DE2460282A1 - CENTRIFUGAL PUMP - Google Patents

Description

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19. Eezember 1974December 19, 1974

CIiAWBLER EVANS INCCIiAWBLER EVANS INC

Charter Oak Boulevard"Charter Oak Boulevard "

West Hartford, Connecticut 06101 USAWest Hartford, Connecticut 06101 United States

Z en tr "if ugalpumpeCentrifugal pump

Die Erfindung betrifft eine Zentrifugalpumpe mit radialer Strömung,"welche eine Antriebswelle und ein Gehäuse mit einem axialen Pumpaiieinlaß und. einem Sammelraum zur Aufnahme einer geförderten Flüssigkeit sowie eine Einrichtung zur Verstellung der Pumpenleistung aufweist.The invention relates to a centrifugal pump with radial Flow, "which has a drive shaft and a housing an axial pump inlet and. a collecting room for recording a pumped liquid and a device for adjusting the pump output.

Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der Betriebseigenschaften von Pumpen, insbesondere von Zentrifugalpumpe^, die kleine Strömungsmengen mit einem hohen maximalen Förderdruck bei sehr unterschiedlichen Gegendrücken fördern sollen. Insbesondere bezweckt die Erfindung die Verbesserung von langsam laufenden Pumpen mit Radialrädern.The invention aims to improve the operating properties of pumps, especially of centrifugal pumps ^, the small flow rates with a high maximum delivery pressure should promote at very different back pressures. In particular, the invention aims to improve slow running pumps with radial impellers.

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Die vorliegende Erfindung findet insbesondere Verwendung bei Zentrifugalpnmpen, die mit einem Schaufelrad für eine radiale Strömung ausgestattet sind. Derartige Pumpen besitzen einen axialen Einlaß und einen radialen Auslaß, zu dem die Flüssigkeit gefördert wird. Die Erzielung einer konstanten Strömung, insbesondere bei einem sich ändernden Gegendruck, ist für die Konstrukteure von Zentrifugalpampen eine schwierig zu lösende Aufgeibe. Besser ausgedrückt, besteht ein langes Bedürfnis bei der Konstruktion von Pumpen darin, eine Zentrifugalpumpe herzustellen, die die linearen Druck- und Strömungseigenschaften einer Verdrängerpumpe, wie z.B. einer Zahnradpumpe oder einer Kolbenpumpe aufweist, aber bei v/elcher die zu pumpende Flüssigkeit nicht den ungenauen Steuerungseigens;chaf ten ausgesetzt ist, wie sie z.B. bei ainor Verdrängerpumpe auftreten. Es hat bisher z.B. keine Zentrifugalpumpe gegeben, die mit einem hohen Druck arbeitet und eine kleine Fördermenge fördert und die sich im Betrieb dadurch auszeichnet, daß sie unabhängig von Änderungen des Gegendruckes ein kleines Strömungsgeräusch erzeugt. Der Gebrauch einer solchen Pumpe wäre z.B. für jedes Steuersystem wünschenswert, welches auf Strömungsstoße reagiert oder in solchen Fällen, in denen die Arbeitsflüssigkeit keinen rauhen Betriebsbedingungen ausgesetzt v/erden darf. Die Verarbeitung von Nahrungsmitteln oder Blutplasma kann als Beispiel dafür angeführt v/erden, daß eine ungenaue Steuerung der Arbeitsflüssigkeit nicht erfolgen darf, wie sie z.B. typisch für Verdrängerpumpen ist. Zahlreiche Steuersysteme, die z.B. auf Unterseebooten angeordnet sind, bilden einen Einsatzbereich, wo durch Druckstöße hervorgerufene hydraulische Strömungsgeräusche unerwünscht oder untragbar sind.The present invention finds particular use in centrifugal pumps which are equipped with a paddle wheel for radial flow. Such pumps have an axial inlet and a radial outlet to which the liquid is conveyed. Achieving a constant flow, especially with a changing back pressure, is a difficult task for the designers of centrifugal lamps. In other words, there has long been a need in the design of pumps to produce a centrifugal pump that has the linear pressure and flow characteristics of a positive displacement pump, such as a gear pump or a piston pump, but which does not have the imprecise control characteristics of the fluid to be pumped ; is exposed to effects such as those that occur with ainor positive displacement pumps. Up to now there has been no centrifugal pump, for example, which works with a high pressure and delivers a small delivery rate and which is characterized in operation by the fact that it generates a small flow noise regardless of changes in the back pressure. The use of such a pump would be desirable, for example, in any control system which is responsive to flow surges or in those cases in which the working fluid must not be exposed to harsh operating conditions. The processing of food or blood plasma can be cited as an example of the fact that an imprecise control of the working fluid must not take place, as is typical for positive displacement pumps, for example. Numerous control systems, which are arranged, for example, on submarines, form an area of application where hydraulic flow noises caused by pressure surges are undesirable or unacceptable.

