WO2016198334A1 - Selbstansaugende pumpenaggregation - Google Patents

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WO2016198334A1
WO2016198334A1 PCT/EP2016/062665 EP2016062665W WO2016198334A1 WO 2016198334 A1 WO2016198334 A1 WO 2016198334A1 EP 2016062665 W EP2016062665 W EP 2016062665W WO 2016198334 A1 WO2016198334 A1 WO 2016198334A1
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WO
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annular channel
bulge
self
pump
connection opening
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/062665
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English (en)
French (fr)
Inventor
Simon Anderson
Stephan Dirks
Christoph Wabnitz
Original Assignee
Gea Tuchenhagen Gmbh
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Publication date
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Priority to US15/580,788 priority patent/US10634145B2/en
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D9/004—Priming of not self-priming pumps
    • F04D9/005—Priming of not self-priming pumps by adducting or recycling liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/52—Outlet

Definitions

  • the invention relates to a self-priming pump aggregation, which represents a series connection of a working as a rotating positive displacement liquid keitsringpumpe and a normal suction centrifugal pump, according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates in this context in particular the liquid-carrying return line, the annular channel of the centrifugal pump with the interior the positive displacement pump connects, wherein the return line opens out on the annular channel side via the first connection opening, which is arranged in the laterally extending to the impeller plane lateral boundary surface of the annular channel.
  • a self-priming pump aggregation of the generic type is known from DE 10 2007 032 228 A1 and from the subsequently filed WO 2009/007075 A1.
  • the rotating positive displacement pump embodied as a so-called liquid ring pump is, with sufficient liquid charge in its housing, capable of delivering gas and thus can evacuate an upstream process arrangement and suck and convey liquid or a two-phase flow consisting of liquid and gas.
  • the centrifugal pump essentially takes over the delivery of the liquid or possibly within limits of the two-phase flow in accordance with its delivery characteristic influenced by the flow losses in the upstream positive displacement pump.
  • the positive displacement pump requires a permanent readiness for operation before any necessary evacuation of the process connected to the suction side.
  • Always order the mentioned sufficient liquid template so that the feed chamber formed by its screw conveyor can ensure the necessary gas transport if necessary.
  • this liquid feed is additionally fed and maintained by a return line for fluid which establishes a connection between a pressure-side interior of the centrifugal pump arranged downstream of the impeller in the flow direction (a first connection point or first connection point) Connection opening) and on the other hand, the interior of the housing or the suction nozzle of the positive displacement pump or the latter connected to the suction line (a second connection point or second connection opening).
  • the liquid feed of the positive displacement pump is to be fed via the return line, it is desirable and advantageous if this return line is primarily supplied with liquid.
  • the fluid delivery in the return line is necessarily an image of what is available at the first connection point or first connection opening of the return line on the pressure-side interior to each fluid.
  • the prior art is known to connect the return line to the annular channel, which is an integral part of the pressure-side interior, and the relevant first connection opening at a radially or approximately radially oriented lateral boundary surface, which is part of the rear housing part and the annular channel in the axial direction in shape an annular surface frontally limited to provide.
  • this annular channel which may be formed as a spiral annular channel or as a vane-less annular space with a constant passage cross-section, the flow is delayed, resulting in a part of the kinetic energy the flow leaving the impeller is converted to static pressure so that the static pressure in the annular duct increases overall.
  • the static pressure is, in sufficient height compared to the static pressure in the positive displacement pump, needed for fluid transport in the return line.
  • the arrangement of the first connection opening on the above-described radial or approximately radially oriented lateral boundary surface makes use of the fact that, in the case of at least not too critical two-phase flow, preferably liquid is in this area and can be "harvested” there since gas constituents, Seen in the axial direction, the rearmost, front wall portion of the annular channel or shovel-free annular space avoid as far as possible.
  • the object is achieved by a self-priming pump aggregation with the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments of the device according to the invention are described in the subclaims.
  • the invention proceeds in a manner known per se from a self-priming pump aggregation, which constitutes a series connection of a liquid-ring pump operating as a rotating positive-displacement pump and a normal-suction centrifugal pump.
  • the centrifugal pump has a rotatably mounted shaft with an impeller in a housing provided with an inlet opening and a pressure port.
  • the housing consists preferably, seen in the flow direction, of a front and a rear housing part, and it forms, in addition to the impeller receiving area, an annular channel, the area of the impeller radially outside either in the impeller level and / or in at least one encloses axially adjacent area.
  • the inlet opening is arranged coaxially on the front housing part, wherein an interior bounded by a housing jacket of the displacement pump is connected via the inlet opening to a suction-side interior of the centrifugal pump.
  • a screw conveyor is arranged, which is fastened on the shaft passing through the impeller and in the housing shell.
  • a fluid-carrying return line is provided, which connects the annular channel with the interior, wherein the return line opens out on the annular channel side via a first connection opening, which is arranged in a lateral boundary surface of the annular channel extending laterally relative to the impeller plane.
  • the first connection opening has a bulge which encloses a sectoral axis along a longitudinal axis of the first connection opening.
  • the latter is one-sided and the center of Pump aggregation oriented towards, and it constantly widens the first port to the annular channel out directly or indirectly.
  • the bulge merges with a transition surface into the lateral boundary surface or into an inner circumferential wall of the annular channel adjoining the latter.
  • the reduction of the speed in the inlet region also leads there to an increase in the static pressure, which increases compared to solutions according to the prior art, the flow in the return line causing pressure difference and reduces the suction time of the pump aggregation.
  • the measure according to the invention leads to a reduction of the flow vortices in the return line. This reduced turbulence, which in particular is to be detected in the tube region of the return line directly adjoining the inlet region, reduces the flow losses and the homogenization effect in the return line (mixing, division and distribution of the gas admixtures into the liquid), which further reduces the suction time and the Supply of the positive displacement pump is further improved.
  • the features essential to the invention come into their own in a special way.
  • This embodiment provides that the front housing part has the outer circumferential wall of the annular channel forming a circular, substantially cylindrically extending outer annular channel housing wall and the latter emerging from the discharge nozzle, which is connected tangentially to the outer ring channel housing wall.
  • the rear housing part has the inner circumferential wall of the annular channel forming inner annular channel housing wall, which preferably runs parallel to the outer annular channel housing wall.
  • the annular channel is formed in an axially adjacent region of the impeller plane, which, viewed in the flow direction, lies behind the impeller and exclusively outside the region covered by the impeller.
  • the lateral boundary surface is part of the rear housing part, which is preferably aligned radially and the annular channel bounded in the axial direction as the rear, frontal wall region.
  • the inflow conditions to and the inlet conditions in the first port and thus in the return line further improved and the recirculation flow is amplified and sustainably generated when, as provided, the first port to Ring channel is initially widened out in the form of a countersink.
  • the bulge according to the invention engages in the axial direction into the countersink or through the countersink, resulting in a continuous cross-sectional widening of the described area towards the annular channel. If the bulge engages only in the countersink, then only the countersink extends to the annular channel out.
  • the countersink can be completely or even partially covered in the radial direction of the bulge.
  • the countersinking may, for example, be conical, conical, conical in the widest sense or tulip-shaped. It is preferably formed axially symmetrical and coaxial with the longitudinal axis of the first connection opening, which significantly simplifies their cutting shaping.
  • a further improvement of the inflow conditions to and the inlet conditions in the first connection opening and thus in the return line turns when, as another proposal provides, the longitudinal axis of the first connection opening is eccentrically offset from the radial extension region of the lateral boundary surface and offset radially inwards ,
  • This measure makes a further contribution to the reinforcement and sustainable generation of the recirculation flow already described above.
  • it is furthermore advantageous if, apart from a half inner diameter of the return line, it is spaced apart from the inner peripheral wall bounding the annular channel radially on the inside.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the longitudinal axis of the first connection opening is perpendicular to and at the point of contact of the tangent to the lateral boundary surface. This embodiment then provides particularly simple geometric conditions with regard to the connection of the return line to the annular channel when the lateral boundary surface of the annular channel is radially aligned. If there is a radially aligned lateral boundary surface, a further proposal provides that an axis of symmetry of the bulge forms an angle with the longitudinal axis of the first connection opening perpendicular to the lateral boundary surface, the axial extension direction of the bulge being oriented radially inward.
  • This refinement further improves the inflow conditions for and the inlet conditions into the first connection opening and thus into the return line, because it counteracts a contraction of the flow in the region of the first connection opening by additional expansion of the first connection opening.
  • the steady transition from the bulge in the adjacent inner peripheral wall of the annular channel is realized virtually without additional shaping measure.
  • the positive effects described above in connection with a radially directed lateral boundary surface are further enhanced when, as also suggested, a valley bottom, seen towards the center of the pump aggregation, recedes radially inwardly behind the inner peripheral wall and when the bulge with the transition surface steadily merges into the inner peripheral wall.
  • the measures described above for configuring the bulge, the countersinking and the radial arrangement of the first connection opening are on the one hand per se by cutting shaping relatively easy to produce and on the other hand, they are particularly effective in terms of flow, when the inner and outer peripheral wall of the annular channel parallel or approximately parallel to one another and the annular channel is bordered on its end remote from the impeller plane by a radially oriented lateral boundary surface.
  • a further embodiment provides that the longitudinal axis of the first attachment opening, viewed in the direction of flow through the return line, is oriented radially inwards towards the center of the pump aggregation.
  • This embodiment is applicable to any geometric shape of the annular channel, even on parallel peripheral walls in conjunction with a radially oriented laterally len boundary surface. It improves in each case the bumpless entry of the flow in the return line, because the described inclination of the longitudinal axis causes a similar fluidic effect as the above-described inclination of the symmetry axis of the bulge.
  • first connection opening seen in a cross-sectional plane perpendicular to the rotation axis of the pump aggregation, is positioned with respect to the discharge nozzle in such a way that a first arrangement plane passing through a radial directional vector, on the one hand through the center of the first connection opening and on the other hand passes through the axis of rotation of the pump aggregate, is penetrated perpendicularly by the longitudinal axis of the pressure port.
  • the first connection opening is positioned in relation to the pressure connection such that a second arrangement plane passing through a radial direction vector passes on the one hand through the center of the first connection opening and on the other hand An axial axis of symmetry of the housing shell extends, is penetrated vertically by the longitudinal axis of the pressure port.
  • the respectively defined position of the first connection opening means that a point in the annular channel is selected immediately before entry of the flow in the discharge nozzle of the centrifugal pump, at which the maximum possible static pressure is present within the housing of the centrifugal pump. It is understood that the first connection opening can also be arranged between the first and the second arrangement level or in a narrow sectoral area in each case, viewed in the circumferential direction, adjacent to these arrangement areas without departing from the invention.
  • Figure 1 is a perspective view of the self-priming pump aggregation according to the invention.
  • FIG. 2 shows a meridian section through the pump aggregation according to FIG.
