DE2431544A1

DE2431544A1 - Zentrifugalpumpe mit reguliermechanismus

Info

Publication number: DE2431544A1
Application number: DE2431544A
Authority: DE
Inventors: Leif Ivan Rasmussen
Original assignee: SMEDEGAARD AS
Current assignee: SMEDEGAARD AS
Priority date: 1973-07-03
Filing date: 1974-07-01
Publication date: 1975-01-23
Also published as: DK368973A; CH576589A5; IT1014444B; FR2245862A1; GB1470254A; SE418415B; NL179672B; FR2245862B1; NO142362C; NL179672C; DK139989B; ATA544374A; SE7408578L; NO742405L; NL7408962A; FI54735B; NO142362B; BE817201A; DK139989C; FI54735C

Description

T. Smedegaard A/S, P-GmH 68/168

57-59 Sydvestvej,
Glostrup, Dänemark

Zentrifugalpumpe mit Reguliermechanismus

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifugalpumpe mit einem eingebauten Mechanismus zur Regulierung der Fördergeschwindigkeit der Pumpe, welcher ein axial verschiebbares Element enthält, das in anderen Stellungen als der, welche der vollen Förderleistung entspricht, einen Teil einer in die Pumpe eingebauten Nebenleitung sowie eines in den Pumpenauslaß eingebauten Absperrteils bildet, wobei dieses axial verschiebbare Element mit einem Absperrteil in Form eines zylindrischen Absperrschieberteils ausgebildet ist, um den Auslaß des Pumpenflügelrades allmählich von dem das Pumpenflügelrad umgebenden Druckkanal abzusperren, sowie mit einem zylindrischen Regulierabsperrschieber mit öffnungen, um den Pumpeneinlaß mit dem axialen Einlaß des Pumpenflügelrades zu verbinden.

Solche Zentrifugalpumpen ermöglichen es, die einer Zirkulationsanlage zugeführte Flüssigkeitsmenge zu regulieren, z.B. Wasser für ein Heizsystem, so daß einerseits die Anzahl der erforderlichen Standardgrößen der Pumpe begrenzt sein und andererseits die während des Betriebes zirkulierende Wassermenge eingestellt werden kann. Selbstverständlich muß die Pumpe in der Lage sein, die erforderliche Höchstmenge von Wasser zu fördern, jedoch -ist während eines wesentlichen Teils der Betriebszeit eine geringere Wassermenge erforderlich, da eine größere oder kleinere Anzahl von Heizkörpern häufig abgestellt

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ist. Mit einem Reguliermechanismus der vorstehend erwähnten Art ist es möglich, einige der Nachteile zu vermeiden, die' mit dem scharfen Absperren des Pumpenäuslasses, dem sogenannten Abdrosseln, verbunden sind, welches auf Grund des hohen Druckes in den Rohren ein unangenehmes Rauschen verursacht, sowie zum Teil auch die Nachteile der Nebenwegregulierung, z.B. den hohen Kraftverbrauch zu beseitigen, der durch die hohe Wassermenge, .die im Falle der Nebenwegregulierung immer durch die Pumpe fließt, verursacht wird.

Es hat sich gezeigt, daß Pumpen der angeführten Art mit der sogenannten Doppelregulierung den Anforderungen an eine variable Regulierung der Förderleistung im Fall kleiner Pumpen mit vergleichsweise niedrigem Anfangsdruck und einer geringen Wassermenge'genügen. Bei großen Pumpen mit veränderlicher Fördergeschwindigkeit kann der Anfangsdruck so hoch und die Wassermenge so groß sein, daß ein starkes Herunterregeln der Förderleistung einen beträchtlichen Druckanstieg zur Folge haben kann, z.B. wenn mehr und mehr Heizkörper eines großen Systems abgestellt sind. >

Gegenstand der Erfindung ist eine Zentrifugalpumpe mit einem Reguliermechanismus, mit dessen Hilfe der maximale Druckanstieg begrenzt werden· kann, so daß der Druck nie einen der vollen Fördergeschwindigkeit entsprechenden vorbestimmten Wert übersteigen kann, nämlich wenn bei einem Heizsystem alle Heizkörper in Benutzung sind. Eine derartige Begrenzung des Haximalanstiegs des Drucks ermöglicht es, Pumpen derselben Größe bei einer großen Anzahl von Systemen verschiedener Größe zu verwenden und sie auf sie einzustellen.

Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe dadurch

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gekennzeichnet, daß das axial verschiebbare Element fest mit einem Kolben verbunden ist, bei dem auf der einen Seite während der gesamten Betriebszeit der Pumpe der unmittelbare Förderdruck der Pumpe vorherrscht, während die andere Seite des Kolbens dem Saugdruck der Pumpe ausgesetzt ist, und daß eine Feder so mit dem Kolben und dem axial verschiebbaren Element verbunden ist, daß die Feder der Wirkung der Änderungen in der Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Kolbens entgegenwirkt.

Ein Anstieg des Förderdrucks der Pumpe, z.B. durch das Abstellen einer Anzahl von Heizkörpern, verschiebt den Kolben und folglich das Absperrteil des axial verschiebbaren Elementes, so daß der Durchgang vom Auslaß des Pumpenflügelrades zum Druckkanal verengt wird, was zur Folge hat, daß eine geringere Wassermenge gepumpt wird. Dem Verschieben des Kolbens und folglich des Absperrteils wirkt jedoch das gleichzeitige leicht verstärkte Anziehen der Feder entgegen, wodurch ein neuer Gleichgewichtszustand erreicht wird, der den veränder-. ten Betriebsbedingungen entspricht.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 ist ein Diagramm des Verhältnisses zwischen Druck und Wassermenge, wenn die Förderleistung der Pumpe in bekannter Weise reguliert wird.

Tig. 2 zeigt in entsprechender Weise ein Diagramm für die erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe.

Fi^. 3 ist ein Schnitt durch Teile einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe.

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Fig. if zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe

In den Figuren 1 und 2 gibt die Ordinate den Förderdruck einer Pumpe und die Abszisse die beförderte Wassermenge an. Die Kurve 10 betrifft eine Pumpe, die ausschließlich durch Absperrung oder Drosselung des Auslasses vom Pumpenflügelrad reguliert wird, und es zeigt sich, daß der Druck nicht fällt, wenn die Wassermenge von Lmax auf L verringert wird. Die Kurve 11 betrifft eine Pumpe mit ausschließlicher Mebenwegregulierung, wobei ein Herunterregeln eine Druckabnahme bewirkt, während die durch das Pumpenflügelrad fließende Wassermenge unverändert bleibt. Durch die letztgenannte Art der Regulierung wird ein Röhrenrauschen in dem Zirkulationssystem vermieden, jedoch auf Kosten der Wirtschaftlichkeit, da die Pumpe noch die maximale Wassermenge pumpen muß. Kurve 12 zeigt die Bedingungen bei einer Kombination von Absperrung und Nebenleitung, wobei ein Herunterregeln sowohl den Druck als auch die Wassermenge verringert.

In Fig. 2 entspricht die Kurve 13 der entsprechenden Maximalkurve in Fig. 1. Jedoch steigt bei abnehmender Wassermenge der Druck in der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe nur bis zu einem bestimmten Grad an und folgt dann einer der waagerechten Linien 14» von denen jede einen Maximaldruck darstellt, der durch den erfindungsgemäßen Regulierungsmechanismus, oder genauer gesagt durch die Federspannung, bestimmt wird. Unabhängig davon ob die Wassermenge Lmax oder L ist, steigt der Druck nicht über den z.B. durch die oberste Linie 1Zf in Fig. 3 bestimmten Wert an.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe ist das Pumpengehäuse in herkömmlicher Weise ausgebildet, und zwar mit einem Einlaß 15, einem Auslaß 16, einem Pumpen-