Wie dies bereits ausgeführt wurde, ist es seit langem er-As has already been stated, it has long been

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wünscht, eine Zentrifugalpumpe zu schaffen, mit welcher die konstante Fördermenge verdoppelt werden kann und welche das unterschiedliche Druckverhalten einer Verdrängerpumpe aufweist. Ziisätzlich zu den vorbescJnriebenen kurzen Ausführungsbeispielen, die Fä3.1e angeben, in welchen eine solche Pumpe eingesetzt werden könnte, sei darauf hingewiesen, daß Verdrängerpumpen empfindlich gegen Verschmutzungen sind und infolgedessen nicht zur Förderung von Abwässern dienen können, d.h. von Flüssigkeiten, in denen kleine Teilchen mitgerissen werden. Im Gegensatz dazu sind Zentrifugalpumpen überhaupt nicht empfindlich gegen mitgerissene kleine Teilchen, und ihre Eignung zur Förderung von Schmutzflüssigkeiten ist bekannt. Die Anwendungsfälle für Pumpen, die während der Förderung von verschmutzten Flüssigkeiten bei sich ändernden Gegendrücken einen konstanten Flüssigkeitsstrom erzeugen, sind zahlreich.wishes to create a centrifugal pump with which the constant flow rate can be doubled and what the different pressure behavior of a positive displacement pump having. In addition to the short above Embodiments, the Fä3.1e indicate in which a Such a pump could be used, it should be noted that positive displacement pumps are sensitive to contamination are and as a result not used for pumping wastewater can serve, i.e. liquids in which small particles are carried away. In contrast, are Centrifugal pumps are not at all sensitive to entrained small particles, and their suitability for pumping of dirty liquids is known. The use cases for pumps that provide a constant flow rate with changing back pressures while pumping contaminated liquids Generating liquid flow are numerous.

Während in den vorgenannten Ausführungen besonderer Wert auf eine konstante Fördermenge gelegt wurde, sei darauf hingewiesen, daß gleichzeitig seit langer Zeit das Bedürfnis für die Herstellung einer Zentrifugalpumpe besteht, die ihre Strömungsmenge und ihren Strömungsdruck schnell und geräuschlos ändern kann, um den Anforderungen des Systems gerecht zu werden. Frühere Versuche zur Herstellung einer solchen Pumpe haben zu Lösungen geführt, die "darin bestehen, daß die Drehzahl, das Ventilsystem oder die Pumpengeometrie verändert v/erden. Wie an sich bekannt ist, können der Druckanstieg und die Fördermenge durch eine Veränderung der Pumpendrehzahl verändert werden. Da sich jedoch der Druckanstieg einer Zentrifugalpumpe mit festen geometrischen Abmessungen bei einer Drehzahlsteigerung nicht linear mit der Fördermenge steigert, bieten Änderungen der Pumpendrehzahl nur eine begrenzte Lösung, d.h. die Anforderungen des Systems könnenWhile in the above explanations special emphasis was placed on a constant flow rate, it should be noted pointed out that at the same time there has been a need for the manufacture of a centrifugal pump for a long time, which can change its flow rate and flow pressure quickly and silently to meet the requirements of the system meet. Previous attempts to manufacture such a pump have resulted in solutions which "consist in that the speed, the valve system or the pump geometry changed v / ground. As is known per se, the pressure increase can and the delivery rate can be changed by changing the pump speed. However, as the pressure increase a centrifugal pump with fixed geometrical dimensions with an increase in speed not linear with the delivery rate increases, changes in the pump speed offer only a limited solution, i.e. the requirements of the system can

