DE1910853U - Kreiselpumpe. - Google Patents
Kreiselpumpe.Info
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- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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Description
Kreiselpumpe
Die vorliegende Neuerung betrifft eine Kreiselpumpe mit
einem ausserhalb eines die Ansamg- und Druekoffraing der Pumpe
verbindenden freien StröürnngsraiMes angeordneten Laufrads wo=
bei durch hydraulische Kupplung bei rotierendes Laufrad im Strömungsraum-nährangsweise ein Potentialwirösl entsteht9 und
aufrechterhalten wird«
Solche Pumpen sind bekannt und eignen sieh dank des freien
Strömungsraumes zwisclieD Ansaiag·= und Druckbffnung, in. welchem
sieh keine Schaufeln oder sonstig© eioragends Teile befindens
zur Förderung von feststoffhaltigen Flussigk©itens beispielsweise Abwässern^ Der Hauptnachteil aller bekannten Pwsspen dieser
- 2 - V/
Art liegt im niedrigen Wirkungsgrad, der bei den besten bekannten Pumpen etwa 30 - 35J$ beträgt= Grund dieses schlechten
Wirkungsgrades ist u.a. die mangelhafte hydraulische-Kupplung
zwischen dem Schaufelrad und der im erwähnten Stromungsraum
befindlichen Flüssigkeitsmenge„
Es ist selbstverständlich, dass in Pumpen der eingangs beschriebenen Art eine Zentrifugaibeschleunigung alier Wasserteilchen,,
sowohl in dem mit Schaufeln besetzten Radraum5 als
auch Im seitlich der Schaufel gelegenen Stromungsraum stattfindet,, Da zwischen dem Schaufelrad und der mit ihm hydraulisch
gekuppelten, im Stromungsraum befindlichen Flussigkeitsnienge
ein gewisser Schlupf besteht, wird die Zentriftigalbsschleunigung
der im Radraume befindlichen Flussigkeitsmenge stärker sein2 als
an entsprechend weit von der Pumpenaxe entfernter Stelle des
Strömungsraiames» Von dieser naheliegenden Tatsache ausgehend;,
fusstm die bekannten Pumpen stets auf der ldees die intensive
RadIaIströmung durch das Schaufelrad mit auswärts gerichteter
Radialkomponente aus dem Schaufelrad austreten zu lassen § sodass also praktisch die gesamte? das Schaufelrad radial durch»
strömende Flüssigkeitsmenge als Wutsfluss an betrachten war»
Das hatte jedoch sur Folge, dass gerade aa den innen liegenden
Stellen des Strömungsraumes die Flüssigkeit sehr setaadh. be=
schleunigt wurde and dass datier der Nutsfluss durch den Strönrengs
raum der für die Förderung grober Verunreinigungen verantworte lieh ist, verhältnismässig gering war, Um dieses Verhältnis zvi
verbessern und eine Verstopfung der Schaüifelkanäle durch ©inen
su Intensiven Nutzfluss durch das Schaufelrad zu vermeiden9
denn auch zum Kompromiss gegriffen9 dass die axiale Tiefe des
3 -
;Ss!iaöf@lrai€g seta gering -gewählt v?wde und das Schaufelrad. v^
nur"mit verhältnismässig flaeh@n? misMenartigen Vertiefungen
verseilen wurde, was siefe zusätzlich darin auswirkt9 dass ein©
schlecht© hydraulisch® Kopplung swisefe@n dts Sehaufslrad und '■■
der im Stfömöiigsrayua fet find liefe© α Plüssigksifcss&ss© stattfindet
und dass awsserolem ü@w Wlrkuogsg^sä iitser ICmppliBBg denkbar
sehlecfet aisafällt.
