SE523740C2 - Pumpanordning av centrifugaltyp - Google Patents

Description

o u an: o n u: o ra u v» un: u n -. o a o a e en e u: s = n q ø v c v v a n = ; u :a o I ~ -.. ..~ n. | n u n. u; no n n n o f ø an . q n n n a n . . _ . .. ... 1- ~u ...o u Pumpanordningen enligt uppfinningen kännetecknas av - att pumphjulet omfattar ett flertal angränsande skovel- par, som mellan sig definierar kanaler med reglerbara flödesöppningar för fluiden och som vardera omfattar 5 dels en huvudskovel anordnad på ett kring rotations- axeln roterbart huvudskovelhjul, dels en reglerskovel anordnad på ett kring rotationsaxeln och tillsammans med huvudskovelhjulet roterbart och relativt huvud- skovelhjulet vridbart reglerskovelhjul, och 10 - att pumpanordningen omfattar en till reglerskovelhjulet kopplad regleranordning, som genom vridning av regler- skovelhjulet relativt huvudskovelhjulet är anordnad att reglera flödesöppningarna. 15 Genom att reglerskovlarna är vridbara relativt huvud- skovlarna kan således under pågående pumpning flödet genom pumpen lätt regleras utan varvtalsreglering, och en öppning eller minskning av nämnda flödesöppning möjlig- görs utan att pumphjulsdimensionerna ändras. Eftersom den 20 reglerbara flödesöppningen är anordnad i pumphuset sker flödesregleringen under i huvudsak konstant tryck.

Om fluiden exempelvis är en vätska, kan, om föroreningar under en begränsad tidsperiod förväntas uppträda i väts- 25 kan, flödesöppningen tillfälligt maximeras för att för- hindra igensättning av pumpanordningen. Alternativt kan reglerskovlarna innan start av pumpanordningen vridas sà att önskad initial flödesöppning erhålles. Exempelvis kan det vara önskvärt att inför start av pumpanordningen Å* 30 stänga eller minimera flödesöppningen för att erhålla ett så litet startmoment som möjligt. -fi Reglerskovlarna är vridbara relativt huvudskovlarna sàväl ' under drift som då ingen fluid strömmar genom pumpanord- 35 ningen. sann; 10 15 20 25 30 35 523 740 Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare med hänvisning till ritningarna, där figur 1 visar ett axiellt snitt genom en centrifugalpump med en hydraulisk regleranordning, figur 2 visar en horisontalvy av ett huvudskovelhjul, figur 3 visar en horisontalvy av ett reglerskovelhjul, figur 4 visar ett pumphjul med huvudskovelhjul och reglerskovelhjul i öppet läge, figur 5 visar ett pumphjul med huvudskovelhjul och reglerskovelhjul i strypt läge, figurerna 6-7 visar delvyer över ett matningssystem till en hydraulisk regleringsanordning, figur 8 visar ett axiellt snitt genom en centrifugalpump med en elektrisk regleranordning i form av en stegmotor, och figur 9 visar en alternativ utföringsform av ett pump- hjul.

Figur 1 visar ett axiellt snitt genom en pump av centri- fugaltyp för pumpning av en vätska. Pumpen omfattar ett pumphus 1, ett i pumphuset 1 anordnat pumphjul 2 och en till pumphjulet 2 kopplad drivanordning 3. Pumphuset 1 omfattar första 4, andra 5, tredje 6, fjärde 7, femte 8 och sjätte 9 konstruktionselement, vilka i nämnda ordning genom skruvförband är anordnade vid varandra såsom fram- går av fig. 1. Det femte konstruktionselementet 8 är snäckformat och har för vätskan dels en axiell inlopps- öppning 10, dels en tangentiell utloppsöppning 11. Det sjätte konstruktionselementet 9 omsluter pumphjulet 2, 525 740 šfi?üfï3í@E$>ïf“=” som är anordnat att driva vätskan från inloppsöppningen 10 till utloppsöppningen 11. Drivanordningen 3 omfattar en ej visad pumpmotor och en pumpaxel 12. Pumpaxeln 12 omfattar en första, övre axeldel 15 och en andra, nedre 5 axeldel 16, vilka är axiellt sammankopplade genom en kopplingsanordning 17. Den första axeldelen 15 är homogen och löper genom en öppning 18 i det första konstruktions- elementet 4 in i det andra konstruktionselementet 5 och vidare in i det tredje konstruktionselementet 6, där den 10 första axeldelen 15 genom nämnda kopplingsanordning 17 är ansluten till den andra axeldelens 16 ena, övre ände 19.

