Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart Centrifugal pump impeller of radial design
Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart, bei dem eine gerade Anzahl Schaufeln vorgesehen ist, bei dem der einzelne Schaufelkanal zwischen den ihn jeweils begrenzenden Schaufeln entweder von einem Deckscheibensegment oder von einem Rückflächensegment, die im jeweiligen Wechsel aufeinanderfolgen, berandet ist, und bei dem jeder Schaufelkanal auf seiner dem jeweiligen Deck- oder Rückflächensegment gegenüberliegenden Seite vom Eintritts- zum Austrittsbereich des Laufrades durchgängig offen ausgebildet ist.The invention relates to a centrifugal pump impeller of radial design, in which an even number of blades is provided, in which the individual blade channel between the blades delimiting it in each case is bordered either by a cover plate segment or by a rear surface segment, which alternate in succession, and in which each Blade channel is designed to be continuously open on its side opposite the respective top or rear surface segment from the inlet to the outlet region of the impeller.
Ein Kreiselpumpenlaufrad der gattungsgemäßen Art ist aus der DE-A-195 30 195 bekannt. Es vereinigt in sich Eigenschaften eines sogenannten vollständig offenen und eines geschlossenen Laufrades, ohne daß es die diesen Laufradformen anhaftenden Nachteile übernimmt. Die Vor- und Nachteile offener und geschlossener Laufräder seien nachfolgend kurz umrissen.A centrifugal pump impeller of the generic type is known from DE-A-195 30 195. It combines the properties of a so-called completely open and a closed impeller without taking on the disadvantages inherent in these impeller shapes. The advantages and disadvantages of open and closed impellers are briefly outlined below.
Insbesondere bei Kreiselpumpen, die im Nahrungsmittel- und Getränkebereich Einsatz finden, ist es üblich, sogenannte offene Laufräder radialer Bauart zu verwenden. Offene Laufräder sind solche, bei denen die Deckwand oder die sogenannte Deckscheibe fehlt und die Schaufeln allein mit der Nabenwand oder der sogenannten Rückfläche verbunden sind ([*]: Pfleiderer/Petermann, Strόmungs- maschinen, 4. Auflage, 1972, Seiten 175, 285 ff). Offene Laufräder haben den Vorteil, daß die Schaufelkanäle, falls erforderlich, gut zu bearbeiten sind (oft werden geschliffene oder polierte Oberflächen gefordert) und die Schaufelkanäle zu Inspektionszwecken einsehbar sind. Darüber hinaus sind sie gegenüber ge- • schlossenen Laufrädern, die eine Deckscheibe aufweisen, leichter im Durchfluß zu reinigen (sie sind ClP-reinigungsfähig, was soviel bedeutet wie "Reinigung an Ort und Stelle im Durchfluß"), da ein offener Kanal zwangsläufig eine kleinere berandende Oberfläche aufweist und der bei geschlossenen Laufrädern vorhandene saugseitige enge Radseitenraum zwischen Gehäuse und Deckscheibe gänzlich entfällt. Bei langsamläufigen offenen Laufrädem radialer Bauart ist aller- dings der hydraulische Wirkungsgrad schlechter als bei geschlossenen Laufrä-
2In the case of centrifugal pumps used in the food and beverage sector in particular, it is common to use so-called open impellers of radial design. Open impellers are those in which the top wall or the so-called cover disk is missing and the blades are only connected to the hub wall or the so-called rear surface ([*]: Pfleiderer / Petermann, Strόmungsmaschinen, 4th edition, 1972, pages 175, 285 ff). Open impellers have the advantage that, if necessary, the blade channels can be machined well (often ground or polished surfaces are required) and the blade channels can be viewed for inspection purposes. In addition, they are resistant to • door wheels that have a cover plate, easier to clean in the effluent (they are CIP-cleanable, which means "cleaning in place in the flow") as an open channel necessarily a smaller has a bordering surface and the narrow suction side space between the housing and the cover disc that is present on closed impellers is completely eliminated. With slow-running open wheels of radial design, however, the hydraulic efficiency is poorer than with closed wheels. 2
dem, da durch die Druckdifferenz zwischen Schaufelvorderseite und Schaufelrückseite ein Spaltverlust entsteht (siehe [*], Seite 285 ff).This is because the pressure difference between the front of the blade and the rear of the blade causes a gap loss (see [*], page 285 ff).
Offene und geschlossene Kreiselpumpenlaufräder radialer Bauart haben eine ge- meinsame Eigenschaft: sie üben, falls keine Abhilfe durch zusätzliche Maßnahmen geschaffen wird, axiale Kräfte auf die Pumpenwelle aus (siehe [*], Seite 289 ff). Übliche Ausgleichsmaßnahmen, wie z.B. Dichtungsspalt auf der Rückseite des Laufrades in Verbindung mit Durchlaßöffnungen in der Nabenwand bzw. Rückfläche des Laufrades oder die Anbringung von sogenannten Rückschaufeln im druckseitigen Radseitenraum (siehe [*], Seite 293 ff) sind zumindest bei Kreiselpumpen, die im Nahrungsmittel- und Getränkebereich Einsatz finden, ungeeignet und in den meisten Anwendungsfällen nicht tolerierbar, da durch diese Ausgleichsmaßnahmen zusätzlich besonders reinigungskrittsche Bereiche geschaffen werden, die einer CIP-Reinigung schlecht zugänglich sind.Open and closed centrifugal pump impellers of radial design have one common property: if no remedial measures are taken, they exert axial forces on the pump shaft (see [*], page 289 ff). Usual compensation measures, such as Sealing gap on the back of the impeller in connection with passage openings in the hub wall or rear surface of the impeller or the attachment of so-called back blades in the pressure side of the wheel side space (see [*], page 293 ff) are at least for centrifugal pumps that are used in the food and beverage sector , unsuitable and intolerable in most applications, since these compensation measures also create areas for cleaning that are difficult to access for CIP cleaning.