  • FIG. 3 shows a cross-section through the centrifugal pump of the pump assembly according to FIG. 1 corresponding to a section which is advanced axially relative to a sectional profile marked BB in FIG. 2, so that the rear housing part is not cut, wherein the impeller arranged in front of the cutting plane additionally is shown in view;
  • Figure 4 in half section and half view a marked in Figure 2 with "X" detail in the region of the annular channel and part of the subsequent return line;
  • Figure 5 is a side view of the arrangement of Figure 4.
  • FIG. 6 shows an enlarged view of the detail labeled "X" in FIG. 2, wherein the representation is restricted to the meridian section through the annular channel and a part of the adjoining return line,
  • Figure 7 is an enlarged view of the arrangement according to Figure 6 for
  • FIG. 7a shows the flow conditions in the region of the first connection opening, which is flowed transversely through the peripheral speed in the annular channel.
  • a self-priming pump aggregation 1 (FIGS. 1 to 3) is formed by a normally aspirating centrifugal pump (centrifugal pump) 2 and one of these, as seen in the flow direction, upstream positive displacement pump 20, which in the exemplary embodiment is designed as a so-called liquid ring pump.
  • the positive displacement pump 20 is bounded on the housing side by a housing jacket 20.1 (FIGS. 2, 1) and a housing cover 20.2 with a suction nozzle 20.2a arranged centrally on the latter, the housing jacket 20.1 being fixed on its end facing away from the housing cover 20.2 with a front housing part 2.1 of the centrifugal pump 2 connected is.
  • An axial axis of symmetry a 2 of the housing shell 20.1 is relative to a rotational axis a ⁇ the pump aggregation 1 (see Figures 1 and 3), based on the drawing position of the pump aggregation 1, which also corresponds to the usual installation position, offset by a vertical eccentricity e down ,
  • the positive displacement pump 20 screw conveyor 21 which is arranged on a shaft extension 8b of an impeller 4 of the centrifugal pump 2 bearing shaft 8 to this vertical eccentricity e within the housing shell 20.1 moved upwards.
  • the shaft extension 8b adjoins a hub 8a of the shaft 8, wherein on the hub 8a, the impeller 4 is fixed, and it engages through the front housing part 2.1 and in the housing shell 20.1 a.
  • An inner space 20.3 bounded on the inside by the housing jacket 20.1, the housing cover 20.2 and the front housing part 2.1 has an inlet opening 2.1b arranged concentrically in the front housing part 2.1 and thus concentric with the axis of rotation ai, with a suction-side interior 2.1c of the centrifugal pump 2 fluidly connected.
  • the structure of the centrifugal pump 2 is known for example from DE 103 14 425 B4.
  • a housing 2.1 / 2.2 of the centrifugal pump 2 consisting of the front 2.1 and a rear housing part 2.2 is attached to a motor 6 in a floating manner via a mounting flange 7 (FIGS. 1 and 2).
  • the inlet opening 2.1 b is centrally formed and at its Um- fang and there tangentially opening out a discharge nozzle 5 is connected, which ends via a conical extension 5a in a connecting piece 5b.
  • the meridian section according to FIG. 2 results from the sectional profile indicated by A-A in FIG. 1.
  • the front and rear housing parts 2.1, 2.2 are adapted to the impeller 4 in their radial extent, each with a narrow annular gap.
  • On the annular circumferential impeller outlet cross-section is followed by a blade-less annular space 3a on the outside, which is limited in the radial direction initially on both sides of the front and the rear housing part 2.1, 2.2 a piece and then outside bounded by an unnamed transition surface of the front housing part 2.1.
  • This transitional surface is then continued in an outer annular channel housing wall 2.1 a, which at least on the inside, for example, has the shape of a cylinder jacket, i.
  • the rear housing part 2.2 is formed in the region of the impeller 4 as a preferably radially extending disk.
  • a mainly axially oriented inner ring channel housing wall 2.2a enclosing the axis of rotation ai enclosing the rotational axis ai adjoins, the local radius of curvature (variable local radius inner radius, Figure 3) for realizing, for example, a spiral course is variable over the circumference.
  • annular channel 3 * which can be designed as a spiral annular channel 3 ** with a continuously changing passage cross-section (variable local radius of curvature). Nevertheless, with the arrangement shown, an annular channel 3 * with a passage cross section which is constant over the circumference can also be realized.
  • the (spiral) annular channel (3 ** ), 3 * joins laterally to the vane-less annular space 3a; Together, these form a pressure-side inner space 3 of the centrifugal pump 2.
  • FIG. 3 shows by way of example how the spiral-shaped annular channel 3 ** widens steadily, viewed over the circumference.
  • the passage cross-section of the spiral annular channel 3 ** increases steadily from a minimum cross-section to a point where in Figure 3 with the axis of rotation a ⁇ cutting horizontal center line forms a vertical with the longitudinal axis of the discharge nozzle 5.
  • the inner annular channel housing wall 2.2a is continuously curved.
  • an unspecified planar wall region adjoins, which ensures a passage cross-section in the region of the spiral-shaped annular channel 3 ** , which corresponds at least to the passage cross-section of the pressure nozzle 5.
  • the inner annular channel housing wall 2.2a may also be formed in another form, for example, continuously curved.
  • the outer axial boundary of the (spiral) annular channel (3 ** ) 3 * is realized via a subsequent to the inner annular channel housing wall 2.2a, from the rotational axis a ⁇ in the radial direction, extending in a lateral to the impeller plane lateral boundary surface 2.2b, which is part of the rear housing part 2.2 ( Figure 2).
  • the lateral boundary surface 2.2b is preferably oriented radially and bounds the annular channel 3 * , 3 ** in the axial direction as the rearmost, frontal wall region.
  • the lateral boundary surface 2.2b preferably continues over the outermost radial extent of the outer annular channel housing wall 2.1a in the radial direction to the outside (FIG. 2). Also on the outer annular channel housing wall 2.1 a is followed by an unspecified, radially oriented, with the lateral boundary surface 2.2b corresponding and releasably connected to this annular surface, which includes the lateral boundary surface 2.2b on the outside.
  • the two radially oriented abovementioned surfaces are sealed against one another on the annular channel side (housing seal 28, FIG. 6), and they have a plurality of through-bores which are distributed over their circumference and correspond to one another, via which the front and rear housing parts 2.1, 2.2 are preferably screwed together are.
  • a return line 9 (FIGS. 2, 1, 3) is connected on the centrifugal pump side via a first connection opening 9a to the annular channel 3 * or the spiral annular channel 3 ** .
  • a preferred arrangement location for the first connection opening 9a is the radially oriented lateral boundary surface 2.2b, which is part of the rear housing part 2.2 and defines the annular channel 3 * , 3 ** in the radial direction at the end, ie the annular channel 3 * , 3 ** opens there into the first connection opening 9a.
  • first connection point 9a is positioned with respect to the discharge nozzle 5 such that a first arrangement plane E (see FIG. 3) passing through a radial directional vector passes on the one hand through the center of the first connection opening 9a and on the other hand through the axis of rotation a ⁇ the pump aggregation 1 extends, is penetrated perpendicularly by the longitudinal axis of the pressure port 5.
  • a second arrangement plane E1 is selected which is offset parallel to the first arrangement plane E by the vertical eccentricity e.
  • the first connection opening 9a is positioned with respect to the discharge nozzle 5 such that the second arrangement plane E1, which passes through a radial direction vector, on the one hand by the center of the first connection opening 9a and on the other hand by an axial axis of symmetry a 2 of the housing shell 20.1, is penetrated perpendicularly by the longitudinal axis of the pressure port 5. It is understood that the first connection opening 9a can also be arranged between the first and the second arrangement plane E1, E2 or in a narrow sectoral area, viewed in the circumferential direction of the centrifugal pump 2, next to these arrangement planes E1, E2, without the Is left invention.
  • the return line 9 is connected to the interior 20.3 via a second connection opening 9b, wherein the second connection opening 9b can be arranged on the housing jacket 20.1 or on the housing cover 20.2 or on the suction connection 20.2a or on a suction line 24.
  • the return line 9 is preferably divided between the two connection openings 9a, 9b and the ends are connected to one another by a screw 26.
  • a shut-off valve 22 is arranged in this, which is remotely controllable in a preferred embodiment.
  • the remotely controllable shut-off valve 22 is connected via a control line 27 with an arranged for example in the discharge nozzle 5 or in a pressure line 25 signal generator 23, which generates a control signal from the liquid promotion in the pump aggregation 1 characterizing physical size ( Figures 2, 3).
  • the front housing part 2.1 ( Figures 6, 2) has an outer peripheral wall 29 of the annular channel 3 * ; 3 ** forming, circular, substantially cylindrically extending outer ring-channel housing wall 2.1 a and the latter emerging from the discharge nozzle 5, which is connected tangentially to the outer annular channel housing wall 2.1 a.
  • the rear housing part 2.2 has the inner peripheral wall 30 of the annular channel 3 * ; 3 ** forming inner annular channel housing wall 2.2a, which is preferably parallel to the outer annular channel housing wall 2.1 a.
  • the annular channel 3 * ; 3 ** preferably formed in one of the impeller axially adjacent region which, seen in the flow direction, behind the impeller 4 and only completely outside of the area detected by the impeller 4.
  • the lateral boundary surface 2.2b is part of the rear housing part 2.2); it is preferably radially aligned and bounds the annular channel 3 * ; 3 ** in the axial direction as the rear, frontal wall area.
  • the features of the invention characterizing and advantageously ausgestaltenden features are exemplified in the above-defined preferred embodiment of the housing 2.1 / 2.2 and the annular channel 3 * , 3 ** shown ( Figures 4 to 7) and explained in their operation.
  • the ring channel 3 * , 3 ** has in the illustrated meridian plane (FIG. 6) a local ring channel width s, the center of which is defined by a half local ring channel width s / 2 shown in each case.
  • a longitudinal axis a 3 of the first connection opening 9a is a radial offset Ar eccentrically offset to the lateral extent of the lateral boundary surface 2.2b and radially offset inwardly, the latter being within the annular channel 3 * , 3 ** as the end wall 31.
  • This arrangement leads unpredictably in cooperation with a peripheral speed c u in the annular channel 3 * , 3 ** (see FIGS. 3 and 5) on the one hand and a first secondary flow S1 forming there due to the curved flow and an opposing second secondary flow S2 (FIG. 7). on the other hand to a reduced speed in a first flow area B1.
  • the first flow region B1 seen in the direction of flow through the ring line 9, precedes the inlet region to the first connection opening 9a and radially displaces the bulge 33 designed and positioned according to the invention. It forms in the first flow area B1, marginally in the annular channel 3 * , 3 ** , quasi a dead water zone.
  • This dead water zone results from a recirculation flow R, as shown in Figure 7a, which finds its cause and its generation in the bulge 33 and whereby the inflow conditions in the inlet region to the first port opening 9a are significantly improved.