Den första axeldelen 15 är genom kullager 20 roterbart lagrad i det andra konstruktionselementet 5 för anslut- ning till pumpmotorn, som företrädesvis är en elektrisk 15 motor. Den andra axeldelen 16 är ihålig och löper genom det tredje konstruktionselementet 6 in i det fjärde konstruktionselementet 7 och vidare in i det sjätte konstruktionselementet 9 genom en öppning 21 i detsamma.

Den andra axeldelen 16 är vid sitt mittparti 22 genom 20 kullager 23 roterbart lagrad i det sjätte konstruktions- elementet 9. I anslutning till kullagret 23 omsluter det fjärde konstruktionselementet 7 en oljefylld kammare 24 för kylning av kullagret 23. I det sjätte konstruktions- elementet 9 är den andra axeldelen 16 i sin andra, nedre 25 ände 25 ansluten till pumphjulet 2 genom ett kilförband 26. Pumphjulet 2 âr således roterbart kring en rotations- axel 27, som sammanfaller med pumpaxelns 12 rotations- _,,_ axel. Riktningsangivelser är i det följande gjorda rela- 'z tivt denna rotationsaxel 27 om inget annat anges. 30 Enligt uppfinningen omfattar pumphjulet 2 dels ett huvud- skovelhjul 28 (se fig. 2), dels ett reglerskovelhjul 29 (se fig. 3), vilka skovelhjul 28, 29 företrädesvis består _ _ av metall. Fig. 2 och 3 visar huvud- respektive regler- ;x; 35 skovelhjulet längs det i fig. 1 med II-II markerade “HE snittet. 523 740 "'“ Huvudskovelhjulet 28 omfattar ett i huvudsak rotations- symmetriskt konstruktionselement 30, som i huvudsak har formen av en stympad kon och uppvisar ett genomgående centrumhål 31 för mottagande av pumpaxeln 12. Centrum- 5 hàlets 31 centrumaxel sammanfaller således med huvud- skovelhjulets 28 rotationsaxel. Centrumhàlet 31 uppvisar ett kilspâr 32, som utgör en del av nämnda kilförband 26 mellan pumphjulet 2 och pumpaxeln 12. Huvudskovelhjulet 28 omfattar vidare tre likadana huvudskovlar 33, som i 10 axiell riktning uppskjuter från konstruktionselementet 30, varvid konstruktionselementet 30 uppvisar dels ett inre ytparti 40, som är fritt från huvudskovlar 33, dels ett yttre ytparti 41, där huvudskovlarna 33 uppskjuter från konstruktionselementet 30. Huvudskovlarna 33 är i 15 detta fall dubbelkrökta, dvs. de uppvisar en krökning i såväl axiell led som i rotationsled. Huvudskovlarna 33 kan alternativt vara enkelkrökta, dvs. uppvisa en krök- ning endast i rotationsled. Varje huvudskovel 33 har dels en inloppsànde 34, som är belägen pà ett förutbestämt 20 avstånd från centrumhàlet 31, dels en utloppsànde 35, som är belägen vid konstruktionselementets 30 yttre kant 36.

Mellan inloppsänden 34 och utloppsànden 35 sträcker sig varje huvudskovel 33 längs en krökt linje sà att varje huvudskovel 33 har en konkav sugsida 37 och en konvex 25 trycksida 38. På sugsidan 37 har varje huvudskovel 33 vid sin inloppsände 34 ett ytparti 39, som är vridsymmetriskt kring huvudskovelhjulets 28 rotationsaxel.

