DE1453782A1

DE1453782A1 - Zentrifugalpumpe

Info

Publication number: DE1453782A1
Application number: DE19641453782
Authority: DE
Inventors: Judd Thoma E
Original assignee: JUDD THOMA E
Current assignee: JUDD THOMA E
Priority date: 1963-09-13
Filing date: 1964-08-29
Publication date: 1969-02-20
Also published as: GB1083496A; US3190226A

Description

dr. K. R. ElKENBERG dipl-chem. W. RÜCKER dipping. S. LEINE

PATENTANWÄLTE

tentanwSlto or. Elkenberg, RUcker & Leine, S Hannover, Am Ktaflesmarkt 10/11 , Thomas 3. Judd

Dr. Expl.

3 HANNOVER, AM KLAGESMARKT 1Ο-Π

25. August 1964

TELEFON I24O2 UND 124O3 KABEL: BIPAT HANNOVER Unsere Zeichen:

258/1

Zentrifugalpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf Zentrifugalpumpen und insbesondere auf Zentrifugalpumpen, die in der Lage sind, Flüssigkeiten mit darin mechanisch enthaltenen Feststoffen zu pumpen, wie beispielsweise Abwässer, breiige und schlammige Flüssigkeiten. '

In der Vergangenheit sind zahlreiche Zentrifugalpumpen für die verschiedensten Zwecke konstruiert worden» Diese bekannten Zentrifugalpumpen sind für gewisse Anwendungen jedoch ungeeignet, wenn sie Flüssigkeiten pumpen sollen, in denen mechanisch Feststoffe enthalten sind. Die derzeitigen für solche Zwecke konstruierten Zentrifugalpumpen besitzen hingegen Nachteile, die sich in schlechten Strömungseigenschaften, in Flügelradabnutzungen zeigen und wobei das Flügelrad durch die

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festen Bestandteile in der Flüssigkeit während des Pumpens blockiert werden kann. Wegen der letzteren Schwierigkeiten erfordern die üblichen Pumpen eine große Reinigungsöffnung, die bei der vorliegenden Erfindung nicht benötigt wird und die in der Nahe des Flügelrades liegt und über die das Gebiet des Flügelrades gereinigt werden kann. Außerdem sind die Flügel des Rades gegenwärtiger Konstruktionen so gebildet, daß sie in einem Einflußbereich oder in der Nahe eines solchen liegen, so daß harte, feste Teilchen direkt auf die vorderen Kanten der Flügel treffen, wodurch die Flügel wiederum großer Ab— . ;■. nutzung unterliegen. Die bekannten Flügelausgestaltungen für Flügelräder herkömmlicher Pumpen besitzen einen verringerten Durchgang für die zu pumpende Flüssigkeit und damit eine erhöhte Begrenzungsfläche, durch die der gesamte Strom beeinträchtigt wird.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer neuen und, verbesserten Zentrifugalpumpe, deren Flügelradeinen größeren Durchgang von der -Einlaßöffnung zur Auslaß-* Öffnung der Pumpe gestattet. ·.- .

Ein weiteres Merkmal der Erfindung bezieht sich auf ;·. D die Schaffung einer Zentrifugalpumpe mit einem'Flügelrad j -ί-dessen vordere Fläche im wesentlichen konvex gestaltet ist und die dazu dient, die l'urbulenz zu verringern, wodurch die Fumpwirkung erhöht wird und außerdem Feststoffteile* die auf

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das Flügelrad treffen, in einer höchst optimalen Art und Weise nach außen bewegt werden.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Schaffung einer Zentrifugalpumpe mit einem Flügelrad, dessen Mittelteil der vorderen Fläche frei von Flügeln ist, so daß die auf diese Fläche auftreffenden Feststoffteile radial nach außen geschleudert werden, ohne gegen die Flügel zu treffen und diese dabei zu beschädigen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung bezieht sich darauf, daß "die Flügel des Flügelrades von dem mittleren Bereich der Fläche des Flügelrades voneinander getrennt sind und glatt in die Fläche des Flügelrades übergehen, so daß fadenförmiges Material z. B. nicht an den Enden der Flügel hängen bleiben kann, sondern nach außen über die vordere Kante der Flügel unter der Wirkung der Zentrifugalkraft hinwegrutscht.

