EP3184823A1

EP3184823A1 - Kreiselpumpe

Info

Publication number: EP3184823A1
Application number: EP15201513.7A
Authority: EP
Inventors: Erik Bundesen Svarre; Jan Carøe Aarestrup; Peter Elvekjaer; Flemming Munk
Original assignee: Grundfos Holdings AS
Current assignee: Grundfos Holdings AS
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-06-28
Anticipated expiration: 2035-12-21
Also published as: CN106968968B; EP3184823B1; DK3184823T3; RU2649722C1; CN106968968A; US10823183B2; ES2731851T3; US20170175749A1

Abstract

Kreiselpumpe mit zumindest einer Pumpenstufe (14). Diese Pumpenstufe (14) weist ein auf einer Pumpenwelle (26) drehfest gelagertes Laufrad (8) auf. Neben der Pumpenstufe (14) ist die Kreiselpumpe mit einem auf der Pumpenwelle (26) ohne Bewegungskopplung mit der Pumpenwelle (26) in dem Förderstrom der Kreiselpumpe angeordneten Turbinenrad (32) ausgestattet. Dieses Turbinenrad (32) bildet einen Messwertgeber einer Durchflussmesseinrichtung. Eine Beschaufelung des Turbinenrads (32) ist derart, dass ein von dem Förderstrom auf das Turbinenrad (32) ausgeübtes Drehmoment zu einem über die Pumpenwelle (26) auf das Laufrad (18) ausgeübten Drehmoment entgegengesetzt gerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe.
Kreiselpumpen werden in der Regel von elektrischen Antriebsmotoren angetrieben. Die Ansteuerung dieser Antriebsmotoren und damit einhergehend die Ansteuerung der Kreiselpumpe können umso besser erfolgen, je mehr Kenntnisse über den sich während des Betriebs gegebenenfalls ändernden Betriebszustand der Kreiselpumpe vorliegen. Insofern ist es zweckmäßig, bei einer Kreiselpumpe während deren Betriebs gewisse Zustandsparameter kontinuierlich zu erfassen, um diese in die Ansteuerung des Antriebsmotors einfließen zu lassen. Zu diesen Zustandsparametern zählt auch der Förderstrom durch die Kreiselpumpe.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Kreiselpumpe zu schaffen, bei welcher der Förderstrom durch die Kreiselpumpe bei einem vergleichsweise kostengünstigen Aufbau mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Kreiselpumpe mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Kreiselpumpe ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen. Hierbei können die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale vorteilhaft in der angegebenen Kombination, aber auch, soweit technisch sinnvoll, für sich oder in anderer Kombination zur Ausgestaltung der Erfindung beitragen.
Bei der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe handelt es sich bevorzugt um eine mehrstufige Pumpe. Dies bedeutet, dass die Kreiselpumpe vorzugsweise mehr als eine Pumpenstufe aufweist, die mit einem auf einer Pumpenwelle drehfest gelagerten Laufrad ausgestattet ist. In üblicher Weise verfügt die Pumpenstufe auch über mindestens ein Leitrad, um ausgangsseitig der Pumpenstufe eine möglichst drallfreie Strömung zur Verfügung zu stellen. Bevorzugt ist die Kreiselpumpe als eine mehrstufige Kreiselpumpe ausgebildet, bei der in Richtung der Pumpenwelle hintereinander mehrere miteinander strömungsverbundene Pumpenstufen mit jeweils einem Laufrad und zumindest einem Leitrad vorgesehen sind.
Neben der Pumpenstufe bzw. den Pumpenstufen weist die Kreiselpumpe ein Turbinenrad auf. Dieses Turbinenrad ist auf der Pumpenwelle ohne Bewegungskopplung mit der Pumpenwelle angeordnet. Hierbei durchgreift die Pumpenwelle eine an dem Turbinenrad zentrisch ausgebildete Nabe, wobei sich die Pumpenwelle relativ zu dem umgebenden Turbinenrad drehen kann und/oder umgekehrt. Das Turbinenrad bildet einen Messwertgeber einer Durchflussmesseinrichtung, mit welcher der Förderstrom durch die Kreiselpumpe bzw. die Strömungsgeschwindigkeit des von der Kreiselpumpe geförderten Fluids innerhalb der Kreiselpumpe erfasst wird. Hierzu weist das Turbinenrad grundsätzlich eine Ausgestaltung auf, bei welcher der Förderstrom auf das Turbinenrad ein Drehmoment um seine Mittelachse ausübt. Als Messwertgeber generiert das Turbinenrad ein zu dem Förderstrom proportionales Messsignal, das von einem Signalempfänger der Durchflussmesseinrichtung aufgenommen wird und anschließend z.B. in die Ansteuerung eines Antriebsmotors zum Antrieb der Kreiselpumpe einfließen kann. Bei dem von dem Turbinenrad erzeugten Messsignal kann es sich um das von dem Förderstrom auf das Turbinenrad ausgeübte Drehmoment oder um eine Drehzahl einer von dem Drehmoment verursachten Drehbewegung des Turbinenrads handeln, worauf nachfolgend in Verbindung mit bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe noch detaillierter eingegangen wird.