  • the described reduction of the speed leads there to an increase of the static pressure, whereby the pressure difference which causes the flow in the return line 9 is increased compared to solutions according to the prior art and the suction time of the pump aggregation 1 is reduced.
  • the bulge according to the invention leads to a reduction in the number of flow vortices and, on the other hand, to a reduction in their intensity in the return line 9.
  • This reduced turbulence in particular in a tube region of the return line 9 directly adjoining the inlet region to the first connection opening 9a in FIG. 7, denoting the flow losses and the homogenizing effect (mixing, division and distribution of the gas admixtures into the liquid) in the return line 9, whereby the suction time of the pump aggregation 1 is further reduced and the supply of the Positive displacement pump 20 with less gas-loaded fluid further is being improved.
  • the second flow region B2 is noticeably slimmer and less narrowing in cross-section than without these features.
  • first connection opening 9a is widened toward the annular channel 3 * , 3 ** initially in the form of a countersink 32 (FIG. 6).
  • the bulge 33 engages in the axial direction either only in the countersink 32 or through it completely into the first connection opening 9a or the inner diameter of the return line 9 therethrough. If the bulge 33 engages axially only in the countersink 32, then only the countersink 32 widens toward the annular channel 3 * , 3 ** . If it passes through the countersink 32, then, as seen in the direction of flow through the return line 9, the first connection opening 9a or the inner diameter of the return line 9 widens toward the annular channel 3 * , 3 ** .
  • the countersink 32 can thereby be completely or even partially covered in the radial direction by the bulge 33.
  • This countersink 32 may be conical, conical or conical or tulip-shaped, wherein the transition to the inner tube of the return line 9 preferably rounded, ie preferably convex curved, is executed in order to avoid or at least reduce a constriction of the pipe flow.
  • a preferably cutting shaping of the countersink 32 is simplified if the latter is formed axially symmetrical and coaxial to the longitudinal axis a 3 .
  • the annular channel-side end portion of the inner tube of the return lead for example, serve as a guide for the cutting shaping tool.
  • a further improvement of the inflow conditions and the inlet conditions into the first connection opening 9a and thus into the return line 9 occurs (FIG. 6) if the longitudinal axis a 3 of the first connection opening 9a is off-center to the radial extension area of the lateral boundary surface 2.2b and radially inwards is arranged offset.
  • the radial offset of the longitudinal axis a 3 enhances the formation of the recirculation flow R and also ensures its sustainable generation.
  • the invention provides two alternative variants.
  • the first variant is characterized in that the longitudinal axis a 3 is perpendicular to and at the point of contact of the tangent to the lateral boundary surface 2.2b.
  • the longitudinal axis a 3 viewed in the direction of flow of the return line 9, is oriented radially inwards towards the center of the pump aggregation 1.
  • the choice of the two variants mentioned is also dependent on the course of the lateral boundary surface 2.2b.
  • the centrifugal pump technology knows annular channels with circular, oval, elliptical, trapezoidal radially outwardly widening, rectangular or square passage cross-section.
  • the result is whether the flow can enter the first connection opening 9a to the return line 9 more or less smoothly. Bump-free entry can be brought about by changing the angle of inclination between the longitudinal axis a 3 and the direction of the lateral boundary surface 2.2b.
  • the lateral boundary surface 2.2b radiates aligned al, then by applying the second variant (orientation of the longitudinal axis a 3 radially inwardly), the degree of deflection of the entering into the return line 9 flow in the region of the first connection opening 9a can be reduced.
  • the annular channel 3 * , 3 ** is circular and the first connection opening 9a is located, for example, in the middle region of the first quadrant of the circular cross section of the annular channel 3 * , 3 ** , then the first variant (longitudinal axis a 3 is perpendicular to and at the point of contact of the tangent to the lateral boundary surface 2.2b) are applied, because then the longitudinal axis a 3 , seen in the direction of flow of the return line 9, is already aligned per se radially inward.
  • annular channel 3 * , 3 ** provides a radially oriented lateral boundary surface 2.2b
  • a further improvement of the inflow conditions for and the inlet conditions into the first connection opening 9a results from a proposal which provides that an axis of symmetry a 4 of FIG Bump 33 forms an angle w with the perpendicular to the lateral boundary surface 2.2b longitudinal axis a 3 , wherein the axial extension direction of the bulge 33 is oriented radially inwardly.
  • the above embodiment can be aerodynamically further optimized in that a low point of the bulge 33, viewed in the direction of the center of the pump aggregation 1, recedes radially inwards behind the inner peripheral wall 30 and that the bulge 33 with the transition surface 34 in steadily the inner peripheral wall 30 passes.
  • the embodiments of the process aggregation 1 described above include the bulge 33 and / or the countersink 32 and / or the radial offset of the first connection opening 9a in accordance with the claims. Any meaningful combination of these inventive features, starting in each case from the realization of the bulge 33, is executable and each provides a solution that has advantages over the acknowledged relevant prior art.
  • the bulge 33 can directly follow the first connection opening 9a, the latter being offset radially or centered in the annular channel 3 * , 3 ** can be arranged.
  • the annular channel 3 * , 3 ** itself can be realized in relation to the area covered by the impeller 4 in the most different axial positions, which are applied in the claims and also indicated in the above description.
  • the annular channel 3 * , 3 ** is designed either as a show-free annular space 3 * with a passage cross section which is constant over the circumference or as a spiral annular channel 3 ** with a continuously changing passage cross section.
  • the cross-sectional shape of the annular channel 3 * , 3 ** may be circular, oval, elliptical, trapezoidal and radially outwardly enlarging, rectangular or square.
  • centrifugal pump centrifugal pump
  • Countersink (cone-shaped, tulip-shaped)

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbstansaugende Pumpenaggregation, die eine Hintereinanderschaltung einer als rotierende Verdrängerpumpe arbeitenden Flüssigkeitsringpumpe und einer normalsaugenden Zentrifugalpumpe darstellt, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung entwickelt die selbstansaugende Pumpenaggregation der gattungsgemäßen Art derart weiter, dass die strömungstechnischen Bedingungen für die Strömung von Fluiden zu und in der Rückführleitung verbessert werden. Dies wird dadurch erreicht, • dass die erste Anschlussöffnung (9a) in der Meridianebene der Zentrifugalpumpe (2) eine eine Längsachse (a3) der ersten Anschlussöffnung (9a) sektoral umschließende Ausbuchtung (33) besitzt, • dass die Ausbuchtung (33) einseitig und zu einer Drehachse (a-ι) der Pumpenaggregation (1) hin orientiert ist, • dass die Ausbuchtung (33) die erste Anschlussöffnung (9a) zur Laufradebene hin unmittelbar oder mittelbar stetig erweitert, · und dass die Ausbuchtung (33) an ihrem der Laufradebene zugwandten Endabschnitt mit einer Übergangsfläche (34) stetig in die laterale Begrenzungsfläche (2.2b) oder in eine sich an letztere anschließende innere Umfangswand (30) des Ringkanals (3*; 3**) übergeht.

Description

Selbstansaugende Pumpenaggregation
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine selbstansaugende Pumpenaggregation, die eine Hintereinanderschaltung einer als rotierende Verdrängerpumpe arbeitenden Flüssig- keitsringpumpe und einer normalsaugenden Zentrifugalpumpe darstellt, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft in diesem Zusammenhang insbesondere die flüssigkeitsführende Rückführleitung, die den Ringkanal der Zentrifugalpumpe mit dem Innenraum der Verdrängerpumpe verbindet, wobei die Rückführleitung ringkanalseitig über die erste Anschlussöffnung ausmündet, die in der lateral zur Laufradebene verlaufenden lateralen Begrenzungsfläche des Ringkanals angeordneten ist.
STAND DER TECHNIK
Eine selbstansaugende Pumpenaggregation der gattungsgemäßen Art ist aus der DE 10 2007 032 228 A1 und aus der nachangemeldeten WO 2009/007075 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Pumpenaggregation wird eine zum Ansaugen einer Flüssigkeit notwendige Evakuierung des saugseitigen Bereichs der normalsaugenden Zentrifugalpumpe durch die der Zentrifugalpumpe vorgeordnete rotierende Verdrängerpumpe bewerkstelligt. Die als sog. Flüssigkeitsringpumpe ausgebildete rotierende Verdrängerpumpe ist, bei hinreichender Flüssigkeitsvorlage in ihrem Gehäuse, in der Lage, Gas zu fördern und kann somit eine vorgeordnete Prozessanordnung evakuieren und Flüssigkeit oder eine aus Flüssigkeit und Gas bestehende Zweiphasenströmung ansaugen und fördern. Sobald Flüssigkeit ange- saugt ist und in die Verdrängerpumpe und damit in die nachgeordnete Zentrifugalpumpe eintritt und letztere flutet, übernimmt die Zentrifugalpumpe im Wesentlichen die Förderung der Flüssigkeit oder ggf. in Grenzen der Zweiphasenströmung entsprechend ihrer durch die Strömungsverluste in der vorgeordneten Verdrängerpumpe beeinflussten Förderkennlinie.
Die Verdrängerpumpe benötigt zur ständigen Betriebsbereitschaft vor einer ggf. notwendig werdenden Evakuierung der saugseitig angeschlossenen Prozessan- Ordnung stets die erwähnte hinreichende Flüssigkeitsvorlage, damit die von ihrer Förderschnecke gebildete Förderkammer im Bedarfsfall den notwendigen Gastransport sicherstellen kann. Diese Flüssigkeitsvorlage wird neben der Versorgung über die Saugleitung der Pumpenaggregation zusätzlich auch gespeist und auf- rechterhalten durch eine Rückführleitung für Fluid, die eine Verbindung herstellt zwischen einem, in Strömungsrichtung gesehen, dem Laufrad nachgeordneten druckseitigen Innenraum der Zentrifugalpumpe einerseits (eine erste Anschlussstelle bzw. erste Anschlussöffnung) und andererseits dem Innenraum des Gehäuses oder dem Saugstutzen der Verdrängerpumpe oder der an letztere ange- schlossenen Saugleitung (eine zweite Anschlussstelle bzw. zweite Anschlussöffnung).
Da über die Rückführleitung die Flüssigkeitsvorlage der Verdrängerpumpe gespeist werden soll, ist es wünschenswert und vorteilhaft, wenn diese Rückführlei- tung vorrangig mit Flüssigkeit beaufschlagt wird. Die Fluidförderung in der Rückführleitung ist jedoch zwangsläufig ein Abbild dessen, was an der ersten Anschlussstelle bzw. ersten Anschlussöffnung der Rückführleitung am druckseitigen Innenraum an Fluid jeweils zur Verfügung steht. Abhängig von den jeweiligen Prozessbedingungen wird von der Pumpenaggregation und damit auch von der Zent- rifugalpumpe im Bereich des vorg. druckseitigen Innenraums von ausschließlich Flüssigkeit bis zu ausschließlich Gas jede Zweiphasenströmung, gebildet aus Flüssigkeit und Gas in jeweils gegebenen Anteilen, gefördert, so dass die bekannte Rückführleitung auch zwangsläufig von dieser jeweiligen Zweiphasenströmung beaufschlagt ist.
