WO2007131658A1 - Radial centrifugal pump with blades which are variable according to the rotational direction - Google Patents

Radial centrifugal pump with blades which are variable according to the rotational direction Download PDF

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Abstract

The invention relates to a radial centrifugal pump having an impeller whose blades are arranged so as to be pivotable about their inner end in order to assume in each case a corresponding different inclined position and curvature for both rotational directions of the impeller, wherein at least one coaxial ring is mounted, so as to be rotatably adjustable about its axis, in at least one side wall of the impeller, and the blades are articulatedly connected to the ring with at least one point situated between the two blade ends.

Description

Radialkreiselpumpe mit nach der Drehrichtung veränderlichen SchaufelnRadial centrifugal pump with blades that change according to the direction of rotation
Die Erfindung betrifft eine Radialkreiselpumpe mit einem Laufrad, dessen Schaufeln um ihr inneres Ende verschwenkbar angeordnet sind, um für beide Drehrichtungen des Laufrades jeweils eine entsprechend unterschiedliche Schrägstellung und Krümmung einzunehmen.The invention relates to a radial centrifugal pump with an impeller whose blades are arranged pivotable about its inner end to take a correspondingly different skew and curvature for both directions of rotation of the impeller.
Um das Laufrad einer Radialkreiselpumpe in beiden Laufrichtungen arbeiten lassen zu können, ist es bekannt, die Laufradschaufeln radial und damit sternförmig anzuordnen. Diese Radialsternlaufräder führen aufgrund ihrer von einer optimalen Geometrie stark abweichenden Form zu hohen Verlusten.In order to be able to operate the impeller of a centrifugal centrifugal pump in both directions, it is known to arrange the impeller blades radially and thus star-shaped. These radial star wheels lead to high losses due to their strongly deviating from an optimal geometry shape.
Aus der US 4 863 344 ist es bekannt, die Schaufeln um ihr inneres Ende verschwenkbar zu lagern, wobei die über die Laufradseitenwände weit hinausragenden flexiblen Schaufeln zwischen zwei Anschlägen hin- und herschwenken können. Die Schaufeln besitzen in beiden Lagen und damit in beiden Laufrichtungen keine optimale Form, so dass eine geringe Effizienz gegeben ist.From US Pat. No. 4,863,344 it is known to pivotably support the blades about their inner end, wherein the flexible blades projecting far beyond the impeller side walls can swing back and forth between two stops. The blades have in both layers and thus in both directions no optimal shape, so that a low efficiency is given.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine drehrichtungsunabhängige Pumpe zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad erreicht.The object of the invention is to provide a direction of rotation independent pump, which achieves a high efficiency.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in mindestens einer Seitenwand des Laufrades mindestens ein koaxialer Ring um seine Achse drehverstellbar gelagert ist und die Schaufeln am Ring mit mindestens einer zwischen den zwei Schaufelenden liegender Stelle angelenkt sind.This object is achieved in that in at least one side wall of the impeller at least one coaxial ring about its axis is mounted rotatably adjustable and the blades are hinged to the ring with at least one point lying between the two blade ends.
Ein solches Laufrad erzeugt bei einfacher und sicherer Konstruktion in beiden Drehrichtungen optimal geformte Schaufeln, so dass in beiden Drehrichtungen eine hohe Effizienz erricht wird. Es entfällt der Zwang, den Motor in definierte Richtung laufen lassen zu müssen; damit kann insbesondere auf zusätzliche elektronische Bauteile verzichtet werden.Such an impeller generates with simple and safe construction in both directions optimally shaped blades, so that in both directions of high efficiency is built. It eliminates the need to run the engine in a defined direction; This can be dispensed in particular with additional electronic components.
