EP0170175B1 - Regenerative pump with force balancing - Google Patents
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- EP0170175B1 EP0170175B1 EP85109082A EP85109082A EP0170175B1 EP 0170175 B1 EP0170175 B1 EP 0170175B1 EP 85109082 A EP85109082 A EP 85109082A EP 85109082 A EP85109082 A EP 85109082A EP 0170175 B1 EP0170175 B1 EP 0170175B1
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Links
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D5/00—Pumps with circumferential or transverse flow
- F04D5/002—Regenerative pumps
- F04D5/003—Regenerative pumps of multistage type
- F04D5/005—Regenerative pumps of multistage type the stages being radially offset
Definitions
- the invention relates to a side channel pump with a housing with a housing inlet and a housing outlet, in which the radial forces generally acting on the impeller shaft in side channel pumps are compensated, so that the pump is suitable for generating high and very high pressures.
- Multi-stage side channel pumps are particularly well suited for achieving high pressures with relatively low flow rates.
- Multi-stage side channel pumps are particularly easy to set up if only one impeller is used which has a plurality of differently sized vane cell rings with relatively short blades on each side of the impeller.
- the blade cells arranged on the outer circumference are separated from one another in the axial direction by a central web and work in a common side channel. Since the pressure in the pumped medium increases steadily from the inlet of the side channel to its outlet in the running direction, the resultant force component in the radial direction results from the pressure acting on the impeller. This radial force takes on considerable dimensions at high delivery pressures.
- a side channel pump in which pressure pockets are arranged in the housing in order to compensate for these radial forces are connected to the suction and pressure sides of the pump.
- the arrangement of the pressure pockets and the connecting lines is such that the pressure prevailing in the pressure pockets acts on a special part of the impeller provided for this purpose in such a way that the forces acting radially inward on the impeller are compensated for by the pumping process.
- this solution requires additional regulating elements in the connecting lines in order to match the pressure conditions built up in the pressure pockets to the respective delivery head or the delivery pressure of the pump.
- a side channel pump is known, the impeller of which has a blade ring with closed blade cells on each side, separate side channels being arranged opposite these blade rings, each having an inlet opening and an outlet opening and an interrupter.
- the pumped medium flows in this pump in two separate feed streams via the side channels from the respective side channel inlet to the respective side channel outlet.
- the radial forces mentioned at the outset also occur in this pump.
- two-rotor side channel pumps are known in each case, in which the channels of one rotor are offset in the circumferential direction in relation to those of the other rotor in such a way that there is a radial force compensation between the rotors.
- they are single-stage, double-flow pump units.
- the two-stage process results from the axial series connection of two separate rotors with assigned working channels.
- the present invention has for its object to improve a single-rotor high-pressure side channel pump so that the shaft of the impeller essentially only has to transmit or absorb torques.
- a side channel pump with a housing with a housing inlet and a housing outlet, with an impeller on a shaft, with at least one blade ring with radially and axially open blade cells on the first and on the second side of the impeller, with side channels separated from one another by sealing gaps , each with inlet opening, outlet opening and interrupter, the inlet openings being connected to the housing inlet and the outlet opening being connected to the housing outlet for dividing and reuniting the conveying flows, and the side channels being arranged opposite the blade rings in such a way that a conveying medium is in two essentially from one another separate flow flows through the side channels from the respective side channel inlet to the respective side channel outlet with increasing pressure, which is characterized in that the inlet openings, the outlet openings and the breaker (s) of the first impeller side are (are) offset in the circumferential direction of the impeller by 180 ° to the corresponding elements of the other impeller side, that the two impeller sides and the associated side channels in the are essentially
- the bearing of the shaft with the associated seal can be made smaller in a cost-effective manner without reducing the service life of the pump.
- the smaller dimensions of the impeller shaft mean that an inner blade ring with a small diameter and correspondingly low peripheral speed can be provided during operation. Because the peripheral speed is low, the efficiency-reducing acceleration impact on the medium is reduced when entering the pump.
- the arrangement according to the invention makes it possible to mount a large number of blade rings of different diameters with corresponding side channels, that is to say a large number of pumping elements connected in series, on a single impeller, which is because of the previously radial forces occurring was not possible and was avoided by dividing the pressure stages over several separately mounted impellers.
- the solution according to the invention results in a further advantage in multi-stage impellers in that the individual blade rings can each be constructed with axially and radially open blade cells, the sealing between the conveying stages being effected by radial sealing gaps, so that the blade cell rings are at the theoretical minimum distances can be graduated.
- This minimum gradation in turn reduces the above-described acceleration impact on the conveying medium from the entry of the one into the subsequent stage with its disadvantageous effects.
- This option has also not been able to be used so far, since this construction results in very wide impellers which lead to undesirably large bearing distances.
- the two impeller and side channel sides which are separated from one another in a sealing manner, have an inverse effect, i.e. the respective pressure build-up along the side channel circumference of one side is offset by 180 ° about the shaft axis, i.e. opposite to the other side channel side.
- radial forces of equal magnitude are juxtaposed at each point on the side channel circumference, so that the radial forces which arise on both sides of the impeller are automatically compensated for without loss and without additional devices at each operating point of the pump.
- the overturning moment which is generated by the opposite axial forces on the two impeller sides, runs opposite to the overturning moment, which acts on the two wheel sides due to the radial forces. If the depth of the impeller is dimensioned accordingly, torque can be equalized and thus an essentially force-free shaft (except for the torques).