Obwohl das Turbinenrad konstruktiv nicht mit der Pumpenwelle bewegungsgekoppelt ist, können die Lagerreibung eines gegebenenfalls zwischen der Pumpenwelle und dem Turbinenrad angeordneten Radiallagers und/oder in einen Zwischenraum zwischen Pumpenwelle und Turbinenrad gelangte Feststoffe einen Reibschluss zwischen der Pumpenwelle und dem Turbinenrad hervorrufen. Ein derartiger Reibschluss bewirkt erhebliche Messungenauigkeiten bei der Durchflussmessung, da er dazu führt, dass sich das tatsächlich auf das Turbinenrad wirkende Drehmoment von dem von dem Förderstrom auf das Turbinenrad ausgeübten Drehmoment, welches direkt oder indirekt die Grundlage zur Ermittlung des Förderstroms bildet, insbesondere bei kleinen Drehzahlen der Pumpenwelle und damit einhergehend bei geringer Förderleistung der Kreiselpumpe unterscheidet.
Um diesen Messungenauigkeiten bei der Durchflussmessung entgegenzuwirken ist es erfindungswesentlich, dass das von dem Förderstrom auf das Turbinenrad ausgeübte Drehmoment zu einem über die Pumpenwelle auf das Laufrad der zumindest einen Pumpenstufe ausgeübten Drehmoment entgegengesetzt gerichtet ist. Das heißt, wenn die Pumpenwelle und das damit fest verbundene Laufrad der zumindest einen Pumpenstufe in Durchströmrichtung der Kreiselpumpe rechtsdrehend angetrieben werden, ist die Beschaufelung des Turbinenrads derart, dass das Turbinenrad von dem Förderstrom durch die Kreiselpumpe linksdrehend kraftbeaufschlagt wird. Im umgekehrten Fall, wenn die Pumpenwelle und das Laufrad der zumindest einen Pumpenstufe in Durchströmrichtung der Kreiselpumpe linksdrehend angetrieben werden, ist die Beschaufelung des Turbinenrads typischerweise so ausgebildet, dass das Turbinenrad von dem Förderstrom durch die Kreiselpumpe rechtsdrehend kraftbeaufschlagt wird. Es hat sich gezeigt, dass das durch den Förderstrom auf das Turbinenrad ausgeübte Drehmoment bei dieser Ausgestaltung auch bei vergleichsweise geringer Förderleistung der Kreiselpumpe eine zu dem Förderstrom weitestgehend proportionale Größe bildet, so dass der Förderstrom mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden kann.
Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe ist das Turbinenrad abströmseitig einer letzten Pumpenstufe der Kreiselpumpe angeordnet. Demzufolge ist das Turbinenrad bei einer Kreiselpumpe mit lediglich einer Pumpenstufe in Durchströmrichtung dieser Pumpenstufe hinter der Pumpenstufe angeordnet und bei einer mehrstufigen Kreiselpumpe in Durchströmrichtung der Pumpenstufen hinter der von dem Fluideinlass der Pumpe am weitesten beabstandeten Pumpenstufe angeordnet. Auch diese Maßnahme zielt darauf ab, die Messgenauigkeit bei der Durchflussmessung zu erhöhen, da das Turbinenrad auf diese Weise von gegebenenfalls im Bereich des Fluideinlass der Kreiselpumpe auftretenden Strömungs- und Druckänderungen möglichst weit entfernt ist. Im Übrigen bietet der Druckraum abströmseitig der letzten Pumpenstufe im Regelfall genug Raum für die Anordnung des Turbinenrads, so dass sich die Anordnung des Turbinenrads nicht auf die Gesamtgröße der Kreiselpumpe auswirkt.
Wie bereits angemerkt worden ist, kann als das von dem Turbinenrad erzeugte Messsignal eine Drehzahl einer von dem Förderstrom durch die Kreiselpumpe verursachten Drehbewegung des Turbinenrads genutzt werden. Dies ermöglicht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe, bei welcher das Turbinenrad drehbar auf der Pumpenwelle gelagert ist. Das Turbinenrad ist somit bevorzugt durch den Förderstrom durch die Kreiselpumpe relativ zu der Pumpenwelle drehbar und zwar in entgegengesetzter Drehrichtung zu der Drehrichtung der Pumpenwelle.