Beim Laufrad der gattungsgemäßen Art (DE-A-195 30 195) sind die auf dieses wirkenden axialen Strömungskräfte nahezu ausgeglichen, ohne daß es hierzu besonderer zusätzlicher Vorkehrungen bedarf. Dies resultiert zum einen aus der Tatsache, daß benachbarte Schaufelkanäle im jeweiligen Wechsel durch ein Deckscheiben- oder ein Rückflächensegment geschlossen sind und somit, zumindest im radialen Erstreckungsbereich der Schaufeln, hinreichend gleiche Druckverteilungen auf beiden Seiten des Kreiselpumpenlaufrades vorliegen und in Umfangsrichtung jeweils ohnehin keine unterschiedliche Druckverteilung entstehen kann. Im Nabenbereich ist zum anderen ein begrenzter Durchgriff der Strömung, von der Deckflächen- zur Rückflächenseite gegeben, wodurch eine Reduzierung der in diesem Bereich entstehenden axialen Strömungskräfte eintritt.In the case of the impeller of the generic type (DE-A-195 30 195), the axial flow forces acting on it are almost balanced without any special additional precautions being required. This results, on the one hand, from the fact that adjacent vane channels are alternately closed by a cover plate or a rear surface segment and thus, at least in the radial extent of the vanes, there are sufficiently equal pressure distributions on both sides of the centrifugal pump impeller and no different pressure distribution in the circumferential direction anyway can arise. On the other hand, there is a limited penetration of the flow in the hub area, from the top surface to the rear surface side, as a result of which a reduction in the axial flow forces occurring in this area occurs.
Bei dem vorgenannten bekannten Laufrad ergeben sich unterschiedliche Eintrittsbedingungen für die Strömung in die jeweiligen Schaufelkanäle, wodurch für die durch Deckflächensegmente begrenzten Schaufelkanäle, d.h. für die auf der rückwärtigen Laufradseite durchströmten Kanäle, ungünstigere Eintrittsbedingungen vorliegen. Dies resultiert aus der Tatsache, daß die durch Rückflächenseg-
3 mente begrenzten Schaufelkanäle auf ihrer Anströmseite vollständig geöffnet sind und somit sich der Anströmung uneingeschränkt darbieten, während die Strömung in die rückwärtigen Schaufelkanäle den begrenzten Eintrittsquerschnitt zwischen dem jeweiligen Deckflächensegment und einer äußersten radialen Naben- ausformung passieren muß. Durch diesen Sachverhalt wird das Saugverhalten des Laufrades und damit der Kreiselpumpe nachteilig beeinflußt. Dies wirkt sich beispielsweise bei der Förderung von heißen Reinigungsmitteln aus, die noch bei Temperaturen von 80°C bis 90°C von einer zum Einsatz kommenden Kreiselpumpe angesaugt werden können müssen. Der in einem derartigen Anwendungsfall von der Kreiselpumpe zu erbringende sog. NPSH-Wert ist mit dem bekannten Laufrad gemäß DE-A-195 30 195 kaum zu erreichen. Darüber hinaus resultieren aus den vorgenannten unterschiedlichen Eintrittsbedingungen und den daraus resultierenden Strömungs- und Druckverteiiungen Axialkräfte, deren weitere Reduzierung wünschenswert ist.In the aforementioned known impeller there are different entry conditions for the flow into the respective blade channels, which means that less favorable entry conditions exist for the blade channels delimited by cover surface segments, ie for the channels through which flow flows on the rear side of the impeller. This results from the fact that the 3 mente limited vane channels on their upstream side are fully open and thus the flow is unrestricted, while the flow into the rear vane channels must pass the limited inlet cross-section between the respective top surface segment and an outermost radial hub shape. The suction behavior of the impeller and thus the centrifugal pump is adversely affected by this fact. This affects, for example, the conveyance of hot cleaning agents, which must still be able to be sucked in by a centrifugal pump at temperatures of 80 ° C to 90 ° C. The so-called NPSH value to be provided by the centrifugal pump in such an application can hardly be achieved with the known impeller according to DE-A-195 30 195. In addition, the aforementioned different entry conditions and the resulting flow and pressure distributions result in axial forces, the further reduction of which is desirable.
Aus der EP-A-0 599 138 ist eine Blutpumpe zur Umwälzung von Blut bekannt, die ebenfalls alle Merkmale einer Kreiselpumpe der gattungsgemäßen Art aufweist. Bei dieser bekannten Pumpe sind zwar Öffnungen im nabenseitigen Laufradbereich gezeigt, die allerdings dort nur die Rückflächensegmente erfassen und je- weils in eine der angrenzenden Schaufeln eingreifen. Diese Maßnahme verbessert zwar die Eintrittsbedingungen für den durch Deckscheibensegmente abgedeckten, rückwärtigen Schaufelkanal, sie schafft jedoch keine günstigeren Bedingungen für eine Reduzierung der axialen Kräfte.A blood pump for circulating blood is known from EP-A-0 599 138, which also has all the features of a centrifugal pump of the generic type. In this known pump, openings are shown in the hub-side impeller area, which, however, only capture the rear surface segments there and engage in each case in one of the adjacent blades. Although this measure improves the entry conditions for the rear vane duct covered by cover plate segments, it does not create any more favorable conditions for reducing the axial forces.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart zu schaffen, das die Vorteile des vollständig offenen und jene des geschlossenen in sich vereint, das weitestgehend frei von axialen Strömungskräften ist und bei dem die Eintrittsbediπgungen und damit das Saugverhalten gegenüber dem Kreiselpumpenlaufrad der gattungsgemäßen Art noch weiter verbessert sind.
