DE69216225T2 - Laufrad für kreiselpumpe - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Laufrad für einen Kreiselverdichter, der aus einer kreisförmigen Scheibe und damit verbundenen, radialen Schaufeln besteht.
• Die Erfindung ist für die zentrifugale Beschleunigung eines Fluids vorgesehen, das eine Flüssigkeit oder ein Gas oder eine Mischung von Flüssigkeit und Gas sein kann.
• Bei bisher bekannten Ausführungen sind Scheiben und Schaufeln steife Konstruktionen mit vorgegebenen Leistungen der betreffenden Ausführung. Um ein Spektrum der erforderlichen Drücke / Massenflüsse zu erfüllen, werden Laufräder mit nach hinten gerichteten, geraden oder nach vorne gerichteten Schaufeln, mit unterschiedlicher Anzahl Schaufeln, unterschiedlichen Schaufelgeometrien, unterschiedlichen Durchmessern des Laufrades usw. hergestellt. Trotzdem kann es schwierig sein, die optimale Ausführung einer Pumpe für einen bestimmten Zweck zu finden. Der Herstellungsprozess der Laufräder lässt in der Regel nur grössere Serien zu, weshalb man darauf angewiesen ist, ein standardisiertes Rad zu wählen, das überdimensioniert ist und unnötige Einkaufs- und Betriebskosten verursacht.
• Die vorliegende Erfindung bezweckt an erster Stelle eine Ausführung von Laufrädern mit wenigen und einfachen Bauelementen, die eine ausserordentlich grosse Vielfalt an Strömungseigenschaften bietet. Laufräder können für den betreffenden Zweck einzeln oder in kleinen Serien sehr wirtschaftlich massgeschneidert werden.
• Die Erfindung bezweckt ausserdem die Nutzung zugkräftiger, flexibler Bandelemente als kraftübertragende Organe, die einzig und allein der Membranspannung ausgesetzt werden. Hohe Kraft kann infolgedessen mit geringem Gewicht kombiniert werden, wodurch das Startmoment des Laufrades und die Belastung seiner Lagerung vorteilhaft verringert werden. Vibrationen, die sonst Geräusche und Ermüdung des Schaufelmaterials hervorrufen, werden auch vermieden.
• Die obengenannten Zwecke werden mit einem Laufrad erzielt, das ausserdem dadurch gekennzeichnet ist, dass die genannten Schaufeln aus Bandelementen bestehen, die jeweils aus der Länge eines Bandes geformt sind und mit Bandösen abgeschlossen sind, die durch eine Zusammenfügung der Bandenden mit dem Band durch eine Verbindung geformt sind, dass sie desweiteren die doppelte Anzahl Konsolen aufweisen, die steif und mit gleichen Abständen an dem Umfang des genannten Laufrades befestigt sind, sowie die genannten Bandösen, die auf die genannten Konsolen aufgesteckt sind, und die Bandelemente, die mittels Spannorganen zur Mitte des benannten Laufrades hin gestreckt sind.
• Die Erfindung wird im Anschluss an die Abbildungen beschrieben. Die Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen Aufriss und einen Querschnitt eines Laufrades. Fig. 3 veranschaulicht ein schaufelbildendes Bandelement in Perspektive, Fig. 4 die Ausführung einer Konsole und Fig. 5 die Ausführung eines Laufrades. Fig. 6 a-d zeigt den Aufriss verschiedener Strömungsgeometrien, die durch unterschiedliche Montagen der Bandelemente an einem Laufrad erreicht werden.
• In den Figuren 1 und 2 bezeichnet die Ziffer 1 ein Laufrad und die Ziffer 2 die damit verbundenen, radial ausgehenden Schaufeln. Die Ziffer 6 bezeichnet die Einströmungsöffnung eines Pumpengehäuses für ein im Laufrad zentrifugal beschleunigtes Fluid 7. Die Schaufeln 2 weisen eine Anzahl Bandelemente 4' auf, zusätzlich in Fig 3 dargestellt, jeweils aus der Länge eines Bandes 4 geformt und durch 2 Bandösen 42 abgeschlossen, die durch die Zusammenfügung der Bandenden mit dem Band 4 durch eine Verbindung 41 geformt sind. Die Verbindung 41 kann eine Naht oder eine Schweissnaht eines schweissbaren Bandmaterials sein. Die Schaufeln 2 weisen ausserdem die doppelte Anzahl Konsolen 3 auf, steif und mit gleichen Abständen an dem Umfang des Laufrades 1 befestigt. Die Bandösen 42 sind auf die Konsolen 3 aufgesteckt und die Bandelemente 4' mittels Spannorganen 5 zur Mitte des Laufrads 1 hin gestreckt.
• In einer bevorzugten Ausführung gemäss Fig. 4 bestehen die Konsolen 3 aus Zylindern 31, vorzugsweise aus dünnwandigem Rohr. Jeder Zylinder 31 ist mit einem Schlitz 32 versehen, etwa bis zum halben Zylinderdurchmesser eingeschnitten, an die Dicke der Kante 13 der Scheibe 1 gut angepasst, und ist damit über die Kante 13 etwa bis zum halben Zylinderdurchmesser versenkbar. Die Kante 13 ist ausserdem in gleichen Abständen mit Kerben 11 versehen, die in die Schmalseite 321 des Schlitzes 32 einrasten und dadurch die Lage des Zylinders an der Kante 13 entlang fixiert.
• Die Konsolenhöhe H des Zylinders 31 entspricht im wesentlichen der Breite B des Bandes 4.
• Als Spannorgan 5 wird vorzugsweise je Bandelement 4' ein Bolzen 51 verwendet, der das Band 4 stützt und anspannt und im zentralen Bereich 14 der Scheibe 1 eingespannt ist. Es empfiehlt sich, diesen zentralen Bereich 14 verdickt im Verhältnis zur Kante 13 auszuführen, um die Steifheit der Scheibe 1 zu erhöhen und eine steife Befestigung der Stützbolzen 51 und der Treibachse 12 zu erreichen.
• Durch die oben beschriebene Ausführung werden die Zylinder 31 durch Zugspannung der Bänder 4 ohne zusätzliche Befestigung in ihrer Position fixiert. Die Zylinder 31 und Bandelemente 4' können somit durch Einsch rauben 1 Abschrauben der Stützbolzen einfach montiert bzw. demontiert werden.
• Durch die Kraftübertragung vom Laufrad 1 zum gepumpten Fluidstrom 7 wird eine Membranspannung in den Bändern 4 mit einem Minimum an Vibration, Geräusch und Materialermüdung erzeugt. Das Band 4 kann aus einem Kunstfasermaterial mit hoher Zugfestigkeit, beispielsweise einem schweissbaren, gewebeverstärkten Kunststoffmaterial wie z.B. beschichteter Leinwand oder aus Metall wie z.B. rosftreier, dünner Stahlfolie sein.
• Der Durchmesser der Einströmungsöffnung 6 ist dem Laufrad so angepasst, dass die Verbindung 41 aber nicht die Bandösen 42 in die Öffnung herausragen. In den Strömungskanälen 71, durch gerade, gestreckte Bandteile der Bandösen 42 begrenzt, vollzieht sich die hauptsächliche Beschleunigung des Fluidstromes 7, wärend eine beginnende Verzögerung 1 Druckerhöhung an den von den Zylindern 31 gestüzten, zylindrischen Bandteilen der Bandösen 42 entlang erfolgt. Erfahrungsgemäss werden gute Strömungsverhältnisse erreicht, wenn sich die Proportionen zwischen der Bandöse 42 und dem jeweiligen Zylinder 31 im Grössenbereich 1,2 - 1,3 befinden.
• Die geometrische Lage für die Positionierung der Bolzen 51 ist eine Ellipse mit zwei Zylindern 31 als Brennpunkten. Je nach Lage kann die Pumpengeometrie mit gleichen Bandelementen zwischen nach hinten gerichteten, geraden oder nach vorn gerichteten Schaufeln gemäss den Figuren 6a-c abgeändert werden. Eine zusätzliche Variante mit schräg gestellten Stützbolzen 51 und gedrehten Bandelementen 4', wodurch die Zuführung des Fluidstromes (7) beeinflusst wird, geht aus der Fig. 6d hervor.
• Die Figuren 7 a-c veranschaulichen, wie die Strömungsmerkmale des Laufrades sich zusätzlich durch eine erhöhte Anzahl von Bandelementen 4' abändern lassen. Durch die wachsende Anzahl wird die Turbulenz des beschleunigten Fluidstromes 7 verringert und damit auch der Schalpegel und der Energieverbrauch.
• Werden die oben genannten Variationsmöglichkeiten mit den gegebenen Konstruktionselementen durch einen "Baukasten" mit kompatiblen Elementen in verschiedenen Grössen, z.B. eine Auswahl von Zylindern 31 mit einigen wenigen Varianten der Konsolenhöhe H, Bändern mit entsprechenden Breiten B und Laufrädern 1 mit einigen unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten ergänzt, kann ein äusserst grosses Spektrum von Strömungseigenschaften mit einfacher Bautechnik ermöglicht werden.