Optimale Schaufelformen werden erreicht, wenn zwei oder mehr Ringe koaxial und drehverstellbar in einer Laufradseitenwand gelagert sind, wobei die Schaufeln an jedem Ring angelenkt sind. Auch wird hierzu vorgeschlagen, dass die Schaufeln aus zwei oder mehr Gliedern bestehen, die jeweils aneinander angelenkt sind und wenigstens jedes zweite Glied und/oder Gelenk an dem oder den Ringen befestigt insbesondere angelenkt ist. Hierdurch erhalten alle Schaufeln stets dieselbe Form.Optimum blade shapes are achieved when two or more rings are coaxially and rotationally adjustable in an impeller side wall, the blades being hinged to each ring. It is also proposed for this purpose that the blades consist of two or more members which are each hinged to each other and at least each second member and / or joint attached to the ring or the particular is articulated. This gives all blades always the same shape.
Eine sichere und exakte Führung der Schaufeln wird erreicht, wenn an mindestens einer Schaufel insbesondere an den Schaufelgliedern oder Gelenken Stifte achsparallel zur Laufradachse vorstehen, die in Führungsbahnen der Laufradseitenwand insbesondere der Tragscheibe gleiten. Hierbei wird vorgeschlagen, dass jedes Schaufelglied in zwei Abschnitte unterteilt ist, die über ein Mittengelenk miteinander verbunden sind.A secure and precise guidance of the blades is achieved if projecting on at least one blade, in particular on the blade members or joints pins axially parallel to the impeller axis, which slide in guideways of the impeller side wall, in particular the support plate. It is proposed that each blade member is divided into two sections which are interconnected via a center joint.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schaufeln sich innerhalb des Außenrandes der Tragscheibe befinden.It is particularly advantageous if the blades are located within the outer edge of the support disk.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen perspektivisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in perspective in the drawings and will be described in more detail below. Show it:
Figur 1 : eine Ansicht der Saugseite des Pumpenlaufrades mit einer Seitenwand mit konzentrischen Ringen, Figur 2: eine Ansicht des Laufrades nach Figur 1 bei abgenommener Seitenwand,1 shows a view of the suction side of the pump impeller with a side wall with concentric rings, FIG. 2 shows a view of the impeller according to FIG. 1 with the side wall removed,
Figur 3: die Rückseite der Ringe aufweisenden Seitenwand mit nur einer Schaufel,FIG. 3 shows the side wall having the rear side of the rings with only one blade,
Figur 4: einen Querschnitt durch das Laufrad und das Pumpengehäuse.Figure 4: a cross section through the impeller and the pump housing.
Das Laufrad 1 der Radialkreiselpumpe besitzt zwei zueinander parallele, kreisförmige, koaxiale Seitenwände 2, 3 zwischen denen die gebogenen Schaufeln 4 gelagert sind. Je nach Drehrichtung des Laufrades stellen sich hierbei alle Schaufeln in eine erste oder zweite Stellung oder in Zwischenstellungen, wobei in der Stellung der ersten Drehrichtung die SchaufelnThe impeller 1 of the radial centrifugal pump has two parallel, circular, coaxial side walls 2, 3 between which the curved blades 4 are mounted. Depending on the direction of rotation of the impeller in this case all blades are in a first or second position or in intermediate positions, wherein in the position of the first direction of rotation, the blades
4 entgegengesetzt gekrümmt sind wie in der Stellung der zweiten Drehrichtung.4 are oppositely curved as in the position of the second direction of rotation.
Die dem Laufradeintritt bzw. Saugstutzen 5 des Laufrades abgewandte Seitenwand bildet eine Tragscheibe 2, die auf der Pumpen- bzw. Motorenwelle konzentrisch befestigt ist und auf der dem Saugstutzen 5 zugewandten Innenseite konzentrische teilkreisförmige Nutenabschnitte als Führungsbahnen 6 bildet. Die zur Tragscheibe 2 parallele Seitenwand 3 bildet um den SaugstutzenThe side wall facing away from the impeller inlet or suction nozzle 5 of the impeller forms a support disk 2, which is concentrically fixed on the pump or motor shaft and forms concentric part-circular groove sections as guide tracks 6 on the inside facing the suction nozzle 5. The parallel to the support disk 2 side wall 3 forms the suction nozzle
5 herum zwei oder mehr konzentrische Ringe 7, die ineinander liegen, so dass jeder Ring einen von den anderen Ringen 7 abweichenden Innen- und Außendurchmesser aufweist. Durch ringförmige Federn und Nuten am Außen- und Innenumfang sind die sechs Ringe 7 aneinander und zueinander verdrehbar gelagert.5 around two or more concentric rings 7, which lie in each other, so that each ring has a different from the other rings 7 inner and outer diameter. By annular springs and grooves on the outer and inner circumference of the six rings 7 are mounted to each other and rotatable to each other.