4It is an object of the present invention to provide a centrifugal pump impeller of radial design which combines the advantages of the completely open and those of the closed, which is largely free of axial flow forces and in which the entry conditions and thus the suction behavior compared to the centrifugal pump impeller of the generic type are further improved. 4
Die Aufgabe wird durch Anwendung der Merkmaie des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des vorgeschlagenen Kreiselpumpenlaufrades sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by applying the features of claim 1. Advantageous embodiments of the proposed centrifugal pump impeller are the subject of the dependent claims.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind in an sich bekannter Weise nur in vollem Umfang erreichbar für eine gerade Anzahl von Schaufeln, da nur dann sichergestellt ist, daß kein Spaltverlust durch Druckdifferenz zwischen Schaufelvorder- und Schaufelrückseite entsteht. In jenen Bereichen, wo Deckscheiben- und Rückflächensegment im jeweiligen Wechsel aufeinanderfolgen, wird sicherge- stellt, daß zwischen benachbarten Schaufelkanälen keine Verbindung und damit keine Spaltströmung, die den hydraulischen Wirkungsgrad u.a. negativ beeinflußt, gegeben ist.The advantages which can be achieved with the invention can only be achieved in a known manner to the full extent for an even number of blades, since it is only then ensured that there is no gap loss due to pressure difference between the front and rear of the blade. In those areas where the cover plate and rear surface segments alternate in each case, it is ensured that there is no connection between adjacent vane channels and therefore no gap flow that affects the hydraulic efficiency etc. negatively influenced, is given.
Da das Kreiselpumpenlaufrad in seinem äußeren Bereich keine, über seinen Um- fang gesehen, geschlossene Deckscheibe und Rückfläche besitzt, sondern nur Deckscheiben- und Rückflächensegmente aufweist, bildet es dort im eingebauten Zustand im Zusammenwirken mit dem Pumpengehäuse auch keinen ringförmig in sich geschlossenen deckscheiben- und rückflächenseitigen Radseitenraum aus, der jeweils hinsichtlich einer einwandfreien CIP-Reinigung problematisch wäre. Insofern gehen die Vorteile des vorgeschlagenen Kreiselpumpenlaufrades noch über jene des bekannten offenen Laufrades radialer Bauart hinaus, da hier der rückflächenseitige Radseitenraum nach wie vor vorhanden und reinigungstechnisch problematisch ist.Since the centrifugal pump impeller does not have a closed cover disk and rear surface, seen over its circumference, but only has cover disk and rear surface segments, it does not form a ring-shaped, self-contained cover disk and in cooperation with the pump housing rear side wheel side space, which would be problematic in terms of proper CIP cleaning. In this respect, the advantages of the proposed centrifugal pump impeller go beyond those of the known open impeller of radial design, since here the rear side of the wheel side space is still present and is problematic in terms of cleaning technology.
Im nabenseitigen Laufradbereich weisen sowohl die Deckscheibensegmente als auch die Rückflächensegmente jeweils eine Durchtrittsöffnung auf, die alle auf einem inneren Durchmesser beginnen, der bestimmt ist durch eine, in radialer Richtung gesehen, äußerste radiale Nabenausformung im Eintrittsbereich der Schaufelkanäle, und die sich radial nach außen erstrecken. Durch diese Maß- nähme gemäß der Erfindung wird zum einen der Eintrittsbereich der durch Deckscheibensegmente begrenzten Schaufelkanäle geöffnet, wodurch die Eintrittsbedingungen für die Strömung signifikant gegenüber jenen des bekannten Laufra-
5In the hub-side impeller area, both the cover disk segments and the rear surface segments each have a passage opening, all of which start on an inner diameter, which is determined by an outermost radial hub shape in the radial direction, as seen in the radial direction, and which extend radially outward . This measure in accordance with the invention firstly opens the inlet area of the vane channels delimited by cover plate segments, as a result of which the inlet conditions for the flow are significant compared to those of the known rotor. 5
des (DE-A-195 30 195) verbessert werden, zum andern schaffen die vorgenannten Durchtrittsöffnungen einen verbesserten Durchgriff der Strömung von der Anströmseite zur Rückseite des Laufrades, wodurch der Ausgleich axialer Strömungskräfte auf das Laufrad in diesem Bereich weiter verbessert wird und außer- dem, als willkommener Nebeneffekt, eine wirkungsvolle und sichere Reinigung der hinter dem Laufrad liegenden Gleitringdichtung sichergestellt ist.(DE-A-195 30 195) can be improved, on the other hand the aforementioned passage openings create an improved penetration of the flow from the inflow side to the rear of the impeller, whereby the compensation of axial flow forces on the impeller in this area is further improved and moreover , as a welcome side effect, an effective and safe cleaning of the mechanical seal behind the impeller is ensured.
Wird, wie dies gemäß einem weiteren Vorschlag vorgesehen ist, die äußerste radiale Nabenausformung derart dimensioniert, daß diese die Rückflächenseg* mente der Schaufelkanäle flächig und vollumfänglich miteinander verbindet, dann ergeben sich hierdurch die günstigsten Bedingungen für einen vollständigen Ausgleich der axialen Strömungskräfte in diesem Bereich.If, as is provided according to a further proposal, the outermost radial hub shape is dimensioned in such a way that it connects the rear surface segments of the blade channels to one another over their entire area, this results in the most favorable conditions for a complete compensation of the axial flow forces in this area.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorgeschlagenen Kreiselpumpen- laufrades sind die axialen Projektionsflächen der Durchtrittsöffnungen alle kongruent ausgeführt. Diese vollständige Kongruenz der Durchtrittsöffnungen schafft zudem sowohl im nabenseitigen Laufradbereich als auch im Bereich der verbleibenden Deck- und Rückflächensegmente völlige Kongruenz aller von Druckkräften wirksam beaufschlagten Flächen, zumindest soweit es sich um eine Kräftebi- lanz in axialer Richtung handelt, wodurch optimale Bedingungen für den angestrebten weitestgehenden Axialschubausgleich gegeben sind.According to a further embodiment of the proposed centrifugal pump impeller, the axial projection surfaces of the passage openings are all congruent. This complete congruence of the through-openings also creates complete congruence of all surfaces that are effectively acted upon by pressure forces, both in the hub-side impeller region and in the region of the remaining top and rear surface segments, at least insofar as it is a force balance in the axial direction, as a result of which optimal conditions for the desired the greatest possible axial thrust compensation.