Reglerskovelhjulet 29 omfattar ett konstruktionselement 30 42, som i huvudsak har formen av en rotationssymmetrisk stympad kon 63, från vars yttre kant 44 tre spiralarms- É'f liknande fästarmar 64 utskjuter. Konen 63 uppvisar ett " genomgående centrumhál 43, och reglerskovelhjulets 29 rotationsaxel sammanfaller med detta hàls 43 centrumaxel. 35 Reglerskovelhjulet 29 omfattar vidare tre likadana, från -pd fästarmarna 64 och i reglerskovelhjulets 29 axialriktning uppskjutande reglerskovlar 45. Varje reglerskovel 45 har 523 740 šj=šff§ i huvudsak samma form som huvudskovelhjulets 28 huvud- skovlar 33, dvs. varje reglerskovel 45 är dubbelkrökt och har en inloppsände 46 och en utloppsände 47, mellan vilka reglerskoveln 45 sträcker sig längs en krökt linje så att 5 varje reglerskovel 45 har en konkav sugsida 48 och en konvex trycksida 49. På trycksidan 49 har varje regler- skovel 45 vid sin inloppsände 46 ett ytparti 50 som år vridsymmetriskt kring reglerskovelhjulets 29 rotations- axel. 10 Reglerskovelhjulet 29 är avsett att i pumphuset 1 vara placerat vid huvudskovelhjulet 28 så att skovelhjulens 28, 29 rotationsaxlar sammanfaller med pumpaxelns 12 rotationsaxel, dvs. med pumphjulets 2 rotationsaxel 27, 15 och så att den i fig. 3 ej synliga baksidan pà regler- skovelhjulets 29 konstruktionselement 42 anligger mot det inre ytpartiet 40 hos huvudskovelhjulets 28 konstruk- tionselement 30. Fig. 4 och 5 visar huvud- och regler- skovelhjulen 28, 29 arrangerade pà detta sätt. Varje 20 huvudskovel 33 bildar tillsammans med en reglerskovel 45 ett skovelpar 51, där huvudskoveln 33 och reglerskoveln 45 vid sina inloppsändar 34, 46 är i nära anslutning till varandra så att endast ett mycket litet flöde, företrä- desvis inget flöde alls, kan passera mellan inlopps- 25 ändarna 34, 46. Företrädesvis är följaktligen skovlarnas 33, 45 inloppsändar 34, 46 i tät men glidbar kontakt med varandra, såsom visas i fig. 4 och 5, så att i huvudsak all vätska är förvisad att strömma i en kanal 14 mellan angränsande skovelpar 51. 30 b Enligt uppfinningen är reglerskovelhjulet 29 relativt huvudskovelhjulet 28 vridbart kring den gemensamma rota- tionsaxeln 27 för att kunna intaga ett godtyckligt läge mellan ett första läge och ett andra läge. I det första 35 läget, som illustreras i fig. 4, uppvisar kanalen 14 en «y§ största flödesöppning 52 som har en relativt stor area. I det andra läget, som illustreras i fig. 5, uppvisar kana- 523 740 len 14 en minsta flödesöppning 52 som har en relativt liten area. Hos varje skovelpar 51 anligger i det öppna läget skovlarnas 33, 45 nämnda vridsymmetriska ytpartier 39, 50 mot varandra, vilket framgår av fig. 4. För att 5 utifrån det första läget erhålla det andra läget i fig. 5, bringas reglerskovelhjulet 29 att vrida sig relativt huvudskovelhjulet 28, varvid hos varje skovelpar 51 reglerskovelns 45 vridsymmetriska ytparti 50 bringas att glida längs huvudskovelns 33 vridsymmetriska ytparti 39 10 till dess att det andra läget erhålles efter en förut- bestämd vinkelåndring mellan regler- och huvudskovel- hjulen 29, 28. Det inses här att en förutsättning för att förflyttningen från det första till det andra läget skall kunna ske med bibehållen tät kontakt mellan huvud- och 15 reglerskovlarna 33, 45 i varje skovelpar 51, är att ytpartierna 39 och 50 är vridsymmetriska kring rotations- axeln 27.