Ss wurde nwa f@stsgestellt? dass ^isl günstiger® ¥ei?~
hältnisss erzielt werden? wenn, migtgen der an sich nahslieganöen
bekannten Auffassung die radiale Durehströiaung dss Schaufelrades
derart vollständig umgelenkt wisrdj dass sia sicSi praktisch
überhaupt nicht direkt Iß sinem D^uekauf^au an Pmmpenaustritt
sondern sur Erzislimg einer engen hjäraislisslisn lüipplsmg zwischen
dem Schaufelrad und der im Strömimgsranam fe@fiMlieh@n Flüssig™
keitsmenge' auswirkt 0 Dabei wird daraiaf t@ndiirt? die Strömung
durch das Schaufelrad nicht nalir als üiutsfluss asas i@:e Pmusp®
austreten zu lassen? sondern schsinbar zu ^ernielitan^ indem
dis hohe kinetische Energie d@y aaas u®m Radraum aEst-?®t@nö@ii
Flüssigkeit möglieh.st vollständig auf dis im Strömung ar aus befindliche Flüssigkeitsm@ng@ übertragen wMo Bis Kr@is@lpu®p@
gemäss vorliegender Neperaag ist dad weh gek®iiiig(iiöiißat9 dass
das Laufrad oder eine aasseilbxg aufnehnsnda Haikamzaer eine
stauend® konzentrische Begrenzung aufweist» Zwsek disser Massnähme
ist es3 die Fliessrichtung .d<sr ia den Laufradkanälen be=·
schleunigten Teilströmf des Rades durch die erwähnte Begrenzung
dirmassen -öissalenis@n? dass ein® dem Förderstrome entgegeßge-
■;
setzte teilweise Rückströmung ä@T Teilström© als poti@r@Me
Strahlen od@r Wirtel unmittelbar ausserhalb das Laufrades durch
den freien Strömungsraa© erzielt und damit eins intensive?
dynamisch® Flüssigkeit®-
kupplung der mit Förderschaufeln vergleichbaren Strahlen oder
Wirbel mit dem For der ströme bzw- dsm Potentialwirbel er-=
zvrangen wird= Durch die allen hergebrachten Prinzipien widersprechende Umlenkung der Schaufelradströnrang nach innen wird
eine weitgehend in sich geschlossene Zirkulation im Schaufelrad und im angrenzenden Teil des Strömungsraumes erseugt9 sodass
der Nutsfiuss praktisch vollständig in den Strömungsraum
verdrängt yird, jedoch durch die ermähnte Zirkulation mit dem
Schaufelrad hydraulisch sehr eng gekuppelt ist und zwar nicht
nur im äusseren Teil des Strömungsraumes, sondern praktisch an
allen Stellen desselben» Die hydraulische Kupplung über die
ganze radiale Ausdehnung des Strömungsraumes wirkt sich ¥or
allem in zweierlei Hinsicht äusserst vorteilhaft und völlig überraschend aus» Der Wirkungsgrad steigt gegenüber den besten
bekannten Pumpen sprunghaft von 30 auf bis über 5($>
und die Förderhöhe übersteigt die sich aus der Umlaufgeschwindigkeit am Schaufelnaäumfang ergebende theoretisch mögliche maximale
Förderhöhe«
In der Zeichnung sind ein Ausführungsbeispiel sowie einige AusführungsVarianten der neuerungsgemässen Kreiselpumpe dargestellt«
Fig, 1 aeigt einen axialen Schnitt und
Fig, 2 einen Radialsetinitt durch die PiMiPe2
Fig. 3 zeigt eiae Ausführangsvariant© des Schaufelrades
in Ansichtj
Fig., 4 seigt eine weitere Ausführungsvariante des Schaufel=
rades im Schnitt,
Figo 5 seigt eine weitere AasfUhrungsvariant© des Schaufel=
rades im Schnitt und
Fig, 6 zeigt eine Stirnansieht teilweise im Schnitt des
Schaufelrades nach. Figo 5O
Das PumpengeMuse 1 ist am Flansch eines teilweise in An=
sieht dargestellten Motors 2 festgeschraubt und das Schaufelrad
3 der Pumpe ist auf das mit Gewinde versehene Ende der
Motorwelle 4 aufgeschraubt und mittels einer Gegenschraube 5
gesichert. In einem Gehäuseteil 6 ist ein ringartiger Dich= tungsträger 7 axial verschiebbar? aber durch einen Stift 8
