EP3559475B1 - Vortex pump - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Freistrompumpe mit einem Laufrad, das Schaufeln zur Förderung feststoffhaltiger Medien aufweist.The invention relates to a free-flow pump with an impeller which has blades for conveying media containing solids.
Solche Freistrompumpen werden auch als Wirbelpumpen bezeichnet, deren Förderleistung von einer rotierenden mit Schaufeln versehenen Scheibe, dem sogenannten Freistromrad, auf das Strömungsmedium übertragen wird. Freistromräder eignen sich besonders zur Förderung von mit festen Beimengungen versetzten Medien, wie beispielsweise Schmutzwasser. Das Freistromrad ist ein Radialrad, das einen großen Durchgang für die im Fördermedium enthaltenen Feststoffe ermöglicht und wenig störanfällig ist.Such vortex pumps are also referred to as vortex pumps, the delivery rate of which is transferred to the flow medium by a rotating disk provided with blades, the so-called vortex impeller. Vortex impellers are particularly suitable for pumping media mixed with solid admixtures, such as waste water. The vortex impeller is a radial impeller that allows a large passage for the solids contained in the pumped medium and is less prone to failure.
In der
In der
Als Kugeldurchgang wird ein freier, unverengter Laufraddurchgang bezeichnet. Er beschreibt den größten zulässigen Durchmesser der Feststoffe, um einen verstopfungsfreien Durchgang zu gewährleisten. Er wird als Kugeldurchmesser in Millimeter angegeben. Der Kugeldurchgang entspricht maximal der Nennweite des Saug- bzw. Druckstutzens. Damit dieser maximal mögliche Kugeldurchgang bei Kreiselpumpen, insbesondere bei Freistrompumpen, erreicht wird, muss auch innerhalb der Pumpe der Weg zwischen den bewegten und feststehenden Bauteilen mindestens der Nennweite des Saug- bzw. Druckstutzens entsprechen, andernfalls ist der Kugeldurchgang entsprechend kleiner.A free, unrestricted impeller passage is called a ball passage. It describes the largest permissible diameter of the solids in order to ensure a blockage-free passage. It is given as the sphere diameter in millimeters. The ball passage corresponds at most to the nominal width of the suction or discharge nozzle. In order for this maximum possible ball passage to be achieved with centrifugal pumps, especially with vortex pumps, the path between the moving and stationary components within the pump must at least correspond to the nominal width of the suction or discharge nozzle, otherwise the ball passage is correspondingly smaller.
Überschreitet der schaufellose Raum zwischen der Schaufelfront und der gegenüberliegenden Gehäusewand ein gewisses Maß, reduziert sich die Effizienz der Freistrompumpe. Je größer der Abstand zwischen dem Laufrad und der saugseitigen Gehäusewand ist, desto geringer ist der Wirkungsgrad der Freistrompumpe.If the vane-less space between the vane front and the opposite housing wall exceeds a certain amount, the efficiency of the vortex pump is reduced. The greater the distance between the impeller and the housing wall on the suction side, the lower the efficiency of the vortex pump.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Freistrompumpe anzugeben, die Medien auch mit größeren Feststoffen fördern kann und dabei einen bauartgemäß möglichst hohen Wirkungsgrad aufweist. Die Freistrompumpe soll sich durch eine möglichst kostengünstige Herstellungsweise auszeichnen und eine hohe Lebensdauer gewährleisten. Zudem soll die Freistrompumpe möglichst vielfältig einsetzbar und wenig störanfällig sein, sowie einen günstigen NPSH-Wert aufweisen. Kavitationsschäden sollen vermieden werden. Diese Aufgabe wird durch eine Freistrompumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Varianten sind den Unteransprüchen zu entnehmen.The object of the invention is to provide a free-flow pump that can convey media with relatively large solids and, in accordance with the design, has the highest possible degree of efficiency. The free-flow pump should be distinguished by a method of manufacture that is as inexpensive as possible and should ensure a long service life. In addition, the vortex pump should be used as widely as possible and be less susceptible to failure, and should have a favorable NPSH value. Cavitation damage should be avoided. This object is achieved by a free-flow pump with the features of claim 1. Preferred variants can be found in the subclaims.