Erfindungsgemäß sind auf beiden Seiten des Flügelrades Flügel angeordnet, und zwar derart, daß die Pumpwirkung auf · _ der Rückseite des Rades größer ist als auf der Vorderseite, wodurch Feststoffe, die in der zu pumpenden Flüssigkeit enthalten sind, sich auf der Rückseite des Flügelrades nicht ansammeln können. Bas ,Flügelrad ist mit zwei Arten von Flügeln auf der Vorderseite versehen, so daß die größte Pumpwirkung im wesentlichen in der iTähe des ITmfangs des Flügelrades erhalten wird, aber bei einer im wesentlichen ungestörten Oberfläche,

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so daß eine maximale Durchflußöffnung für die Flüssigkeit benutzt werden kann, die zwischen dem Flügelrad und dem Gehäuse der Pumpe liegt. Für einen größeren Wirkungsgrad und zur Verringerung der Störungen des glatten Durchgangsweges soll die zweite Flügelart eine Höhe besitzen, die geringer ist als die der ersten Flügel. Beide Flügelarten sind auf der vorderen Seite, des Rades angeordnet. *"

Die Flügel auf der Rückseite des Rades sind so angeordnet und ausgebildet, daß sie nur eine minimale Vorwölbung besitzen, so daß das Flügelrad mit seiner Rückseite dicht am Gehäuse der Pumpe angeordnet werden kann.

^! Ein weiteres Merkmal bezieht sich darauf, daß bei dem Flügelrad der Pumpe die vorderen Kanten der Flügel nicht über die Höhe der Enden der Flügel hinausstehen, sondern vielmehr senkrecht zur Achse verlaufen und vorzugsweise leicht nach hinten geneigt sind, so daß verhindert wird, daß sich Feststoffe auf- den Flügeln ansammeln. Die erfindungsgemäße Zentrifugal-

pumpe benötigt keine Reinigungsöffnung zur Reinigung des Flügelrades. ·

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, in der sich anschließenden Beschreibung näher beschrieben.

Es zeigen:

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Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Zentrifugalpumpe gemäß der vorliegenden .Erfindung auf der Linie 1-1 der Fig. 2,

i'ig. 2 eine Ansicht der Zentrifugalpumpe gemäß

^rig. 1,
Fig. 3 die Vorderansicht des erfindungsgemäüSen

Flügelrades, von dem in Fig. 4 die Rückseite dargestellt ist und Fig. 5 eine Ansicht, teilweise im Schnitt der

auf der vorderen bzw. hinteren Seite angeordneten Flügel und der Kontur der vorderen Kante des auf der Vorderseite angeordneten Flügels.

Das in Fig. 1 gezeigte Gehäuse 10 umfaßt eine becherförmige, mit einem konischen Boden versehene Hälfte 11 und eine Gehäusertickwandplatte 12, die beide miteinander durch Bolzen 13 und Dichtung 14 verbunden sind. Das Gehäuse 10 enthält eine Einlaßöffnung 15» die über den Flansch 16 mit einer Flüssigkeit, beispielsweise durch eine Rohr- oder Schlauchleitung verbunden werden kann. Die Auslaßöffnung ist in der Seitenwand angeordnet und steht mit der Aulaßleitung 18 in Verbindung, die wiederum mit einem Flansch 19 versehen ist.

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Ein Flügelrad 20 "besonderer Ausgestaltung ist auf der Antriebswelle beispielsweise durch einen Keil oder sonstwie befestigt. Die Welle ist in einer Stopfbuchse 22 gelagert, die in einem besonders ausgebildeten Teil 23 des Gehäuses 10" untergebracht ist und durch eine Stopfbuchsenmutter 24-verschlossen ist, welche' durch eine Madenschraube 25 festgehalten wird.