gegen Drehung gesichert? durch Federn 9 belastet angeordnet,,
derart^ dass eine im Träger 7 angebrachte Ringdichtung 10
stets satt gegen eine am Schaufelrad 3 angebrachte Ringdichtung 11 gepresst wircL Der Puiapenrauin ist somit gut abgedieh=
tet und eventuell trotzdem gegen die Motorseite durchsickernde Flüssigkeit wird in einem Ringraum 12 gesammelt und kann aus
demselben abgelassen werden»
Das Schaufelrad 3 weist ein© Nabe 13 und eine sich nach
aussen leicht verjüngende scheibenförmige Rückwand 14 auf- Yon
der Rückwand 14 ragen beim Ausführangsbeispiel nach Figuren
i und 2 ebene, radial stehende Schaufeln 15 nach vorne, die
sich von der Nabe bis an den Radumfang erstrecken., Rückschaufeln
16 halten den Druck auf der Rückseite der Radscheibe 14 auf dem gewünschten Wert»
Das Schaufelrad 3 ist in einer zylindrischen Radkammer
vollständig seitlich des im Trommelgehäuse 1 gebildeten StrömujQgsraumes
18 angeordnet» An diesen Strömungsraum sehliesst
ein Druckstutzen 19 tangential an» Koaxial sur Pump@naclase? bzw»
der Axe des StrÖmungs-rauaes 18 ist die Änsaugöffnung 20 ange«=
ordnet» Die Weite des. Strömungsraumes 18 und des Druckstutzens
19 sind vorzugsweise so bemessen., dass eine ohne Spiel durch die
Ansaugöffnung 20 einführbare Kugel an allen Stellen des Strömungsraumes
18 und durch den Druckstutzen 19 frei durchtreten
kann-
Im Betrieb wird Dach vollständiger Füllung des Strömlingsraumes
18 mit der zn fördernden Flüssigkeit das Schaufelrad 3
in der in Flg. 2 durch Pfeil angedeuteten Richtung in rasche Drehung versetzt. Dabei wird vorderhand die in den radialen
Kanälen zwischen den Schaufeln 15 befindliche Flussigkeitsmenge
in Rotation versetzt- und -radial nach aussen beschleunigt»
Ein radialer Austritt der Flüssigkeit aus dem mit. Schaufeln " besetzten Radrauia, wird jedoch, durch die unmittelbar aus s er halb
des Rades liegende aylindrische Fläche der Radkammer 1? verhindert,
sodass die radial beschleunigten Flüssigkeitsteilchen
vorerst im"wesentlichen axial in den Strömungsra«® 18 austreten
werden,, Dort geben sie ihre Rotationsenergie an die im Strömungsraum
18 befindliche Flüssigkeit ab und versetzen auch diese in
Rotation= Ist einmal die gesamte Flüssigkeitsm-enge im Strömungsraum
in Rotation versetzts so wird sich, am Umfang dieses Raumes
ein erheblicher Ueberdraek aufbauen und die em ausseien Umfang
im wesentlichen axial aus dem Schaufelrad austretenden Teilchen werden somit die Tendenz haben9 nicht radial nach anissen
nach dieser Zon@ höheren Druckes9 soMsra nach inoeo gegen die
Gebiete niedrigeren Druckes abzuströmen«, Es wird daher ein erheblicher Anteil der durch das" Schaufelrad nach aussen geforderten Flüssigkeit ausserhalb d<sr Schaufelkanten durch den
angrenzenden Teil des Strb'mungsraumes 18 nach innen zurückströmen
und innen erneut in die awisciien den Schauf ein 15 - gebildeten Kanäle eintreten Es wird sieh daher im Schaufelrad
und unmittelbar ausserhalb desselben eine Flussigkeitszirku°
lation etwa im Sinne der in Fig„ 1 unten in strichpunktierten
Linien angedeuteten Strömungslinien ergeben«, welche Zirkulation
weitgehend getrennt ist von dem durch den Strömungsraum
18 fliessenden Nutsfiuss der Pumpe= Die am aussehen Ende des
Schaufelrades austretenden einzelnen Flüssigkeitsströme können gewissermassen als in den Strömungsraum 18 eintretende Schaufeln
betrachtet werden, die vor den ausseien Teil des Schaufelrades