- the preferred embodiment of the pump shown in FIGS. 1 to 8 shows a two-stage, double-flow side channel pump with a radial final stage sealing gap 36 and consists of a housing 10 and an impeller 30.
- the housing 10 is constructed in several parts and consists of a housing ring 11 with a housing inlet opening 12 and outlet opening 13 (Fig. 2), an end housing cover 14, a drive-side bearing cover 15 and the two side channel parts 16 and 16 '.
- the side channels 17 and 17' are arranged with side channel inlet openings 18 and 18 ', side channel outlet openings 19 and 19', transfer channels 21 and 21 ', and the side channel breakers 20 and 20'.
- the housing cover 14 and the bearing cover 15 are sealed in the housing ring 11 by round cord rings 24 and screwed to the housing ring 11 with housing screws 26 (indicated by center lines).
- the side channel parts 16 and 16 ′ arranged in the housing 10 are sealed off from one another by a round cord ring 25 and are fixed in the axial direction by the housing cover 14 and bearing cover 15.
- a shaft 28, which is sealed by packing rings 27, is mounted, which is set in rotation in the direction of the arrow (FIG. 2) by a drive motor, not shown, for example an electric motor.
- the impeller 30 is fastened to the free end of the shaft 28 by means of a feather key 29.
- the two-stage impeller 30 has blade cell rings 31, 31a on its first side, and blade cell rings 31 ', 31'a on its second side, which are formed from radially and axially open blade cells 32, 32a and 32', 32'a, respectively.
- the conveying medium entering through the housing inlet opening 12 of the housing 10 divides in a distribution channel 23, which is incorporated into the housing 10, into two conveying streams which are separated into the side channel inlet openings 18 and 18 'via feed channels 37, 38 in the side channel parts 16 and 16'. reach.
- the Side channel inlet openings 18 on one side of the impeller are offset by 180 ° about the shaft axis to the side channel inlet openings 18 'on the other side of the impeller.
- the conveying medium entering the side channels 17, 17 'of the first stage reaches the blade cells 32, 32' of the blade cell rings 31, 31 'of the rotating impeller 30.
- centrifugal forces form displacer flows, each in flow in a helically wound current path over the entire length of the side channels and alternately reenter the blade cells 32 and 32 'of the impeller 30.
- energy of the blade cells 32, 32 'of the impeller 30 is transferred to the lower flow energy flow (pressure, speed), which flows more slowly in the side channel.
- the conveyed medium enters the side channels 17a and 17'a of the second stage via transfer channels 21, 21', where the blade cell rings 31a and 31'a of the impeller 30 enter via the blade cells 32a and 32'a further pulse exchange, as described above for the first stage, takes place.
- the conveyed medium passes via the side channel outlets 19 and 19 'in the side channel parts 16 and 16' into a feed channel 22 in the housing 10 and from there out of the housing through the outlet opening 13.
- the pressure build-up in the side channels 17 and 17a of the side channel part 16 takes place inversely due to the angular offset (by 180 °) to the side channel part 16 'with side channels 17' and 17'a. This means that at any point on the circumference of the side channels 17 and 17a of the side channel part 16 in radial force acting on the shaft counteracts an amount of equal magnitude counterforce from each point of the circumference of the side channels 17 'and 17'a of the side channel part 16'.
- the two impeller outer rings 31a and 31'a on the outside of the impeller are separated from one another by a relatively wide web, which thus forms a cylindrical outer surface of the impeller.
- the two side channel parts 16, 16 ' together form an equally wide "web" between the two outer side channels 17a, 17'a, so that the two flow rates of the output stages are sealed from one another via a radial output stage sealing gap 36.
- the sealing between the steps on the respective impeller sides takes place by means of axial intermediate step sealing gaps 33, 33.
- FIGS. 9 and 10 only half cross-sections through impellers of further preferred embodiments are shown, the associated side channel parts having side channels, overflow channels, sealing gaps, etc. being designed in accordance with the embodiment described above, unless otherwise stated.
- vane cell rings 31, 31a, 31b are arranged on one side of the impeller and vane cell rings 31 ', 31'a and 31'b are arranged on the other side, which side channels (indicated by dash-dotted lines) 17, 17a, 17b and 17 ', 17'a, 17'b are opposite.
- the separating seal between the output stages 17b, 17'b on the two impeller sides takes place via axial output stage sealing gaps 34 and 34 ', which are arranged between the impeller 30 and the side channel parts 16, 16'.
- the delivery flows are sealed both from stage to stage and from the two output stages to one another via radial sealing gaps 35, 35a, 35 ', 35'a and 36.
- the diameters increase the blade cell rings only by the minimum possible amount, since the sealing from step to step is carried out essentially exclusively by radial gaps.
- the fact that the peripheral speed of the blade cells only increases by a small amount from stage to stage results in only a small acceleration shock which reduces the efficiency of the pump when the conveying medium enters the next side channel.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Seitenkanalpumpe mit einem Gehäuse mit Gehäuseeinlaß und Gehäuseauslaß, bei der die bei Seitenkanalpumpen im allgemeinen auf die Laufradwelle wirkenden Radialkräfte kompensiert sind, so daß die Pumpe zur Erzeugung hoher und höchster Drücke geeignet ist.The invention relates to a side channel pump with a housing with a housing inlet and a housing outlet, in which the radial forces generally acting on the impeller shaft in side channel pumps are compensated, so that the pump is suitable for generating high and very high pressures.