In Verbindung mit dieser Ausgestaltung ist an dem Turbinenrad zweckmäßigerweise zumindest ein Signalmittel angeordnet, welches sich relativ zu einem Signalempfänger eines Messwertaufnehmers der Durchflussmesseinrichtung bewegt. Hinsichtlich einer möglichst großen Messwertausflösung erweist es sich hierbei als vorteilhaft, wenn das zumindest eine Signalmittel an einem größten Außenumfang des Turbinenrads angeordnet ist. Bei einem Turbinenrad wird dieser größte Außenumfang im Regelfall von einem die Schaufeln des Turbinenrads außenumfänglich umgebenden Außenring gebildet, demzufolge ist es besonders günstig, das zumindest eine Signalmittel an dem Außenumfang dieses Außenrings anzuordnen.
In Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist bevorzugt vorgesehen, dass an dem Außenumfang des Turbinenrads zumindest drei Signalmittel angeordnet sind, welche in Drehrichtung des Turbinenrads einen unterschiedlichen Abstand voneinander aufweisen. Die zumindest drei in Drehrichtung des Turbinenrads unterschiedlich weit voneinander entfernten Signalmittel ermöglichen es in Verbindung mit einer entsprechenden Auswerteeinrichtung, neben der Drehgeschwindigkeit auch die Drehrichtung des Turbinenrads festzustellen. Diese Drehrichtung des Turbinenrads sollte zwar im Normalfall der Drehrichtung der Pumpenwelle entgegen gerichtet sein, kann aber unter gewissen Umständen, beispielsweise aufgrund des Eindringens von Feststoffpartikeln in den Zwischenraum zwischen der Nabe des Turbinenrads und der Pumpenwelle, aufgrund einer hierdurch bedingten Verklemmung des Turbinenrads mit der Pumpenwelle, mit der Drehrichtung der Pumpenwelle übereinstimmen. Im Übrigen stimmt die Drehrichtung des Turbinenrads wegen der Reibung zwischen dem Turbinenrads und der Pumpenwelle immer dann mit der Drehrichtung der Pumpenwelle überein, wenn die Förderrate der Pumpe unterhalb eines bestimmten Werts liegt. In diesem Fall ist die Durchflussmesseinrichtung nicht funktionsfähig. Eine solche Nichtfunktionsfähigkeit der Durchflussmesseinrichtung kann aber aufgrund der erfindungsgemäß möglichen Feststellung einer falschen Drehrichtung des Turbinenrads unmittelbar erkannt und nachfolgend behoben werden.
Bei einem relativ zu der Pumpenwelle drehbar gelagerten Turbinenrad kann die Drehgeschwindigkeit und die Drehrichtung des Turbinenrads generell mit allen zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines bewegten Körpers relativ zu einem feststehenden Körper bekannten Sensoranordnungen ermittelt werden. Vorzugsweise ist allerdings eine magnetisch-induktive Geschwindigkeitsmessung vorgesehen. Insofern wird eine Ausgestaltung bevorzugt, bei welcher das zumindest eine Signalmittel ein Permanentmagnet ist und der Signalempfänger des Messwertaufnehmers ein Magnetflusssensor ist. Dementsprechend ist zweckmäßigerweise an einem Außenumfang des Turbinenrads und vorteilhafterweise an dem die Schaufeln des Turbinenrads umgebenden Außenring eingelassen zumindest ein Permanentmagnet angeordnet, welcher bei Drehung des Turbinenrads relativ zu einem in der Kreiselpumpe feststehend angeordneten Magnetflusssensor bewegt wird, wobei der Magnetflusssensor des Messwertaufnehmers ein sich durch Drehung des Turbinenrads änderndes Magnetfeld erfasst und in ein elektrisches Signal umwandelt, welches einer mit dem Messwertaufnehmer signalverbundenen Steuerungseinrichtung zur Ermittlung der Drehgeschwindigkeit des Turbinenrads und des Förderstroms durch die Kreiselpumpe dient.