Das vorgeschlagene Kreiselpumpenlaufrad weist optimierte hydraulische Eigenschaften auf, es ist fertigungstechnisch sowohl als Guß als auch als Umformteil (Blechteil) herstellbar, und es weist die notwendigen Festigkeitseigenschaften " auf, wenn es, wie dies eine weitere Ausgestaltung vorsieht, derart ausgestaltet ist, daß die Durchtrittsöffnungen jeweils neben ihrer Beraπdung durch die äußerste radiale Nabenausformung, die einen radialen Abstand R2 von der Rotationsachse des Laufrades aufweist, durch die Konturen der beiden jeweiligen benachbarten Schaufeln und zum anderen, radial außenseits, von einer kreisförmigen Begrenzung mit radialem Abstand R1 von der Rotationsachse des Laufrades berandet werden.
Die, in radialer Richtung gesehen, außenseitige kreisförmige Begrenzung der Durchtrittsöffnungeπ erlaubt es, die verbleibenden Deck- und Rückflächensegmente in ihrer radialen Erstreckung den unterschiedlichen hydraulischen Bedürf- nissen anzupassen, wie sie sich im Rahmen einer Pumpenbaureihe (Notwendigkeit der Variation des Förderstromes und der Förderhöhe) ergeben. Das vorgeschlagene Laufrad läßt sich, beginnend von einem größten Außendurchmesser, in radialer Richtung so weit reduzieren, bis die Deck- und Rückflächensegmente die einzelnen Schaufeln nur noch in Form einer schmalen Ringfläche, die die fe- stigkeitsmäßig bedingten Mindesterfordernisse erfüllt, miteinander verbindet.The proposed centrifugal pump impeller has optimized hydraulic properties, it can be manufactured both as a cast and as a shaped part (sheet metal part), and it has the necessary strength properties " if, as a further embodiment provides, it is designed in such a way that the passage openings each in addition to their edge by the outermost radial hub shape, which has a radial distance R2 from the axis of rotation of the impeller, by the contours of the two respective adjacent blades and on the other, radially on the outside, by a circular boundary with a radial distance R1 from the axis of rotation of the impeller be bordered. The radial boundary of the passage openings, as seen in the radial direction, allows the radial extension of the remaining top and rear surface segments to be adapted to the different hydraulic requirements as they occur in the context of a pump series (necessity of varying the flow rate and the delivery head) surrender. The proposed impeller can be reduced in the radial direction, starting from the largest outer diameter, until the top and rear surface segments connect the individual blades only in the form of a narrow ring surface that meets the minimum strength requirements.
Gemäß einem weiteren Vorschlag wird die notwendige Festigkeit des Laufrades dadurch sichergestellt, daß der äußere Radius Ra des Laufrades den radialen Abstand R1 der außenseitigen Berandung der Durchtrittsöffnung um einen ersten radialen Abstand Δ R , der aus der notwendigen Festigkeit des Laufrades resultiert, übersteigt. Darüber hinaus wird die zu fordernde Variationsbreite der Förderhöhenanpassung eines Laufrad-Nenndurchmessers dadurch sichergestellt, daß außer dem ersten radialen Abstand Δ RF noch ein zweiter radialer Abstand ΔRV vorgesehen ist. Somit ergibt sich der äußere Radius Ra des Laufrades aus dem radialen Abstand R1 der außenseitigen Berandung der Durchtrittsöffnung, dem ersten radialen Abstand Δ RF und dem zweiten radialen Abstand ΔRV. Eine insgesamt besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Kreiselpumpenlaufrades radialer Bauart ist dann gegeben, wenn der erste radiale Abstand ΔRF mit 10<ΔRF<20 mm, vorzugsweise ΔRF=15 mm, und wenn der zweite radiale Ab- stand Δ Rv mit 20<Δ Rv<30mm, vorzugsweise Δ R =25 mm vorgesehen sind.According to a further proposal, the necessary strength of the impeller is ensured by the fact that the outer radius R a of the impeller exceeds the radial distance R1 of the outside edge of the passage opening by a first radial distance Δ R, which results from the necessary strength of the impeller. In addition, the required range of variation of the delivery head adjustment of a nominal impeller diameter is ensured by providing a second radial distance ΔR V in addition to the first radial distance ΔR F. The outer radius R a of the impeller thus results from the radial distance R1 of the outer edge of the passage opening, the first radial distance Δ RF and the second radial distance ΔR V. An overall particularly advantageous embodiment of the centrifugal pump impeller of radial design is given when the first radial distance ΔR F with 10 <ΔR F <20 mm, preferably ΔR F = 15 mm, and when the second radial distance Δ R v with 20 < Δ R v <30 mm, preferably Δ R = 25 mm are provided.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Vorschlag ist im Auslegungspunkt des Laufrades der Schaufelkanal jeweils derart bemessen, daß in ihm an keiner Stelle eine absolute Geschwindigkeit vorliegt, deren Betrag eine Geschwindigkeit von 2 m/s nennenswert übersteigt. Dadurch wird zum einen eine schonende Förderung des jeweiligen Fluides sichergestellt und zum andern ein günstiges Saugverhalten und damit ein entsprechend hoher NPSH-Wert erreicht. Eine schonen-
7According to a further advantageous proposal, the blade channel is dimensioned at the design point of the impeller in such a way that there is no absolute speed in it at any point, the amount of which significantly exceeds a speed of 2 m / s. This ensures, on the one hand, a gentle delivery of the respective fluid and, on the other hand, a favorable suction behavior and thus a correspondingly high NPSH value. A gentle 7
de Förderung ist immer dann erwünscht, wenn die vorgeschlagene Kreiselpumpe im Nahrungs- und Lebensmittelbereich zum Einsatz kommt. Gutes Saugvermögen wird von ihr insbesondere immer dann gefordert, wenn sie heiße Flüssigkeiten fördern muß. Dies ist beispielsweise immer dann der Fall, wenn sie als Reini- gungsmittelpumpe fungiert und Reinigungsmittel mit einer Temperatur von 80°C bis 90°C noch angesaugt werden muß.de Funding is always welcome when the proposed centrifugal pump is used in the food and food sector. Good pumping speed is always required of it when it has to convey hot liquids. This is always the case, for example, if it acts as a detergent pump and detergent with a temperature of 80 ° C to 90 ° C still has to be sucked in.