Aus dem vorg. Stand der Technik ist bekannt, die Rückführleitung an den Ringkanal anzuschließen, der integraler Teil des druckseitigen Innenraums ist, und die diesbezügliche erste Anschlussöffnung an einer radial oder annähernd radial orientierten lateralen Begrenzungsfläche, die Teil des hinteren Gehäuseteils ist und den Ringkanal in axialer Richtung in Form einer Ringfläche stirnseitig begrenzt, vorzusehen. In diesem Ringkanal, der als spiralförmiger Ringkanal oder auch als schaufelloser Ringraum mit konstantem Durchtrittsquerschnitt ausgebildet sein kann, wird die Strömung verzögert, wodurch sich ein Teil der kinetischen Energie der das Laufrad verlassenden Strömung in statischen Druck umwandelt, so dass der statische Druck im Ringkanal insgesamt ansteigt. Der statische Druck wird, in hinreichender Höhe gegenüber dem statischen Druck in der Verdrängerpumpe, zum Fluidtransport in der Rückführleitung benötigt. Durch die Anordnung der ers- ten Anschlussöffnung an der vorstehend beschriebenen radialen oder annähernd radial orientierten lateralen Begrenzungsfläche wird der Sachverhalt genutzt, dass sich bei zumindest nicht allzu kritischer Zweiphasenströmung bevorzugt Flüssigkeit in diesem Bereich befindet und dort„geerntet" werden kann, da Gasbestandteile diesen, in axialer Richtung gesehen, hintersten, stirnseitigen Wandbereich des Ringkanals oder schaufelfreien Ringraumes nach Möglichkeit meiden.
Es ist weiterhin aus dem vorgenannten Stand der Technik bekannt, die erste Anschlussöffnung derart in Bezug auf den Druckstutzen der Zentrifugalpumpe zu positionieren, dass eine Anordnungsebene, die durch einen radialen Richtungsvektor geht, der einerseits durch den Mittelpunkt der ersten Anschlussöffnung und andererseits durch die Drehachse der Pumpenaggregation verläuft, von der Längsachse des Druckstutzens senkrecht durchdrungen wird. Dabei ist vorzugsweise, weil sich dies fertigungstechnisch anbietet, eine Längsachse der ersten Anschlussöffnung bzw. der Rückführleitung mittig oder annähernd mittig zum radialen Erstre- ckungsbereich der lateralen Begrenzungsfläche angeordnet.
Gleichwohl bleibt das verbesserte Ernten von Fluid im Bereich der Anschlussöffnung, insbesondere in deren Zuström- und Einlaufbereich, ein weiterhin bestehendes Ziel. Darüber hinaus hat sich herausgestellt, dass durch die mit der Zwei- phasenströmung unvermeidbar geernteten Gasbeimengungen im Einlaufbereich und dem sich unmittelbar anschließenden Rohrbereich der Rückführleitung zusätzliche Strömungsverluste entstehen, die sich im Zusammenwirken mit dem Homogenisierungseffekt in der Rückführleitung nachteilig auf die Speisung der Verdrängerpumpe und damit letztlich auf das Ansaugvermögen der gesamten Pumpenaggregation auswirken.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine selbstansaugende Pumpenaggregation der gattungsgemäßen Art derart weiterzuentwickeln, dass die strö- mungstechnischen Bedingungen für die Strömung von Fluiden zu und in der Rückführleitung verbessert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe wird durch eine selbstansaugende Pumpenaggregation mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung geht in an sich bekannter Weise aus von einer selbstansaugenden Pumpenaggregation, die eine Hintereinanderschaltung einer als rotierende Verdrängerpumpe arbeitenden Flüssigkeitsringpumpe und einer normalsaugenden Zentrifugalpumpe darstellt. Die Zentrifugalpumpe weist in einem mit einer Einlassöffnung und einem Druckstutzen versehenen Gehäuse eine drehbar gelagerte Welle mit einem Laufrad auf. Das Gehäuse besteht dabei vorzugsweise, in Strömungsrichtung gesehen, aus einem vorderen und einem hinteren Gehäuseteil, und es bildet, neben dem das Laufrad aufnehmenden Bereich, einen Ringkanal aus, der den Bereich des Laufrades radial außenseits entweder in der Laufradebene und/ oder in wenigstens einem axial benachbarten Bereich umschließt. Am vorderen Gehäuseteil ist koaxial die Einlassöffnung angeordnet, wobei ein von einem Gehäusemantel der Verdrängerpumpe begrenzter Innenraum über die Einlassöffnung mit einem saugseitigen Innenraum der Zentrifugalpumpe verbunden ist. In dem Gehäusemantel ist eine Förderschnecke angeordnet, die auf der durch das Laufrad hindurch- und in den Gehäusemantel eingreifenden Welle befestigt ist. Es ist eine flüssigkeitsführende Rückführleitung vorgesehen, die den Ringkanal mit dem Innenraum verbindet, wobei die Rückführleitung ringkanalseitig über eine erste Anschlussöffnung ausmündet, die in einer lateral zur Laufradebene verlaufenden lateralen Begrenzungsfläche des Ringkanals angeordnet ist.
Der grundlegende erfinderische Lösungsgedanke besteht darin, dass die erste Anschlussöffnung eine eine Längsachse der ersten Anschlussöffnung sektoral umschließende Ausbuchtung besitzt. Letztere ist einseitig und zum Zentrum der Pumpenaggregation hin orientiert, und sie erweitert stetig die erste Anschlussöffnung zum Ringkanal hin unmittelbar oder mittelbar. An ihrem dem Ringkanal zugwandten Endabschnitt geht die Ausbuchtung mit einer Übergangsfläche in die laterale Begrenzungsfläche oder in eine sich an letztere anschließende innere Umfangswand des Ringkanals stetig über.
Das Merkmal der„stetigen" Erweiterung oder des„stetigen" Überganges soll im Sinne der bekannten Arten der mathematischen Stetigkeit verstanden werden. Dies bedeutet, dass die Zusammensetzung einer erfindungsgemäßen Übergangskurve, die sich als solche in einem gewählten Querschnitt einer zugeordneten Übergangsfläche darstellt, aus kleinen Stücken oder Kurvensegmenten erfolgt. Für diese Zusammensetzung besteht dann die Anforderung, dass die Kurven innerhalb der einzelnen Segmente stetig sein sollen und dass in den Anschlusspunkten Stetigkeitsbedingungen gelten sollen. Dadurch wird im Ergebnis stoßfreier Eintritt der Strömung in die erste Anschlussöffnung und damit auch in die Rückführleitung sichergestellt.
Diese Merkmale führen nicht vorhersehbar im Zusammenwirken mit der Umfangsgeschwindigkeit im Ringkanal einerseits und einer sich infolge der gekrümmten Strömung im Ringkanal ausbildenden ersten Sekundärströmung und einer gegen- sinnigen zweiten Sekundarströmung andererseits zu einer reduzierten Geschwindigkeit im Einlaufbereich zur ersten Anschlussöffnung. Diese Reduzierung der Geschwindigkeit resultiert aus einer Rezirkulationsströmung im Einlaufbereich zur ersten Anschlussöffnung, wodurch sich dort quasi ein Totwasserbereich ausbildet. Die Rezirkulationsströmung ist in die Ausbuchtung hin radial verlagert und der aus diesem Strömungseffekt resultierende Totwasserbereich, ein erster Strömungsbereich, ist randständig im Ringkanal positioniert. Im Ergebnis werden die Zuströmbedingungen im Einlaufbereich zur ersten Anschlussöffnung dadurch verbessert. Die Reduzierung der Geschwindigkeit im Einlaufbereich führt darüber hinaus dort zu einer Erhöhung des statischen Druckes, wodurch sich gegenüber Lösungen nach dem Stand der Technik die die Strömung in der Rückführleitung bewirkende Druckdifferenz erhöht und die Ansaugzeit der Pumpenaggregation vermindert. Weiterhin führt die erfindungsgemäße Maßnahme zu einer Verminderung der Strömungswirbel in der Rücklaufleitung. Diese reduzierte Turbulenz, die insbesondere im sich dem Einlaufbereich unmittelbar anschließenden Rohrbereich der Rückführleitung nachzuweisen ist, reduziert die Strömungsverluste und den Ho- mogenisierungseffekt in der Rückführleitung (Einmischung, Zerteilung und Verteilung der Gasbeimengungen in die Flüssigkeit), wodurch sich die Ansaugzeit weiter reduziert und die Speisung der Verdrängerpumpe weiter verbessert wird.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung des Gehäuses der Zentrifugalpumpe kommen die erfindungswesentlichen Merkmale in besonderer Weise zur Geltung. Diese Ausgestaltung sieht vor, dass der vordere Gehäuseteil die eine äußere Um- fangswand des Ringkanals bildende, kreisförmige, im Wesentlichen sich zylindrisch erstreckende äußere Ringkanal-Gehäusewand und den aus letzterer ausmündenden Druckstutzen aufweist, der tangential an die äußere Ringkanal- Gehäusewand angeschlossen ist. Der hintere Gehäuseteil weist die die innere Umfangswand des Ringkanals ausbildende innere Ringkanal-Gehäusewand auf, die vorzugsweise parallel zur äußeren Ringkanal-Gehäusewand verläuft. Dabei ist der Ringkanal in einem der Laufradebene axial benachbarten Bereich ausgebildet, der, in Strömungsrichtung gesehen, hinter dem Laufrad und ausschließlich außerhalb des vom Laufrad erfassten Bereichs liegt. Die laterale Begrenzungsfläche ist Teil des hinteren Gehäuseteils, die vorzugsweise radial ausgerichtet ist und den Ringkanal in axialer Richtung als hinterster, stirnseitiger Wandbereich berandet.
Bei allen vorstehend definierten Ausgestaltungen des Gehäuses der Zentrifugal- pumpe werden die Zuströmbedingungen zur und die Einlaufbedingungen in die erste Anschlussöffnung und damit in die Rückführleitung weiter verbessert und es wird die Rezirkulationsströmung verstärkt und nachhaltig generiert, wenn, wie dies vorgesehen ist, die erste Anschlussöffnung zum Ringkanal hin zunächst in Form einer Ansenkung aufgeweitet ist. Die erfindungsgemäße Ausbuchtung greift bei dieser Ausführungsform in axialer Richtung in die Ansenkung ein oder durch die Ansenkung hindurch, wodurch sich eine stetige Querschnittserweiterung des beschriebenen Bereichs zum Ringkanal hin ergibt. Greift die Ausbuchtung nur in die Ansenkung hinein, dann erweitert sich auch nur die Ansenkung zum Ringkanal hin. Greift sie durch die Ansenkung hindurch, dann erweitert sich, in Durchströmungsrichtung der Rückführleitung gesehen, bereits die erste Anschlussöffnung zum Ringkanal hin. Die Ansenkung kann dabei in radialer Richtung von der Ausbuchtung vollständig oder auch nur teilweise überdeckt werden. Die Ansenkung kann beispielsweise kegelig, kegelförmig, konisch im weitesten Sinne oder tulpen- förmig ausgeführt sein. Sie ist bevorzugt axialsymmetrisch und koaxial zur Längsachse der ersten Anschlussöffnung ausgebildet, wodurch sich ihre spangebende Formung signifikant vereinfacht.