Anstelle einer magnetisch-induktiven Messung der Drehgeschwindigkeit des Turbinenrads kann diese auch optisch erfasst werden. So kann als Alternative zu zumindest einem an dem Turbinenrad angeordneten Permanentmagneten und einem in der Kreiselpumpe feststehend angeordneten Magnetflusssensor z.B. auch eine Ausgestaltung von Vorteil sein, bei der das zumindest eine Signalmittel ein Lichtreflektor ist, welcher sich bei Drehung des Turbinenrads durch den Strahlengang einer Lichtquelle bewegt, wobei der Messwertaufnehmer einen Lichtsensor aufweist, welcher im Reflektionsstrahlengang des Reflektors angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung empfängt der Lichtsensor bei jedem Durchgang des zumindest einen Lichtreflektors durch den Strahlengang eines von der relativ zu dem Turbinenrad feststehend angeordneten Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahls ein Lichtsignal, aus dem eine mit dem Messwertaufnehmer signalverbundene Steuerungseinrichtung die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrads und damit einhergehend den Förderstrom durch die Kreiselpumpe ermittelt.
In Alternative zu einer relativ zu der Pumpenwelle drehbaren Anordnung des Turbinenrads kann dieses auch vorteilhaft drehfest in der Kreiselpumpe angeordnet sein, wobei die Pumpenwelle sich im Inneren des Turbinenrads drehen kann. In diesem Fall bewirkt die Anströmung des Turbinenrads durch den Förderstrom zwar keine Drehbewegung des Turbinenrads, das aber dennoch auf das Turbinenrad einwirkende Drehmoment kann aber erfasst werden und so direkt die Grundlage für die Bestimmung des Förderstroms bzw. der Strömungsgeschwindigkeit des durch die Kreiselpumpe strömenden Fluids bilden.
In vorteilhafter Weiterbildung dieser Ausgestaltung weist die Durchflussmesseinrichtung einen Messwertaufnehmer in Form eines Kraftaufnehmers auf, der derart angeordnet ist, dass er ein auf das Turbinenrad wirkendes Drehmoment misst. Auch hier ist der Messwertaufnehmer zweckmäßigerweise in oder an der Kreiselpumpe feststehend angeordnet, wobei er in Wirkverbindung mit dem Turbinenrad steht. Als Kraftaufnehmer können grundsätzlich alle zur Erfassung von Kräften bzw. Momenten geeigneten Sensoren, wie beispielsweise Dehnungsmessstreifen, piezoelastische Sensoren und ähnliches verwendet werden.
Bevorzugt steht der Kraftaufnehmer nicht in direktem Kontakt mit dem Turbinenrad, sondern ist über ein zur Übertragung von Kräften bzw. Momenten geeignetes Bauteil mit dem Turbinenrad wirkungsverbunden, was es ermöglicht, den Kraftaufnehmer an einer besonders günstigen Stelle in der Kreiselpumpe anzuordnen. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass an dem Außenumfang des Turbinenrads mindestens eine Ausnehmung ausgebildet ist, in welche ein mit dem Kraftaufnehmer in Kontakt stehender Momentenarm eingreift. Der Momentenarm wird hierbei von einem verwindungssteif ausgebildeten Bauteil gebildet, über welches ein auf das Turbinenrad einwirkendes Drehmoment unverfälscht auf den beabstandet von dem Turbinenrad angeordneten Kraftaufnehmer übertragen werden kann. Der Momentenarm steht hierzu zweckmäßigerweise mit einem freien Ende in Kontakt mit dem Kraftaufnehmer und greift mit einem anderen Ende formschlüssig in die zumindest eine Ausnehmung an dem Turbinenrad ein.
Zur Festlegung des Momentenarms an dem Turbinenrad wird das Turbinenrad bei der Montage der Kreiselpumpe derart ausgerichtet, dass der Momentenarm formschlüssig in die an dem Turbinenrad ausgebildete Ausnehmung eingreift. Diese Arbeit wird dadurch erleichtert, dass, wie es weiter bevorzugt vorgesehen ist, über den Außenumfang des Turbinenrads eine Vielzahl von Ausnehmungen zur Aufnahme des Momentenarms ausgebildet ist, sodass der Momentenarm zur Festlegung an dem Turbinenrad in eine beliebige der an dem Außenumfang des Turbinenrads ausgebildeten Ausnehmungen formschlüssig eingreifen kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Messwertaufnehmer der Durchflussmesseinrichtung außerhalb des Innenraums des Pumpengehäuses der Kreiselpumpe angeordnet. Diese Ausgestaltung, bei welcher der Messwertaufnehmer nicht in das Innere des Pumpengehäuses eingreift, durchaus aber in einem Wandungsteil des Pumpengehäuses integriert sein kann, ist insofern vorteilhaft, als elektrische Komponenten des Messwertaufnehmers auf diese Weise von dem Förderstrom in dem Inneren des Pumpengehäuses geschützt sind, ohne dass diese Komponenten hierzu in aufwendiger Weise fluiddicht gegenüber dem Förderstrom durch die Kreiselpumpe eingekapselt werden müssen.