Wesentlich für das Flügelrad ist die konvex ausgestaltete Vorderfläche 26 und die auf dieser Fläche angeordneten Flügel 27, die zwei Satz Flügel 27A und 27B umfassen. Die radial verlaufenden Flügel 27 sind unter gleichen Winkelabständen, wie aus Fig. 5 hervorgeht, voneinander getrennt. Die Flügel 27B sind primäre Flügel und erstrecken sich vorzugsweise bis zum Rand 28 des Flügelrades 20. Die Flügel 27A können als Hilfsflügel bezeichnet werden, die zur Zentrifugalkraft beitragen, welche durch die Flügel 27B am Umfang des Flügelrades erzeugt wird und die damit die Pumpwirkung des Flügelrades unterstützen. Die Hilfsflügel 27A sind kürzer als die Flügel 27B und auch niedriger als diese (Fig. 1). Die oben beschriebene . Ausbildung der Hilfsflügel 27A verfolgt den Zweck, Strömungswege für Feststoffteile zu schaffen, in denen nur die verhältnismäßig niedrigen Hilfsflügel 27A in den verhältnismäßig grossen Abständen zwischen den Hauptflügeln 27B vorhanden sind. Es ist aus der Zeichnung zu erkennen, daß die Flügäl 27 nicht

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nur untereinander getrennt angeordnet sind, sondern auch getrennt vom Mittelpunkt C des Rades 29· Dadurch ergibt sich eine Fläche 30, auf die Feststoffteile auftreffen können, und die im wesentlichen scheibenförmige Gestalt hat und die Kräfte aufnimmt, die durch das Auftreffen der Teile entstehen. Die vorderen Kanten der Flügel brauchen daher diese Kräfte nicht aufzunehmen und werden somit auch nicht beschädigt oder abgenutzt.

Besonders bedeutsam sind die Übergangspunkte 31 zwischen den Flügeln 27 und der vorderen Fläche 26 des Rades 29 (Fig. 5). Betrachtet man eine Ebene, die senkrecht zur Papierebene verläuft, beispielsweise die imaginäre Ebene 33, die die Achse 32 der Welle 21 schneidet und auch die rechtwinklig zum Rad 20 verlaufende Achse 33', dann erkennt man, daß die Fläche 26 konvex ausgebildet ist und nach und nach von der Ebene 33» 3^e weiter sie vom Mittelpunkt C abliegt, abfällt.

Betrachtet man eine zweite koplanare imaginäre Ebene 37-(Fig. 5)» die senkrecht zur Papierebene liegt und parallel zur Ebene 33 und die weiter die Verbindungsstelle der vorderen Kante 38 eines Flügels 27B (oder 27A) mit der vorderen Fläche schneidet, dann erkennt man, daß eine Linie 38', die am Übergangspunkt 31 tangential zur Fläche 26 verläuft, in der gleichen Ebene liegt, wie der benachbarte Teil 4-0 der vorderen Kante 38 des Flügels 27B (oder 27A) der Übergangswinkel A größer ist als

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der Winkel B, d. h. der Winkel zwischen der senkrechten Ebene 37

und der Tangente 38' in der Papierebene. Bs ist wichtig, daß .' der Übergangswinkel A gleich oder vorzugsweise größer ist als der Übergangswinkel B. Dadurch wird ,faser- oder fadenförmiges Material, das in der Flüssigkeit z. B. enthalten sein kann, sich nicht an dem Übergangspunkt 31 ansammeln, sondern leicht auf der vorderen Kante 38 irgendeines Flügels 27, also 27A · oder 27B entlanggleiten. Die obigen Erörterungen über den Winkel der vorderen Kante der Flügel beziehen sich auf alle Flügel, ganz gleich, wo sie auf der vorderen Fläche des Flügelrades angeordnet sind.

: Das Flügelrad 20 ist mit einer konvexen vorderen Fläche, wie oben beschrieben, versehen, und zwar konvex, bezogen auf die Einlaßöffnung 15. Sieht man von den beiden Flügeln zunächst einmal ab, so erkennt man, daß das Flügelrad 20 geometrisch gesehen vorzugsweise die Fläche 26 eines Rotationskörpers besitzt, der durch kreisförmige, elliptische, parabolische oder hyperbolische Liniensegmente zur Achse 32 und rechtwinklig zur Achse 33' erzeugt sein kann, wobei die beiden Achsen, die sich schneiden, die Achsen der Flügelradwelle 21 und die des Flügelrades 20 sind. Auch andere Liniensegmente, die um 360° um die Achsen 33' und 32 erzeugt sind, können z. B. ebenfalls als zusammengesetzte Kurve verwandt werden, vorausgesetzt jedoch, daß die gesamte Kontur der vorderen Fläche eine allgemeine konvexe Gestalt er- '

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hält, d. h. daß all die Linien N, die senkrecht zur Fläche 26 liegen, nicht divergieren.

