DE1137629B - Einkanalrad-Kreiselpumpe, insbesondere zur Foerderung von Abwaessern - Google Patents

Einkanalrad-Kreiselpumpe, insbesondere zur Foerderung von Abwaessern

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DE1137629B
DE1137629B DEV16302A DEV0016302A DE1137629B DE 1137629 B DE1137629 B DE 1137629B DE V16302 A DEV16302 A DE V16302A DE V0016302 A DEV0016302 A DE V0016302A DE 1137629 B DE1137629 B DE 1137629B
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DE
Germany
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blade
inlet opening
impeller
axis
leading edge
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DEV16302A
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Dr-Ing Georg Volland
Dr-Ing Wilhelm Schulz
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18Rotors
    • F04D29/22Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2238Special flow patterns
    • F04D29/225Channel wheels, e.g. one blade or one flow channel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Einkanalr ad-Kreiselpumpe, insbesondere zur Förderung von Abwässern Äußere Gestalt und Kanalverlauf der bekannten Einkanalräder von Schmutzwasserpumpen lehnen sich weitgehend an die übliche Form der Schaufelkanäle gewöhnlicher Pumpenlaufräder an. Der Beschränkung auf einen einzigen Kanal oder auf eine einzige Schaufel liegt der Gedanke zugrunde, eine Teilung des Wasserstromes und damit jede teilende Schaufelkante zu vermeiden, an der erfahrungsgemäß langfaserige Fremdstoffe sich aufhängen und zur baldigen Verstopfung der Schaufelkanäle führen. Diese Vorstellung hat jedoch nur dann Gültigkeit, wenn das Einkanalrad ein um die Achse des Einlaufquerschnittes rotierender Krümmer ist. Eine derartige Laufradform mit etwa 90° Austrittswinkel ist jedoch hydraulisch unbrauchbar und besitzt einen viel zu großen Durchflußquerschnitt und Austrittsradius, um gängige Förderhöhen und Fördermengen bei sinnvollen Drehzahlen zu liefern. Man ist also gezwungen, auch das Einkanalrad konstruktiv mit rückwärts gekrümmtem Kanal auszubilden. Dadurch entsteht aber wieder eine ausgeprägte Eintrittskante der Kanalbegrenzung, die nichts anderes ist als die übliche Schaufeleintrittskante. Das bekannte Einkanalrad ist daher nichts anderes als ein Einschaufelrad. Die Eintrittskante dieser einen Schaufel setzt am Saugmund des Rades in beträchtlichem Abstand von der Drehachse an und läuft daher mit einer diesem Abstand proportionalen, gleichfalls beträchtlichen Geschwindigkeit um, mit der sie auch das vom Saugstutzen drehungsfrei zuströmende Fördermittel schneidet und teilt. Somit können die langfaserigen Fremdstoffe sich wiederum an der Schaufeleintrittskante aufhängen, da die von der Schaufelkante zerteilte Strömung sie nach zwei verschiedenen Richtungen zerrt. Verläuft die Schaufeleintrittskante parallel zur Pumpenachse, besteht die Gefahr des Aufhängens über ihre ganze Länge. Aber auch dann, wenn sie vom Saugmund aus einwärts verläuft, bleibt die Gefahrenstelle bei den größeren Eintrittsradien bestehen.
  • Diese Gefahr des Aufhängens von langfaserigen Fremdstoffen an der Schaufeleintrittskante wird erfindungsgemäß dadurch überwunden, daß die Eintrittskante der einzigen Schaufel ganz oder annähernd in der Drehachse des Einkanalrades liegt, daß die axiale Einlaßöffnung des Einkanalrades in an sich bekannter Weise exzentrisch zur Drehachse angeordnet ist und daß die Schaufel, wie ebenfalls an sich bekannt, die Einlaßöffnung teilweise umschlingt. Hierdurch wird die Umfangsgeschwindigkeit der Schaufeleintrittskante gleich oder nahezu gleich Null und infolgedessen der parallel zur Schaufelkante eintretende Wasserstrom nicht mehr geteilt. Langfaserige Fremdkörper werden an der Kante somit auch nicht mehr in zwei verschiedene Richtungen gezerrt und können sich daher an ihr nicht mehr aufhängen. Im Gegenteil wird die Schaufeleintrittskante durch den parallel zu ihr eintretenden Förderstrom ununterbrochen freigespült.