Vorzugsweise ist an der Außenwandung des Pumpengehäuses eine Öffnung ausgebildet, außenseitig derer der Messwertaufnehmer angeordnet ist. Diese Anordnung des Messwertaufnehmers hat den Vorteil, dass der Messwertaufnehmer nicht nur in ausreichendem Maße vor dem Förderstrom in dem Pumpengehäuse geschützt ist, sondern zudem beispielsweise zu Wartungs- oder Reparaturzwecken gut zugänglich ist. Darüber hinaus kann die Öffnung, an welcher der Messwertaufnehmer zweckmäßigerweise zerstörungsfrei entfernbar angeordnet ist, bei Entfernung des Messwertaufnehmers auch zum Entlüften des Pumpengehäuses verwendet werden, sodass an dem Pumpengehäuse zu diesem Zweck keine zusätzliche Öffnung ausgebildet sein muss.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen jeweils schematisch vereinfacht und in unterschiedlichen Maßstäben:

Fig. 1: in einer teilgeschnittenen perspektivischen Darstellung eine Kreiselpumpe gemäß einer ersten Ausgestaltung,
Fig. 2: eine Einzelheit A aus Fig. 1,
Fig. 3: in einer teilgeschnittenen perspektivischen Darstellung eine Kreiselpumpe gemäß einer zweiten Ausgestaltung,
Fig. 4: eine Einzelheit B aus Fig. 3,
Fig. 5: in einer Gegenüberstellung perspektivisch ein Turbinenrad sowie ein Laufrad und Leitrad einer Pumpenstufe der Kreiselpumpen nach den Fig. 1 und 3 und
Fig. 6: in einer Schnittansicht einen Teil einer Kreiselpumpe gemäß einer dritten Ausgestaltung.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kreiselpumpe weist ein Pumpengehäuse 2 auf, welches von einem Gehäuseunterteil 4, einem sich daran anschließenden hohlzylindrischen Gehäusemittelteil 6 und einem darauf folgenden Gehäuseoberteil 8 gebildet wird. An dem Gehäuseunterteil 4 sind ein Fluideinlass 10 und ein Fluidauslass 12 der Kreiselpumpe ausgebildet. Der Fluideinlass 10 steht in Strömungsverbindung mit fünf Pumpenstufen 14 der Kreiselpumpe, welche im Bereich des Gehäusemittelteils 6 in Richtung des Gehäuseoberteils 8 übereinander angeordnet sind. Jede der Pumpenstufen 14 weist ein in dem Pumpengehäuse feststehend angeordnetes Gehäuse 16 auf, in dem ein Laufrad 18 und ein Leitapparat bzw. Leitrad 20 angeordnet sind, die in Fig. 5 dargestellt sind. Die Gehäuse 16 sind jeweils mit benachbarten Gehäusen 16 strömungsverbunden, wobei ein in Richtung des Gehäuseoberteils 8 letztes Gehäuse 16 über eine Öffnung 22 mit einem im Bereich des Gehäuseoberteils 8 ausgebildeten Druckraum 24 strömungsverbunden ist.
Die Laufräder 18 der Pumpenstufen 14 sind drehfest mit einer Pumpenwelle 26 verbunden, welche sich konzentrisch zu dem Gehäusemittelteil 6 durch das Pumpengehäuse 2 erstreckt und an dem Gehäuseoberteil 8 aus dem Pumpengehäuse 2 herausragt. Dort ist die Pumpenwelle 26 mit der Motorwelle eines nicht dargestellten Antriebsmotors verbunden, welcher auf einem an dem Gehäuseoberteil 8 ausgebildeten Motorstuhl 28 gelagert ist. Bei Antrieb der Pumpenwelle 26 fördern die Laufräder 18 der einzelnen Pumpenstufen ein Fluid von dem Fluideinlass 10 durch die Pumpenstufen 14 zu dem Druckraum 24, von wo das Fluid über einen Ringspalt 30 zwischen der Wandung des Gehäusemittelteils 6 und dem Gehäuse 16 der Pumpenstufen zu dem Fluidauslass 12 der Kreiselpumpe gelangt. Alternativ könnte der Fluidauslass 12 auch am entgegengesetzten Axialende der Kreiselpumpe gelegen sein.