Zur Erzielung hoher Drücke bei relativ geringen Förderströmen eignen sich bekanntermaßen mehrstufige Seitenkanalpumpen besonders gut. Besonders einfach sind mehrstufige Seitenkanalpumpen aufzubauen, wenn man nur ein Laufrad verwendet, das mehrere im Durchmesser unterschiedliche Schaufelzellenkränze mit relativ kurzen Schaufeln jeweils auf beiden Seiten des Laufrades aufweist. Üblicherweise sind hierbei die am äußeren Umfang angeordneten Schaufelzellen durch einen Mittelsteg in axialer Richtung voneinander getrennt und arbeiten in einem gemeinsamen Seitenkanal. Da der Druck im Fördermedium vom Einlaß des Seitenkanales bis zu dessen Auslaß in Laufrichtung stetig zunimmt, ergibt sich durch den auf das Laufrad wirkenden Druck eine resultierende Kraftkomponente in radialer Richtung. Diese radiale Kraft nimmt bei hohen Förderdrücken erhebliche Ausmaße an. Bei Hochdruckpumpen dieser Gattung müssen folglich verstärkte Wellen und ebenfalls verstärkte Lager vorgesehen werden, was erhebliche Mehrkosten, insbesondere für die Wellendichtungen mit sich bringt und auch zu einem unerwünscht großen Durchmesser des ersten, laufradinneren Förderkranzes führt.As is known, multi-stage side channel pumps are particularly well suited for achieving high pressures with relatively low flow rates. Multi-stage side channel pumps are particularly easy to set up if only one impeller is used which has a plurality of differently sized vane cell rings with relatively short blades on each side of the impeller. Usually, the blade cells arranged on the outer circumference are separated from one another in the axial direction by a central web and work in a common side channel. Since the pressure in the pumped medium increases steadily from the inlet of the side channel to its outlet in the running direction, the resultant force component in the radial direction results from the pressure acting on the impeller. This radial force takes on considerable dimensions at high delivery pressures. In the case of high-pressure pumps of this type, reinforced shafts and also reinforced bearings must consequently be provided, which entails considerable additional costs, in particular for the shaft seals, and also leads to an undesirably large diameter of the first impeller inside the impeller.
Aus der DE-OS 21 05 121 ist eine Seitenkanalpumpe bekannt, bei der zum Ausgleich dieser Radialkräfte Drucktaschen im Gehäuse angeordnet sind, die über Leitungen mit der Saug- und der Druckseite der Pumpe verbunden sind. Die Anordnung der Drucktaschen und der Verbindungsleitungen ist hierbei derart, daß der in den Drucktaschen herrschende Druck auf einen speziellen, dafür vorgesehenen Teil des Laufrades wirkt und zwar so, daß die durch den Pumpvorgang auf das Laufrad radial nach innen wirkenden Kräfte kompensiert werden. Diese Lösung bedingt jedoch zusätzliche Regelorgane in den Verbindungsleitungen, um eine entsprechende Abstimmung der in den Drucktaschen aufgebauten Druckverhältnisse auf die jeweilige Förderhöhe bzw. den Förderdruck der Pumpe zu erreichen. Darüber hinaus wird mit dieser Anordnung ein zu Leckageverlusten führender Kurzschluß der Pumpe in Kauf genommen, der zu einer Strömung von Fördermedium von der Druckseite über die Drosselspalte der Drucktaschen zur Saugseite führt. Diese Verluste setzen insbesondere bei kleinen Volumenströmen den hydraulischen Wirkungsgrad der Pumpe erheblich herab.From DE-OS 21 05 121 a side channel pump is known, in which pressure pockets are arranged in the housing in order to compensate for these radial forces are connected to the suction and pressure sides of the pump. The arrangement of the pressure pockets and the connecting lines is such that the pressure prevailing in the pressure pockets acts on a special part of the impeller provided for this purpose in such a way that the forces acting radially inward on the impeller are compensated for by the pumping process. However, this solution requires additional regulating elements in the connecting lines in order to match the pressure conditions built up in the pressure pockets to the respective delivery head or the delivery pressure of the pump. In addition, with this arrangement, a short circuit of the pump leading to leakage losses is accepted, which leads to a flow of the conveyed medium from the pressure side via the throttle gap of the pressure pockets to the suction side. These losses significantly reduce the hydraulic efficiency of the pump, especially with small volume flows.
Aus der DE-OS 31 28 374 ist eine Seitenkanalpumpe bekannt, deren Laufrad auf beiden Seite je einen Schaufelkranz mit geschlossenen Schaufelzellen aufweist, wobei voneinander getrennte Seitenkanäle diesen Schaufelkränzen gegenüberliegend angeordnet sind, die jeweils eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung, sowie einen Unterbrecher aufweisen. Das Fördermedium strömt in dieser Pumpe in zwei voneinander getrennten Förderströmen über die Seitenkanäle vom jeweiligen Seitenkanaleintritt zum jeweiligen Seitenkanalaustritt. Auch bei dieser Pumpe treten jedoch die eingangs genannten Radialkräfte auf.From DE-OS 31 28 374 a side channel pump is known, the impeller of which has a blade ring with closed blade cells on each side, separate side channels being arranged opposite these blade rings, each having an inlet opening and an outlet opening and an interrupter. The pumped medium flows in this pump in two separate feed streams via the side channels from the respective side channel inlet to the respective side channel outlet. However, the radial forces mentioned at the outset also occur in this pump.