Im Zwischenraum zwischen der Tragscheibe 2 und der Seitenwand 3 liegen die Schaufeln 4, die aus zwei oder mehr Schaufelgliedern 9 zusammengesetzt sind. Im Ausführungsbeispiel besteht jede der sieben Schaufeln 4 aus fünf Gliedern 9, die über Gelenke 10 aneinander gelenkt sind, wobei die Achsen der Gelenke 10 parallel zur Laufradachse liegen. Hierbei bildet jedes Gelenk 10 an dem der Seitenwand 3 zugewandten Ende einen vorspringenden Stift 11 , der jeweils in einer Bohrung 12 in den Ringen 7 gelagert ist. Da alle Schaufeln mit ihren Stiften 11 in denselben Ringen 7 gelagert sind, ist dafür gesorgt, dass alle Schaufeln 4 stets dieselbe Lage und Krümmung einnehmen.In the space between the support plate 2 and the side wall 3 are the blades 4, which are composed of two or more blade members 9. In the embodiment, each of the seven blades 4 of five links 9, which are hinged to each other via joints 10, wherein the axes of the joints 10 are parallel to the impeller axis. In this case, each joint 10 forms at the end facing the side wall 3 a protruding pin 11, which is mounted in each case in a bore 12 in the rings 7. Because all the shovels with their pins 11 are stored in the same rings 7, it is ensured that all blades 4 always assume the same position and curvature.
Die Gelenke 10 der Schaufel 4 bilden auf der der Tragscheibe zugewandten Seite jeweils einen insbesondere zur Gelenkachse koaxialen Vorsprung insbesondere Stift 13, der jeweils in eine Führungsbahn 6 der Tragscheibe 2 hineinragt und durch sie geführt ist, so dass für jeden Stift 13 eine FührungsbahnThe joints 10 of the blade 4 form on the side facing the support disk in each case one in particular coaxial to the hinge axis projection in particular pin 13 which projects into a guide track 6 of the support plate 2 and is guided by them, so that for each pin 13 a guideway
6 vorhanden ist. Hierbei ist vorzugsweise pro Führungsbahn 6 nur ein Stift 13 vorhanden. Dies kann dadurch verwirklicht werden, dass die Stifte über die Schaufeln 4 verteilt sind oder alle Stifte 13 an einer einzigen Schaufel angeordnet sind.6 is present. In this case, preferably only one pin 13 is present per guideway 6. This can be achieved by distributing the pins over the blades 4 or by arranging all the pins 13 on a single blade.
Jedes Glied 9 bildet in der Mitte zwischen seinen zwei Enden bzw. zwischen seinen zwei Gelenken 10 ein Verbindungsteil 14, so dass jedes Glied 9 aus zwei aneinander gelenkten Teilen 9a, 9b besteht, wodurch die Schaufel 4 aus einer hohen Anzahl von Teilen besteht, die eine verhältnismäßig gleichmäßige Krümmung der Schaufel erzeugen.Each member 9 forms in the middle between its two ends or between its two joints 10, a connecting part 14, so that each member 9 consists of two mutually steered parts 9 a, 9 b, whereby the blade 4 consists of a large number of parts, the produce a relatively uniform curvature of the blade.