Das Saugvermögen und damit der NPSH-Wert werden günstig beeinflußt, wenn, wie dies ebenfalls ein weiterer Vorschlag vorsieht, im Auslegungspunkt des Lauf- rades einerseits die jeweilige Druckkante der Schaufeln derart ausgelegt ist, daß die Strömung die Druckkante stoßfrei verläßt, und wenn andererseits die jeweilige Saugkante der Schaufeln derart ausgelegt ist, daß die Strömung die Saugkante erst bei einem Förderstrom, der den Förderstrom im Auslegungspunkt nennenswert übersteigt, stoßfrei anströmt. Dies bedeutet, daß die Saugkante im Ausle- gungspunkt der Kreiselpumpe quasi im Teillastbetrieb arbeitet, während dieThe pumping speed and thus the NPSH value are favorably influenced if, as is also provided for in another proposal, the respective pressure edge of the blades is designed in the design point of the impeller on the one hand so that the flow leaves the pressure edge without bumps and on the other hand the The respective suction edge of the blades is designed in such a way that the flow only flows smoothly towards the suction edge at a flow rate that significantly exceeds the flow rate at the design point. This means that the suction edge at the design point of the centrifugal pump works almost in part-load mode, while the
Druckkante der Schaufel unter diesen Bedingungen eine stoßfreie und damit eine für den Förderstrom im Auslegungspunkt optimale Abströmung erfährt. Es hat sich in diesem Zusammenhang als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die stoßfreie Anströmung der Saugkante bei einem Förderstrom gegeben ist, der den Förderstrom im Auslegungspunkt um etwa das zweifache übersteigt.The pressure edge of the blade experiences a bumpless under these conditions and therefore an optimal outflow for the flow at the design point. In this context, it has proven to be particularly advantageous if there is a smooth flow against the suction edge at a flow rate that exceeds the flow rate at the design point by approximately twice.
Ein Ausführungsbeispiel des Kreiselpumpenlaufrades gemäß der Erfindung mit einer beispielhaft gewählten Anzahl n = 6 Schaufeln ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigenAn embodiment of the centrifugal pump impeller according to the invention with an exemplary number n = 6 blades is shown in the drawing and is described below. Show it
Fig. 1 eine Ansicht des Kreiselpumpenlaufrades in Richtung seiner Anströmung, wobei zum besseren Verständnis der Laufradgeometrie die Deckscheibensegmente kreuzschraffiert, die Rückflächensegmente linkssteigend und der projizierte Nabenbereich rechtssteigend schraffiert angelegt sind;Figure 1 is a view of the centrifugal pump impeller in the direction of its flow, with the cover disc segments cross-hatched, the rear surface segments left-handed and the projected hub area are hatched right-handed to better understand the impeller geometry.
Fig. 2 einen Meridianschnitt durch das Kreiselpumpenlaufrad gemäß Figur 1 entsprechend dem dort mit A-A gekennzeichneten Schnittverlauf;
8FIG. 2 shows a meridian section through the centrifugal pump impeller according to FIG. 1 in accordance with the section profile identified there by AA; 8th
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Kreiselpumpenlaufrades undFig. 3 is a perspective view of the centrifugal pump impeller and
Fig. 4 einen Meridianschnitt durch einen Teilbereich des Kreiselpumpenlaufrades gemäß Figur 1 , wobei das Laufrad im Zusammenbau mit der Pumpenwelle und dem Pumpengehäuse dargestellt ist.4 shows a meridian section through a portion of the centrifugal pump impeller according to FIG. 1, the impeller being shown in assembly with the pump shaft and the pump housing.