Wach einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung besitzt das Flügelrad 20 eine konkave rückwärtige Fläche 34, auf der sich eine Mehrzahl von Flügeln 35 erhebt. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, das Flügelrad 20 so dicht wie möglich gegen die Gehäuserückwand 12 zu setzen. Die sich auf der Rückseite ergebenden einzelnen Flügel 36 liegen innerhalb der tellerförmigen Ausnehmung 37 der Flügel 34 und des Ümfangs 28 des Flügelrades 20. Die einzelnen Flügel 36 können bei 40 abgeschrägt sein, damit der erforderliche Platz für die Lagerbuchse 23 der Gehäuserückwand 12 erhalten wird. Für die Pumpwirkung sind die rückwärtigen Flügel 36 von besonderer Bedeutung, weil dort die Pumpwirkung größer ist als die von den Flügeln 27 (27A und 27B), die auf der vorderen Fläche 26 des Flügelrades angeordnet sind, erzeugte Pumpwirkung. Durch diese Ausgestaltung wird sichergestellt, daß an der Stopfbuchse keine Undichtigkeit auftreten kann und außerdem von größerer Bedeutung ist, daß sich kein körniges Material in Richtung des Pfeiles R hinter das Flügelrad bewegen kann. Es wurde gefunden, daß die Pumpwirkung durch die rückwärtigen Flügel 36 diejenigen der vorderen Flügel 26 übersteigt, so daß die Packung 22 sogar aus der Pumpe entfernt werden kann, ohne daß eine Beeinträchtigung der Arbeitsweise oder ein Austreten von Flüssigkeit eintritt. Durch diese

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Ausgestaltung wird im Betrieb verhindert, daß sich Medium hinter dem Flügelrad 20 ansammeln kann.

Eine gesteigerte Pumpwirkung der hinteren Flügel 35, verglichen mit den vorderen Flügeln 27, läßt sich dadurch erhalten, indem die einzelnen Flügel iür die Flächen 26 und 34 entsprechend ausgestaltet werden. Es ist bekannt, daß die Pumpwirkung mit steigender Flügelfläche zunimmt und in dem Maße, wie der Abstand der Flügel von der Rotationsachse des Flügelrades zunimmt. In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel erhält man die gesteigerte Pumpwirkung, die größer ist als die der vorderen Flügel ^7, durch Vergrößerung der Fläche 35 auf der rückwärtigen Seite des Raües.

Die Pumpe in Fig. 1 arbeitet wie folgt: Ein Motor M ist direkt mit der Welle 21 des Flügelrades gekuppelt. Eine Flüssigkeit, die Feststoffteile mechanisch gelöst enthalten kann, tritt durch die Öffnung 15 ein. Die flüssige Phase wird automatisch in Richtung der Pfeile 1 in den im wesentlichen konisch gestalteten Flüssigkeitskanal 41 geleitet. Da die vordere Fläche 26 konvex ausgestaltet ist, wird die Turbulenz" im mittleren Bereich 30 der vorderen Fläche auf ein Minimum reduziert. Das ist vom Standpunkt des Wirkungsgrades und zur Erzielung eines zweckmäßigen Strömungsmusters wünschenswert.

Die in der Flüssigkeit enthaltenen Feststoffteile treffen auf die Fläche 30 (Fig. 3) auf und durch die Reibung

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und das Auftreffen auf die rotierende Fläche 26 werden die
Feststoffteile S nach, oben und direkt auf der vorderen Fläche entlangbewegt· Der Flüssigkeitsstrom führt dazu, daß die
Feststoffteile gegen die vordere Fläche, wenn sie sich nach außen bewegen, gehalten werden. Sie Pumpe soll nun in der
Lage sein, alle Arten von Flüssigkeiten zu pumpen, also auch solche, die Feststoffe enthalten, wie in Abwässern usw. enthalten. Dabei sollen die Feststoffe möglichst wenig Kontakt mit den Fitigeln 27A und 27B des Flügelrades haben. Da die Teilchen- durch den Flüssigkeitsdruck gegen die vordere Fläche 26 gehalten werden, bewegen sie sich auf der Fläche des Flügelrades 29 nach außen durch die weit auseinanderstehenden Flügel 27 B hindurch. Die Hilfsflügel 27A erzeugen eine zusätzliche Zentrifugalwirkung am Umfang 48, beeinflussen aber die Bewegung der Feststoffteile nicht. In dieser Hinsicht ist es von außerordentlicher Bedeutung, daß die Höhe der Flügel, wie in Fig. 1 dargestellt, begrenzt ist, so daß ein beachtlicher Strömungskanal zwischen den vorderen Kanten 38 der Flügel 27 und dem Gehäuse 10 als auch zwischen benachbarten Flügeln 27B vorhanden ist. Aufgrund der Tatsache, daß ein geräumiger, konisch geformter Strömungekanal durch die vorderen Kanten der Flügel 27B und der Innenfläche 45 des Gehäuseteiles 11 gebildet wird, werden die Feststoffteile bei ihrer Auswärtsbewegung auf die ringförmige Auslaßkammer 46 zu nicht durch Flügel beeinflußt. Schließlich ist es wichtig, daß die Übergangspunke bei