Somit ist jede Schaufel 4 nicht als ein Ganzes hergestellt, sondern besteht aus Gliedern 9 als Segmenten. Die Anzahl der Glieder je Schaufel richtet sich nach der Schaufelgeometrie und stellt einen Kompromiss dar zwischen möglichst genauer Abbildung des Schaufelverlaufs und der Realisierbarkeit der Konstruktion. Die Gliederform kann beliebig gewählt und muss nach jeweiligen geometrischen Gegebenheiten definiert werden. Zwei miteinander verbundene Glieder bilden ein Scharnier. Eines oder mehrere miteinander verbundene Glieder bilden eine Schaufel.Thus, each blade 4 is not made as a whole, but consists of links 9 as segments. The number of members per blade depends on the blade geometry and represents a compromise between the most accurate illustration of the blade profile and the feasibility of the design. The shape of the limb can be chosen arbitrarily and must be defined according to the respective geometric conditions. Two interconnected links form a hinge. One or more interconnected links form a scoop.
Die Seitenwand 3 weist somit radial ineinander konzentrisch angeordnete RingeThe side wall 3 thus has radially concentric rings arranged one inside the other
7 auf, die relativ zueinander bewegt werden können. Die Ringe erfüllen nicht nur die Funktion einer üblichen Deckscheibe, sondern sie verbinden die Schaufeln miteinander, so dass der gewünschte Abstand zwischen den Schaufeln eingehalten wird. Dabei sind die Schaufeln 4 an ausgewählten (insbesondere jedem zweiten) Gelenken 10 mit den Ringen 7 verbunden. Ein Teil der Gelenke 14 ist nicht verbunden, weder mit der Seitenwand 3 bzw. den Ringen 7, noch mit der Tragscheibe 2. Der erste (innere) Ring 7 in Strömungsrichtung bildet den Saughals bzw. Saugstutzen 5 und ist mit der Tragscheibe 2 fest verbunden.7, which can be moved relative to each other. Not only do the rings perform the function of a standard shroud, they also connect the blades together to maintain the desired clearance between the blades. In this case, the blades 4 are connected to the rings 7 at selected (in particular every second) joints 10. A part of the joints 14 is not connected, neither with the side wall 3 or the rings 7, nor with the support disk 2. The first (inner) ring 7 in the flow direction forms the suction neck or suction nozzle 5 and is fixedly connected to the support disk 2.
Die Führungsbahnen 6 in der Tragscheibe 2 haben die Funktion, die Grenzpositionen für die Schaufeln 4 in beide Drehrichtungen vorzugeben sowie die Schaufeln beim Wechsel zwischen den Grenzpositionen zu führen. Die Lage der Führungsbahnen kann beliebig gewählt werden und richtet sich an jeweilige konstruktive Gegebenheiten. Die Führungsbahnen können mitunter zum Ausgleich des Axialschubs verwendet werden, indem sie die Tragscheibe 2 durchdringen. In die Führungsbahnen 6 greifen die Stifte 13 als Führungselemente ein, die mit ausgewählten Gelenken der Scharniere verbunden sind. Die Auslenkung der Schaufel in axialer Richtung ist vorgegeben durch die Wahl der Spaltgrößen und der Toleranzen verwendeter Elemente. Diese Auslenkung wird begrenzt in Richtung der Tragscheibe 2 durch die Tragscheibe selbst. Die Auslenkung in Richtung der Seitenwand 3 kann begrenzt werden ebenfalls durch die Seitenwand 3. Hierzu durchdringen die Führungselemente 13 die Tragscheibe 2 und an deren Enden sind Begrenzungselemente angebracht. Die Begrenzungselemente sind so ausgeführt, dass sie sich auf der Rückseite der Tragscheibe 2 abstützen.The guideways 6 in the support plate 2 have the function to specify the limit positions for the blades 4 in both directions of rotation and to guide the blades when changing between the limit positions. The position of the guideways can be chosen arbitrarily and is directed to the respective structural conditions. The guideways can sometimes be used to compensate for the Axialschubs by penetrating the support plate 2. In the guideways 6, the pins 13 engage as guide elements, which are connected to selected joints of the hinges. The deflection of the blade in the axial direction is predetermined by the choice of the gap sizes and the tolerances of the elements used. This deflection is limited in the direction of the support disk 2 by the support disk itself. The deflection in the direction of the side wall 3 can also be limited by the side wall 3. For this purpose, the guide elements 13 penetrate the support disk 2 and at the ends of limiting elements are attached. The boundary elements are designed so that they are supported on the back of the support plate 2.