Ein mit n = 6 Schaufeln 3.1 bis 3.6 ausgestattetes Kreiselpumpenlaufrad 1 (Figur 1 ) weist zwangsläufig auch sechs Schaufelkanäle __ bis 5 6 auf. Aus der An- Sichtsdarstellung gemäß Figur 1 in Verbindung mit dem Meridianschnitt gemäß Figur 2 und der perspektivischen Darstellung gemäß Figur 3 (die dort eingetragenen Bezeichnungen beschränken sich auf die einander benachbarten Schaufelkanäle _____ und 5j2) wird deutlich, daß nach der gewählten Nomenklatur der Schaufelkanal _____ durch ein Deckscheibensegment 4.1, der Schaufelkanal S_Z durch ein Deckscheibensegment 4.3 und der Schaufelkanal 5.5 durch ein Deckscheibensegment 4.5 auf der Anströmseite des Kreiselpumpenlaufrades 1 teilweise geschlossen ist (kreuzschraffierte Flächen). Demgegenüber ist der Schaufelkanal 5^2 durch ein Rückflächensegment 4.2, der Schaufelkanal 5^4 durch ein Rückflächensegment 4.4 und der Schaufelkanal 5 > durch ein Rückflächenseg- ment 4.6 auf der der Anströmseite des Kreiselpumpenlaufrades 1 abgewandten Seite jeweils teilweise geschlossen (linkssteigend schraffierte Flächen). Es ist weiterhin ersichtlich, daß durch die vorgeschlagene Anordnung von Deckscheiben- und Rückflächensegmenten 4.1, 4.3, 4.5 bzw. 4.2, 4.4, 4.6, die, in Umfangs- richtung betrachtet, im jeweiligen Wechsel aufeinanderfolgen, keine Schau- feikante gebildet werden kann, die Vorder- und Rückseite der betreffendenA centrifugal pump impeller 1 (FIG. 1) equipped with n = 6 blades 3.1 to 3.6 inevitably also has six blade channels __ to 5 6. From the view representation according to FIG. 1 in conjunction with the meridian section according to FIG. 2 and the perspective representation according to FIG. 3 (the designations entered there are limited to the adjacent blade channels _____ and 5 j 2), it becomes clear that according to the selected nomenclature the Blade channel _____ is partially closed by a cover plate segment 4.1, the blade channel S_Z by a cover plate segment 4.3 and the blade channel 5.5 by a cover plate segment 4.5 on the upstream side of the centrifugal pump impeller 1 (cross-hatched areas). In contrast, the blade channel 5 ^ 2 is partially closed by a rear surface segment 4.2, the blade channel 5 ^ 4 by a rear surface segment 4.4 and the blade channel 5> by a rear surface segment 4.6 on the side facing away from the upstream side of the centrifugal pump impeller 1 (hatched areas on the left). It can also be seen that the proposed arrangement of cover disk and rear surface segments 4.1, 4.3, 4.5 or 4.2, 4.4, 4.6, which, viewed in the circumferential direction, follow each other in alternation, cannot form an edge Front and back of the concerned
Schaufel - und damit zwei benachbarte Schaufelkanäle - jeweils auf kurzem Weg miteinander verbindet. Dadurch werden Spaltströmungen und wirkungsgradmindernde Effekte aufgrund einer Druckdifferenz zwischen Schaufelvorder- und Schaufelrückseite wirksam verhindert.
9Blade - and thus two adjacent blade channels - connects to each other in a short way. This effectively prevents gap flows and efficiency-reducing effects due to a pressure difference between the front and back of the blade. 9
Die Deckscheibensegmente 4.1, 4.3 und 4.5 und die Rückflächensegmente 4.2, 4.4 und 4.6 weisen jeweils eine Durchtrittsöffnung 4.1a, 4.3a, 4.5a oder 4.2a, 4.4a, 4.6a auf, die alle auf einem inneren Durchmesser mit Radius R2 beginnen, der bestimmt ist durch eine, in radialer Richtung gesehen, äußerste radiale Na- benausformung 2a im Eintrittsbereich der Schaufelkanäle 5/1 bis δ_6 (rechtssteigend schraffierte Flächen), und die sich radial nach außen erstrecken (siehe auch Figur 2). Neben ihrer Berandung durch die äußerste radiale Nabenausformung 2a werden die Durchtrittsöffnungen 4.1a bis 4.6a zum einen durch die Konturen der beiden jeweiligen benachbarten Schaufeln (beispielsweise die Durchtrittsöff- nung 4.2a durch die Schaufeln 3.2 und 3.3) und zum andern, radial außenseits, von einer kreisförmigen Begrenzung mit radialem Abstand R1 von der Rotationsachse des Laufrades berandet. (Figuren 1 und 2). Die dargestellte Ausgestaltung der Durchtrittsöffnungen 4.1a bis 4.6a ist so gewählt, daß die axialen Projektionsflächen dieser Durchtrittsöffnungen alle kongruent sind.The cover plate segments 4.1, 4.3 and 4.5 and the rear surface segments 4.2, 4.4 and 4.6 each have a passage opening 4.1a, 4.3a, 4.5a or 4.2a, 4.4a, 4.6a, all of which start on an inner diameter with radius R2, the is determined by an outermost radial hub shape 2a, seen in the radial direction, in the inlet area of the blade channels 5/1 to δ_6 (hatched areas on the right), and which extend radially outward (see also FIG. 2). In addition to their edges due to the outermost radial hub formation 2a, the through openings 4.1a to 4.6a are formed on the one hand by the contours of the two respective adjacent blades (for example the passage opening 4.2a by the blades 3.2 and 3.3) and on the other, radially on the outside a circular boundary with a radial distance R1 from the axis of rotation of the impeller. (Figures 1 and 2). The illustrated configuration of the through openings 4.1a to 4.6a is selected such that the axial projection surfaces of these through openings are all congruent.