Det inses att det andra läget kan vara ett helt stängt 20 läge, i vilket reglerskoveln 45 i ett skovelpar 51 är i kontakt med huvudskoveln 33 i angränsande skovelpar 51 och kanalen 14 är helt stängd. Det inses också att huvud- och reglerskovlarna 33, 45 skall vara utformade så att kanalen 14 i varje läge mellan nämnda första och andra 25 läge har rätt form ur strömningsteknisk synpunkt. Bland annat skall kanter och utsprång undvikas, i vilka förore- ningar kan fastna. Såsom framgår av fig. 1 är skovlarna 33, 45 utformade med sin största skovelhöjd närmast pump- lf" hjulets 2 nav och med sin minsta skovelhöjd vid pump- , 30 hjulets 2 periferi. Vid rotation av pumphjulet 2 kring rotationsaxeln 27 är avståndet mellan skovlarna 33, 45 och det sjätte konstruktionselementet 9 konstant och ïjß likaså vid vridning av reglerskovelhjulet 29 relativt huvudskovelhjulet 28. Med andra ord är pumphjulets 2 35 yttre dimensioner oförändrade vid en flödesreglerande ,¿¿ vridning av reglerskovelhjulet 29. 523 740 1... .

Figur 9 visar en alternativ utföringsform av ett pumphjul 2, som omfattar ett reglerskovelhjul 29 och ett huvud- skovelhjul 28, där varje huvudskovel 33 endast består av den i fig. 2 visade inloppsänden 34, vilket är tillräck- 5 ligt för att flödesregleringen enligt uppfinningen skall fungera.

För vridning av reglerskovelhjulet 29 relativt huvud- skovelhjulet 28 omfattar centrifugalpumpen en regler- 10 anordning 13. I den utföringsform som visas i fig. 1 är regleranordningen 13 hydrauliskt manövrerad och anordnad inuti pumpaxelns 12 andra, ihåliga axeldel 16. Regler- anordningen 13 omfattar dels en axiellt placerad och i axiell riktning manövrerbar hydraulkolv 53, dels en 15 axiellt placerad och kring rotationsaxeln 27 vridbar regleraxel 54. En snäckväxel 55 vid regleraxelns 54 första, övre ände 56 överför hydraulkolvens 53 axiella rörelse till en vridrörelse hos regleraxeln 54. Hydraul- kolven 53 manövreras av hydraulolja, som genom två 20 hydraulledningar 57, 58 leds till och fràn hydraulkolven 53. Fig. 6 och 7 visar förstorade delvyer över hydraul- ledningarna 57, 58, från vilka det framgår hur hydraul- oljan på konventionellt sätt överförs mellan det statio- nära pumphuset 1 och den roterbara pumpaxeln 12. Vid 25 regleraxelns 54 andra, nedre ände 59 är reglerskovel- hjulet 29 med ett skruvförband fäst vid regleraxeln 54 genom en bult 60, som går genom reglerskovelhjulets 29 centrumhàl 43. É 30 I en alternativ utföringsform av en centrifugalpump 'ïiï enligt uppfinningen, som visas i fig. 8, omfattar regler- ;':1 anordningen 13 istället för en hydraulkolv en elektrisk .fïz motor 61, företrädesvis en stegmotor, som på samma sätt som den tidigare beskrivna hydraulkolven är anordnad 35 inuti pumpaxelns 12 nedre, ihåliga axeldel 16. Den .Uk elektriska motorns 61 axel (ej visad) är kopplad till regleraxeln 54, företrädesvis genom en planetväxel. Den >.;|| 10 15 20 25 30 35 . ' Å o n ' > n a 523 740 a elektriska motorns 61 strömkälla kan vara en làgspän- ningsströmkälla, exempelvis 24 volt DV, som genom en släpkontakt 62 omfattande släpringar och borstar matar den vid drift inuti pumpaxeln 12 roterande motorn 61.

Företrädesvis överföres kontrollsignaler till motorn 61 pà samma sätt.

Enligt uppfinningen är således reglerskovelhjulet 29 vid drift vridbart relativt huvudskovelhjulet 28 för att under pågående pumpning möjliggöra en öppning eller minskning av nämnda flödesöppning 52. Pà detta sätt kan under pågående pumpning flödet genom pumpen lätt regle- ras. Exempelvis kan, om stora partiklar under en begrän- sad tidsperiod förväntas uppträda i vätskan, flödesöpp- ningen 52 tillfälligt maximeras för att förhindra igen- sättning av pumpen. Alternativt kan reglerskovelhjulet 29 innan start av pumpen vridas relativt huvudskovelhjulet 28 så att önskad initial flödesöppning 52 erhålles. Exem- pelvis kan det vara önskvärt att inför start av pumpen stänga eller minimera flödesöppningen 52 för att erhålla ett så litet startmoment som möjligt.