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nur in einem begrenzten Druckbereich und für eine; begrenzte Fördermenge erfüllt v/erden. Da« Drosseln und der Gegenpart dcis Umleiten führen naturgemäß zu einem Betrieb rait kleinem Wirkungsgrad, der mit Geräuschen und einem Ansteigen der Temperatur der /urbeitsflüssigkeit verbunden .ist. Die üblichen · Drossel- oder Umlcitungsmethoden sind infolgedessen für An-wendungsfalle nicht geeignet, bei welchen entweder Geräusche vermieden werden sollen oder die Zustandsgrößen der Arbeitsflüssigkeit erhalten bleiben sollen. Die US-PS 3 442 220 zeigt ein Beispiel für eine Zentrifugalpumpe, an deren Einlaß eine Drosseleinrichtung vorgesehen ist. Die Anordnung einer Drosseleinrichtung am Pumpeneinlaß führt in an sich bekannter Weise zur Kavitation uncl damit zur Ausbildung von Ströinungsgeräuschen Es sind auch bereits andere. Zentrifugalpumpen -bekannt, bei denen eine Drosseleinrichtung am Pumpenauslaß vorgesehen ist. Die US-PS 3 168 870 zeigt bereits eine Pumpe, bei welcher zur Veränderung der Zentrifugalpumpenleistung eine innere Umleitung vorgesehen ist.only in a limited pressure range and for one; limited Delivery rate fulfilled v / earth. Since throttling and the counterpart dcis rerouting naturally lead to a small operation Efficiency associated with noise and an increase in the temperature of the working fluid. The usual · Throttle or bypass methods are therefore for application cases not suitable for which either noises should be avoided or the state variables of the working fluid should be retained. U.S. Patent 3,442,220 shows an example of a centrifugal pump, at the inlet of which a throttle device is provided. The arrangement of a throttle device at the pump inlet leads in a manner known per se to cavitation and thus to the formation of flow noises There are already others. Centrifugal pumps known from which a throttle device is provided at the pump outlet. The US-PS 3,168,870 already shows a pump in which an internal bypass is provided to change the centrifugal pump output.

Es wurden auch bereits Zentrifugalpumpen vorgeschlagen, die ein Schaufelrad mit einer verstellbaren Geometrie aufweisen. Als Beispiel für eine Zentrifugalpumpe der vorgenannten Art, die im Hochgeschwindigkeitsbereich eingesetzt wird, kann auf die durch die US-Patentschrift 3 806 278 (Serial Ko. 277 593) beschriebene Zentrifugalpumpe hingewiesen werden. Eine weitere Annäherung an Pumpen mit in ihrer Geometrie verstellbaren Schaufelrädern sind solche vorgeschlagenen Pumpen, deren Schaufelprofilierung im Querschnitt konventionell ist und die einen einzigen Strömungskanal ohne Druckimpulsausgleich auf v/eisen. Pumpen dieser vorgenannten Art sind beispielsweise durch die US-PS 2 927 536 und 3 482 523 bekanntgeworden.Centrifugal pumps have also already been proposed which have a paddle wheel with an adjustable geometry. As an example of a centrifugal pump of the aforementioned type, which is used in the high-speed range, can be the centrifugal pump described by U.S. Patent 3,806,278 (Serial Ko. 277,593) will. A further approach to pumps with paddle wheels adjustable in their geometry are those proposed Pumps whose blade profile is conventional in cross-section and which have a single flow channel without Pressure pulse compensation on v / iron. Pumps of the aforesaid Art have become known, for example, from US Pat. Nos. 2,927,536 and 3,482,523.

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Die Erfindung ist daher darauf gerichtet, eine neue und verbesserte Pumpe der vorgenannten Art zu schaffen, welche die erwähnten Nachteile nicht aufweist.The invention is therefore directed to a new and improved To create a pump of the aforementioned type which does not have the disadvantages mentioned.

