EP0185647A2

EP0185647A2 - Single stage in-line pump

Info

Publication number: EP0185647A2
Application number: EP85890245A
Authority: EP
Inventors: Gerhard Vogel
Original assignee: Pumpenfabrik Ernst Vogel GmbH
Current assignee: Xylem Water Solutions Austria GmbH
Priority date: 1984-12-13
Filing date: 1985-10-07
Publication date: 1986-06-25
Also published as: EP0185647A3

Abstract

The single-stage in-line pump has intake and delivery connections in a common axis and an impeller of radial or semi-axial design, preferably for conveying contaminated or thick media, and is characterised in that the drive shaft (24) is passed out centrically through the delivery connection (10) of the pump. Fig. 1 <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Inlinepumpe mit radialem oder halbaxialem Laufrad, die sowohl für die Förderung von reinen bzw. dünnflüssigen als auch verschmutzten bzw. dickflüssigen Medien geeignet ist.The invention relates to an inline pump with a radial or semi-axial impeller, which is suitable for the conveyance of pure or low-viscosity as well as dirty or viscous media.

Inlinepumpen mit Saug- und Druckstutzen in einer gemeinsamen Achse sind für viele Anwendungsfälle - vor allem wegen der platz- und kostensparenden Montage - sehr geeignet und werden gesteigert im Anlagenbau verwendet. Die Zuströmung des Fördermediums erfolgt axial durch eine Einlaufdüse bzw. ein Saugrohr, die Abströmung axial durch das Druckrohr. Die Erfindung eignet sich besonders für dickflüssige bzw. stark verschmutzte Medien.Inline pumps with suction and pressure ports in a common axis are very suitable for many applications - especially because of the space and cost-saving assembly - and are increasingly used in plant engineering. The feed medium flows in axially through an inlet nozzle or suction pipe, the outflow axially through the pressure pipe. The invention is particularly suitable for viscous or heavily soiled media.

Inlinepumpen sind entweder als einstufige Spiralgehäusepumpen mit einer Antriebswelle normal auf die Strömungsrichtung Saugstutzen - Druckstutzen und speziellen Saugkrümmern bzw. als ein- und mehrstufige Leitapparatkreiselpumpen bekannt. Wenn die Konstruktion der Inlinepumpe von einer einstufigen Spiralgehäusepumpe abgeleitet ist, steht die Antriebswelle des Motors normal auf die Achse Saugstutzen - Druckstutzen. Dadurch muß auf der Saugseite der Pumpe die Anströmung in eine Ebene unterhalb des Stutzenmittels umgelenkt werden. Eine Richtungsänderung des zum Laufrad zuströmenden Mediums bewirkt eine ungleichförmige Geschwindigkeitsverteilung des Fördermediums im Saugmund des Laufrades. Dies verursacht eine Verminderung der Saugfähigkeit und steigert die Ablösegefahr auf den Laufradschaufeln. Außerdem ist diese Konstruktion für den Einbau in einem Schacht durch die unter 90° auf die Strömungsrichtung abzweigende Antriebswelle ungeeignet bzw. verlangt nachträglich eine Umlenkung in das Druckrohr.Inline pumps are known either as single-stage volute casing pumps with a drive shaft normal to the flow direction of the suction nozzle - pressure nozzle and special suction manifolds, or as single- and multi-stage distributor centrifugal pumps. If the design of the inline pump is derived from a single-stage volute casing pump, the drive shaft of the motor is normally on the suction port - discharge port axis. As a result, the inflow on the suction side of the pump must be redirected to a level below the nozzle means. A change in direction of the medium flowing to the impeller causes a non-uniform speed distribution of the conveyed medium in the suction mouth of the impeller. This causes a reduction in absorbency and increases the risk of detachment on the impeller blades. Besides, is This construction is unsuitable for installation in a shaft due to the drive shaft branching off at 90 ° to the direction of flow or requires a deflection into the pressure pipe afterwards.

Ebenso wird der Inline-Strömungsmechanismus von einstufigen Kreiselpumpen mit Leitapparat und Rückführverschaufelung erfüllt.The inline flow mechanism is also fulfilled by single-stage centrifugal pumps with a diffuser and a return vane.