Aus der US-Patentschrift 2,662,479 ist eine mit Seitenkanälen versehene einstufige Turbinenpumpe bekannt, bei der ein Kräfteausgleich dadurch erreicht wird, daß man den Arbeitskanal durch zwei gegenüberliegend (im Abstand von etwa 180°) angeordnete Unterbrecher in zwei Ringhälften unterteilt, die beide durch Zuführkanäle mit dem Ansaugstutzen und auf der Druckseite durch Kanäle mit dem Druckstutzen der Pumpe verbunden sind. Auf diese Weise wird zwar ein Kräfteausgleich erreicht, allerdings für den Preis eines stark verringerten Druckanstiegs, verglichen mit einer Pumpe gleicher Größe, bei der der Arbeitskanal nicht unterbrochen ist.From US Pat. No. 2,662,479 a single-stage turbine pump provided with side channels is known, in which a force equalization is achieved by dividing the working channel into two ring halves, which are arranged opposite one another (at a distance of approximately 180 °), both of which are provided by supply channels the intake and on the discharge side are connected to the discharge port of the pump by channels. In this way, a balance of forces is achieved, but for the price of a greatly reduced pressure increase compared to a pump of the same size, in which the working channel is not interrupted.
Aus den US-Patentschriften 2,574,724 und 1,979,621 sind jeweils zwei-rotorige Seitenkanalpumpen bekannt, bei denen die Kanäle des einen Rotors gegenüber denjenigen des anderen Rotors in Umfangsrichtung so versetzt sind, daß sich ein Radialkraftausgleich zwischen den Rotoren ergibt. Es handelt sich in beiden Fällen um einstufige, doppelflutige Pumpeneinheiten. Die Zweistufigkeit ergibt sich durch das axiale Hintereinanderschalten von zwei separaten Rotoren mit zugeordneten Arbeitskanälen.From US Pat. Nos. 2,574,724 and 1,979,621, two-rotor side channel pumps are known in each case, in which the channels of one rotor are offset in the circumferential direction in relation to those of the other rotor in such a way that there is a radial force compensation between the rotors. In both cases, they are single-stage, double-flow pump units. The two-stage process results from the axial series connection of two separate rotors with assigned working channels.
Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einrotorige Hochdruck-Seitenkanalpumpe so zu verbessern, daĂź die Welle des Laufrades im wesentlichen nur Drehmomente zu ĂĽbertragen bzw. aufzunehmen hat.Based on the above-mentioned prior art, the present invention has for its object to improve a single-rotor high-pressure side channel pump so that the shaft of the impeller essentially only has to transmit or absorb torques.
Diese Aufgabe wird durch eine Seitenkanalpumpe gelöst mit einem Gehäuse mit Gehäuseeinlaß und Gehäuseauslaß, mit einem Laufrad auf einer Welle, mit mindestens je einem Schaufelkranz mit radial und axial offenen Schaufelzellen auf der ersten und auf der zweiten Seite des Laufrades, mit durch Dichtspalte voneinander getrennten Seitenkanälen, jeweils mit Eintrittsöffnung, Austrittsöffnung und Unterbrecher, wobei die Eintrittsöffnungen mit dem Gehäuseeinlaß und die Austrittsöffnung mit dem Gehäuseauslaß zur Aufteilung und Wiedervereinigung der Förderströme verbunden sind, und wobei die Seitenkanäle gegenüber den Schaufelkränzen so angeordnet sind, daß ein Fördermedium in zwei im wesentlichen von einander getrennten Förderströmen die Seitenkanäle vom jeweiligen Seitenkanaleintritt bis zum jeweiligen Seitenkanalaustritt unter Druckzunahme durchströmt,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Eintrittsöffnungen, die Austrittsöffnungen und der (die) Unterbrecher der ersten Laufradseite in Umlaufrichtung des Laufrades um 180° zu den entsprechenden Elementen der anderen Laufradseite versetzt angeordnet ist (sind), daß die beiden Laufradseiten und die dazugehörigen Seitenkanäle im wesentlichen identisch geformt sind, daß jeder Seitenkanal sich im wesentlichen über den ganzen Umfang der jeweiligen Pumpenstufe erstreckt, so daß Anfang und Ende des Seitenkanals einer Stufe nur durch den kurzen Unterbrecher getrennt sind,
daß ein axialer Endstufen-Dichtspalt zur dichtenden Trennung der beiden Förderströme am äußeren Umfang des Laufrades angeordnet ist,
und
daß auf mindestens einer Laufradseite mindestens zwei Schaufelzellenkränze mit unterschiedlichen Durchmessern angeordnet sind, deren jeweilige Seitenkanäle in Reihe geschaltet sind.This object is achieved by a side channel pump with a housing with a housing inlet and a housing outlet, with an impeller on a shaft, with at least one blade ring with radially and axially open blade cells on the first and on the second side of the impeller, with side channels separated from one another by sealing gaps , each with inlet opening, outlet opening and interrupter, the inlet openings being connected to the housing inlet and the outlet opening being connected to the housing outlet for dividing and reuniting the conveying flows, and the side channels being arranged opposite the blade rings in such a way that a conveying medium is in two essentially from one another separate flow flows through the side channels from the respective side channel inlet to the respective side channel outlet with increasing pressure,
which is characterized in that the inlet openings, the outlet openings and the breaker (s) of the first impeller side are (are) offset in the circumferential direction of the impeller by 180 ° to the corresponding elements of the other impeller side, that the two impeller sides and the associated side channels in the are essentially identically shaped so that each side channel extends essentially over the entire circumference of the respective pump stage, so that the beginning and end of the side channel of a stage are only separated by the short interrupter,
that an axial final stage sealing gap for the sealing separation of the two flow rates is arranged on the outer circumference of the impeller,
and
that at least two vane cell rings with different diameters are arranged on at least one impeller side, the respective side channels of which are connected in series.