Die Erfindung besteht darin, daß mit der Pumpenantriebswelle ein treibendes Schaufelrad gekuppelt ist, welches einen Körper aufweist, auf dessen einer Fläche mehrere gekrümrate. Schaufeln bildende Vorsprünge angeordnet sind, daß ein angetriebenes Schaufelrad vorgesehen ist, welches einen Körper aufweist, auf dessen einer Fläche mehrere gekrümmte, schaufeln, bildende Vorsprünge angeordnet sind, wobei das angetriebene Schaufelrad spiegelbildlich zum treibenden Schaufelrad ausgebildet und derart angeordnet ist, daß seine Schaufeln den Schaufeln des treibenden Schaufelrades gegenüberliegen und mit diesen derart im Eingriff stehen, daß die Schaufelräder vielarmige Strömungsbahnen bilden, die in den gemeinsamen Pumpensammelraum einmünden, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die eine Veränderung der axialen relativen Lage zwischen dem treibenden und dem angetriebenen Schaufelrad und damit eine Veränderung der Breite der Schaufelradanordnung ermöglicht.The invention consists in that a driving impeller is coupled to the pump drive shaft, which has a body has, on one surface of which a plurality of curvatures. Blade-forming projections are arranged that a driven blade wheel is provided which has a body has, on one surface of which several curved, blades, forming projections are arranged, wherein the driven paddle wheel is a mirror image of the driving paddle wheel is designed and arranged such that its blades are opposite to the blades of the driving impeller and with these are so engaged that the impellers form multi-armed flow paths which in the common Open pump plenum, and that a device is provided that a change in the axial relative position between the driving and the driven paddle wheel and thus allows a change in the width of the impeller assembly.

Durch die erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe werden die Nachteile der Pumpen vorgenannter Art beseitigt, und es wird eine neue und verbesserte Zentrifugalpumpe mit radialer Strömung gebildet, die einen veränderlichen Strömungsquerschnitt besitzt. Gemäß der Erfindung ist die Breite des Schaufelrades derart einstellbar, daß es an die erforderlichen Druckverhältnisse angepaßt werden kann. Die Einstellung der Breite des Schaufelrades wird in vorteilhafter Weise dadurch ermöglicht, daß ein Schaufelrad verwendet wird, das aus zwei The centrifugal pump according to the invention eliminates the disadvantages of the pumps of the aforementioned type, and a new and improved centrifugal pump with radial flow is formed, which has a variable flow cross-section. According to the invention, the width of the paddle wheel is adjustable in such a way that it can be adapted to the required pressure conditions. The adjustment of the width of the paddle wheel is made possible in an advantageous manner in that one paddle wheel is used, which consists of two

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spiegelbildlich zueinander ausgebildeten Schauf e labs chnitt.en besteht. Diese Schauf eilabschnitte stehen miteinander im Eingriff, wobei die Schaufeln des Schaufelrades derart zusammenwirken, daß sie vielärmige Strömungsbahnen bilden, die in eine gemeinsame Kammer einmünden. Diese vielarmigen Strömungsbahnen, die aus Paaren von parallel zueinander verlaufenden hydraulischen Strömungskanälen bestehen, die am umfang gegeneinander versetzt sind, erzeugen gegeneinander wirkende Drucktmpulse, die sich gegenseitig aufheben und zu einem konstanten Pumpen™ förderdruck führen. Die Strömungskanäle, wie z.B. die Kanäle eines jeden parallelen Paares, können einen idenlischen Strömungsquerschnitt aufweisen oder können zweckmaaßig abgeändert sein.mirror-inverted blades consists. These blade sections are in engagement with one another, wherein the blades of the impeller cooperate in such a way that that they form many-armed flow paths, which in a join the common chamber. These multi-armed flow paths, which are made up of pairs of parallel hydraulic There are flow channels that are against each other on the circumference are offset, generate pressure pulses acting against one another, which cancel each other out and result in constant pumping ™ lead delivery pressure. The flow channels, such as the channels of each parallel pair, can have an identical flow cross-section have or can be modified appropriately.