Uppfinningen har ovan beskrivits utifrân en centrifugal- pump för en vätska. Det inses emellertid att uppfinningen är lika tillämplig vid en centrifugalfläkt för en gas. 010822 P1545SE TOl

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 523 740 10 P A T E N T K R A V

1. Pumpanordning av centrifugaltyp omfattande - ett pumphus (1) omfattande ett snäckformat konstruk- tionselement (8) uppvisande en axiell inloppsöppning (10) och en tangentiell utloppsöppning (11), - ett i pumphuset (1) kring en rotationsaxel (27) roter- bart anordnat pumphjul (2) omfattande skovlar (33, 45) för transportering av en fluid från inloppsöppningen (10) till utloppsöppningen (11), och - en till pumphjulet (2) kopplad drivanordning (3) för drivning av pumphjulet (2), kännetecknad av - att pumphjulet (2) omfattar ett flertal angränsande skovelpar (51), som mellan sig definierar kanaler (14) med reglerbara flödesöppningar (52) för fluiden och som (33) anordnad pà ett kring rotationsaxeln (27) roterbart huvudskovelhjul vardera omfattar dels en huvudskovel (28), dels en reglerskovel (45) anordnad på ett kring rotationsaxeln (27) och tillsammans med huvudskovel- hjulet (28) roterbart och relativt huvudskovelhjulet (28) vridbart reglerskovelhjul (29), och - att pumpanordningen omfattar en till reglerskovelhjulet (29) kopplad regleranordning (13), som genom vridning av reglerskovelhjulet (29) relativt huvudskovelhjulet (28) är anordnad att reglera flödesöppningarna (52).

2. Pumpanordning enligt krav 1, kännetecknad av att huvud- och reglerskovlarna (33, 45) i varje skovelpar (51) är i glidbar kontakt med varandra.

3. Pumpanordning enligt krav 2, kännetecknad av dels att huvudskoveln (33) i varje skovelpar (51) har en inloppsände (34) vid vilken huvudskoveln (33) uppvisar ett kring rotationsaxeln (27) vridsymmetriskt, konkavt ytparti (39), dels att reglerskoveln (45) i varje skovel- 10 15 20 25 30 35 52s 740 ll par (51) har en inloppsände (46) vid vilken reglerskoveln (45) uppvisar ett kring rotationsaxeln (27) vridsymmet- riskt, konvext ytparti (50), som är i nämnda glidbara kontakt med huvudskovelns (33) konkava ytparti (39).

4. Pumpanordning enligt något av kraven 1-3, känneteck- nad av att regleranordningen (13) är anordnad inuti pump- axeln (12).

5. Pumpanordning enligt krav 4, kännetecknad av att regleranordning (13) omfattar dels en i pumpaxeln (12) axiellt placerad och i axiell riktning manövrerbar hydraulkolv (53), dels en i pumpaxeln (12) axiellt placerad och kring rotationsaxeln (27) vridbar regleraxel (54), som i sin ena ände (56) är ansluten till en snäck- växel (55) för överföring av hydraulkolvens (53) axiella rörelse till en vridrörelse hos regleraxeln (54), och i sin andra ände (59) är ansluten till reglerskovelhjulet (29).

6. Pumpanordning enligt krav 4, kännetecknad av att regleranordningen (13) omfattar dels en i pumpaxeln (12) axiellt placerad elektrisk motor (61), företrädesvis en stegmotor, dels en i pumpaxeln (12) axiellt placerad och kring rotationsaxeln (27) vridbar regleraxel (54), som i sin ena ände (56) är ansluten till en planetväxel för överföring av motorns (61) rörelse till en vridrörelse hos regleraxeln (54), och i sin andra ände (59) är anslu- ten till reglerskovelhjulet (29).

7. Pumpanordning enligt något av kraven 1-6, känneteck- nad av att pumphjulets (2) yttre dimensioner är oföränd- rade vid vridning av reglerskovelhjulet (29) relativt huvudskovelhjulet (28). Pl545SE NK3 030903