Erfindungsgemäß verzweigen sich die Schaufeln. Ausgehend von einem Ursprungsschaufelabschnitt zweigt mindestens ein weiterer Schaufelabschnitt ab. Die Schaufeln erstrecken sich vorzugsweise in gekrümmter Weise von innen nach außen in radialer Richtung. An einem Verzweigungspunkt, zweigt ein erster Schaufelabschnitt ab. Mit weiter zunehmendem Radius können weitere Verzweigungspunkte folgen. Bei einer Variante der Erfindung bilden abzweigende Schaufelabschnitte Ausgangspunkte für weitere Abzweigungen.According to the invention, the blades branch. Starting from an original blade section, at least one further blade section branches off. The shovels extend preferably in a curved manner from the inside to the outside in the radial direction. A first blade section branches off at a branch point. As the radius increases further, further branch points can follow. In a variant of the invention, branching blade sections form starting points for further branches.
Durch die erfindungsgemäße Abzweigungskonstruktion der Schaufeln wird ein kaskadierendes Laufrad geschaffen. Durch die Abzweigungen werden freie Räume vermieden, in denen es zu unerwünschten Wirbelbildungen kommt, durch die der Wirkungsgrad der Pumpe herabgesetzt würde. Bei der erfindungsgemäßen Pumpe wird ein Pumpvolumen geschaffen, das zu einem hohen Wirkungsgrad bei geringer Durchflussmenge führt. Die erfindungsgemäße Freistrompumpe weist aufgrund der Verzweigungskonstruktion einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad auf und gewährleistet dabei gleichzeitig eine zuverlässige Förderung feststoffhaltiger Medien, ohne dass es zu Verstopfungen kommt.The inventive branch construction of the blades creates a cascading impeller. The branches avoid free spaces in which undesirable eddy formations occur, which would reduce the efficiency of the pump. In the pump according to the invention, a pump volume is created which leads to a high degree of efficiency with a low flow rate. The free-flow pump according to the invention has a relatively high degree of efficiency due to the branching design and at the same time ensures reliable conveyance of media containing solids without clogging.
Im Vergleich zu herkömmlichen Freistromrädern mit Schaufeln, die von innen nach außen immer dicker werden, ist das erfindungsgemäße Laufrad deutlich leichter. Innerhalb einer Schaufel weist die erfindungsgemäße Konstruktion Räume zwischen den Schaufelabschnitten auf, die zu einer Art Materialeinsparung führen. Dadurch wird ein leichtes Laufrad geschaffen, das einen hohen Wirkungsgrad aufweist.Compared to conventional vortex impellers with blades that become thicker and thicker from the inside out, the impeller according to the invention is significantly lighter. Within a blade, the construction according to the invention has spaces between the blade sections, which lead to a kind of material saving. This creates a lightweight impeller that is highly efficient.
Bei einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung setzt der Ursprungsschaufelabschnitt an einem Nabenkörper des Laufrades an. Der Nabenkörper dient der Befestigung des Laufrades auf einer Welle und ist auf der Tragscheibe des Laufrades ausgebildet bzw. wird von der Tragscheibe gebildet. Der Ursprungsschaufelabschnitt setzt am Nabenkörper an und erstreckt sich mit einer Krümmung von innen nach außen. Ab einem bestimmten Radius zweigt ein erster Schaufelabschnitt ab.In a particularly advantageous variant of the invention, the original blade section is attached to a hub body of the impeller. The hub body is used to fasten the impeller on a shaft and is formed on the support disc of the impeller or is formed by the support disc. The original blade section is attached to the hub body and extends with a curvature from the inside to the outside. A first blade section branches off from a certain radius.
Bei einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung liegt der erste Verzweigungspunkt in Höhe des Einlaufradius des Saugmundes, sodass das Medium axial durch den Saugmund in einen Bereich des Laufrades einströmt, der in der Mitte nicht verzweigt ist und dann das Medium durch die Rotationsbewegung des Laufrades radial nach außen in die verzweigten Bereiche der Schaufeln gefördert wird.In a particularly advantageous variant of the invention, the first branch point is at the level of the inlet radius of the suction mouth, so that the medium flows axially through the suction mouth into a region of the impeller which is not branched in the middle and then the medium is conveyed radially outward into the branched areas of the blades by the rotational movement of the impeller.
Vorzugsweise befindet sich der erste Verzweigungspunkt innerhalb der ersten Hälfte der Schaufel, bezogen auf die radiale Erstreckung der Schaufel beginnend vom Ursprung. Bei einer besonders günstigen Variante zweigt ein Schaufelabschnitt im ersten Drittel des vorangegangenen Schaufelabschnitts ab, wobei es sich besonders vorteilhaft erweist, wenn der nachfolgende Schaufelabschnitt in einem ersten Teilbereich des vorangegangenen Schaufelabschnitts beginnt.The first branch point is preferably located within the first half of the blade, based on the radial extent of the blade, starting from the origin. In a particularly favorable variant, a blade section branches off in the first third of the preceding blade section, it being particularly advantageous if the following blade section begins in a first partial area of the preceding blade section.