Der Querschnitt der Strömungskanäle der vielarmigen Strömungsbahnen einer gemäß der Erfindung ausgestalteten Pumpe wird dadurch verändert, daß die zueinander passenden Schaufelradteile teleskopartig zueinander bewegt werden, wobei die Bewegung entweder von einem oder beiden Schaufelradabschnitten in einer Richtung erfolgt, die parallel zur Rotationsachse liegt. Diese Teleskopbewegung der Schaufelradhälften kann mittels einer Betätigungseinrichtung oder mehreren Betätigungseinrichtungen erfolgen, die in der sich drehenden Schau-felradanordnung angeordnet sind, oder durch eine außerhalb liegende Betätigungseinrichtung, die auf die Schaufelradanordnung einwirkt.The cross section of the flow channels of the multi-armed flow paths of a pump designed according to the invention is changed in that the mutually matching impeller parts are moved telescopically to each other, the movement either of one or both of the impeller sections takes place in a direction parallel to the axis of rotation lies. This telescopic movement of the paddle wheel halves can be carried out by means of an actuating device or a plurality of actuating devices take place, which are arranged in the rotating bucket-wheel assembly, or by an outside horizontal actuating device which acts on the impeller assembly.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine selbstregelnde Pumpe vorgesehen, die eine solche Betätigungseinrichtung innerhalb der rotierenden Schaufel radanordnung aufweist. Diese Einrichtung bewirkt einen Ausgleich de« in der Schaufelradanordnung herrschenden Druck- According to a preferred embodiment of the invention , a self-regulating pump is provided which has such an actuating device within the rotating paddle wheel assembly. This device compensates for the pressure prevailing in the paddle wheel arrangement.

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differentials rait einer Federkraft eines schaufellosen Vorlauf ej:s oder Belastungseinrichtung, so daß die mittels des Schaufelrades geförderte Fördermenge automatisch von dem Pumpengegendruck abhängig ist. Gemäß der Erfindung können die Betätigungseinrichtungen zur Veränderung der Schaufelradgeometrie derart ausgelegt sein, daß ein automatischer Ausgleich erfolgt oder daß eine Einstellung von Hand ermöglicht V7ird.differentials rait a spring force of a vane-less advance ej: s or loading device, so that the means of the Impeller delivered flow rate is automatically dependent on the pump back pressure. According to the invention can the actuating devices for changing the paddle wheel geometry be designed in such a way that automatic compensation takes place or that adjustment by hand is possible V7ird.

Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung weist das Schaufelrad gekrümmte Schaufeln auf, die künstlich blockartig ausgebildet sind, so daß der Profilradius der Pumpe im Vergleich zu Pumpen herkömmlicher Art verbessert wird. Deutlicher ausgedrückt bedeutet das, daß die gemäß der Erfindung ausgebildeten Schaufeln des Schaufelrades eine ungewöhnliche Dicke besitzen, wobei die Dicke der Schaufeln in den meisten Anwendungsfällen gleich der Breite der zwischen den Schaufeln der sich im Eingriff befindlichen Schaufelradteile gebildeten Kanäle entspricht.According to a preferred feature of the invention, the Impeller on curved blades that are artificially block-like, so that the profile radius of the pump is improved compared to conventional pumps. Expressed more clearly this means that according to the invention formed blades of the impeller have an unusual thickness, the thickness of the blades in most use cases equal to the width of the between the blades of the engaging impeller parts corresponds to channels formed.

Obwohl die erfindungsgemäße Pumpe mit einem konventionellen Ausströmraum oder Diffusor ausgestattet sein kann, weist die Pumpe gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen axialen Pumpeneinlaß und einen ringförmigen Sammelraum auf. Der ringförmige Sammelraum besitzt die gewünschten Eigenschaften, indem er vcrsprungartig o?er zungenartig ausgebildet ist, so daß keine Druckstöße erzeugt werden können.Although the pump according to the invention can be equipped with a conventional discharge space or diffuser, the Pump according to a preferred embodiment of the invention an axial pump inlet and an annular plenum. The annular collecting space has the desired Properties by jumping abruptly is formed like a tongue, so that no pressure surges can be generated.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigen:Further features, details and advantages of the invention result from the following description of an exemplary embodiment based on the drawing. Show in it:

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Fig.1 eine Schnittansicht durch eine Zentrifugalpumpe mit einem in seiner Geometrie verstellbaren Schaufelrad gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 shows a sectional view through a centrifugal pump with a paddle wheel adjustable in its geometry according to a preferred embodiment of the invention;

Fig.2 eine Ansicht des treibenden Schaufelrades der Pumpe nach Fig.1;Fig. 2 is a view of the driving impeller of the pump according to Figure 1;

Fig.3 eine Ansicht des angetriebenen Schaufelrades der Pumpe nach Fig.1;3 shows a view of the driven impeller of the pump according to Figure 1;

Fig.4A eine vergrößerte Teilansicht der Pumpe nach Fig.1, die sich in einem solchen Zustand befindet, in welchem sie bei einem niedrigen Druck arbeitet und einen kleinen Förderstrom erzeugt, undFIG. 4A shows an enlarged partial view of the pump according to FIG. 1, which is in such a state in which it works at a low pressure and generates a small flow rate, and

Fig.4B eine vergrößerte Teilansicht der Pumpe nach Fig.1, die sich in einem solchen Zustand befindet, bei welchem sie mit einem hohen Druck arbeitet und einen großen Förderstrom erzeugt.FIG. 4B is an enlarged partial view of the pump according to FIG. which is in such a state that it works with a high pressure and one large flow rate generated.

In der Fig.1 ist eine Pumpe gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, die mit einem in seiner Breite verstellbaren Schaufelrad ausgestattet ist, welches aus zwei miteinander im Eingriff stehenden Schaufelradabschnitten oder Schaufelradhälften besteht. Ein erster Schaufelradabschnitt, der nachfolgend als treibendes Schaufelrad bezeichnet werden soll, ist mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und in den Fig.1, 2, 4A und 4B dargestellt. Der zweite Schaufelradabschnitt, der nachfolgend als angetriebenes Schaufelrad bezeichnet werden soll, ist mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet und in den Fig.1, 3, 4A und 4BIn the Figure 1 is a pump according to a preferred embodiment the invention shown, which is equipped with a paddle wheel adjustable in its width, which consists of two mutually engaging paddle wheel sections or paddle wheel halves. A first The impeller section, which is to be referred to below as the driving impeller, is denoted by the reference symbol 10 and shown in Figures 1, 2, 4A and 4B. The second impeller section, hereinafter referred to as the driven Bucket wheel is to be referred to is denoted by the reference numeral 12 and in Figures 1, 3, 4A and 4B

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dargestellt. Das treibende Schaufelrad 10 ist mit der Antriebswelle 14 der Pumpe verkeilt und wird auf der Antriebswelle mittels einer Mutter 16 arretiert. Auf der Rückseite des treibenden Schaufelrades 10 ist koaxial zur Welle 14 eine an sich bekannte Axialdichtung 18 angeordnet. Auf einem sich auf der Rückseite des treibenden Schaufelrades 10 erstreckenden Gehäuseteil ist ein in an sich bekannter Weise vorgespannter Verschleißring 20 angeordnet, der in der Fig.1 zwischen dem treibenden Schaufelrad und dem Pumpengehäuse eingezeichnet ist und zur Abdichtung des Pumpenausganges auf der Rückseite des Schaufelrades dient. Der Verschleißring 20 ist also derart angeordnet, daß er die Axialbelastungen aufnehmen kann. An Stelle des Verschleißringes 20 kann auch eine Labyrinthdichtung vorgesehen sein, wenn dies erwünscht oder notwendig ist.shown. The driving paddle wheel 10 is with the drive shaft 14 of the pump and is locked on the drive shaft by means of a nut 16. On the back side of the driving impeller 10, an axial seal 18 known per se is arranged coaxially to the shaft 14. On one on the back of the driving impeller 10 extending housing part is a known manner arranged prestressed wear ring 20, which in Figure 1 between the driving impeller and the pump housing is shown and serves to seal the pump outlet on the back of the impeller. The wear ring 20 is therefore arranged in such a way that it can absorb the axial loads. Instead of the wear ring 20, a Labyrinth seal can be provided if this is desired or necessary.