Zwischen den Leit- und Rückführschaufeln ist ein schaufelloser Ringraum angeordnet. Die Enden der Leitschaufeln werden zur Vermeidung des Carnotschen Stoßverlustes sehr dünn ausgeführt. Dies führt zu einer verhältnismäßig großen Zahl von Leitschaufeln, wenn keine großen Erweiterungswinkel zugelassen sind. Die Geschwindigkeitsenergie der Strömung wird im Leitapparat in Druckenergie umgewandelt. Hierbei tritt eine hohe Geschwindigkeitsänderung auf. Im schaufellosen Ringraum findet keine Energieumsetzung statt, durch Reibung wird dem Fördermedium Geschwindigkeitsenergie entzogen. Anschließend wird die Strömung stoßfrei einer Rückführverschaufelung zugeführt, in dieser zu Beginn verzögert und gegen den Austritt hin beschleunigt (Empfehlung: um 10 t 15 %) und mit einer scharfen 90°-Krümmunin den axialen Druckstutzen zurückgelenkt.A vane-free annular space is arranged between the guide and return vanes. The ends of the guide vanes are made very thin to avoid Carnot's loss of impact. This leads to a relatively large number of guide vanes if no large expansion angles are permitted. The velocity energy of the flow is converted into pressure energy in the guide apparatus. A high speed change occurs here. There is no energy conversion in the shovel-free annular space; frictional energy removes speed energy. The flow is then fed to a return vane without bumps, decelerated in the beginning and accelerated towards the outlet (recommendation: by 10 t 15%) and directed back into the axial pressure nozzle with a sharp 90 ° curvature.

Die Leitapparatschaufeln haben nur geringe Zungendicke und einen kleinen Abstand Laufschaufelaustritt - Leitschaufeleintritt. Eine große Anzahl oftmals enger Kanäle, sowie große Geschwindigkeitsänderungen verursachen erhöhte Reibungswiderstände daraus folgend hohe Druckverluste und eine Minderung des Wirkungsgrades. Die schmalen Leitschaufelspitzen sind bei verschmutzten bzw. dickflüssigen Medien verschleißgefährdet und enge Kanäle verstopfungsgefährdet.The guide vane blades have only a small tongue thickness and a small distance between the blade outlet and the guide vane inlet. A large number of often narrow ducts and large changes in speed cause increased frictional resistance resulting in high pressure losses and a reduction in efficiency. The narrow guide vane tips are prone to wear and tear when dirty or viscous media are used and narrow ducts are subject to blockage.

Ziel der Entwicklung ist eine Kreiselpumpe mit möglichst kompakten Außenabmessungen und Saug- und Druckstutzen in einer gemeinsamen Achse. Die Erfindung ist auf Grund großer Kanalweiten im Druckgehäuse und dicker verschleißfester Gehäusezungen auch für dickflüssige Medien geeignet.The aim of the development is a centrifugal pump with the most compact possible external dimensions and suction and pressure ports in a common axis. Because of the large channel widths in the pressure housing and thick, wear-resistant housing tongues, the invention is also suitable for viscous media.

Die Erfindung ist eine einstufige Inlinepumpe mit radial bzw. halbaxial ausgebildetem Laufrad, einer zentrisch durch den Druckstutzen der Pumpe herausgeführten vertikalen Antriebswelle und mit mindestens zwei bis maximal vier geschlossenen Umführungskanälen, die die radial auswärts gerichtete Abströmung des Laufrades in eine axial gerichtete Druckrohrströmung umlenken.The invention is a single-stage inline pump with a radially or semi-axially designed impeller, a vertical drive shaft led out centrally through the pressure port of the pump and with at least two to a maximum of four closed bypass channels which deflect the radially outward outflow of the impeller into an axially directed pressure pipe flow.

Anhand der Zeichnung wird die erfindungsgemäße einstufige Inlinepumpe beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht der Inlinepumpe und Fig. 2 einen Schnitt durch die Inlinepumpe gemäß Fig. 1, u.zw. oberhalb der Wellenachse einen Meridianschnitt durch die Pumpe bei 45° (Schnitt 0 - A) und unterhalb der Wellenachse einen Meridianschnitt bei 65° (Schnitt 0 - B).The single-stage inline pump according to the invention is explained in more detail, for example, with reference to the drawing. 1 shows a sectional view of the inline pump and FIG. 2 shows a section through the inline pump according to FIG. 1, etc. A meridian section through the pump at 45 ° (section 0 - A) above the shaft axis and a meridian section at 65 ° (section 0 - B) below the shaft axis.