Der Ursprungsschaufelabschnitt und alle weiteren abzweigenden Schaufelabschnitte der Schaufel weisen vorzugsweise einen entgegen der Drehrichtung gekrümmten Verlauf auf, sogenannte rückwärts gekrümmte Schaufeln. Jede Schaufel steht mit ihren einzelnen Schaufelabschnitten von der Tragscheibe in Saugrichtung hervor.The original vane section and all further branching vane sections of the vane preferably have a course that is curved counter to the direction of rotation, so-called backwardly curved blades. Each blade protrudes with its individual blade sections from the support disk in the suction direction.
Bei einer Variante der Erfindung weisen die jeweils nachfolgenden abzweigenden Schaufelabschnitte gegenüber den vorangeordneten Schaufelabschnitten eine stärkere Krümmung auf.In a variant of the invention, the respective subsequent branching vane sections have a greater curvature than the pre-arranged vane sections.
Bei einer bevorzugten Variante der Erfindung erstrecken sich der Ursprungsschaufelabschnitt und/oder die jeweils abzweigenden Schaufelabschnitte zum Außendurchmesser des Laufrades.In a preferred variant of the invention, the original blade section and / or the respective branching blade sections extend to the outer diameter of the impeller.
Bei einer besonders günstigen Ausführung der Erfindung ist das Laufrad mit den Schaufeln einstückig ausgebildet. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Laufrad und/oder die Schaufeln aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sind. Vorzugsweise kommt dabei ein Gusswerkstoff zum Einsatz.In a particularly favorable embodiment of the invention, the impeller is designed in one piece with the blades. It proves to be advantageous if the impeller and / or the blades are made of a metallic material. A cast material is preferably used.
Zwischen den Schaufeln sind Räume zum Eintauchen einer Kugel um eine bestimmte Tiefe ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird ein ausreichender Kugeldurchgang bei gleichzeitig hohem Förderungswirkungsgrad der Pumpe gewährleistet. Die Ausbildung von verzweigten Schaufeln mit jeweils ausreichenden Zwischenräumen zwischen den Schaufeln erlaubt es, den Abstand zwischen der zulaufseitigen Gehäusewand und der Schaufelfront zu reduzieren und dabei dennoch einen ausreichenden Kugeldurchgang zu gewährleisten. Dadurch weist die Freistrompumpe einen hohen Wirkungsgrad auf und gewährleistet gleichzeitig eine zuverlässige Förderung feststoffhaltiger Medien, ohne dass es zu Verstopfungen kommt.Spaces for immersing a sphere by a certain depth are formed between the blades. The construction according to the invention ensures a sufficient ball passage with a high delivery efficiency of the pump at the same time. The formation of branched blades with sufficient spaces in between between the blades makes it possible to reduce the distance between the housing wall on the inlet side and the blade front, while still ensuring a sufficient ball passage. As a result, the vortex pump has a high degree of efficiency and at the same time ensures reliable conveyance of media containing solids without clogging.
Bei einer Variante der Erfindung sind alle Schaufeln des Laufrades kongruent zueinander ausgebildet und weisen die gleiche Form auf.In a variant of the invention, all the blades of the impeller are designed to be congruent to one another and have the same shape.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst.Further features and advantages of the invention emerge from the description of exemplary embodiments with reference to the drawings and from the drawings themselves.
Dabei zeigt:
- Figur 1
- einen schematischen Meridianschnitt durch eine Freistrompumpe,
Figur 2- eine perspektivische Darstellung eines Freistromrades mit drei Schaufeln,
- Figur 3
- eine Draufsicht des Freistromrades gemäß der Darstellung in
,Figur 2 Figur 4- eine perspektivische Darstellung eines Freistromrades mit zwei Schaufeln,
Figur 5- eine Draufsicht des Freistromrades gemäß der Darstellung in
.Figur 4
- Figure 1
- a schematic meridional section through a free-flow pump,
- Figure 2
- a perspective view of a vortex impeller with three blades,
- Figure 3
- a top view of the vortex impeller as shown in FIG
Figure 2 , - Figure 4
- a perspective view of a vortex impeller with two blades,
- Figure 5
- a top view of the vortex impeller as shown in FIG
Figure 4 .