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flügelrad 17 mit einem axialen Einlaß, einem axial verschiebbaren Element, das mit einem zylindrischen Absperrschieberteil 18 ausgebildet ist, welches in der gezeigten Stellung den Auslaß des Pumpenflügelrades in freier Verbindung mit dem Auslaß 16 läßt aber bei axialer Aufwärtsverschiebung den Auslaß immer mehr sperrt. Ferner hat das axial verschiebbare Element einen zylindrischen Regulierabsperrschieber 19 mit: öffnungen zur Verbindung des Einlasses 15 mit dem axialen Einlaß des Pumpenflügelrades. Bei axialer Verschiebung in Richtung auf das Pumpenflügelrad schaffen die genannten öffnungen in allmählich steigendem Maße einen Nebenweg vom Druckkanal der.Pumpe zum Einlaß des Pumpenflügelrades.

Somit bildet das gezeigte verschiebbare Element einen Regulierungsmechanismus zur Doppelregulierung, wobei ein zunehmendes Absperren des Pumpenflugelradauslasses gleichzeitig mit einem erhöhten Durchfluß in dem Nebenkanal vor sich geht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich das axial verschiebbare Element in fester Verbindung mit einem Kolben, welcher in der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform als Boden 20 für den zylindrischen Regulierabsperrschieber 19 ausgebildet ist. Im Hinblick auf die Fließbedingungen im Pumpenflügelradeinlaß ist der Boden vorzugsweise gewölbt, wobei die konvexe Seite dem Einlaß zugekehrt ist. In dem dem Einlaß abgekehrten Raum ist der Boden 20 dem Förderdruck der Pumpe ausgesetzt, wobei ein Kanal 21 von dem genannten Raum zum Auslaß verläuft.

Steigt der Förderdruck an, z.B. durch Abstellen einer Anzahl von Heizkörpern in einem Heizsystem, in das die Pumpe eingesetzt ist, so steigt der Druckunterschied zwischen den Seiten des als Boden aus-

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gebildeten Kolbens an, so daß das verschiebbare Element und folglich auch das Absperrschieberteil 18 verschoben werden, um den Auslaß des Pumpenflügelrades abzusperren. Dadurch wird die Förderleistung der Pumpe verringert.

Jedoch wirkt der Verschiebung eine Feder 22 entgegen, welche mit dem Boden 20 so in Verbindung steht, daß sich ihre Spannung während der Verschiebung des Bodens erhöht, was auf die erhöhte Druckdifferenz zurückzuführen ist. Die elastische Kraft, die mit einem Handrad (nicht gezeigt) oder anderweitig eingestellt werden kann, erzeugt somit einen Ausgleich der Druckdifferenz. Bei der Feder kann es sich wahlweise um eine Druckfeder oder eine Zugfeder handeln, wobei ihre Verbindung mit dem axial verschiebbaren Element entsprechend gestaltet ist. In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform wird eine Druckfeder verwendet, um eine geringere Gesamtlänge zu erhalten.

Fig. *t zeigt eine Ausführungsform der Zentrifugalpumpe, deren Teile, die den in Fig, 3 gezeigten entsprechen, die gleichen Bezugsziffern haben. Die Zentrifugalpumpe der Fig. ^ unterscheidet sich von der vorhergehenden Ausfuhrungsform dadurch, daß der Kolben nicht als Boden 20 ausgebildet ist und daß der Kanal 21 nicht in Verbindung mit dem Auslaß 16 ist.

In Fig. 4 ist der mit dem verschiebbaren Element verbundene Kolben 2.3 mit Hilfe von Vorsprüngen 2.1\ an dem zylindrischen Absperrschieberteil 18 angebracht, und der Kolben 23 befindet sich auf der dem Einlaß abgekehrten Seite des Pumpenflügelrades. Ist der Auslaß des Pumpenflügelrades, wie auf der linken Seite von Fig. k gezeigt, ganz offen, so befindet sich der Kolben 23 in seiner untersten Stellung und bildet im Pumpengehäuse eine Wand, die mit der oberen Seite des Auslasses 16 in einer Ebene liegt. Wenn das zylindrische Absperrschieber-

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teil 18 den Auslaß dee Pumpenflügelrades sperrt, wie auf der rechten Seite von Fig. 1+ gezeigt, nimmt der Kolben 23 seine oberste Stellung ein.