Eine weitere Verbesserung der Zuströmbedingungen zur und der Einlaufbedingungen in die erste Anschlussöffnung und damit in die Rückführleitung stellt sich ein, wenn, wie dies ein anderer Vorschlag vorsieht, die Längsachse der ersten Anschlussöffnung außermittig zum radialen Erstreckungsbereich der lateralen Begrenzungsfläche und radial nach innen versetzt angeordnet ist. Diese Maßnahme leistet einen weiteren Beitrag zur Verstärkung und nachhaltigen Generierung der vorstehend bereits beschriebenen Rezirkulationsströmung. Es ist im Zusammenhang mit dem vorstehend definierten radialen Versatz der Längsachse weiterhin von Vorteil, wenn diese bis auf einen halben Innendurchmesser der Rückführleitung von der den Ringkanal radial innenseits begrenzenden inneren Umfangs- wand beabstandet ist. Dadurch greifen die Ausbuchtung und/oder die Ansenkung, wenn letztere mit einer geeigneten Neigung gegen die Längsachse versehen ist, in die innere Ringkanal-Gehäusewand ein, wodurch die Rezirkulationsströmung und damit die Zuströmbedingungen zur und die Einlaufbedingungen in die erste Anschlussöffnung und damit in die Rückführleitung strömungstechnisch positiv beeinflusst werden.
Eine favorisierte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Längsachse der ersten Anschlussöffnung senkrecht auf und im Berührungspunkt der Tangente an die laterale Begrenzungsfläche steht. Diese Ausführungsform schafft dann beson- ders einfache geometrische Verhältnisse mit Blick auf die Anbindung der Rückführleitung an den Ringkanal, wenn die laterale Begrenzungsfläche des Ringkanals radial ausgerichtet ist. Wenn eine radial ausgerichtete laterale Begrenzungsfläche vorliegt, dann sieht ein weiterer Vorschlag vor, dass eine Symmetrieachse der Ausbuchtung einen Winkel mit der senkrecht auf der lateralen Begrenzungsfläche stehenden Längsachse der ersten Anschlussöffnung bildet, wobei die axiale Erstreckungsrichtung der Aus- buchtung radial nach innen orientiert ist. Diese Ausgestaltung verbessert weiter die Zuströmbedingungen zur und die Einlaufbedingungen in die erste Anschlussöffnung und damit in die Rückführleitung, weil sie durch zusätzliche Erweiterung der ersten Anschlussöffnung einer Kontraktion der Strömung im Bereich der ersten Anschlussöffnung entgegenwirkt. Darüber hinaus wird dadurch der stetige Übergang von der Ausbuchtung in die benachbarte innere Umfangswand des Ringkanals quasi ohne zusätzliche formgebende Maßnahme verwirklicht.
Die vorstehend im Zusammenhang mit einer radial ausgerichteten lateralen Begrenzungsfläche beschriebenen positiven Effekte werden noch verstärkt, wenn, wie dies ebenfalls vorgeschlagen wird, ein Tiefpunkt der Ausbuchtung, in Richtung zum Zentrum der Pumpenaggregation gesehen, radial nach innen hinter die innere Umfangswand zurücktritt und wenn die Ausbuchtung mit der Übergangsfläche stetig in die innere Umfangswand übergeht. Die vorbeschriebenen Maßnahmen zur Ausgestaltung der Ausbuchtung, der An- senkung und der radialen Anordnung der ersten Anschlussöffnung sind einerseits an sich durch spangebende Formgebung relativ einfach herstellbar und andererseits werden sie strömungstechnisch dann besonders wirksam, wenn die innere und die äußere Umfangswand des Ringkanals parallel oder näherungsweise pa- rallel zueinander verlaufen und der Ringkanal an seinem der Laufradebene abgewandten Ende durch eine radial ausgerichtete laterale Begrenzungsfläche beran- det ist.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Längsachse der ersten An- Schlussöffnung, in Durchströmungsrichtung der Rückführleitung gesehen, radial nach innen zum Zentrum der Pumpenaggregation hin orientiert ist. Diese Ausführungsform ist auf jedwede geometrische Form des Ringkanals anwendbar, auch auf parallele Umfangswände in Verbindung mit einer radial ausgerichteten latera- len Begrenzungsfläche. Sie verbessert in jedem Falle den stoßfreien Eintritt der Strömung in die Rückführleitung, weil die beschriebene Neigung der Längsachse eine ähnliche strömungstechnische Wirkung hervorruft wie die vorstehend beschriebene Neigung der Symmetrieachse der Ausbuchtung.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die erste Anschlussöffnung, in einer Querschnittsebene senkrecht zur Drehachse der Pumpenaggregation gesehen, derart in Bezug auf den Druckstutzen positioniert ist, dass eine erste Anordnungsebene, die durch einen radialen Richtungsvektor geht, der einerseits durch den Mittelpunkt der ersten Anschlussöffnung und andererseits durch die Drehachse der Pumpenaggregation verläuft, von der Längsachse des Druckstutzens senkrecht durchdrungen wird.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung schlägt vor, dass in der vorstehend defi- nierten Betrachtungsweise die erste Anschlussöffnung derart in Bezug auf den Druckstutzen positioniert ist, dass eine zweite Anordnungsebene, die durch einen radialen Richtungsvektor geht, der einerseits durch den Mittelpunkt der ersten Anschlussöffnung und andererseits durch eine axiale Symmetrieachse des Gehäusemantels verläuft, von der Längsachse des Druckstutzens senkrecht durchdrun- gen wird.
Die jeweils so definierte Lage der ersten Anschlussöffnung bedeutet, dass eine Stelle im Ringkanal unmittelbar vor Eintritt der Strömung in den Druckstutzen der Zentrifugalpumpe ausgewählt ist, an der der maximal mögliche statische Druck in- nerhalb des Gehäuses der Zentrifugalpumpe vorliegt. Es versteht sich, dass die erste Anschlussöffnung auch zwischen der ersten und der zweiten Anordnungsebene oder in einem engen sektoralen Bereich jeweils, in Umfangsrichtung gesehen, neben diesen Anordnungsbereichen angeordnet sein kann, ohne dass die Erfindung verlassen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der selbstansaugenden Pumpenaggregation gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen
Figur 1 in perspektivischer Darstellung die selbstansaugende Pumpen- aggregation gemäß der Erfindung;
Figur 2 einen Meridianschnitt durch die Pumpenaggregation gemäß
Figur 1 entsprechend einem dort mit A-A gekennzeichneten
Schnittverlauf;
Figur 3 einen Querschnitt durch die Zentrifugalpumpe der Pumpenag- gregation gemäß Figur 1 entsprechend einem Schnittverlauf, der gegenüber einem in Figur 2 mit B-B gekennzeichneten Schnittverlauf axial so weit vorverlegt ist, dass das hintere Gehäuseteil nicht geschnitten ist, wobei das vor der Schnittebene angeordnete Laufrad zusätzlich in Ansicht dargestellt ist;
Figur 4 in halb Schnitt und halb Ansicht eine in Figur 2 mit„X" gekennzeichnete Einzelheit im Bereich des Ringkanals und eines Teils der sich anschließenden Rückführleitung;
Figur 5 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Figur 4;
Figur 6 eine vergrößerte Darstellung der in Figur 2 mit „X" gekenn- zeichneten Einzelheit, wobei die Darstellung auf den Meridianschnitt durch den Ringkanal und einen Teil der sich anschließenden Rückführleitung beschränkt ist,
Figur 7 eine vergrößerte Darstellung der Anordnung gemäß Figur 6 zur
Verdeutlichung strömungstechnischer Vorgänge im dargestell- ten Bereich und
Figur 7a die Strömungsverhältnisse im Bereich der durch die Umfangsgeschwindigkeit im Ringkanal quer angeströmten ersten Anschlussöffnung. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine selbstansaugende Pumpenaggregation 1 (Figuren 1 bis 3) ist von einer normalsaugenden Zentrifugalpumpe (Kreiselpumpe) 2 und einer dieser, in Strömungsrichtung gesehen, vorgeordneten rotierenden Verdrängerpumpe 20, die im Ausführungsbeispiel als sog. Flüssigkeitsringpumpe ausgeführt ist, gebildet. Die Verdrängerpumpe 20 ist gehäuseseitig von einem Gehäusemantel 20.1 (Figuren 2, 1) und einem Gehäusedeckel 20.2 mit einem zentrisch an letzterem angeordneten Saugstutzen 20.2a begrenzt, wobei der Gehäusemantel 20.1 an seinem dem Gehäusedeckel 20.2 abgewandten Ende mit einem vorderen Gehäuseteil 2.1 der Zentrifugalpumpe 2 fest verbunden ist.
Eine axiale Symmetrieachse a2 des Gehäusemantels 20.1 ist gegenüber einer Drehachse a^ der Pumpenaggregation 1 (siehe Figuren 1 und 3), bezogen auf die Zeichnungslage der Pumpenaggregation 1 , die auch der üblichen Einbaulage ent- spricht, um eine vertikale Exzentrizität e nach unten versetzt. Dadurch ist eine in der Verdrängerpumpe 20 befindliche Förderschnecke 21 , die auf einem Wellenfortsatz 8b einer ein Laufrad 4 der Zentrifugalpumpe 2 tragenden Welle 8 angeordnet ist, um diese vertikale Exzentrizität e innerhalb des Gehäusemantels 20.1 nach oben verschoben. Der Wellenfortsatz 8b schließt sich an eine Nabe 8a der Welle 8 an, wobei auf der Nabe 8a das Laufrad 4 befestigt ist, und er greift durch das vordere Gehäuseteil 2.1 hindurch- und in den Gehäusemantel 20.1 ein. Ein vom Gehäusemantel 20.1 , dem Gehäusedeckel 20.2 und dem vorderen Gehäuseteil 2.1 innenseits begrenzter Innenraum 20.3 ist über eine konzentrisch im vorderen Gehäuseteil 2.1 und damit konzentrisch zur Drehachse ai angeordnete Ein- lassöffnung 2.1 b (Figur 2) mit einem saugseitigen Innenraum 2.1 c der Zentrifugalpumpe 2 fluid- durchlässig verbunden.