Die radiale Erstreckung der Deck- und Rückflächensegmente 4.1 bis 4.6 zwischen dem radialen Abstand R1 und dem Außenradius Ra des Laufrades 1 kann, wenn dies im Rahmen der Anpassung des Laufrades innerhalb der Kreiselpumpen einer Baureihe erforderlich ist, genutzt werden, um unterschiedliche Laufrad- durchmesser zu realisieren. Ein Abdrehen des Laufrades 1 um einen zweiten radialen Abstand ΔR (vorzugsweise ca. 25 mm) ist beispielsweise im vorliegenden Falle möglich bis zu einem Außenradius, der um einen ersten radialen Abstand ΔRF (vorzugsweise ca. 15 mm) größer als das radiale Abstandsmaß R1 ist. In diesem Falle werden noch die festigkeitsmäßig notwendigen Erfordernisse erfüllt, die auch die Vermeidung von Schwingungen und Vibrationen der Schaufeln mitumfassen. Mit dem vorgenannten zweiten radialen Abstand ΔR läßt sich die geforderte Variationsbreite der Förderhöhenanpassung eines Laufrad-Nenndurchmessers hinreichend realisieren.The radial extent of the top and rear surface segments 4.1 to 4.6 between the radial distance R1 and the outer radius R a of the impeller 1 can, if this is necessary as part of the adaptation of the impeller within the centrifugal pumps of a series, to be used by different impeller diameters to realize. Turning the impeller 1 by a second radial distance ΔR (preferably approx. 25 mm) is possible in the present case, for example, up to an outer radius that is larger than the radial distance dimension R1 by a first radial distance ΔR F (preferably approx. 15 mm) is. In this case, the necessary strength requirements are met, which also include the avoidance of oscillations and vibrations of the blades. With the aforementioned second radial distance .DELTA.R, the required variation in the head height adjustment of a nominal impeller diameter can be sufficiently achieved.
Ausgehend von der anströmseitigen Umfangsfläche einer Nabe 2 ist im Eintrittsbereich des durch das jeweilige Deckscheibensegment 4.1, 4.3 und 4.5 begrenz-
10Proceeding from the upstream peripheral surface of a hub 2, in the entry area of the hub defined by the respective cover disk segment 4.1, 4.3 and 4.5 10
ten Schaufelkanals 5J., 5^ und ____, in radialer Richtung gesehen, die äußerste radiale Nabenausformung 2a vorgesehen, die sich radial so weit nach außen erstreckt, daß sie die Rückflächensegmente 4.2, 4.4 und 4.6 der Schaufelkanäle 5.2. 5.4 und 5.6 flächig und vollumfänglich miteinander verbindet (vgl. Figur 1). Die Nabe 2 weist, wie dies allgemein üblich ist, eine Nabenbohrung 2b und eine Mitnehmernut 2c auf.ten blade channels 5J., 5 ^ and ____, seen in the radial direction, the outermost radial hub formation 2a is provided, which extends radially outwards so far that it covers the rear surface segments 4.2, 4.4 and 4.6 of the blade channels 5.2. 5.4 and 5.6 area-wide and fully connected with each other (see Figure 1). As is generally customary, the hub 2 has a hub bore 2b and a driving groove 2c.
Infolge der Möglichkeit des Durchgriffs der Strömung zwischen Laufradvorderund Laufradrückseite im Bereich der Durchtrittsöffnungen 4.1a bis 4.6a ergeben sich dort zwangsläufig keine axialen Strömungskräfte auf das Laufrad 1 (s. Figuren 2 und 4). Selbst wenn infolge strömungsmechanischer Wirkungen die jeweilige Druckverteilung, was nicht gegeben ist, auf die Deckflächen- und die Rückflächensegmente 4.1, 4.3, 4.5 bzw. 4.2, 4.4, 4.6 unterschiedlich wäre, könnten sich diese Unterschiede durch die erfindungsgemäße Anordnung der Durchtrittsöff- nungen 4.1a bis 4.6a auf diesen Flächen, über den Umfang gesehen, nicht ausbilden. Somit ergeben sich aus diesem Sachverhalt auch keine axialen Strömungskräfte auf das Kreiselpumpenlaufrad 1 insgesamt und damit auf die Pum- penwelle. Das erfindungsgemäße Kreiselpumpenlaufrad 1 weist, in sich gesehen, einen weitestgehenden Kräfteausgleich auf, wodurch sich die vorstehend er- wähnten Vorteile ergeben.As a result of the possibility of the flow reaching through between the impeller front and impeller rear in the area of the passage openings 4.1a to 4.6a, there are inevitably no axial flow forces on the impeller 1 (see FIGS. 2 and 4). Even if the respective pressure distribution on the top surface and rear surface segments 4.1, 4.3, 4.5 or 4.2, 4.4, 4.6 would be different due to fluid-mechanical effects, these differences could change due to the arrangement of the passage openings 4.1a according to the invention up to 4.6a on these surfaces, seen over the circumference, do not train. This means that there are no axial flow forces on the centrifugal pump impeller 1 as a whole and thus on the pump shaft. The centrifugal pump impeller 1 according to the invention, seen in itself, has a largely equalization of forces, which results in the advantages mentioned above.