Ein Raum oberhalb des Kolbens 23 befindet sich immer in Verbindung mit der Einlaßseite des Pumpenflügelrades, z.B., wie gezeigt, durch einen oder mehrere Kanäle 25» so daß in diesem Raum immer der gleiche Druck wie auf der Saugseite der Pumpe vorherrscht.

Die Feder 22, welche in Fig. k als Zugfeder gezeigt ist, befindet sich über eine Spindel 26 und Arme 27 in fester Verbindung mit dem zylindrischen Regulierabsperrschieber 19· Die Spannung der Feder hält ein Gleichgewicht in der Druckdifferenz auf beiden Seiten des Kolbens aufrecht, wobei diese Differenz dadurch erzeugt wird, daß auf der oberen Seite des Kolbens 23 immer ein Saugdruck und auf der unteren Seite ein Förderdruck vorhanden ist. Gemäß der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform führt eine steigende Druckdifferenz dazu, eine zunehmende Absperrung durch Verschiebung des Kolbens 23 und folglich des Absperrschieberteils 18 zu verursachen, während die Feder 22 für ein Ausgleichen und eine Begrenzung der angestrebten Verschiebung sorgt.

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Claims

Patentanspruchs

M .y Zentrifugalpumpe mit einem eingebauten Mechanismus für die Regulierung der Fördergeschwindigkeit der Pumpe, welcher ein axial verschiebbares Element enthält, das in anderen Stellungen als der, welche der vollen Förderleistung entspricht, einen Teil einer in die Pumpe eingebauten Nebenleitung sowie eines in den Pumpenauslaß eingebauten Absperrteils bildet, wobei dieses axial verschiebbare Element mit einem Absperrteil in Form eines zylindrischen Absperrschieberteils (18) ausgebildet ist, um den Auslaß des Pumpenflügelrades allmählich von dem das Pumpenflügelrad umgebenden Druckkanal abzusperren, sowie mit einem zylindrischen Regulierabsperrschieber (19) mit öffnungen, um den Pumpeneinlaß mit dem axialen Einlaß des Pumpenflügelrades zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß das axial verschiebbare Element fest mit einem Kolben (23) verbunden ist, bei dem auf der einen Seite der unmittelbare Förderdruck der Pumpe zu jeder Zeit des Betriebes der Pumpe vorherrscht, während die andere Seite des Kolbens (23) dem Saugdruck der Pumpe ausgesetzt ist, und daß eine Feder (22) so mit dem Kolben (23) und dem axial verschiebbaren Element verbunden ist, daß die Feder (22) der Wirkung von Veränderungen in der Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Kolbens (23) entgegenwirkt.
2. Zentrifugalpumpe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Regulierabsperrschieber (19) so angebracht ist, daß bei axialer Verschiebung zum Pumpenflügelrad hin seine öffnungen eine Nebenleitung zwischen dem Druckkanal der Pumpe und dem Einlaß des Pumpenflügelrades herstellen.

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3. Zentrifugalpumpe gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kolben (23), der fest mit dem axial verschiebbaren Element verbunden ist, als ein Boden (20) für den zylindrischen Regulierabsperrschieber (19) ausgebildet ist, wobei dieser Boden (20) vorzugsweise zum Einlaß des Pumpenflügelrades hin gewölbt ist, und daß von dem Raum auf der anderen Seite des Bodens (20) ein Kanal (21) zur Druckseite •der Pumpe verläuft.

i+. Zentrifugalpumpe gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kolben (23) eine axial verschiebbare Wand des Pumpengehäuses gegenüber dem Einlaß des Pumpenflügelrades bildet, und daß der Raum auf der anderen Seite des Kolbens (23) durch einen oder mehrere Kanäle (25) mit dem Einlaß oder Zentrum des Pumpenflügelrades verbunden ist.

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