Der Aufbau der Zentrifugalpumpe 2 ist beispielsweise aus der DE 103 14 425 B4 bekannt. Ein aus dem vorderen 2.1 und einem hinteren Gehäuseteil 2.2 bestehendes Gehäuse 2.1/2.2 der Zentrifugalpumpe 2 ist über einen Befestigungsflansch 7 fliegend an einem Motor 6 befestigt (Figuren 1 und 2). Am vorderen Gehäuseteil 2.1 ist zentrisch die Einlassöffnung 2.1 b ausgebildet und an seinem Um- fang und dort tangential ausmündend ist ein Druckstutzen 5 angeschlossen, der über eine konische Erweiterung 5a in einem Anschlussstutzen 5b endet.
Aus dem in Figur 1 mit A-A gekennzeichneten Schnittverlauf resultiert der Meridi- anschnitt gemäß Figur 2. Das vordere und das hintere Gehäuseteil 2.1 , 2.2 sind in ihrem radialen Erstreckungsbereich mit jeweils engem Ringspalt an das Laufrad 4 angepasst. An den ringförmig umlaufenden Laufradaustrittsquerschnitt schließt sich außenseits ein schaufelloser Ringraum 3a an, der in radialer Richtung zunächst beiderseits von dem vorderen und dem hinteren Gehäuseteil 2.1 , 2.2 ein Stück begrenzt ist und anschließend außenseits von einer nicht bezeichneten Übergangsfläche des vorderen Gehäuseteils 2.1 berandet ist. Diese Übergangsfläche setzt sich anschließend in einer äußeren Ringkanal-Gehäusewand 2.1 a fort, wobei diese zumindest innenseits beispielsweise die Form eines Zylindermantels aufweist, d.h. einen konstanten Krümmungsradius, einen Außenradius, besitzt (Figur 3). Das hintere Gehäuseteil 2.2 ist im Bereich des Laufrades 4 als vorzugsweise radial sich erstreckende Scheibe ausgebildet. Im Außenbereich dieser Scheibe schließt sich eine hauptsächlich axial orientierte, vom Laufrad 4 in axialer Richtung fortstrebende, die Drehachse ai umschließende innere Ringkanal-Gehäusewand 2.2a an, deren örtlicher Krümmungsradius (veränderlicher örtli- eher Innenradius; Figur 3) zur Realisierung beispielsweise eines spiralförmigen Verlaufs über den Umfang veränderlich ist.
Die äußere und die innere Ringkanal-Gehäusewand 2.1 a, 2.2a bilden somit zwischen sich einen Ringkanal 3* aus, der bei sich stetig veränderndem Durchtritts- querschnitt (veränderlicher örtlicher Krümmungsradius) als spiralförmiger Ringkanals 3** ausgeführt sein kann. Gleichwohl ist mit der gezeigten Anordnung auch ein Ringkanal 3* mit einem über den Umfang konstanten Durchtrittsquerschnitt realisierbar. Der (spiralförmige) Ringkanal (3**), 3* schließt sich seitlich an den schaufellosen Ringraum 3a an; zusammen bilden diese einen druckseitigen Innen- räum 3 der Zentrifugalpumpe 2.
Figur 3 zeigt beispielhaft, wie sich der spiralförmige Ringkanal 3**, über den Umfang gesehen, stetig erweitert. Beginnend an der hintersten Durchdringungsstelle des Druckstutzens 5 mit dem vorderen Gehäuseteil 2.1 , und zwar in einer Drehrichtung n der Kreiselpumpe 2 gesehen, nimmt der Durchtrittsquerschnitt des spiralförmigen Ringkanals 3** von einem Minimumquerschnitt an stetig zu bis zu einer Stelle, wo in Figur 3 die sich mit der Drehachse a^ schneidende waagerechte Mittellinie eine Senkrechte mit der Längsachse des Druckstutzens 5 bildet. Bis zu dieser Stelle ist die innere Ringkanal-Gehäusewand 2.2a stetig gekrümmt. Im An- schluss daran schließt sich vorzugsweise ein nicht bezeichneter ebener Wandbereich an, der im Bereich des spiralförmigen Ringkanals 3** einen Durchtrittsquerschnitt sicherstellt, der mindestens dem Durchtrittsquerschnitt des Druckstutzens 5 entspricht. Anstelle des ebenen Wandbereichs kann die innere Ringkanal- Gehäusewand 2.2a auch in anderer Form, beispielsweise stetig gekrümmt, ausgebildet sein.
Die äußere axiale Begrenzung des (spiralförmigen) Ringkanals (3**) 3* wird reali- siert über eine sich an die innere Ringkanal-Gehäusewand 2.2a anschließende, von der Drehachse a^ sich in radialer Richtung entfernende, in einer lateral zur Laufradebene verlaufende laterale Begrenzungsfläche 2.2b, die Teil des hinteren Gehäuseteil 2.2 ist (Figur 2). Die laterale Begrenzungsfläche 2.2b ist vorzugsweise radial ausgerichtet und berandet den Ringkanal 3*, 3** in axialer Richtung als hinterster, stirnseitiger Wandbereich.
Die laterale Begrenzungsfläche 2.2b setzt sich vorzugsweise über die äußerste radiale Erstreckung der äußeren Ringkanal-Gehäusewand 2.1 a in radialer Richtung nach außen fort (Figur 2). Auch an die äußere Ringkanal-Gehäusewand 2.1 a schließt sich eine nicht bezeichnete, radial orientierte, mit der lateralen Begrenzungsfläche 2.2b korrespondierende und mit dieser lösbar verbundene Ringfläche an, die außenseits die laterale Begrenzungsfläche 2.2b umfasst. Die beiden radial orientierten vorgenannten Flächen sind ringkanalseitig gegeneinander abgedichtet (Gehäusedichtung 28; Figur 6), und sie verfügen über mehrere, über ihren Um- fang verteilt angeordnete, miteinander korrespondierende Durchgangsbohrungen, über die das vordere und das hintere Gehäuseteil 2.1 , 2.2 miteinander vorzugsweise verschraubt sind. Eine Rückführleitung 9 (Figuren 2, 1 , 3) ist zentrifugalpumpenseitig über eine erste Anschlussöffnung 9a an den Ringkanal 3* oder den spiralförmigen Ringkanal 3** angeschlossen. Eine bevorzugte Anordnungsstelle für die erste Anschlussöffnung 9a ist die radial orientierte laterale Begrenzungsfläche 2.2b, die Teil des hin- teren Gehäuseteils 2.2 ist und den Ringkanal 3*, 3** in radialer Richtung stirnseitig begrenzt, d.h. der Ringkanal 3*, 3** mündet dort in die erste Anschlussöffnung 9a ein.
Es werden beste Ergebnisse erzielt, wenn die erste Anschlussstelle 9a derart in Bezug auf den Druckstutzen 5 positioniert ist, dass eine erste Anordnungsebene E (siehe Figur 3), die durch einen radialen Richtungsvektor geht, der einerseits durch den Mittelpunkt der ersten Anschlussöffnung 9a und andererseits durch die Drehachse a^ der Pumpenaggregation 1 verläuft, von der Längsachse des Druckstutzens 5 senkrecht durchdrungen wird. Vergleichbare Ergebnisse werden sichergestellt, wenn anstelle der ersten Anordnungsebene E eine zweite Anordnungsebene E1 gewählt wird, die gegenüber der ersten Anordnungsebene E um die vertikale Exzentrizität e parallel versetzt ist. In diesem Falle ist die erste Anschlussöffnung 9a derart in Bezug auf den Druckstutzen 5 positioniert ist, dass die zweite Anordnungsebene E1 , die durch einen radialen Richtungsvektor geht, der einerseits durch den Mittelpunkt der ersten Anschlussöffnung 9a und andererseits durch eine axiale Symmetrieachse a2 des Gehäusemantels 20.1 verläuft, von der Längsachse des Druckstutzens 5 senkrecht durchdrungen wird. Es versteht sich, dass die erste Anschlussöffnung 9a auch zwischen der ersten und der zweiten Anordnungsebene E1 , E2 oder in einem engen sektoralen Bereich jeweils, in Um- fangsrichtung der Zentrifugalpumpe 2 gesehen, neben diesen Anordnungsebenen E1 , E2 angeordnet sein kann, ohne dass die Erfindung verlassen wird.
Die Rückführleitung 9 steht über eine zweite Anschlussöffnung 9b mit dem Innenraum 20.3 in Verbindung, wobei die zweite Anschlussöffnung 9b am Gehäuse- mantel 20.1 oder am Gehäusedeckel 20.2 oder am Saugstutzen 20.2a oder an einer Saugleitung 24 angeordnet sein kann. Zwecks einfacher Montage ist die Rückführleitung 9 zwischen den beiden Anschlussöffnungen 9a, 9b vorzugsweise geteilt und die Enden sind mit einer Ver- schraubung 26 miteinander verbunden. Zum Zwecke des fluiddichten Absperrens der Rückführleitung 9 ist in dieser ein Absperrventil 22 angeordnet, das in einer bevorzugten Ausführungsform fernsteuerbar ist. Das fernsteuerbare Absperrventil 22 ist über eine Steuerleitung 27 mit einem beispielsweise im Druckstutzen 5 oder in einer Druckleitung 25 angeordneten Signalgeber 23 verbunden, der ein Steuersignal aus einer die Flüssigkeitsförderung in der Pumpenaggregation 1 kennzeichnenden physikalischen Größe generiert (Figuren 2, 3).
Eine bevorzugte Ausführungsform des Gehäuses 2.1/2.2 und des Ringkanals 3*, 3** der Zentrifugalpumpe 2 zeigen die Figuren 2 und 4 bis 7. Der vordere Gehäuseteil 2.1 (Figuren 6, 2) weist die eine äußere Umfangswand 29 des Ringkanals 3*;3** bildende, kreisförmige, im Wesentlichen sich zylindrisch erstreckende äuße- re Ringkanal-Gehäusewand 2.1 a und den aus letzterer ausmündenden Druckstutzen 5 auf, der tangential an die äußere Ringkanal-Gehäusewand 2.1 a angeschlossen ist. Der hintere Gehäuseteil 2.2 weist die die innere Umfangswand 30 des Ringkanals 3*; 3** ausbildende innere Ringkanal-Gehäusewand 2.2a auf, die vorzugsweise parallel zur äußeren Ringkanal-Gehäusewand 2.1 a verläuft. Dabei ist der Ringkanal 3*; 3** bevorzugt in einem der Laufradebene axial benachbarten Bereich ausgebildet, der, in Strömungsrichtung gesehen, hinter dem Laufrad 4 und ausschließlich vollständig außerhalb des vom Laufrad 4 erfassten Bereichs liegt. Die laterale Begrenzungsfläche 2.2b ist Teil des hinteren Gehäuseteils 2.2); sie ist vorzugsweise radial ausgerichtet und berandet den Ringkanal 3*; 3** in axi- aler Richtung als hinterster, stirnseitiger Wandbereich.