In ihrem prinzipiellen Aufbau entspricht die Konstruktion saugseitig einer einstufigen Spiralgehäusepumpe. Ein Saugdeckel 3 sorgt für eine geordnete axiale Anströmung des radialen oder halbaxialen Laufrades 1. Durch Bremsrippen 2 werden der Vordrall des Laufrades 1 abgebaut und optimale Zuströmverhältnisse für das Laufrad geschaffen. Das Fördermedium strömt aus dem radialen oder halbaxialen Pumpenlaufrad 1 in zwei (siehe Fig. 2) bis vier deckungsgleiche Spiralen 5, die entsprechend ihrer Anzahl bei zwei Kanälen 180° Umschlingungswinkel, bei drei 120° und bei vier Kanälen 90° Umschlingungswinkel aufweisen. Die Spiralen 5 umschlingen das Laufrad 1 bei der Zungenunterkante 6a beginnend unter stetiger Erweiterung der Strömungsquerschnitte, bis sie bei der in Strömungsrichtung folgenden Zungenoberkante 6b in einen geschlossenen Kanal 8 münden. Diese geschlossenen Kanäle werden im ersten Viertel der Teilung über der darunterliegenden Spirale 5 geführt und von der Zunge 6 beginnend wird deren Mittellinie 9 axial in Richtung Druckseite 10 verschoben. Wenn der Strömungsquerschnitt 12 des geschlossenen Kanales zur Gänze in einer Ebene parallel zur Laufradmittelebene 11 liegt, wird dessen Mittellinie 13 mit einer schraubenförmigen Bewegung unter weiterer stetiger Querschnittsvergrößerung und axialer Anhebung von einer annähernd tangentialen Strömungsrichtung in eine axiale Strömungsrichtung - in den in der Wellenmitte liegenden Druckstutzen 10 - zurUckgelenkt. Anschließend wird das Fördermedium in dem die Antriebswelle 24 tragenden Gestängerohr 20 abgeführt.The basic design of the construction corresponds to that of a single-stage volute casing pump. A suction cover 3 ensures an orderly axial flow against the radial or semi-axial impeller 1. Brake ribs 2 reduce the pre-twist of the impeller 1 and create optimal inflow conditions for the impeller. The pumped medium flows out of the radial or semi-axial pump impeller 1 into two (see FIG. 2) to four congruent spirals 5, which, depending on their number, have a 180 ° wrap angle for two channels, a 120 ° wrap angle for three channels and a 90 ° wrap angle for four channels. The spirals 5 wrap around the impeller 1 at the lower edge 6a of the tongue, with the flow cross-sections continuously widening, until they open into a closed channel 8 at the upper edge 6b of the tongue. These closed channels are guided in the first quarter of the division above the underlying spiral 5 and starting from the tongue 6, the center line 9 is axially displaced towards the pressure side 10. If the flow cross-section 12 of the closed channel lies entirely in a plane parallel to the impeller center plane 11, its center line 13 becomes with a helical movement with a continuous increase in cross-section and an axial increase from an approximately tangential flow direction into an axial flow direction - in the pressure port lying in the middle of the shaft 10 - steered back. Then the funding medium in the drill pipe 20 carrying the drive shaft 24.

Am Beginn des geschlossenen Kanals tritt noch eine relativ hohe Absolutgeschwindigkeit auf. Um die Strömungsverluste an dieser Stelle zu minimieren, werden die Kanalquerschnitte kreisähnlich gestaltet. Der kreisähnliche Querschnitt wird während der schraubenförmigen Umlenkung 13 bis zu seiner Mündung in den Druckstutzen 10 in einen halbkreisförmigen Querschnitt übergeführt. Die Querschnittserweiterungen werden stetig unter Beachtung des optimalen Diffusorwinkels durchgeführt und bei der schraubenförmigen Drehung 13 große Krümmungsradien vorgesehen.At the beginning of the closed channel, a relatively high absolute speed still occurs. In order to minimize the flow losses at this point, the channel cross sections are designed like a circle. The circular cross section is converted into a semicircular cross section during the helical deflection 13 up to its mouth in the pressure port 10. The cross-sectional expansions are carried out continuously taking into account the optimal diffuser angle and 13 large radii of curvature are provided for the helical rotation.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Inlinepumpen tritt bei Verwendung als Gestängepumpe auf. Das Fördermedium wird dabei in dem Gestängerohr 20 abgeführt. Dies bedeutet, daß ein eigenes Druckrohr, wie es bei Verwendung einer Spiralgehäusepumpe auftritt, nicht benötigt wird. Eine Gestängepumpe, deren Pumpenkörper 4 in grober Näherung kreisförmig geformt ist, erfordert wesentlich geringere Schachtabmessungen als eine Ausführung mit seitlich hochgezogenem Druckrohr. Es tritt statisch eine symmetrische Belastung der Gestängepumpenverankerung auf; zwei Rohre - ein Druckrohr und ein Gestängerohr - führen oftmals zum Verspannen. Ein weiterer Vorteil gegenüber einer Spiralgehäusepumpe ist die gleichmäßigere Belastung der Gestängelager der Antriebswelle. Auf Grund von wenig Einzelteilen ist die Montage einfach und nicht sehr zeitaufwendig. Durch große Kanalquerschnitte und dadurch verringerte Verstopfungsgefahr ist die Erfindung besonders für die Abwasserentsorgung geeignet.A major advantage of these inline pumps occurs when used as a rod pump. The pumped medium is discharged in the drill pipe 20. This means that a separate pressure pipe, as occurs when using a volute casing pump, is not required. A rod pump, the pump body 4 of which is roughly circular in shape, requires significantly smaller shaft dimensions than an embodiment with a pressure pipe pulled up to the side. There is a static, symmetrical load on the rod pump anchorage; two pipes - a pressure pipe and a drill pipe - often lead to tension. Another advantage over a volute casing pump is the more even loading of the rod bearings of the drive shaft. Due to the few individual parts, assembly is simple and not very time-consuming. Due to the large channel cross-sections and the resulting reduced risk of clogging, the invention is particularly suitable for wastewater disposal.