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zwischen den Flügeln und der Fläche 26 so ausgebildet sind, daß sich faseriges Gut an diesen Stellen nicht ansammeln kann. Daher müssen die vorderen Kanten 38 der Flügel 27B und 27A so ausgebildet sein, daß sie wenigstens koplanar oder vorzugsweise mit Bezug auf die imaginären Ebenen z. B. 37 parallel zur Hauptebene 33 (Fig. 5) geneigt sind, die die Achsen 32

und 33' rechtwinkelig schneiden. Faseriges Material wird daher von den vorderen Kanten der Flügel 27 unter der Wirkung der Zentrifugalkraft herunterrutschen oder heruntergleiten, ohne daß sich irgendeine Ansammlung auf der Flügelradfläche bilden kann. Somit sind Heinigungsöffnungen und Fallen bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nicht nötig. Wenn die Flüssigkeit mit ihren Feststoffteilen einmal den ringförmigen Raum 26 erreicht hat, werden sie wieder zusammen durch die Auslaßöffnung 27 und die Leitung 18 ausströmen.

Die erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe kann für jede Flüssigkeitsart verwandt werden. Sie ist indes besonders geeignet für Flüssigkeiten, in denen mechanisch Feststoffteile enthalten sein können, beispielsweise für Abwasser, breiige oder schlammige Flüssigkeiten.

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WR/Si - Ansprüche -

Claims

/13 Ansprüche

1. Zentrifugalpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (29) in Hichtung auf die Ansaugöffnung (15) eine konvexe Oberfläche (26) besitzt, auf der unter Freilassung einer mittleren Fläohe (30) radial verlaufende Flügel (27) angeordnet sind, deren vordere Kanten (38) mit einer Tangente (38·)» die durch den Übergangspunkt (31) an die konvexe Oberfläche gelegt ist, einen Winkel (A) bildet, der gleich einem Winkel (B) zwischen der Tangente (A) und einer EDene (37) ist, die die Rotationsachse (33*) senkrecht schneidet und durch den Übergangspunkt (31) hindurchgeht.

2. Pumpe nach Anepruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (A) größer ist als der Winkel (B).

3. Pumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Kanten (38) der Flügel (27) nach hinten geneigt sind.

4. Pumpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (27) des Flügelrades aus zwei Satz von Flügeln (27A und 27B) gebildet sind, die miteinander abwechselnd über den Umfang der konvexen Oberfläche (26) verteilt sind, wobei die Flügel (27A) den Flügeln (27B) entsprechen, aber eine kürzere radiale Länge und axiale Höhe besitzen.

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5. Pumpe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (27) sich bis zum Umfangsrand der konvexen Fläche (26) erstrecken.

6. Pumpe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der konkav gebildeten Rückseite (34) des Flügelrades radial verlaufende Flügel (35) angeordnet sind.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (35) innerhalb des konkaven Raumes der rückwärtigen Fläche (34) des Flügelrades liegen.

8. Pumpe nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß

der die radial verlaufenden Stirnflächen/auf der rückwärtigen Fläche (34) des Flügelrades angeordneten Flügel (35) senkrecht zur Rotationsachse verlaufen und in der Hahe der Gehäuserückwand (12) der Pumpe liegen.

9. Pumpe nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das der vorderen konvexen Fläche des Flügelrades (20) benachbarte Gehäuse (11) von der mittig gelegenen Ansaugöffnung (15) ausgehen} kegeistumpfförmig gebildet ist.

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