Durch diese sehr leicht konstruktiv darzustellende Maßnahme kompensieren sich die zwangsläufig auftretenden Radialkräfte bereits im Laufrad, so daß keine Radialkräfte mehr auf die Welle des Laufrades wirken. Dadurch kann man zum einen die Lagerung der Welle mit der dazugehörigen Abdichtung in kostengünstiger Weise kleiner dimensionieren, ohne daß dadurch die Lebensdauer der Pumpe herabgesetzt wird. Darüber hinaus kann durch die geringere Dimensionierung der Laufradwelle ein innerer Schaufelkranz mit geringem Durchmesser und entsprechend geringer Umfangsgeschwindigkeit im Betrieb vorgesehen werden. Dadurch, daß die Umfangsgeschwindigkeit gering ist, wird der den Wirkungsgrad senkende Beschleunigungsstoß auf das Fördermedium beim Eintritt in die Pumpe verringert.This measure, which can be represented very easily in terms of construction, compensates for the inevitable radial forces already in the impeller, so that no more radial forces act on the shaft of the impeller. In this way, on the one hand, the bearing of the shaft with the associated seal can be made smaller in a cost-effective manner without reducing the service life of the pump. In addition, the smaller dimensions of the impeller shaft mean that an inner blade ring with a small diameter and correspondingly low peripheral speed can be provided during operation. Because the peripheral speed is low, the efficiency-reducing acceleration impact on the medium is reduced when entering the pump.
Weiterhin ist es durch die erfindungsgemäße Anordnung möglich, eine Vielzahl von Schaufelkränzen unterschiedlichen Durchmessers mit entsprechenden Seitenkanälen, also eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Pumporganen auf einem einzigen Laufrad anzubringen, was wegen der bisher auftretenden Radialkräfte nicht möglich war und durch Aufteilung der Druckstufen auf mehrere jeweils separat gelagerte Laufräder umgangen wurde.Furthermore, the arrangement according to the invention makes it possible to mount a large number of blade rings of different diameters with corresponding side channels, that is to say a large number of pumping elements connected in series, on a single impeller, which is because of the previously radial forces occurring was not possible and was avoided by dividing the pressure stages over several separately mounted impellers.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich noch ein weiterer Vorteil bei vielstufigen Laufrädern dadurch, daß die einzelnen Schaufelkränze jeweils mit axial und radial offenen Schaufelzellen aufgebaut werden können, wobei die Abdichtung zwischen den Förderstufen durch radiale Dichtspalten bewerkstelligt wird, so daß die Schaufelzellenkränze in den theoretischen Minimalabständen abgestuft sein können. Durch diese Minimalabstufung wird wiederum der oben erläuterte Beschleunigungsstoß auf das Fördermedium vom Eintritt der einen in die darauffolgende Stufe mit seinen nachteiligen Wirkungen verringert. Auch diese Möglichkeit konnte bisher nicht genutzt werden, da durch diese Bauweise sehr breite Laufräder entstehen, die zu unerwünscht großen Lagerabständen führen.The solution according to the invention results in a further advantage in multi-stage impellers in that the individual blade rings can each be constructed with axially and radially open blade cells, the sealing between the conveying stages being effected by radial sealing gaps, so that the blade cell rings are at the theoretical minimum distances can be graduated. This minimum gradation in turn reduces the above-described acceleration impact on the conveying medium from the entry of the one into the subsequent stage with its disadvantageous effects. This option has also not been able to be used so far, since this construction results in very wide impellers which lead to undesirably large bearing distances.
Bei der vorliegenden Seitenkanalpumpe wirken also die beiden voneinander dichtend getrennten Laufrad- und Seitenkanalseiten invers, d.h., daß der jeweilige Druckaufbau entlang des Seitenkanalumfanges der einen Seite um 180° um die Wellenachse versetzt, also entgegengesetzt zur anderen Seitenkanalseite erfolgt. Somit stehen sich an jedem Punkt des Seitenkanalumfanges gleichgroße Radialkräfte gegenüber, so daß sich die beidseitig des Laufrades entstehenden Radialkräfte selbsttätig und ohne Zusatzeinrichtungen in jedem Betriebspunkt der Pumpe im wesentlichen verlustlos ausgleichen.In the present side channel pump, the two impeller and side channel sides, which are separated from one another in a sealing manner, have an inverse effect, i.e. the respective pressure build-up along the side channel circumference of one side is offset by 180 ° about the shaft axis, i.e. opposite to the other side channel side. Thus, radial forces of equal magnitude are juxtaposed at each point on the side channel circumference, so that the radial forces which arise on both sides of the impeller are automatically compensated for without loss and without additional devices at each operating point of the pump.