praktisch mit gleicher Geschwindigkeit rotieren wie das Schaufelrad selbst und die beim Einwärtsströmen ihre Rotationsenergie
an die im Strömungsraum 18 rotierende Flüssigkeitsmenge übertragen. In dieser Weise wird ein© intensive, hydraulische Kupplung zwischen dem Schaufelrad und der im Strömlings raum 18
befindlichen Flüssigkeitsmenge ersielt9 wobei diese Flüssigkeitsmenge
nicht nur aussens sondern ¥or allem auch innen durch
die ausserhalb des Schaufelrades einwärts strömende Zirkulation
in Umfangsrichtung beschleunigt wird. Selbstverständlich werden
sich aus den aus dem Schaufelrad austretenden Strömen der Zir°
kulation auch Teilchen abspalten und mit der Nutzflüssigkeit
durch den Strömungsraum nach ausssn fliessen»
Bei der dargestellten und beschriebenen Pumpe wird somit im Gegensatz sur Arbeitsweise bekannter ähnlicher Pumpen der
Nutsfluss praktisch ¥ollständig in den Strömlings raum verdrängto
Ein erster wesentlicher Vorteil dieser Tatsache liegt darins
dass grobe Verunreinigungen gar nicht in Berührung mit dem Schaufelrad kommen, sondern längs der dem Schaufelrad gegen-=
überliegenden Wand des StromuDgsrattmes nach anassen gefördert
werden, Di© dargestellte Pumpe weist aber auch ©ine ganze Anzahl
//η
weiterer, teils völlig überrssclieaäer Vorteils auf= Durch die
aus den radialen Kanälen des Laufrades aus testenden,, als Wirbel»
söpfe zu betrachtenden T eil ströme wird die ixa Ströiaungsrausi befindliche
Flüssigkeitsmenge durch !spul saus tausch ir; rasehs Rotation
versetstc. Ein Impuisaustauseh dürfte auch in einem
weiteren Sinne auftreten, indem bereits am Impulsaustausch beteiligte
verzögerte Teilchen sogleich wieder in einen der Kanäle zwischen den Schaufeln 15 eiatretsn9 beschleunigt und wieder
in-den Strömungsraum ausgeworfen werclen9 womit eine sehr intensive
hydraulIsehe Kupplung zwischen dem Schaufelrad und der
Flüssigkeitsmenge im Strömungsraum 18 hergestellt wirdo Tatsächlich werden höhere maximale Pumpend?ticke ©rsIeIt9 als sie
theoretisch durch die Umlaufgeschwindigkeit am Umfang des
Schaufelrades gegeben sind=, Es wurde auch festgesteilt9 dass
durch den äusserst intensiven Impuls aus tausch gerade die gussern
Enden der Schaufeln 15 sehr- stark beansprucht werden« Es kann
daher besonders smr Förderung feststoffhaltiger Flüssigkeiten
von Vorteil SeIn5, die Schaufeln sill' Herabsetzung der Abnützung
aus einem plastischen» nachgiebigen MaterIaI9 beispielsweise
Gummi, Kunststoff oder dergleichen herausteilen»
Im weiteren wurde die überraschende Tatsache festgestellt,
dass die Liefermenge der Pumps bei gegebenen Dimensionen der
Ansaugöffnung des StroEHsngsratuaes und des Drucks tut sens praktisch
unabhängig ist von der Drehzahl und des Durchmesser des Schaufelrades» Die Druck höhe der Pumpe ist abhängig vom. Durchmessen des
Schaufelrades, der Schaufslzahl9 der SeSiaufeitiefe, des Drehzahl und dem Durchmesser des Gehäusesο Di© Relation zwischen
Liefermenge und Draekhöh© ist veränderbar durch Variation des
Innen» und Aussendurehmessers des mit Schaufeln besetzten Rad=
ratlines ο Es wurde ein absolut geometrisches Verhalten der verschiedenen
Besugswerte festgestellt. Von besonderer Bedeutung
ist die absolute Stabilität der Relation zwischen Liefermenge
und Drackfoöhe (Q-H-CharakteristikK Der Axialschub des Schaufel=
rades wird bei Anordnung der Rückseiiaufsln 16 praktisch .vernachlässigbar.