Abströmseitig der in Strömungsrichtung letzten, direkt an dem Druckraum 24 angrenzenden Pumpenstufe 14 ist in dem Druckraum 24 ein Turbinenrad 32 drehbar gelagert. Dieses Turbinenrad 32 ist um die Pumpenwelle 26 herum angeordnet, wobei die Pumpenwelle 26 eine Nabe 34 des Turbinenrads 32 durchgreift und das Turbinenrad 32 drehbar auf der Pumpenwelle 26 gelagert ist. Ausgehend von der Nabe 34 erstrecken sich mehrere Schaufeln 36 in radialer Richtung nach außen, wo sie mit einem Außenring 38 des Turbinenrads 32 verbunden sind. Hierbei sind die Schaufeln 36 des Turbinenrads 32 in Durchströmrichtung der Kreiselpumpe direkt über der an der letzten Pumpenstufe 14 ausgebildeten Öffnung 22 angeordnet, über welche der Förderstrom in axialer Richtung des Pumpengehäuses durch die Kreiselpumpe in den Druckraum 24 gelangt. Indem dieser Förderstrom auf die Schaufeln 36 des Turbinenrads 32 trifft, übt er ein Drehmoment auf das Turbinenrad 32 auf, wodurch dieses in eine Drehbewegung versetzt wird. Das von dem Förderstrom auf das Turbinenrad ausgeübte Drehmoment ist hierbei zu einem zwecks Fluidförderung über die Pumpenwelle 26 auf das Laufrad 18 ausgeübten Drehmoment entgegengesetzt gerichtet, was auch anhand des in Fig. 5 jeweils in Einbaulage dargestellten Turbinenrads 32 und des Laufrads 18 deutlich wird, da dort erkennbar ist, dass die Schaufeln 36 des Turbinenrads 32 quasi entgegengesetzt zu den Schaufeln 40 des Turbinenrads 18 ausgerichtet sind. Somit dreht sich das Turbinenrad 32 im Betrieb entgegengesetzt zu der Pumpenwelle 26.
Das Turbinenrad 32 bildet einen Messwertgeber einer Durchflussmesseinrichtung, mit welcher der Förderstrom durch die Kreiselpumpe während des Betriebs der Kreiselpumpe kontinuierlich ermittelt wird, um anschließend z.B. in die Ansteuerung des Antriebsmotors für die Kreiselpumpe einzufließen. Zur Bildung eines Messwertgebers ist das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Turbinenrad 32 mit drei Signalmitteln in Form von Permanentmagneten 42 ausgestattet, welche in drei Vertiefungen 44 angeordnet sind, die an der Außenumfangsseite des Außenrings 38 des Turbinenrads 32 in bezogen auf die Drehrichtung des Turbinenrads 32 unterschiedlichen Abständen voneinander ausgebildet sind.
An dem Gehäuseoberteil 8 des Pumpengehäuses 2 ist eine Öffnung 46 ausgebildet. Diese Öffnung 46 wird von einem Messwertaufnehmer 48 der Durchflussmesseinrichtung durchgriffen, der sich bis in unmittelbare Nähe zu dem Außenring 38 des Turbinenrads 32 erstreckt. Dieser Messwertaufnehmer 48 weist einen Signalempfänger in Form eines Magnetflusssensors auf, der bei Drehung des Turbinenrads 32 die von den drei Permanentmagneten 42 ausgehenden magnetischen Felder erfasst, woraufhin eine mit dem Messwertaufnehmer 48 signalverbundene Steuerungseinrichtung, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrads 32 und damit einhergehend den Förderstrom durch die Kreiselpumpe bestimmt. Aufgrund des unterschiedlichen Abstands der Permanentmagneten 42 voneinander kann die Steuerungseinrichtung hierbei auch die Drehrichtung des Turbinenrads 32 bestimmen.
Die in Fig. 6 nur teilweise dargestellte Kreiselpumpe unterscheidet sich von der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Kreiselpumpe lediglich hinsichtlich der Ausgestaltung der Durchflussmesseinrichtung. Auch hier wird der Messwertgeber der Durchflussmesseinrichtung von einem drehbar auf der Pumpenwelle 26 drehbar gelagerten Turbinenrad 32' gebildet, wobei die Pumpenwelle 26 eine Nabe 34' des Turbinenrads 32' durchgreift. Die Art und Anordnung der Schaufeln 36 des Turbinenrads 32' entsprechen denjenigen des Turbinenrads 32 der in den Fig. und 2 dargestellten Kreiselpumpe.