Die die Erfindung kennzeichnenden und vorteilhaft ausgestaltenden Merkmale werden beispielhaft an der vorstehend definierten bevorzugten Ausführungsform des Gehäuses 2.1/2.2 und des Ringkanals 3*, 3** dargestellt (Figuren 4 bis 7) und in ihrer Wirkungsweise erläutert. Der Ringkanal 3*, 3** besitzt in der dargestellten Meridianebene (Figur 6) eine örtliche Ringkanalbreite s, deren Mitte durch eine jeweils dargestellte halbe örtliche Ringkanalbreite s/2 definiert ist. Eine Längsachse a3 der ersten Anschlussöffnung 9a ist um einen radialen Versatz Ar außermittig zum lateralen Erstreckungsbereich der lateralen Begrenzungsfläche 2.2b und radial nach innen versetzt angeordnet, wobei sich letztere innerhalb des Ringkanals 3*, 3** als Stirnwand 31 darstellt. Diese Anordnung führt nicht vorhersehbar im Zusammenwirken mit einer Umfangsgeschwindigkeit cu im Ringkanal 3*, 3** (siehe Figuren 3 und 5) einerseits und einer sich dort infolge der gekrümmten Strömung ausbildenden ersten Sekundärströmung S1 und einer gegensinnigen zweiten Sekundärströmung S2 (Figur 7) andererseits zu einer reduzierten Geschwindigkeit in einem ersten Strömungsbe- reich B1. Der erste Strömungsbereich B1 ist, in Durchströmungsrichtung der Ringleitung 9 gesehen, dem Einlaufbereich zur ersten Anschlussöffnung 9a vorgelagert und zur erfindungsgemäß ausgestalteten und positionierten Ausbuchtung 33 hin radial verlagert. Es bildet sich in dem ersten Strömungsbereich B1 , randständig im Ringkanal 3*, 3**, quasi eine Totwasserzone aus. Diese Totwasserzone resultiert aus einer Rezirkulationsströmung R, wie sie in Figur 7a dargestellt ist, die ihre Ursache und ihre Generierung in der Ausbuchtung 33 findet und wodurch die Zuströmbedingungen im Einlaufbereich zur ersten Anschlussöffnung 9a signifikant verbessert werden. Die beschriebene Reduzierung der Geschwindigkeit führt darüber hinaus dort zu einer Erhöhung des statischen Druckes, wodurch sich gegen- über Lösungen nach dem Stand der Technik die die Strömung in der Rückführleitung 9 bewirkende Druckdifferenz erhöht und die Ansaugzeit der Pumpenaggregation 1 vermindert.
Weiterhin führt die erfindungsgemäße Ausbuchtung einerseits zu einer Reduzie- rung der Anzahl der Strömungswirbel und andererseits zu einer Verminderung ihrer Intensität in der Rücklaufleitung 9. Diese reduzierte Turbulenz, die insbesondere in einem sich dem Einlaufbereich zur ersten Anschlussöffnung 9a unmittelbar anschließenden Rohrbereich der Rückführleitung 9, einem in Figur 7 mit B2 gekennzeichneten zweiten Strömungsbereich, nachzuweisen ist, reduziert die Strö- mungsverluste und den Homogenisierungseffekt (Einmischung, Zerteilung und Verteilung der Gasbeimengungen in die Flüssigkeit) in der Rückführleitung 9, wodurch sich die Ansaugzeit der Pumpenaggregation 1 weiter reduziert und die Speisung der Verdrängerpumpe 20 mit weniger gasbeladenem Fluid weiter ver- bessert wird. Der zweite Strömungsbereich B2 fällt durch die erfindungsgemäßen Merkmale nachweisbar schlanker und weniger querschnittsverengend aus als ohne diese Merkmale. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die erste Anschlussöffnung 9a zum Ringkanal 3*, 3** hin zunächst in Form einer Ansenkung 32 aufgeweitet ist (Figur 6). Dabei greift die Ausbuchtung 33 in axialer Richtung entweder nur in die Ansenkung 32 ein oder durch diese vollständig bis in die erste Anschlussöffnung 9a bzw. den Innendurchmesser der Rückführleitung 9 hindurch. Greift die Aus- buchtung 33 axial nur in die Ansenkung 32 hinein, dann erweitert sich lediglich die Ansenkung 32 zum Ringkanal 3*, 3** hin. Greift sie durch die Ansenkung 32 hindurch, dann erweitert sich, in Durchströmungsrichtung der Rückführleitung 9 gesehen, bereits die erste Anschlussöffnung 9a bzw. der Innendurchmesser der Rückführleitung 9 zum Ringkanal 3*, 3** hin. Die Ansenkung 32 kann dabei in ra- dialer Richtung von der Ausbuchtung 33 vollständig oder auch nur teilweise überdeckt werden. Diese Ansenkung 32 kann kegelig, kegel- oder konusförmig oder tulpenförmig ausgebildet sein, wobei der Übergang zum Innenrohr der Rückführleitung 9 vorzugsweise abgerundet, d.h. vorzugsweise konvex gekrümmt, ausgeführt ist, um eine Einschnürung der Rohrströmung zu vermeiden bzw. wenigstens zu reduzieren.
Eine vorzugsweise spanende Formgebung der Ansenkung 32 vereinfacht sich, wenn letztere axialsymmetrisch und koaxial zur Längsachse a3 ausgebildet ist. In diesem Falle kann der ringkanalseitige Endabschnitt des Innenrohres der Rück- führleitung beispielsweise als Führung für das spanende Formgebungswerkzeug dienen.
Eine weitere Verbesserung der Zuströmbedingungen zur und der Einlaufbedingungen in die erste Anschlussöffnung 9a und damit in die Rückführleitung 9 stellt sich ein (Figur 6), wenn die Längsachse a3 der ersten Anschlussöffnung 9a außermittig zum radialen Erstreckungsbereich der lateralen Begrenzungsfläche 2.2b und radial nach innen versetzt angeordnet ist. Der radiale Versatz der Längsachse a3 (Figuren 7, 7a) verstärkt die Bildung der Rezirkulationsstromung R und sorgt auch für deren nachhaltige Generierung.
Es ist im Zusammenhang mit dem vorstehend definierten radialen Versatz der Längsachse a3 weiterhin von Vorteil, wenn diese bis auf einen halben Innendurchmesser der Rückführleitung 9 von der den Ringkanal 3*, 3** radial innenseits begrenzenden inneren Umfangswand 30 beabstandet ist. Dadurch greifen die Ausbuchtung 33 und/oder die Ansenkung 32, wenn letztere mit einer geeigneten Neigung gegen die Längsachse a3 versehen ist, in die innere Ringkanal- Gehäusewand 2.2a ein, wodurch die Rezirkulationsstromung R und damit die Zuströmbedingungen zur und die Einlaufbedingungen in die Ausbuchtung 33, die Ansenkung 32, die erste Anschlussöffnung 9a und damit in die Rückführleitung 9 strömungstechnisch positiv beeinflusst werden. Hinsichtlich der Richtung der Ausmündung der Rückführleitung 9 aus dem Ringkanal 3*, 3** sieht die Erfindung zwei alternative Varianten vor. Die erste Variante zeichnet sich dadurch aus, dass die Längsachse a3 senkrecht auf und im Berührungspunkt der Tangente an die laterale Begrenzungsfläche 2.2b steht. Bei der zweiten Variante ist die Längsachse a3, in Durchströmungsrichtung der Rückführ- leitung 9 gesehen, radial nach innen zum Zentrum der Pumpenaggregation 1 hin orientiert.
Die Wahl der genannten beiden Varianten ist auch abhängig von dem Verlauf der lateralen Begrenzungsfläche 2.2b. Die Zentrifugalpumpentechnik kennt Ringkanä- le mit kreisförmigem, ovalem, elliptischem, trapezförmig sich radial nach außen erweiterndem, rechteckförmigem oder quadratischem Durchtrittsquerschnitt. Entsprechend einem sich aus der vorstehenden Querschnittsform ergebenden Er- streckungsverlauf der lateralen Begrenzungsfläche 2.2b, an die die Rückführleitung 9 erfindungsgemäß angeschlossen ist, ergibt sich, ob die Strömung mehr o- der weniger stoßfrei in die erste Anschlussöffnung 9a zur Rückführleitung 9 eintreten kann. Stoßfreier Eintritt kann durch Veränderung des Neigungswinkels zwischen der Längsachse a3 und der Richtung der lateralen Begrenzungsfläche 2.2b herbeigeführt werden. Ist beispielsweise die laterale Begrenzungsfläche 2.2b radi- al ausgerichtet, dann kann durch Anwendung der zweiten Variante (Orientierung der Längsachse a3 radial nach innen) der Grad der Umlenkung der in die Rückführleitung 9 eintretenden Strömung im Bereich der ersten Anschlussöffnung 9a reduziert werden. Ist beispielsweise der Ringkanal 3*, 3** kreisförmig ausgebildet und befindet sich die erste Anschlussöffnung 9a beispielsweise im mittleren Bereich des ersten Quadranten des Kreisquerschnittes des Ringkanals 3*, 3**, dann kann die erste Variante (Längsachse a3 steht senkrecht auf und im Berührungspunkt der Tangente an die laterale Begrenzungsfläche 2.2b) angewendet werden, weil dann die Längsachse a3, in Durchströmungsrichtung der Rückführleitung 9 gesehen, bereits per se radial nach innen ausgerichtet ist.