Die oben erwähnten vorteilhaften Charakteristiken
der Pumpe gelten auch bei der Förderung von Flüssigkeiten mit
hoher Stoffdichte? beispielsweise bis 12%'tigen Zellstoff= oder
Holzschliffsuspensionen von Gemischen mit bis au 60 Gewichtsprozenten
Sand land von Flüssigkeiten hoher Viskosität wie schwerem Heisoels die besser gefördert werden als in normalen
Zentrifugalpumpen»
Während, beim Ausführungsfoelspiel gerade Schaufeln 15 dargestellt sind j können die Schaufeln gemäss Figa 3 vorwärts ge»
krümmt sein» Sie könnten jedoch unter Umständen auch rückwärts gekrümmt sein« Bei niedrigen spezifischen Drehzahlen wird man
vorwärts gekrümmte j bei. hohen spezifischen Drelisahlen rückwärtsgekrümmte
Schaufeln verwendenο Die Schaufeln können ausserdem
senkrecht zus Radscheibe 14 bzwo au einer Radialebene bzw»
die geraden Schaufeln geniäss FIg0 2 in einer Axialebene liegen
.oder aber die Schaufeln teöoßteii gegenüber einer Radialebene
geneigt seino Sie können vorzugsweise" etwa dreieckigen Querschnitt j doh0 an der Radscheibe 14 ein® verfeältnisnsässig breite
Basis aufweisen und am freien Ende in einer Kante spitz auslaufen.
Während beim Ausfühirangsbelspiel nach Figa 1 und 2 die
Umlenkung der Zirkulation im Schaufelrad durch die rein zylindrische
Form der Radkammer 1? bewirkt wird, kann das Schaufel=
rad selbst im .Meridianschnitt ein Profil auf%ieisen? das diese
Umlenkung bewirkt. Gemäss Fig, 4 ist das Schaufelrad am Umfang
geschlossen^ wobei die Austrittsflachen 21 gegen die Radaxe geneigt
sind. Um die Ausbildung einer geschlossenen, vom Nutsfluss
möglichst getrennten Zirkulation noch weiter zu unterstützen,
kann gemäss Figuren 5 und 6 in das Schaufelrad, ein ringförmiger
Füllkörper 22 eingesetzt sein*
Es wäre auch möglich,, eine möglichst stossfreie Umlenkung
in ähnlicher Weise durch entsprechende Gestaltung des Gehäuses
ausserhalb des Radraumes su bewirken9 indem etwa gemäss der
punktierten Linie in Figo 1 unten das Gehäuse mit einer gerundeten
Vertiefung 23 versehen würde» Natürlich müsste die Gehäusewand
eine entsprechend geänderte Form aufweisen= Es wäre
bei einer solchen Ausführung auch möglichs die Schaufeln mit ■
in die gerundete Vertiefung des Gehäuses eingreifenden^ in Fig„
1 punktiert angedeuteten Flügeln 24 sii verseilen, in welchem
Falle allerdings das Gehäuse nicht mehr einteilig ausgeführt
werden kann«,
Anstelle des im Ausführungsbeispiel nach. Figuren 1 und 2
dargestellten Trommelgehäuses könnte auch ein Spiralgehäuse
vorgesehen sein» In beiden Fällen ist das Schaufelrad praktisch hydraulisch ausgewuchtet» Anstelle des In FIg0 2 dargestellten
tangentialen Abgangs des Druckstuteeos 19 könnte auch ein radialer
Druckstutzen vorgesehen sein.» Die Pumpe könnte für bestimmte
Zwecke auch mit einem Leitapparat ausgerüstet werden»
Um die oben erwähnte Zirkulation im und unmittelbar ausserhalb
des Schaufelrades und einen intensiven Impulsaustausch durch
die erwähnten in den Strömungsraom austretenden Wirbelzöpf© zu
erreichen, sollen die zwischen den Schaufeln 15 liegenden Kanäle ziemlich tief ausgebildet seins cLJa0 die Tiefe dieser
Kanäle bzw. die Höhe der Schaufeln soll beispielsweise etwa gleich oder grosser seiD.9 als der Abstand zwischen den Schaufeln
am Umfang des Schaufelrades= Mit andern Morten besteht eine gewiss
Relation zwischen der Höhe der Schaufeln -and deren Zahl, d,h.