Schräg oberhalb des Turbinenrads 32' ist an dem Gehäuseoberteil 8 des Pumpengehäuses 2 eine mit einem Gewinde versehene Öffnung 50 ausgebildet, in welche ein Messwertaufnehmer 48' der Durchflussmesseinrichtung eingeschraubt ist, wobei der Messwertaufnehmer 48' zwar teilweise in die Öffnung 50 eingreift, allerdings nicht in das Innere des Druckraums 24 hineinragt. Bei Entfernung des Messwertaufnehmers 48' kann die Öffnung 50 zum Entlüften des Pumpengehäuses genutzt werden.
Aus Fig. 6 nicht unmittelbar ersichtlich, verfügt der Messwertaufnehmer 48' über eine Lichtquelle und über einen Lichtsensor, die im Wesentlichen außenseitig des Gehäuseoberteils 8 bzw. außenseitig des Pumpengehäuses 2 angeordnet sind. Ein von der Lichtquelle des Messwertaufnehmers 48' ausgesandter Lichtstrahl X trifft auf den Außenring 38' des Turbinenrads 32'.
Anders als bei dem Turbinenrad 32 der Kreiselpumpe nach den Fig. 1 und 2 sind an einem Außenring 38' des Turbinenrads 32' anstelle der bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kreiselpumpe über den Außenumfang des Außenrings 38' in unterschiedlichen Abständen verteilt mehrere nicht dargestellte Lichtreflektoren angeordnet, die sich bei einer durch den Förderstrom hervorgerufenen Drehung des Turbinenrads 32' durch den Strahlengang des Lichtstrahls X bewegen. Sobald der Lichtstrahl X auf einen der Lichtreflektoren trifft, wird dieser zu dem Messwertaufnehmer 48' zurückreflektiert, wo er von dem in dem Messwertaufnehmer 48' angeordneten Lichtsensor erfasst wird. Hieraus ermittelt eine mit dem Lichtsensor signalverbundene Steuerungseinrichtung, die ebenfalls in Fig. 6 aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen ist, die Drehgeschwindigkeit des Trubinenrads 32' und darauf fußend den Förderstrom durch die Kreiselpumpe. Zudem kann auch aufgrund des unterschiedlichen Abstands der Lichtreflektoren voneinander von der Steuerungseinrichtung die Drehrichtung des Turbinenrads ermittelt werden.
Auch die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Kreiselpumpe unterscheidet sich von der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Kreiselpumpe lediglich hinsichtlich der Ausgestaltung der Durchflussmesseinrichtung. Auch bei dieser Durchflussmesseinrichtung wird ein Messwertgeber von einem Turbinenrad 32" gebildet. Die Anordnung dieses Turbinenrads 32" in dem Druckraum 24 ist derart, dass die Pumpenwelle 26 eine Nabe 34" des Turbinenrads 32" durchgreift. Die Art und Anordnung der Schaufeln 36 des Turbinenrads 32" entsprechen denjenigen der Turbinenräder 32 und 32'. An einem Außenring 38" des Turbinenrads 32" sind an dessen Außenumfang gleichmäßig verteilt eine Vielzahl von Ausnehmungen 52 ausgebildet, auf deren Bedeutung nachfolgend eingegangen wird.
Schräg oberhalb des Turbinenrads 32" ist an dem Gehäuseoberteil 8 des Pumpengehäuses 2 eine Öffnung 54 ausgebildet, deren Mittelachse auf den Außenumfang des Außenrings 38" des Turbinenrads 32" gerichtet ist. In dem Druckraum 24 schließt sich an die Öffnung 54 eine Hülse 56 an. Diese Hülse 56 wird von einem Momentenarm 58 durchgriffen, der in das Innere des Druckraums 24 eingreift. In der Hülse 56 ist der Momentenarm 58 quer zu seiner Längsausdehnung formschlüssig festgelegt. An seinem in das Innere des Druckraums 24 eingreifenden Ende weist der Momentenarm 58 einen zylindrischen Vorsprung 60 auf, dessen Außenquerschnitt mit dem Querschnitt der an dem Außenring 38" des Turbinenrads 32" ausgebildeten Ausnehmungen 52 korrespondiert. Mit dem Vorsprung 60 greift der Momentenarm 58 in eine der Ausnehmungen 52 an dem Außenring 38" des Turbinenrads 32" ein, wodurch das Turbinenrad 32 an einer Drehbewegung gehindert wird.
