt sind. Ähnlich wie
in Figur 2 sind die Schaufeln 4a und 4b und dementsprechend die
Schaufeln 4b und 4c usw. derart angeordnet, daß - in der
Bewegungsrichtung des Schaufelrads, d.h. in der durch den Pfeil
angedeuteten Richtung - die Hinterkante der Schaufel 4a und die
Vorderkante der Schaufel 4b im wesentlichen miteinander
fluchten, oder derart, daß sich die Schaufeln in der Umfangsrichtung
teilweise überlappen. Entsprechend sind die Hinterkante der
Schaufel 4b und die Vorderkante der Schaufel 4c ähnlich in Bezug
aufeinander angeordnet. Bevorzugt fluchten die Schaufelenden im
wesentlichen auch in diesem Fall miteinander, wodurch die Anzahl
von Schaufeln oder Schaufelabschnitten an der Nase 6 stets die
gleiche ist, so daß die Druckschwankung minimiert ist.
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Die Erfindung wurde oben und in den Zeichnungen schematisch und
beispielhaft beschrieben, und ist keineswegs auf dieses Beispiel
beschränkt. Anstelle von Schaufeln verschiedener Länge ist es
möglich, Schaufeln mit gleicher Länge zu verwenden, wobei die
Anzahl und die Dichte der Schaufeln gemäß der gewünschten
Gleichmäßigkeit des Drucks geeignet gewählt sein kann. In
gleicher Weise kann sich die Krümmung und die Schiefheit der
Schaufeln über die Länge der Schaufeln ändern, vorausgesetzt, daß das
oben beschriebene Prinzip an den Enden der Schaufeln beachtet
ist.