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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.