Im Einbauzustand des Laufrades (Figur 4) werden die vorstehend erwähnten Vorteile noch einmal besonders deutlich. Neben dem erwähnten Axialschubausgleich, der sich aus der besonderen Laufradgeometrie im Naben- und Ansaugbe- reich des Laufrades 1 ergibt, zeigt die Darstellung, daß durch das zwischen der Saugkante S im Bereich des Deckscheibensegmentes 4.5 und der äußersten radialen Nabenausformung 2.a gegebene Abstandsmaß a ein Durchgriff der Strömung R (beispielsweise Reinigungsflüssigkeit) in den Bereich der Gleitringdichtung 9, mit einem Gleitring 9a und einem Gegenring 9b, gegeben ist. Hierdurch wird eine sichere und zuverlässige Reinigung eines an sich sehr kritischen Bereiches sichergestellt. Das Laufrad 1 ist über eine Wellenmutter 10 an einem nicht
11When the impeller is installed (FIG. 4), the advantages mentioned above become particularly clear once again. In addition to the mentioned axial thrust compensation, which results from the special impeller geometry in the hub and suction area of the impeller 1, the illustration shows that the distance a given between the suction edge S in the area of the cover plate segment 4.5 and the outermost radial hub shape 2.a. there is a passage of the flow R (for example cleaning liquid) into the area of the mechanical seal 9, with a slide ring 9a and a counter ring 9b. This ensures safe and reliable cleaning of a very critical area. The impeller 1 is not on a shaft nut 10 on one 11
näher bezeichneten Rezeß einer Pumpenwelle 6 festgelegt, wobei zwischen dem Rezeß und dem Laufrad 1 der Gegenring 9b festgesetzt ist. Damit das von dem Laufrad 1 geförderte Fluid nicht in den Bereich zwischen Welle 6 und Nabe 2 gelangt, ist eine Dichtung 11 zwischen Laufrad 1 und Gegenring 9b, eine weitere Dichtung 12 zwischen Wellenmutter 10 und Laufrad 1 und eine dritte Dichtung 13 zwischen dem Gegenring 9b und der Welle 6 vorgesehen.specified recess of a pump shaft 6, the counter ring 9b being fixed between the recess and the impeller 1. So that the fluid delivered by the impeller 1 does not reach the area between the shaft 6 and the hub 2, there is a seal 11 between the impeller 1 and the counter ring 9b, a further seal 12 between the shaft nut 10 and the impeller 1 and a third seal 13 between the counter ring 9b and the shaft 6 provided.
Das Laufrad 1 wird auf seiner Anströmseite von einem vorderen Pumpengehäuse 7 und auf der gegenüberliegenden Seite von einem hinteren Pumpengehäuse 8 berandet. Vorderes und hinteres Pumpengehäuse 7 bzw. 8 sind im Bereich der Deckscheiben- und Rückflächensegmente 4.1 ;4.3;4.5;...4.n-1 bzw. 4.2;4.4;4.6; ...4.π symmetrisch und mit gleichen Projektionsflächen ausgestattet, so daß im Zusammenwirken mit dem ebenfalls symmetrisch und in Bezug auf die Rückflächen- und Deckflächensegmente gleichflächig ausgebildeten Laufrad 1 der vor- stehend beschriebene weitestgehende Ausgleich axialer Kräfte erreicht wird. Während herkömmliche und hinsichtlich ihrer Leistung vergleichbare Laufräder 1 eine Axialkraft in der Größenordnung von beispielsweise 900 Newton erfahren, verbleiben am Laufrad 1 gemäß der Erfindung lediglich noch Axialkräfte von ca. 35 Newton. Da herkömmliche Normmotoren, die für den Antrieb derartiger Krei- seipumpen geeignet sind, über ihre Wellen lagerung eine zulässige Axialkraft von ca. 350 Newton aufnehmen können, wird deutlich, daß beim Einsatz des erfindungsgemäßen Laufrades 1 keine besonderen Maßnahmen zur Aufnahme dieser geringen unausgeglichenen Axialkräfte erforderlich sind. Darüber hinaus wird deutlich, daß der Einsatz des vorgeschlagenen Laufrades 1 einen beachtlichen Kostenvorteil mit sich bringt, da die Aufnahme der unausgeglichenen Axialkräfte problemlos in der Lagerung des Normmotors erfolgen kann.The impeller 1 is bordered on its upstream side by a front pump housing 7 and on the opposite side by a rear pump housing 8. The front and rear pump housings 7 and 8 are in the area of the cover disk and rear surface segments 4.1; 4.3; 4.5; ... 4.n-1 and 4.2; 4.4; 4.6; ... 4.π symmetrical and equipped with the same projection surfaces, so that in cooperation with the impeller 1, which is also symmetrically constructed and has the same surface area with respect to the rear surface and cover surface segments, the above-described largely equalization of axial forces is achieved. While conventional impellers 1, which are comparable in terms of their performance, experience an axial force in the order of magnitude of, for example, 900 Newtons, only axial forces of approximately 35 Newtons remain on the impeller 1 according to the invention. Since conventional standard motors, which are suitable for driving such rotary pumps, can accommodate a permissible axial force of about 350 Newtons via their shaft bearings, it becomes clear that when using the impeller 1 according to the invention, no special measures are required to absorb these low unbalanced axial forces are. In addition, it is clear that the use of the proposed impeller 1 brings with it a considerable cost advantage, since the unbalanced axial forces can be absorbed without any problems in the mounting of the standard motor.
Bei dem beispielhaft dargestellten Laufrad 1 ist die Drehrichtung mit U gekennzeichnet (Figur 1); es handelt sich in diesem Falle um eine rückwärts gekrümmte Beschaufelung, wobei im Ausführungsbeispiel die jeweilige Schaufel in sich einfach gekrümmt ist. Das erfindungsgemäße Prinzip ist jedoch auch ohne weiteres
12In the exemplary embodiment of impeller 1, the direction of rotation is identified by U (FIG. 1); in this case it is a backward curved blading, the respective blade being simply curved in itself in the exemplary embodiment. However, the principle according to the invention is also straightforward 12
auf rein radial orientierte oder vorwärts gekrümmte Schaufein anwendbar. Die drei Beschaufelungsformen können nun wiederum jeweils räumlich gekrümmte, das heißt dreidimensionale Schaufeln aufweisen. Das gewählte Ausführungsbeispiel bezieht sich darüber hinaus auf ein langsamläufiges Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart (sogenannter Langsam läufer); die vorgeschlagene Erfindung erstreckt sich ohne Einschränkung jedoch auch auf mittelläufige Kreiselpumpenlauf- räder (sogenannte Mittelläufer).
applicable to purely radially oriented or forward curved displays. The three blading shapes can in turn each have spatially curved, that is to say three-dimensional, blades. The selected embodiment also relates to a slow-running centrifugal pump impeller of the radial type (so-called slow rotor); however, the proposed invention extends without restriction to centrifugal impellers (so-called center rotors).