  • Es sind, wie erwähnt, Pumpen bekannt, bei denen die axiale Einlaßöffnung exzentrisch zur Drehachse angeordnet ist. Bei diesen Pumpen sind jedoch die Eintrittskanten nicht ganz oder annähernd in der Drehachse des Laufrades angeordnet, noch umschlingt bei ihnen die Schaufel die Einlauföffnung teilweise. Bekannt sind ferner, wie erwähnt, Pumpen, bei denen die Schaufel die Einlaßöffung teilweise umschlingt, wobei aber weder die Eintrittskante ganz oder annähernd in der Drehachse des Laufrades liegt noch die axiale Eintrittsöffnung exzentrisch zur Drehachse angeordnet ist.
  • Die Verlegung des Schaufelanfanges bis dicht an die Drehachse verbessert die Pumpe aber noch in einer weiteren Hinsicht. Es ist bekannt, daß der Betrieb von Einkanalradpumpen durchweg sehr starke Erschütterungen verursacht, da der Förderstrom nicht kontinuierlich abfließt, sondern als Strahl aus dem Laufrad austritt und den Druckstutzen periodisch trifft. Pumpe und Rohrleitung erfahren dadurch heftige Stöße, die unter Umständen den Betrieb in Frage stellen können. Die Strahlbildung am Kanalaustritt resultiert aus dem Zwang, einen Schaufelaustrittswinkel verwirklichen zu müssen, der möglichst 25 bis 35° betragen sollte, daß aber andererseits das zur Ausbildung der Schaufel verfügbare Verhältnis von Austritts- zu Eintrittsdurchmesser zu klein ist, um die Schaufel mit stetiger Steigung um das ganze Laufrad herumführen zu können und so den Förderstrom am ganzen Umfang austreten lassen zu können. So erfolgt bei den bekannten Einkanalrädern der Wasseraustritt aus dem Laufrad nur auf einem Teil des Umfanges und erzeugt im Pumpendruckstutzen eine mehr oder weniger pulsierende Förderung.
  • Durch die erfindungsgemäße Verlegung der Schaufeleintrittskante bis an die Drehachse wird das Durchmesserverhältnis zwischen Aus- und Eintritt sehr groß, und so gelingt es, die Schaufel mit stetiger Steigung um das ganze Laufrad herumzuführen. Das Wasser wird daher ohne Strahlbildung auf dem ganzen Umfang aus dem Laufrad in die Druckspirale übergeschoben, und es fließt stetig in den Druckstutzen ab.
  • Wie die Pumpe nach der Erfindung durch zusätzliche Maßnahmen noch weiter verbessert werden kann, soll an Hand des gezeichneten Ausführungsbeispieles erläutert werden. In der Zeichnung ist Fig. 1 ein Querschnitt durch eine Pumpe mit den Merkmalen der Erfindung, Fig. 2 ein Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1, jedoch bei abgenommenem Saugstutzen, und Fig. 3 ein Schnitt durch das Laufrad allein gemäß Linie III-III in Fig. 1.
  • Die gezeichnete Pumpe besteht in üblicher Weise aus einem Gehäuse 1 mit Spirale 2, einem Auslaßstutzen 3 und einem Einlaßstutzen 4, der gleichachsig zum Laufrad 5 liegt. Das fliegend gelagerte Laufrad 5 sitzt auf einer Welle 6, die bei 7 abgedichtet durch die Gehäusewand geführt ist. Pfeil 8 in Fig. 2 zeigt die Drehrichtung des Rades. Die zu fördernde Flüssigkeit wird vom Laufrad gemäß den Pfeilen 9 und 10 aus dem Stutzen 4 angesaugt und über die Spirale 2 in den Auslaßstutzen 3 gedrückt. Innerhalb des Laufrades, dessen Gestalt weiter unten genauer beschrieben werden wird, strömt die Flüssigkeit vom Saugmund 11 über einen sich verjüngenden Raum 12 durch die annähernd elliptisch geformte Einlaßöffnung 13 in den Bereich der einzigen Schaufel 14, deren Eintrittskante mit 15 und deren Austrittskante mit 16 bezeichnet ist. Das Laufrad weist beiderseits der Schaufel 14 Stirnwände 17 und 18 auf. Wesentlich ist, wie noch näher dargelegt werden wird, daß die Eintrittskante 15 in nur geringem Abstand c von der Drehachse liegt, die Einlauföffnung 13 exzentrisch angeordnet ist und die Schaufel diese Öffnung umschlingt, also nicht etwa schneidet.