Neben dem Momentenarm 58 greift auch ein Messwertaufnehmer 48" der Durchflussmesseinrichtung in die Hülse 56 ein. Dieser Messwertaufnehmer 48" verfügt über einen aus der Zeichnung nicht ersichtlichen Signalempfänger in Form eines Kraftaufnehmers, welcher mit dem Momentenarm 58 in Kontakt steht. Werden die Schaufeln 36 des Turbinenrads 32" von dem Förderstrom durch die Kreiselpumpe angeströmt, kann sich das Turbinenrad 32" hierbei zwar nicht drehen, der Förderstrom bewirkt aber ein Drehmoment bzw. eine Krafteinwirkung auf das Turbinenrad 32", die von dem Turbinenrad 32" über den Momentenarm 58 zu dem Messwertaufnehmer 48" weitergeleitet wird und dort von dem Kraftaufnehmer erfasst wird, woraufhin von einer mit dem Kraftaufnehmer signalverbundenen Steuerungseinrichtung, die in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellt ist, auf der Grundlage des erfassten Moments bzw. der erfassten Krafteinwirkung der Förderstrom durch die Kreiselpumpe ermittelt wird.

Bezugszeichenliste

2: Pumpengehäuse
4: Gehäuseunterteil
6: Gehäusemittelteil
8: Gehäuseoberteil
10: Fluideinlass
12: Fluidauslass
14: Pumpenstufe
16: Gehäuse
18: Laufrad
20: Leitrad
22: Öffnung
24: Druckraum
26: Pumpenwelle
28: Motorstuhl
30: Ringspalt
32, 32', 32": Turbinenrad
34, 34', 34": Nabe
36: Schaufel
38, 38', 38": Außenring
40: Schaufel
42: Permanentmagnet
44: Vertiefung
46: Öffnung
48, 48', 48": Messwertaufnehmer
50: Öffnung
52: Ausnehmung
54: Öffnung
56: Hülse
58: Momentenarm
60: Vorsprung
A: Einzelheit
B: Einzelheit
X: Lichtstrahl

Claims

Kreiselpumpe mit zumindest einer Pumpenstufe (14), mit einem auf einer Pumpenwelle (26) drehfest gelagerten Laufrad (18) und mit einem auf der Pumpenwelle (26) ohne Bewegungskopplung mit der Pumpenwelle (26) in dem Förderstrom der Kreiselpumpe angeordneten Turbinenrad (32, 32', 32"), welches einen Messwertgeber einer Durchflussmesseinrichtung bildet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschaufelung des Turbinenrads (32, 32', 32") derart ist, dass ein von dem Förderstrom auf das Turbinenrad (32, 32', 32") ausgeübtes Drehmoment zu einem über die Pumpenwelle (26) auf das Laufrad (18) ausgeübten Drehmoment entgegengesetzt gerichtet ist.
Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (32, 32', 32") abströmseitig einer letzten Pumpenstufe (14) angeordnet ist.
Kreiselpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (32, 32', 32") drehbar auf der Pumpenwelle (26) gelagert ist.
Kreiselpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Turbinenrad (32, 32') zumindest ein Signalmittel angeordnet ist, welches sich relativ zu einem Signalempfänger eines Messwertaufnehmers (48, 48') der Durchflussmesseinrichtung bewegt.
Kreiselpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Außenumfang des Turbinenrads (32, 32') zumindest drei Signalmittel angeordnet sind, welche in Drehrichtung des Turbinenrads (32, 32') einen unterschiedlichen Abstand voneinander aufweisen.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Signalmittel ein Permanentmagnet (42) ist und der Signalempfänger des Messwertaufnehmers (48) ein Magnetflusssensor ist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Signalmittel ein Lichtreflektor ist, welcher sich bei Drehung des Turbinenrads durch den Strahlengang einer Lichtquelle bewegt, wobei der Messwertaufnehmer (48') einen Lichtsensor aufweist, welcher im Reflektionsstrahlengang des Reflektors angeordnet ist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (32") drehfest in der Kreiselpumpe angeordnet ist.
Kreiselpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmesseinrichtung einen Messwertaufnehmer (48") in Form eines Kraftaufnehmers aufweist, welcher ein auf das Turbinenrad (32") einwirkendes Drehmoment misst.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Außenumfang des Turbinenrads (32") mindestens eine Ausnehmung (52) ausgebildet ist, in welche ein mit dem Kraftaufnehmer in Kontakt stehender Momentenarm eingreift.
Kreiselpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass über den Außenumfang des Turbinenrads (32") eine Vielzahl von Ausnehmungen (32) zur Aufnahme des Momentenarms ausgebildet ist.
Kreiselpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (48', 48") außerhalb des Innenraums des Pumpengehäuses (2) der Kreiselpumpe angeordnet ist.
Kreiselpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Außenwandung des Pumpengehäuses (2) eine Öffnung ausgebildet ist, außenseitig derer der Messwertaufnehmer angeordnet ist.