Durch den radialkräftefreien Aufbau der Pumpe werden auch die sonst auftretenden Schwingungen der Welle durch deren Durchbiegung vermieden, so daß sich dadurch die Lebensdauer der Pumpe weiter erhöht.Due to the radial force-free construction of the pump, the otherwise occurring vibrations of the shaft due to its deflection are avoided, so that the service life of the pump is further increased.
Das Kippmoment, das durch die auf den zwei Laufradseiten entgegengerichteten Axialkräfte erzeugt wird, verläuft entgegengesetzt demjenigen Kippmoment, das durch die Radialkräfte auf die beiden Radseiten wirkt. Man kann also bei entsprechender Dimensionierung der Tiefe des Laufrades einen Momentenausgleich und somit eine im wesentlichen kräftefreie (bis auf die Drehmomente) Welle erreichen.The overturning moment, which is generated by the opposite axial forces on the two impeller sides, runs opposite to the overturning moment, which acts on the two wheel sides due to the radial forces. If the depth of the impeller is dimensioned accordingly, torque can be equalized and thus an essentially force-free shaft (except for the torques).
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand von Abbildungen näher erläutert. Hierbei zeigt
- Figur 1
- einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Seitenkanalpumpe entlang der Linie I-I aus Fig. 2,
- Figur 2
- eine Ansicht in Pfeilrichtung (A) der Seitenkanalpumpe nach Fig. 1 mit abgenommenem stirnseitigen Gehäusedeckel,
- Figur 3
- eine Aufsicht auf das Laufrad aus Fig.1 und 2,
- Figur 4
- einen Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 3,
- Figur 5
- einen Schnitt entlang der Linie IV-IV aus Fig. 6, des ersten Seitenkanalteiles aus Fig. 1 mit strichpunktiert eingezeichnetem Laufrad,
- Figur 6
- einen Schnitt entlang der Linie III-III aus Fig. 5,
Figur 7- einen Schnitt entlang der Linie VI-VI aus Fig. 8 des zweiten Seitenkanalteiles aus Fig. 1 mit strichpunktiert eingezeichnetem Laufrad,
- Figur 8
- einen Schnitt entlang der Linie V-V aus Fig. 7,
- Figur 9
- einen Halbschnitt durch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Laufrades mit Schaufelzellenkränzen und strichpunktiert angedeuteten Seitenkanälen und mit axialen Endstufen-Dichtspalten zur Trennung der Förderströme und mit axialen Zwischenstufenspalten, und
Figur 10- einen Halbschnitt durch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Laufrades mit Schaufelzellenkränzen mit strichpunktiert angedeuteten Seitenkanälen und radialen Endstufen-Dichtspalten am äußeren Umfang und radialen Zwischenstufendichtspalten.
- Figure 1
- 2 shows a longitudinal section through a preferred embodiment of the side channel pump according to the invention along the line II from FIG. 2,
- Figure 2
- 2 a view in the direction of the arrow (A) of the side channel pump according to FIG. 1 with the front cover removed,
- Figure 3
- a top view of the impeller from Fig. 1 and 2,
- Figure 4
- 4 shows a section along the line II-II from FIG. 3,
- Figure 5
- 6 shows a section along the line IV-IV from FIG. 6, the first side channel part from FIG. 1, with the impeller shown in broken lines,
- Figure 6
- 4 shows a section along the line III-III from FIG. 5,
- Figure 7
- 8 shows a section along the line VI-VI from FIG. 8 of the second side channel part from FIG. 1 with the impeller shown in broken lines,
- Figure 8
- 7 shows a section along the line VV from FIG. 7,
- Figure 9
- a half section through a further preferred embodiment of an impeller with vane cell rings and side channels indicated by dash-dotted lines and with axial final stage sealing gaps for separating the flow rates and with axial intermediate stage gaps, and
- Figure 10
- a half-section through a further preferred embodiment of an impeller with vane cell rings with side channels indicated by dash-dotted lines and radial final stage sealing gaps on the outer circumference and radial intermediate stage sealing gaps.