Claims (5)

1. Ein Laufrad für Kreiselpumpen, das aus einer Scheibe (1) und radialen Schaufeln (2) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Schaufeln (2) aus einer Anzahl Bandelemente (4') bestehen, jeweils aus der Länge eines Bandes geformt, und mit Bandösen (42) abgeschlossen, die durch die Zusammenfügung der Bandenden mit dem Band durch eine Verbindung (41) geformt sind, dass es desweiteren die doppelte Anzahl Konsolen (3) aufweist, die steif und mit gleichen Abständen an dem Umfang der genannten Scheibe (1) befestigt sind, dass es ausserdem die genannten Bandösen (42) aufweist, die auf die genannten Konsolen aufgesteckt sind, und die Bandelemente (4'), die mittels Spannorganen (5) zur Mitte der benannten Scheibe (1) hin gestreckt sind.

2. Ein Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Konsole (3) aus einem Zylinder (31) besteht, vorzugsweise aus dünnwandigem Rohr, und mit einem Schlitz (32) versehen, das genau bis zum halben Zylinderdurchmesser eingeschnitten ist, gut an die Dicke der Kante 13 der genannten Scheibe (1) angepasst, und der genannte Zylinder (31) über die Kante (13) bis zum halben Zylinderdurchmesser versenkt ist.

3. Ein Laufrad nach Anspruch 1 -2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Scheibe (1) an ihrer Kante (13) entlang mit Kerben (11) mit gleichen Abständen versehen ist, die in die Schmalseite (321) des genannten Schlitzes (32) einrasten.

4. Ein Laufrad nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangverhältnisse zwischen der genannten Bandöse (42) und dem genannten Zylinder in der Grössenordnung 1,2 - 1,3 sich befinden.

5. Ein Laufrad nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Spannorgane (5) aus einem Bolzen (5) je Bandelement (4') bestehen, der das genannte Band (4) anspannt und im zentralen Bereich (14) der Scheibe befestigt ist.