Sieht die Ausgestaltung des Ringkanals 3*, 3** eine radial ausgerichtete laterale Begrenzungsfläche 2.2b vor, dann ergibt sich eine weitere Verbesserung der Zuströmbedingungen zur und der Einlaufbedingungen in die erste Anschlussöffnung 9a durch einen Vorschlag, der vorsieht, dass eine Symmetrieachse a4 der Ausbuchtung 33 einen Winkel w mit der senkrecht auf der lateralen Begrenzungsfläche 2.2b stehenden Längsachse a3 bildet, wobei die axiale Erstreckungsrichtung der Ausbuchtung 33 radial nach innen orientiert ist. Die vorstehende Ausführungsform lässt sich nach einem anderen Vorschlag dadurch strömungstechnisch weiter optimieren, dass ein Tiefpunkt der Ausbuchtung 33, in Richtung zum Zentrum der Pumpenaggregation 1 gesehen, radial nach innen hinter die innere Umfangswand 30 zurücktritt und dass die Ausbuchtung 33 mit der Übergangsfläche 34 stetig in die innere Umfangswand 30 übergeht.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Prozessaggregation 1 beinhalten die Ausbuchtung 33 und/oder die Ansenkung 32 und/oder den radialen Versatz der ersten Anschlussöffnung 9a nach Maßgabe der Patentansprüche. Jede sinnvolle Kombination dieser erfinderischen Merkmale, ausgehend jeweils von der Verwirklichung der Ausbuchtung 33, ist ausführbar und schafft jeweils eine Lösung, die Vorteile gegen dem gewürdigten einschlägigen Stand der Technik hat. Es kann sich beispielsweise der Ausbuchtung 33 unmittelbar die erste Anschlussöffnung 9a anschließen, wobei letztere radial versetzt oder mittig im Ringkanal 3*, 3** angeordnet sein kann. Der Ringkanal 3*, 3** selbst kann dabei, bezogen auf den vom Laufrad 4 erfassten Bereich, in den unterschiedlichsten axialen Positionen verwirklicht sein, die in den Ansprüchen angelegt und auch in der vorstehenden Beschreibung angegeben sind. Der Ringkanal 3*, 3** ist entweder als schau- feifreier Ringraum 3* mit einem über den Umfang konstanten Durchtrittsquerschnitt oder als spiralförmiger Ringkanal 3** mit stetig sich veränderndem Durchtrittsquerschnitt ausgeführt. Die Querschnittsform des Ringkanals 3*, 3** kann kreisförmig, oval, elliptisch, trapezförmig und radial nach außen sich vergrößernd, rechteckförmig oder quadratisch ausgebildet sein.
BEZUGSZEICHENLISTE DER VERWENDETEN ABKÜRZUNGEN
1 selbstansaugende Pumpenaggregation
2 (normalsaugende) Zentrifugalpumpe (Kreiselpumpe)
2.1/2.2 Gehäuse
2.1 vorderer Gehäuseteil
2.1 a äu ßere Ringkanal-Gehäusewand
2.1 b Einlassöffnung
2.1 c saugseitiger Innenraum
2.2 hinterer Gehäuseteil
2.2a innere Ringkanal-Gehäusewand
2.2b laterale Begrenzungsfläche
3 druckseitiger Innenraum
3* Ringkanal
3** spiralförmiger Ringkanal
3a schaufelloser Ringraum
4 Laufrad
5 Druckstutzen
5a konische Erweiterung
5b Anschlussstutzen
6 Motor
7 Befestigungsflansch
8 Welle
8a Nabe
8b Wellenfortsatz (flüssigkeitsführende) Rückführleitung
erste Anschlussöffnung
zweite Anschlussöffnung rotierende Verdrängerpumpe (Flüssigkeitsringpumpe)
Gehäusemantel
Gehäusedeckel
Saugstutzen
Innenraum
Förderschnecke
Absperrventil
Signalgeber
Saugleitung
Druckleitung
Verschraubung
Steuerleitung
Gehäusedichtung
äußere Umfangswand
innere Umfangswand
Stirnwand
Ansenkung (konusförmig; tulpenförmig)
Ausbuchtung
Übergangsfläche
Drehachse der Pumpenaggregation 1
axiale Symmetrieachse des Gehäusemantels 20.1 Längsachse der ersten Anschlussöffnung 9a
Symmetrieachse der Ausbuchtung 33
Umfangsgeschwindigkeit im Ringkanal 3*, 3**
(vertikale) Exzentrizität
Drehrichtung s örtliche Ringkanalbreite s/2 halbe örtliche Ringkanalbreite w Anstellwinkel
B1 erster Strömungsbereich
B2 zweiter Strömungsbereich E erste Anordnungsebene
E1 zweite Anordnungsebene
R Rezirkulationsströmung S1 erste Sekundarstromung
S2 zweite Sekundarstromung

Claims

Patentansprüche
Selbstansaugende Pumpenaggregation (1 ), die eine Hintereinanderschaltung einer als rotierende Verdrängerpumpe (20) arbeitenden Flüssigkeitsringpumpe und einer normalsaugenden Zentrifugalpumpe (2) darstellt,
wobei die Zentrifugalpumpe (2) in einem mit einer Einlassöffnung (2.1 b) und einem Druckstutzen (5) versehenen Gehäuse (2.1/2.2) eine drehbar gelagerte Welle (8) mit einem Laufrad (4) aufweist,
wobei das Gehäuse (2.1/2.2), in Strömungsrichtung gesehen, aus einem vorderen (2.1 ) und einem hinteren Gehäuseteil (2.2) besteht und einen Ringkanal (3*; 3**) ausbildet, der den Bereich des Laufrades (4) radial außenseits entweder in der Laufradebene und/oder in wenigstens einem axial benachbarten Bereich umschließt,
wobei koaxial am vorderen Gehäuseteil (2.1 ) die Einlassöffnung (2.1 b) angeordnet ist,
wobei ein von einem Gehäusemantel (20.1 ) der Verdrängerpumpe (20) begrenzter Innenraum (20.3) über die Einlassöffnung (2.1 b) mit einem saugsei- tigen Innenraum (2.1 c) der Zentrifugalpumpe (2) verbunden und in dem Gehäusemantel (20.1 ) eine Förderschnecke (21 ) angeordnet ist, die auf der durch das Laufrad (4) hindurch- und in den Gehäusemantel (20.1 ) eingreifenden Welle (8) befestigt ist,
wobei eine flüssigkeitsführende Rückführleitung (9) vorgesehen ist, die den Ringkanal (3*; 3**) mit dem Innenraum (20.3) verbindet,
wobei die Rückführleitung (9) ringkanalseitig über eine erste Anschlussöffnung (9a) ausmündet, die in einer lateral zur Laufradebene verlaufenden lateralen Begrenzungsfläche (2.2b) des Ringkanals (3*; 3** angeordneten ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Anschlussöffnung (9a) eine eine Längsachse (a3) der ersten Anschlussöffnung (9a) sektoral umschließende Ausbuchtung (33) besitzt, dass die Ausbuchtung (33) einseitig und zum Zentrum der Pumpenaggregation (1 ) hin orientiert ist,
dass die Ausbuchtung (33) die erste Anschlussöffnung (9a) zum Ringkanal (3*; 3**) hin unmittelbar oder mittelbar stetig erweitert, und dass die Ausbuchtung (33) an ihrem dem Ringkanal (3*; 3**) zugwandten Endabschnitt mit einer Übergangsfläche (34) stetig in die laterale Begrenzungsfläche (2.2b) oder in eine sich an letztere anschließende innere Umfangswand (30) des Ringkanals (3*; 3**) übergeht.
2. Selbstansaugende Pumpenaggregation (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der vordere Gehäuseteil (2.1 ) die eine äußere Umfangswand (29) des Ringkanals (3*;3**) bildende, kreisförmige, im Wesentlichen sich zylindrisch erstreckende äußere Ringkanal-Gehäusewand (2.1 a) und den aus letzterer ausmündenden Druckstutzen (5) aufweist, der tangential an die äußere Ringkanal-Gehäusewand (2.1 a) angeschlossen ist,
dass der hintere Gehäuseteil (2.2) die die innere Umfangswand (30) des Ringkanals (3*; 3**) ausbildende innere Ringkanal-Gehäusewand (2.2a) aufweist, die parallel zur äußeren Ringkanal-Gehäusewand (2.1 a) verläuft, dass der Ringkanal (3*; 3**) in einem der Laufradebene axial benachbarten Bereich ausgebildet ist, der, in Strömungsrichtung gesehen, hinter dem Laufrad (4) und ausschließlich außerhalb des vom Laufrad (4) erfassten Bereichs liegt,
und dass die laterale Begrenzungsfläche (2.2b) Teil des hinteren Gehäuseteils (2.2) ist, die radial ausgerichtet ist und den Ringkanal (3*; 3**) in axialer Richtung als hinterster, stirnseitiger Wandbereich berandet.
3. Selbstansaugende Pumpenaggregation nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Anschlussöffnung (9a) zum Ringkanal (3*; 3**) hin zunächst in Form einer Ansenkung (32) aufgeweitet ist,
und dass die Ausbuchtung (33) in axialer Richtung in die Ansenkung (32) ein- oder durch die Ansenkung (32) hindurchgreift und dabei die Ansenkung (32) zum Ringkanal (3*; 3**) hin stetig erweitert.
4. Selbstansaugende Pumpenaggregation nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ansenkung (32) axialsymmetrisch und koaxial zur Längsachse (a3) ausgebildet ist.
5. Selbstansaugende Pumpenaggregation nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Längsachse (a3) außermittig zum radialen Erstreckungsbereich der lateralen Begrenzungsfläche (2.2b) und radial nach innen versetzt angeordnet ist.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Längsachse (a3) bis auf einen halben Innendurchmesser der Rückführleitung (9) von der den Ringkanal (3*; 3**) radial innenseits begrenzenden inneren Umfangswand (30) beabstandet ist.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Längsachse (a3) senkrecht auf und im Berührungspunkt der Tangente an die laterale Begrenzungsfläche (2.2b) steht.
Selbstansaugende Pumpenaggregation (1 ) nach Anspruch 7 und mit einer radial ausgerichteten lateralen Begrenzungsfläche (2.2b),
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Symmetrieachse (a4) der Ausbuchtung (33) einen Winkel (w) mit der senkrecht auf der lateralen Begrenzungsfläche (2.2b) stehenden Längsachse (a3) bildet, wobei die axiale Erstreckungsrichtung der Ausbuchtung (33) radial nach innen orientiert ist.
9. Selbstansaugende Pumpenaggregation (1 ) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Tiefpunkt der Ausbuchtung (33), in Richtung zum Zentrum der Pumpenaggregation (1 ) gesehen, radial nach innen hinter die innere Um- fangswand (30) zurücktritt,
und dass die Ausbuchtung (33) mit der Übergangsfläche (34) stetig in die innere Umfangswand (30) übergeht.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Längsachse (a3), in Durchströmungsrichtung der Rückführleitung (9) gesehen, radial nach innen zum Zentrum der Pumpenaggregation (1 ) hin orientiert ist. 1 1. Selbstansaugende Pumpenaggregation nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Anschlussöffnung (9a) derart in Bezug auf den Druckstutzen (5) positioniert ist, dass eine erste Anordnungsebene (E), die durch einen ra- dialen Richtungsvektor geht, der einerseits durch den Mittelpunkt der ersten
Anschlussöffnung (9a) und andererseits durch die Drehachse (a-ι) der Pumpenaggregation (1 ) verläuft, von der Längsachse des Druckstutzens (5) senkrecht durchdrungen wird. 12. Selbstansaugende Pumpenaggregation nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Anschlussöffnung (9a) derart in Bezug auf den Druckstutzen (5) positioniert ist, dass eine zweite Anordnungsebene (E1 ), die durch einen radialen Richtungsvektor geht, der einerseits durch den Mittelpunkt der ersten Anschlussöffnung (9a) und andererseits durch eine axiale Symmetrieachse (a2) des Gehäusemantels (20.1 ) verläuft, von der Längsachse des Druckstutzens (5) senkrecht durchdrungen wird.
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