Die in den Fig. 1 bis 8 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Pumpe zeigt eine zweistufige, doppelströmige Seitenkanalpumpe mit radialem Endstufen-Dichtspalt 36 und besteht aus einem Gehäuse 10 und einem Laufrad 30. Das Gehäuse 10 ist mehrteilig ausgebildet und besteht aus einem Gehäusering 11 mit Gehäuseeintrittsöffnung 12 und Austrittsöffnung 13 (Fig. 2), einem stirnseitigen Gehäusedeckel 14, einem antriebsseitigen Lagerdeckel 15 und den beiden Seitenkanalteilen 16 und 16'.The preferred embodiment of the pump shown in FIGS. 1 to 8 shows a two-stage, double-flow side channel pump with a radial final
In den Seitenkanalteilen 16 und 16' sind die Seitenkanäle 17 und 17' mit Seitenkanaleintrittsöffnungen 18 und 18', Seitenkanalaustrittsöffnungen 19 und 19', Überleitungskanälen 21 und 21', sowie die Seitenkanalunterbrecher 20 und 20' angeordnet.In the
Der Gehäusedeckel 14 und der;Lagerdeckel 15 sind im Gehäusering 11 durch Rundschnurringe 24 abgedichtet und mit Gehäuseschrauben 26 (durch Mittellinien angedeutet) mit dem Gehäusering 11 verschraubt. Die im Gehäuse 10 angeordneten Seitenkanalteile 16 und 16' sind voneinander durch einen Rundschnurring 25 abgedichtet und werden vom Gehäusedeckel 14 und Lagerdeckel 15, in axialer Richtung fixiert. Im Lagerdeckel 15 des Gehäuses 10 ist eine über Packungsringe 27 abgedichtete Welle 28 gelagert, die durch einen nicht dargestellten Antriebsmotor, beispielsweise einen Elektromotor, in Pfeilrichtung (Fig. 2) in Drehung versetzt wird. Auf dem freien Ende der Welle 28 ist das Laufrad 30 mittels einer Paßfeder 29 befestigt.The
Das zweistufige Laufrad 30 weist auf seiner ersten Seite Schaufelzellenkränze 31, 31a, auf seiner zweiten Seite Schaufelzellenkränze 31', 31'a auf, die aus radial und axial offenen Schaufelzellen 32, 32a bzw. 32', 32'a gebildet sind.The two-
Das durch die Gehäuseeintrittsöffnung 12 des Gehäuses 10 eintretende Fördermedium teilt sich in einem Verteilerkanal 23, der in das Gehäuse 10 eingearbeitet ist, in zwei Förderströme, die getrennt in die Seitenkanaleintrittsöffnungen 18 und 18' über Zuführkanäle 37, 38 in den Seitenkanalteilen 16 und 16' gelangen. Hierbei sind die Seitenkanaleintrittsöffnungen 18 auf der einen Seite des Laufrades um 180° um die Wellenachse versetzt zu den Seitenkanaleintrittsöffnungen 18' auf der anderen Laufradseite angeordnet. Das in die Seitenkanäle 17, 17' der ersten Stufe eintretende Fördermedium gelangt in die Schaufelzellen 32, 32' der Schaufelzellenkränze 31, 31' des rotierenden Laufrades 30. In den Schaufelzellen 32 und 32' bilden sich durch die Fliehkraft Verdrängerströmungen aus, die jeweils in einer schraubenförmig gewundenen Strombahn über die gesamte Länge der Seitenkanäle fließen und wechselseitig in die Schaufelzellen 32 und 32' des Laufrades 30 wieder eintreten. Durch dieses ständige Wiedereintreten wird auf den im Seitenkanal langsamer fließenden Förderstrom geringeren Energiezustandes (Druck, Geschwindigkeit), Energie durch Impulsaustausch vom schneller umlaufenden Flüssigkeitsinhalt höheren Energiezustandes der Schaufelzellen 32, 32' des Laufrades 30 übertragen.The conveying medium entering through the housing inlet opening 12 of the
Am Ende der Seitenkanäle 17, 17' tritt das Fördermedium über Überleitungskanäle 21, 21' in die Seitenkanäle 17a und 17'a der zweiten Stufe ein, wo über die Schaufelzellen 32a und 32'a der Schaufelzellenkränze 31a und 31'a des Laufrades 30 ein weiterer Impulsaustausch,wie oben für erste Stufe beschrieben,erfolgt. Nach dieser weiteren Energiezufuhr gelangt das Fördermedium über die Seitenkanalaustritte 19 und 19' in den Seitenkanalteilen 16 und 16' in einen Zubringerkanal 22 im Gehäuse 10 und von dort durch die Austrittsöffnung 13 aus dem Gehäuse heraus.At the end of the
Der Druckaufbau in den Seitenkanälen 17 und 17a des Seitenkanalteils 16 erfolgt aufgrund des Winkelversatzes (um 180°) zum Seitenkanalteil 16' mit Seitenkanälen 17' und 17'a invers. Dies heißt, daß der an jedem Punkt des Umfanges der Seitenkanäle 17 und 17a des Seitenkanalteiles 16 in radialer Richtung auf die Welle einwirkenden Kraft eine dem Betrag nach gleichgroße Gegenkraft von jedem Punkt des Umfanges der Seitenkanäle 17' und 17'a des Seitenkanalteiles 16' entgegenwirkt.The pressure build-up in the
Die beiden laufradäußeren Schaufelzellenkränze 31a und 31'a sind durch einen relativ breiten Steg voneinander getrennt, der somit eine zylindrische Außenfläche des Laufrades bildet. Die beiden Seitenkanalteile 16, 16' bilden zusammen einen ebenso breiten "Steg" zwischen den beiden äußeren Seitenkanälen 17a, 17'a, so daß die beiden Förderströme der Endstufen über einen radialen Endstufen-Dichtspalt 36 voneinander abgedichtet sind. Die Abdichtung zwischen den Stufen auf den jeweiligen Laufradseiten erfolgt bei dieser Ausführungsform durch axiale Zwischenstufen-Dichtspalte 33, 33.The two impeller
Bei entsprechend geschickter Wahl bzw. Berechnung der radialen und axialen Abmessungen der Schaufelkränze werden nicht nur die auf die Welle wirkenden Radialkräfte kompensiert, sondern auch die durch sie verursachten Drehmomente um den Laufradmittelpunkt, der dieses auf der Welle kippen läßt, da die auf das Laufrad in axialer Richtung wirkenden Kräfte ein zu den erstgenannten Drehmoment entgegengesetztes Moment erzeugen.With appropriate selection or calculation of the radial and axial dimensions of the blade rings, not only the radial forces acting on the shaft are compensated, but also the torques caused by them around the center of the impeller, which causes it to tip on the shaft, since the impeller in Forces acting in the axial direction produce a torque opposite to the first-mentioned torque.