  • Während übliche Laufräder eine Kreisfläche vom Durchmesser D, als freien Eintrittsquerschnitt aufweisen, ist der Eintrittsquerschnitt bei der gezeichneten Pumpe zu der exzentrisch zur Drehachse liegenden elliptischen Öffnung 13 eingezogen. Die elliptische Öffnung mit den Hauptachsen a und b ist so gelegt, daß die kleine Achse b den Kreis vom Durchmesser D" mit ihrem einen Ende gerade berührt, während ihr anderes Ende im Laufradmittelpunkt oder in dessen Nähe endet, wobei b etwas größer als der halbe Durchmesser D, sein kann. An dieser der Laufradmitte zunächst gelegenen Stelle des elliptischen Einlaufquerschnittes stößt die Schaufeleintrittskante 15 auf den Rand des elliptischen freien Querschnitts, und von hier legt sich die Schaufel zuerst tangential an den Ellipsenumfang an und hebt sich nach Umschlingung von etwa einem Viertel bis zur Hälfte des Ellipsenumfanges von diesem ab, um weiter stetig steigend sich um das Rad herumzuwinden bis zur Austrittskante 16, die auf einem Durchmesser D, liegt. Die Schaufeleintrittskante verläuft parallel zur Laufradachse und kann zu einem gut abgerundeten Schaufelkopf verdickt sein. Der Abstand c kann gleich Null sein oder geringfügig größer, so daß die Umfangsgeschwindigkeit der Schaufeleintrittskante selbst gleich Null ist oder doch sehr klein bleibt.
  • Die elliptische Einlauföffnung entsteht, indem an den sonst üblichen Saugmunddurchmesser D, eine Kegelfläche 19 mit stumpfem Spitzenwinkel w auschließt und in sich den elliptischen Querschnitt in der beschriebenen Lage frei läßt. Durch diesen stumpfen Stirnkegel wird die vom Saugstutzen ankommende Strömung bereits vor dem Eintritt in den Ellipsenquerschnitt beschleuigt und ihre freispülende Wirkung auf die Schaufeleintrittskante erhöht, so daß ein kleiner Abstand c um so weniger bedenklich ist.
  • Aus Fig. 1 ist die zur Laufradachse parallele Lage der Schaufeleintrittskante 15 gut ersichtlich. Der elliptische Einlaufquerschnitt wird durch seitliche Leitflächen 20 und 21 mit kurzem Bogen in eine radiale oder auch halbaxiale Richtung übergeführt, wobei die Kanalbreite d zweckmäßig gleich der kleinen Ellipsenachse b ausgeführt wird, die die zulässige Korngröße der festen Teile in der Flüssigkeit bestimmt. Dieses Maß braucht auch von der Kanalbreite d nicht überschritten zu werden. Fig. 3 veranschaulicht, wie diese Querschnittsüberleitung gelingt, wodurch auch die vom Saugstutzen axial anströmende Flüssigkeit gemäß Pfeil 22 in die Meridianrichtung des Laufradaustritts gelenkt wird.
  • Die Schaufel 14 beginnt im oder nahe am Radzentrum und verläuft von hier an stetig steigend, also mit stetig zunehmendem Abstand vom Laufradzentrum, bis zur Austrittskante 16, wobei sie das Rad mit einem Zentriwinkel von etwa 360° umschlingt. Ihre Steigung ist so bemessen, daß zwischen der Schaufelfläche und dem die Eintrittskante 15 bildenden Schaufelkopf an der engsten Stelle ein freier Abstand g für den hindurchtretenden Förderstrom verfügbar bleibt, der wieder etwa gleich der kleinen Ellipsenachse b ausgeführt wird. Dieser engste Querschnitt hat praktisch also die Gestalt eines Quadrates der Kantenlänge b und läßt somit ebenfalls die zulässige Korngröße der mitgeführten Festteile ungehindert passieren. Nachdem der Förderstrom durch diesen engsten Querschnitt hindurchgetreten ist, schiebt sich infolge der Rotation des Laufrades in Pfeilrichtung 8 die Schaufel 14 unter ihn.