Die Ausgangslage der Schaufeln 4 ergibt sich entweder aus der Laufradmontage oder aus der zuletzt verwendeten Drehrichtung. Durch Aufbringen des Drehmomentes über die Antriebswelle auf die Tragscheibe 2 und den ersten Ring der Seitenwand 3 werden diese in Bewegung versetzt. Dabei wirken auf die Schaufeln sowohl die Trägheitskräfte der Schaufel selbst, als auch die Trägheit der Wassermasse. Bedingt durch diese Kräfte bewegen sich die Segmente/Glieder entgegen der Rotationsrichtung. Dabei werden die Führungselemente 13 in den Führungsbahnen 6 geführt bis zum Erreichen der Grenzpositionen. Die Schaufeln 4 bewegen sich am Umfang gleichförmig in den Gelenken, die über die Ringe 7 verbunden sind. Gelenke, die nicht mit den Ringen verbunden sind, beschreiben beim Wechsel zwischen den Grenzpositionen Bahnen, die sich aus der Lage geführter Gelenke ergeben. Eine Anordnung, bei der die Seitenwand 3 die Funktionen der Tragscheibe 2 übernimmt, während die Tragscheibe 2 die Funktionen der Seitenwand 3 übernimmt, ist ebenfalls denkbar und kann im gegebenen Fall entsprechend konstruiert werden.The starting position of the blades 4 results either from the impeller assembly or from the last used direction of rotation. By applying the torque on the drive shaft to the support plate 2 and the first ring of the side wall 3, these are set in motion. In this case act on the blades both the inertial forces of the blade itself, as well as the inertia of the body of water. Due to these forces, the segments / members move counter to the direction of rotation. The guide elements 13 are guided in the guideways 6 until reaching the limit positions. The blades 4 move circumferentially uniformly in the joints which are connected via the rings 7. Joints that are not connected to the rings describe, when changing between the limit positions, tracks resulting from the position of guided joints. An arrangement in which the side wall 3 assumes the functions of the support plate 2, while the support plate 2 takes over the functions of the side wall 3, is also conceivable and can be constructed accordingly in the given case.
Die Erfindung im Bezug auf das Pumpengehäuse betrifft die Gestaltung des Raumes nach dem Laufradaustritt. Um die Verluste im Pumpengehäuse zum einen zu minimieren zum anderen in beide Drehrichtungen gleiche Ergebnisse zu erreichen, wird der Raum bestehend aus zwei gleichen Gehäuseteilen konstruiert, die um eine Ebene gespiegelt sind. Die Spiegelebene ist gebildet durch zwei Vektore: Der erste fällt mit der Rotationsachse zusammen, der zweite steht senkrecht auf dem ersten. Ein Gehäuseteil wird gebildet von einer Teilspirale, die beginnt an der Stelle gegenüberliegend dem Druckstutzen und endet an dem Austrittsquerschnitt aus dem Spiralraum. Dem Spiralraum kann ein Diffusor folgen, der am Druckstutzen anschließt. In Abhängigkeit von der Drehrichtung nimmt ein am Ausgang 15 gelagertes verschwenkbares Trennelement (Klappe 16) eine der zwei möglichen Grenzstellungen ein, Figur 4. Das Trennelement 16 ist drehbar gelagert und besteht aus mindestens einem Segment, kann bei Bedarf aus mehreren Segmenten bestehen, die miteinander über Gelenke verbunden sind. Die Gelenke können derart ausgeführt werden, dass sie einen bestimmten Drehwinkel zulassen. Damit kann der Verlauf des Trennelementes 16 definiert werden.The invention in relation to the pump housing relates to the design of the space after the impeller outlet. In order to minimize the losses in the pump housing on the one hand and on the other to achieve the same results in both directions of rotation, the space is constructed of two identical housing parts, which are mirrored around a plane. The mirror plane is formed by two vectors: the first coincides with the axis of rotation, the second is perpendicular to the first. A housing part is formed by a partial spiral, which starts at the point opposite the discharge nozzle and ends at the outlet cross section from the spiral space. The spiral space can be followed by a diffuser, which connects to the discharge nozzle. Depending on the direction of rotation, a pivotable separating element (flap 16) mounted at the outlet 15 assumes one of the two possible limit positions, FIG. 4. The separating element 16 is rotatably mounted and consists of at least one segment, if required can consist of several segments which are connected to one another connected via joints. The joints can be made such that they allow a certain angle of rotation. Thus, the course of the separating element 16 can be defined.