bei hohen Schaufeln kann deren Zahl entsprechend reduziert wer·=
den« Man hat also beispielsweise bei einer bestimmten Grosse
des Schaufelrades die Waiii zwischen acht Schaufeln von etwa 70
mm Tiefe oder 16 Schaufeln von beispielsweise etwa 40 mm Tiefe,
um die Frequenz des Impmlsaastamisches auf angemessener Höh© zu
halten9 wird auch zwischen der Drehzahl und der Sshaufel^ahl
ein© bestimmte Relation bestehen9 üof3u mit gmaetmeader Drehzahl
kann man die Schaufelzalnl redusiereiie Die Ausbildung des Sehaafelrades
wird auch etwas von der Art der su _fordernden Flüssigkeit abhängen= Zur Förderung reiner Flüssigkeiten wird man verhältnismässig
viel Schaufeln anordnen nad ana ä@r erzwungenen
ümleokiang nach FIg3 4 bgw„ Figuren 5 ηηά 6 gr@if@n? während
man sur FörderuDg stark verunreinigter Flüssigkeiten eher geringe
Sehaufelsahlen wSMt und mit der freien Umlenkung geinäss
Figuren 1" und 2 arbeitet„ Bei breitem GeMus© bzw» breitem
Strömuogsraum wird man w<salger SeliattfeLn anbringen als bei
sm Gehäuse« bzwe Sti'Öiaianesr-aii;
Claims (1)
1.2« Kreiselpiiffipt nass einem der ünsprüeha 1=11 s da.dm?ela
g@kannssiclin@t? dass dii Kanäle öes Laufrades ii39 14) von. inaen
bis zur äössersttn Austrittsstellt dss'sslbtn ständig siumefeiaienäeri
Qö@rschnitt aufweisen»
13= K-yeisslpiüipa aacti Ansprmcfe 12S ctaiereli
dass die Schaüifeln (15) bsw. öie Kanal® olss Isaufn
von innen bis aiar ämssersteii Äiasferittsstell® ständig an Tiefi
sianefeiaen«
14 ο KraisslpuEiDS iissfe aisitis I©3? iiasauueSi® !<=.'
SSM1S fief© amfuüigasg eutiu cüass s^isshtis limits mä. fi©f@
:kr&sts dass eias I3auifs?sd tl3s 14} !?sw= dia BMteEgHir
in aa sieh bsksaafcss? 'fels© teassafeisefe suss SteöQöZJga-E'aMiH
ClS) siög©@2?äla3fe ist iisi klsins^s:?. Psr^efcssg'SS5 als am?
2?aB® (18)
£: Dtess Urilerioge {Beschrsibuno und Schu!?onspi.) !si die iulefil ölnoereichte; stt -.vsichi '/on der Wf-.'-fi»:KiM;
de; uispt-jnoiioh einQereichlsn Unloriooan ob. Dia lechllichfe Ssdeuiuno dei Λ'οΛ·«ίοηυΛς isi nicht <.■·«:Γ»;-.
Ϊ»· utipfunol'ch eingereichten Unioriagen befinoen sich in den Amteckien, Sie köisnen jederjeii oV«* Nrtj);-.--» %
«r,es recfiüssher. inieresset gebührenfiei eingessher. A-eroen Auf Antrag uetoen hiervon auch ?ofo5u5<sie« y.-w = ;=*,<
τ«ς-οϋΛ zu öw. jbiichen Preiseji gelieieri Oeutschiis Potefttami. 'Zt&tovta\%{*
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