Bei Pumpenlaufrädern mit gleichen hydraulischen Förderdaten ist die Absolutgeschwindigkeit der Strömung im Eintritt des geschlossenen Umlenkkanals niedriger als jene bei Eintritt in einen Leitapparat. Der Leitapparat einer radialen Kreiselpumpe hat wesentlich mehr Kanäle als die Erfindung. Durch die größere Oberfläche der Leitkanäle und höhere Strömungsgeschwindigkeiten ergeben sich bei der Ausführung mit Leitapparat größere Reibungsverluste und daraus folgend höhere Druckverluste als bei der gegenständlichen Erfindung. Die Umwandlung der Geschwindigkeitsenergie der Strömung in Druckenergie erfolgt stetig vom Beginn des geschlossenen Umlenkkanals bis zur Mündung in den Druckstutzen durch Erweiterung der Kanalquerschnitte unter Beachtung des optimalen Diffusorwinkels. Dadurch und durch wahlweises Einsetzen einer strömungsführenden Rippe in den schraubenförmig drehenden Abschnitt des Umlenkkanals werden die Querschnitte durch die Strömung gut erfüllt, Rückströmen wird vermieden und der Gesamtwirkungsgrad des Pumpenaggregates ist besser als jener einer Ausführung mit Leitapparat.In the case of pump impellers with the same hydraulic delivery data, the absolute velocity of the flow in the entrance of the closed deflection channel is lower than that when entering a diffuser. The diffuser of a radial centrifugal pump has significantly more channels than the invention. The larger surface area of the guide channels and higher flow speeds result in the design with Diffuser larger friction losses and consequently higher pressure losses than in the present invention. The conversion of the velocity energy of the flow into pressure energy takes place continuously from the beginning of the closed deflection channel to the mouth in the pressure port by expanding the channel cross-sections, taking into account the optimal diffuser angle. As a result of this and by optionally inserting a flow-guiding rib into the helically rotating section of the deflection channel, the cross sections through the flow are well fulfilled, backflows are avoided and the overall efficiency of the pump unit is better than that of a version with a guide device.

Claims

1. Single-stage inline pump with suction and discharge nozzle in a common axis and a radial or semi-axial impeller, preferably for conveying contaminated or viscous media, characterized in that the drive shaft (24) centrally through the discharge nozzle (10) of the pump is brought out.

2. Single-stage inline pump according to claim 1, characterized in that the radially or semi-axially formed impeller (1) in two to four at 180 ° or according to the division symmetrically staggered spirals (5) promotes the impeller in its outflow plane from one Tongue (6), starting from the next tongue (6), continuously widening and that these spirals at the next tongue upper edge (6b) merge into closed channels (8) which are deflected from a radial to an axial flow direction, the channel center lines ( 9) the closed channels first experience an axial deflection in the direction of the pressure port (10) and are then directed into the pressure port with a screw-like rotation (13).

3. Single-stage inline pump according to claim 1 and 2, characterized in that the cross-sections of the closed channels (8) from the top edge of the tongue (6b) starting to extend into the discharge nozzle (10) continuously widen.

4. Single-stage inline pump according to claim 2 or 3, characterized in that a spiral (5) and a closed channel (8) from the lower edge of the tongue (6a) to the mouth in the pressure port (10) coat at least two full divisions when deflected .