  • Da die Schaufel über ihren ganzen Zentriwinkel von etwa 360° stetig steigt, tritt der Förderstrom über den ganzen Laufradumfang stetig aus dem Laufrad aus und in die umgebende Druckspirale 2 ein. Er kann so auch dem Druckstutzen gleichmäßig zuströmen und ohne nennenswerte Pulsation in die Druckleitung abfließen.
  • Die Einziehung des Einlaufquerschnittes zu einer exzentrisch gelegenen elliptischen Öffnung ermöglicht die Herabsetzung der Umfangsgeschwindigkeit der ganzen Eintrittskante bis ganz oder nahezu auf Null und damit die Verwirklichung einer stetigen Steigung der Schaufel über ihren ganzen etwa 360° betragenden Zentriwinkel. So gelingt es, das Aufhängen langfaseriger Fremdkörper an der Schaufeleintrittskante sicher auszuschließen und gleichzeitig einen praktisch völlig gleichmäßigen Förderstrom in die Druckleitung abzugeben.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einkanalrad-Kreiselpumpe, insbesondere zur Förderung von Abwässern, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittskante (15) der einzigen Schaufel (14) ganz oder annähernd in der Drehachse des Einkanalrades (5) liegt, daß die axiale Einlauföffnung (13) des Einkanalrades (5) in an sich bekannter Weise exzentrisch zur Drehachse angeordnet ist und daß die Schaufel (14), wie ebenfalls an sich bekannt, die Einlauföffnung (13) teilweise umschlingt.
  2. 2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlauföffnung (13) einer Ellipse ähnlich geformt ist, deren kleine Achse (b) nahe der Laufradmitte endet.
  3. 3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (14), beginnend an ihrer Eintrittskante (15), sich der Einlauföffnung (13) über einen Teil des Umfanges tangential anschmiegt und sich anschließend weiterhin mit stetiger Steigung zum Austrittsende windet.
  4. 4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (14) sich über einen Zentriwinkel von annähernd 360° erstreckt.
  5. 5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom konzentrisch angeordneten Saugmund (11) zur Einlauföffnung (13) des Laufrades (5) von einer kegelstumpfähnlichen Fläche, (19) begrenzt wird, die sich zur Einlauföffnung (13) hin verjüngt.
  6. 6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittskante (15) der Schaufel (14) mindestens annähernd parallel zur Drehachse des Laufrades (5) liegt.
  7. 7. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der engste Querschnitt (g, d) des von der Schaufel (14) gebildeten Kanals annähernd ein Quadrat ist, dessen Seitenlänge annähernd gleich der kleinen Achse (b) der ellipsenähnlichen Einlauföffnung (13) ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 157 866; deutsche Auslegeschrift Nr. 1034 031; schweizerische Patentschrift Nr. 290 988; USA.-Patentschrift Nr. 1052 930.
DEV16302A 1959-04-02 1959-04-02 Einkanalrad-Kreiselpumpe, insbesondere zur Foerderung von Abwaessern Pending DE1137629B (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4338931A1 (de) * 1993-11-15 1995-05-18 Wilo Gmbh Verstopfungsfreie Kreiselpumpe

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DE157866C (de) *
US1052930A (en) * 1911-12-16 1913-02-11 John Lang Rotary pump.
CH290988A (de) * 1949-12-06 1953-05-31 Schweizer Werner Zentrifugalpumpe, insbesondere für dickflüssige Medien.
DE1034031B (de) * 1956-03-31 1958-07-10 Amag Hilpert Pegnitzhuette A G Kanalrad, insbesondere Einkanalrad fuer Kreiselpumpen zur Foerderung schlammhaltiger Abwaesser

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GB914102A (en) 1962-12-28

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