In
Der Saugmund 10 wird von einem saugseitigen Gehäuseteil 11 gebildet. Der Saugmund 10 bildet einen Eintritt für das feststoffhaltige Medium und weist einen Durchmesser D auf. Das saugseitige Gehäuseteil 11 ist als Saugdeckel ausgebildet.The
Das Laufrad 2 ist in einem Pumpengehäuse 15 angeordnet.The
Die Frontseite des Freistromrades 2 weist an ihrem äußeren Rand einen Abstand A zur Innenseite des saugseitigen Gehäuseteils 11 auf. Dabei ist der Abstand A vorzugsweise als die Strecke definiert, den eine Normale, welche senkrecht zur saugseitigen Gehäusewand 8 steht, zum äußeren Rand der Schaufelfront des Laufrades 2 hat. Der Abstand A ist kleiner als der Durchmesser D.The front side of the
Die Höhe h der Schaufeln 7 nimmt im Ausführungsbeispiel in radialer Richtung ab, so dass die Schaufelfront einen leicht schrägen oder kegelförmigen Verlauf aufweist.In the exemplary embodiment, the height h of the
Auf der Tragscheibe 6 sind drei Schaufeln 7 angeordnet. Die Schaufeln 7 sind kongruent. Jede Schaufel 7 weist einen Ursprungsschaufelabschnitt 12 auf, der sich vom Nabenkörper 4 mit einer Krümmung radial nach außen erstreckt.Three
Vom Ursprungsschaufelabschnitt 12 zweigt ab einem Verzweigungspunkt 13 ein Schaufelabschnitt 14 ab. Sowohl der Ursprungsschaufelabschnitt 12 als auch der abzweigende Schaufelabschnitt 14 erstrecken sich bis zum Außendurchmesser des Laufrades 2.From a
Der Verzweigungspunkt 13 befindet sich in Höhe des Einlaufradius des Saugmundes 10, der in
Die Schaufelabschnitte 12, 14 weisen einen entgegen der Drehrichtung gekrümmten Verlauf auf. Die weisen einen rückwärts gekrümmten Verlauf auf. Der abzweigende Schaufelabschnitt 14 weist gegenüber dem Ursprungsschaufelabschnitt 12 eine stärkere Krümmung auf.The
Im Ausführungsbeispiel ist das Laufrad 2, das aus der Tragscheibe 6 mit den Schaufeln 7 und dem Nabenkörper 4 besteht, einstückig ausgebildet. Es besteht aus einem Gusswerkstoff. Zwischen den Schaufeln 7 sind Räume 18 zum Eintauchen einer Kugel ausgebildet. Dadurch wird ein Kugeldurchgang gewährleistet, der eine Förderung auch von feststoffhaltigen Medien gewährleistet.In the exemplary embodiment, the
Claims (13)
- Vortex pump having an impeller (2) which has vanes (7) for delivering solids-containing media,
characterized in that,
at least for a portion of the vanes (7), proceeding from an origin vane section (12), at least one vane section (14, 17) branches off. - Vortex pump according to Claim 1, characterized in that the origin vane section (12) is joined to a hub body (4).
- Vortex pump according to Claim 1 or 2,
characterized in that a branch point (13) is situated at the height of a run-in radius of a suction mouth. - Vortex pump according to one of Claims 1 to 3,
characterized in that a branch point (13) is situated, in relation to a radial extent of the vane starting from the origin thereof, within the first half, preferably within the first third, of the vane (7). - Vortex pump according to one of Claims 1 to 4,
characterized in that the vane sections (12, 14, 17) have a rearwardly curved profile. - Vortex pump according to one of Claims 1 to 5,
characterized in that the in each case branching-off vane sections (13, 14) have a larger curvature in comparison with the preceding vane sections. - Vortex pump according to one of Claims 1 to 6,
characterized in that the vane sections (12, 14, 17) extend to the outer diameter of the impeller (2) . - Vortex pump according to one of Claims 1 to 7,
characterized in that the impeller (2) is formed in one piece as a rear shroud (6) with the vanes (7). - Vortex pump according to one of Claims 1 to 8,
characterized in that the impeller (2) is manufactured from a metallic material, preferably a cast material. - Vortex pump according to one of Claims 1 to 9,
characterized in that spaces (18) for dipping a ball are formed between the vanes (7). - Vortex pump according to one of Claims 1 to 10,
characterized in that all the vanes (7) of the impeller (2) are congruent. - Vortex pump according to one of Claims 1 to 11,
characterized in that the vanes (7) extend from an origin continuously in a radial direction. - Vortex pump according to one of Claims 1 to 12,
characterized in that further vane sections (17) branch off from branching-off vane sections (14).
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