Das Pumpengehäuse und/oder das Laufrad 4 können aus Blech gefertigt sein. The pump housing and / or the impeller 4 may be made of sheet metal.

Claims

07.05.2007 CO/Rc 660068Wo ZAnsprüche 07.05.2007 CO / Rc 660068Wo Z claims
1. Radialkreiselpumpe mit einem Laufrad (1), dessen Schaufeln (4) um ihr inneres Ende verschwenkbar angeordnet sind, um für beide Drehrichtungen des Laufrades jeweils eine entsprechende unterschiedliche Schrägstellung und Krümmung einzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Seitenwand (3) des Laufrades (1) mindestens ein koaxialer Ring (7) um seine Achse drehverstellbar gelagert ist und die Schaufeln am Ring (7) mit mindestens einer zwischen den zwei Schaufelenden liegender Stelle (10) angelenkt sind.1. Radial centrifugal pump with an impeller (1), the blades (4) are arranged pivotably about its inner end to each take a corresponding different inclination and curvature for both directions of rotation of the impeller, characterized in that in at least one side wall (3) of Impeller (1) at least one coaxial ring (7) is mounted rotatably adjustable about its axis and the blades on the ring (7) are articulated with at least one lying between the two blade ends point (10).
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Ringe (7) koaxial und drehverstellbar in einer Laufradseitenwand (3) gelagert sind, wobei die Schaufeln (4) an jedem Ring (7) angelenkt sind.2. Pump according to claim 1, characterized in that two or more rings (7) are mounted coaxially and rotatably adjustable in an impeller side wall (3), wherein the blades (4) are hinged to each ring (7).
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (4) aus zwei oder mehr Gliedern (9) bestehen, die jeweils aneinander angelenkt sind und wenigstens jedes zweite Glied und/oder Gelenk (10) an dem oder den Ringen (7) befestigt insbesondere angelenkt ist.3. Pump according to claim 1 or 2, characterized in that the blades (4) consist of two or more members (9) which are articulated to each other and at least each second member and / or joint (10) on the one or more rings (7) fastened in particular is articulated.
4. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Schaufel (4) insbesondere an den Schaufelgliedern (9) oder Gelenken Stifte (13) achsparallel zur Laufradachse vorstehen, die in Führungsbahnen (6) der Laufradseitenwand insbesondere der Tragscheibe (2) gleiten.4. Pump according to one of the preceding claims, characterized in that protrude at least one blade (4) in particular on the blade members (9) or joints pins (13) axially parallel to the impeller axis in guide ways (6) of the impeller side wall in particular the support disc ( 2) slide.
5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schaufelglied (9) in zwei Abschnitte (9a, 9b) unterteilt ist, die über ein Mittengelenk miteinander verbunden sind. 5. Pump according to claim 4, characterized in that each blade member (9) is divided into two sections (9a, 9b) which are interconnected via a center joint.
6. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (4) sich innerhalb des Außenrandes der Tragscheibe (2) befinden.6. Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the blades (4) are located within the outer edge of the support disc (2).
7. Pumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (1) aus Kunststoff und/oder Blech besteht. 7. Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the impeller (1) consists of plastic and / or sheet metal.
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