In den Figuren 9 und 10 sind lediglich Halb-Querschnitte durch Laufräder weiterer bevorzugter Ausführungsformen gezeigt, wobei die dazugehörigen Seitenkanalteile mit Seitenkanälen, Überströmkanälen, Dichtspalten usw. entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform gestaltet sind, soweit nichts gegenteiliges beschrieben ist.In FIGS. 9 and 10, only half cross-sections through impellers of further preferred embodiments are shown, the associated side channel parts having side channels, overflow channels, sealing gaps, etc. being designed in accordance with the embodiment described above, unless otherwise stated.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 sind auf der einen Seite des Laufrades Schaufelzellenkränze 31, 31a, 31b und auf der anderen Seite Schaufelzellenkränze 31', 31'a und 31'b angeordnet, denen Seitenkanäle (strichpunktiert angedeutet)17, 17a, 17b bzw. 17', 17'a, 17'b gegenüberliegen. Die trennende Abdichtung zwischen den Endstufen 17b, 17'b auf den beiden Laufradseiten erfolgt über axiale Endstufen-Dichtspalte 34 und 34', die zwischen dem Laufrad 30 und den Seitenkanalteilen 16, 16' angeordnet sind.In the embodiment according to FIG. 9, vane cell rings 31, 31a, 31b are arranged on one side of the impeller and vane cell rings 31 ', 31'a and 31'b are arranged on the other side, which side channels (indicated by dash-dotted lines) 17, 17a, 17b and 17 ', 17'a, 17'b are opposite. The separating seal between the
Bei der in Fig. 10 gezeigten weiteren bevorzugten Ausführungsform der Seitenkanalpumpe erfolgt die Abdichtung der Förderströme sowohl von Stufe zu Stufe als auch der beiden Endstufen zueinander über radiale Dichtspalte 35, 35a, 35', 35'a und 36. Bei diesem Laufrad nehmen die Durchmesser der Schaufelzellenkränze nur um den minimal möglichen Betrag zu, da die Abdichtung von Stufe zu Stufe im wesentlichen ausschließlich durch radiale Spalte erfolgt. Dadurch, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Schaufelzellen von Stufe zu Stufe lediglich um einen geringen Betrag steigt, ergibt sich beim Eintritt des Fördermediums in den jeweils nächsten Seitenkanal nur ein geringer, den Wirkungsgrad der Pumpe vermindernder Beschleunigungsstoß. Auf diese Weise ist es möglich, relativ viele Stufen bei einer Seitenkanalpumpe mit einem einzigen Laufrad hintereinander zu schalten, so daß hohe Drücke trotz des geringen Bauaufwandes (wenige Teile, geringe Montagekosten) erzielbar sind. Derart breite Laufräder, die sich durch eine solche Konstruktion ergeben, konnten bis jetzt nicht eingesetzt werden, da durch die Laufradbreite ein unerwünscht großer Abstand der beiden Wellenlager bedingt war.In the further preferred embodiment of the side channel pump shown in FIG. 10, the delivery flows are sealed both from stage to stage and from the two output stages to one another via
Claims (4)
- Lateral channel pump having a housing with housing inlet and housing outlet,
having an impeller on a shaft,
having at least one bucket ring with radially and axially open bucket compartments on the first and second sides of the impeller,
with lateral channels separated from one another by sealing gaps, each channel having an inlet port, outlet port and break, the inlet ports being connected to the housing inlet and the outlet ports to the housing outlet in order to divide and reunite the delivery currents, the lateral channels being arranged opposite the bucket rings in such a way that a flow medium flows in two substantially separate currents through the lateral channels from the respective lateral channel inlet to the respective lateral channel outlet whilst the pressure increases, characterised in that the inlet port(s) (18), the outlet port(s) (19) and the break(s) (20,20a) on the first side of the impeller are offset relative to the corresponding elements (18',19',20',20'a) on the other side of the impeller by an angle of 180° in the direction of rotation of the impeller, in that the two sides of the impeller and the associated lateral channels (17,17a,17b; 17',17'a,17'b) are substantially identical in shape, in that each lateral channel extends substantially over the entire periphery of the respective pump stage, so that the start and finish of the lateral channel of a stage are separated only by the short break (20,20a), in that an axial end stage sealing gap (34,34') is provided on the outer circumference of the impeller (30) in order to separate the two delivery currents in sealed manner, and in that, on at least one side of the impeller, there are at least two bucket rings (31,31a,31b; 31',31'a,31'b) of different diameters, the lateral channels (17,17a,17b; 17',17'a,17'b) of which are connected in series. - Lateral channel pump according to claim 1, characterised in that radial intermediate-stage sealing gaps (35,35') are provided in order to form a seal between the bucket rings (31,31') of different diameters of the impeller (30) and the lateral channels (17,17') incorporated in lateral channel sections (16,16').
- Lateral channel pump according to claim 2, characterised in that axial intermediate-stage sealing gaps (33,33') are provided in order to form a seal between the bucket rings (31,31') of different diameters of the impeller (30) and the lateral channels (17,17') incorporated in the lateral channel sections (16,16').
- Lateral channel pump according to one of the preceding claims, characterised in that the bucket rings (31,31a,31b; 31',31'a,31'b) and the associated lateral channels (17,17a,17b; 17',17'a,17'b) are of such dimensions, with respect to the effective surface areas of the pressure of delivery current on the impeller, that the moments about the centre of the impeller resulting from the axial and radial forces cancel each other out.
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