Wie am besten aus den Fig.4A und 4B zu entnehmen ist, sind das zur Vergrößerung des Förderstromes und des Strömungsdruckes dienende treibende Schaufelrad und angetriebene Schaufelrad teleskopartig zueinander angeordnet, und selbst im Hochdruckzustand der Pumpe, bei welchem ein großer Förderstrom erzeugt wird (siehe Fig.4B), ist eine ausreichende Lagerfläche für das angetriebene Schaufelrad 12 vorhanden, über welche das Schaufelrad 12 von dem treibenden Schaufelrad bzw. der Antriebswelle 14 mitgenommen wird. Das Antriebsmoment wird durch das treibende Schaufelrad 10 auf das angetriebene Schaufelrad 12 übertragen.As can best be seen from FIGS. 4A and 4B, are the driving and driven paddle wheel, which is used to increase the flow rate and the flow pressure Impeller arranged telescopically to one another, and even in the high pressure state of the pump, in which a large flow rate is generated (see Fig. 4B), there is sufficient bearing surface for the driven paddle wheel 12, Via which the impeller 12 is carried along by the driving impeller or the drive shaft 14. The drive torque is transmitted to the driven by the driving impeller 10 Transferring the impeller 12.

Wie aus der Fig.1 und ebenfalls aus den Fig.4A und 4B zu entnehmen ist, ist das angetriebene Schaufelrad 12 mit einer koaxial zur Pumpenachse liegenden Bohrung versehen und weistAs shown in FIG. 1 and also from FIGS. 4A and 4B can be seen, the driven impeller 12 is provided with a bore coaxial to the pump axis and has

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einen Flansch 21 auf, der sich in Richtung zum Pumpeneinlaß 22 erstreckt. Der Plansch 21 des angetriebenen Schaufelndes 12 besitzt einen Gewindeteil, auf welchen eine Mutter '24 aufgeschraubt ist, die ihrerseits einen radial nach innen greifenden Teil aufweist, welcher eine sich am stromauf gelegenen Ende der Mutter 24 befindliche Schulter bildet. Durch die Axialbohrung des angetriebenen Schaufelrades 12 greift ein schaufelloser Vorläufer hindurch, und ist in einer in der Stirnfläche des treibenden Schaufelrades 10 vorgesehenen Aussparung 29 angeordnet. Der schaufellose Vorläufer 26 besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer abgeflachten Schraubenfeder mit einem massiven, unter legs cheibena-rtig ausgebildeten und stromab gelegenen Ende 28, welches in der Aussparung 29 des treibenden Schaufelrades 10 angeordnet ist. Das gegenüberliegende oder stromauf gelegene Ende der Schraubenfeder 26 besitzt einen nach außen greifenden Flansch, der das axial bewegliche, angetriebene Schaufelrad 12 über ein ringförmiges Distanzstück 30 gegen das auf der Antriebswelle gelagerte treibende Schaufelrad 10 drückt. Wie dies bereits ausgeführt wurde, sind die beiden Schaufelräder mittels ihrer spiegelbildlich zueinander angeordneten Schaufeln miteinander arretiert. In dem lastfreien zusammengedrückten Zustand der Schaufelräder, der in der Fig.4A dargestellt ist, bilden die parallel verlaufenden hydraulischen Strömungsbahnen oder Kanäle, die von den im Eingriff stehenden Schaufeln gebildet werden, einen kleinen Strömungsquerschnitt für die gepumpte Flüssigkeit. Ein Paar Strömungskanäle 34 und 36 und die Schaufeln 34' und 36', die entsprechend auf dem treibenden Schaufelrad und dem angetriebenen Schaufelrad angeordnet sind und diese Strömungskanäle bilden, sind in den Fig.2 bis 4 dargestellt. a flange 21 which extends in the direction of the pump inlet 22 extends. The splash 21 of the powered paddle 12 has a threaded part onto which a nut '24 is screwed is, which in turn has a radially inwardly extending part, which is located on the upstream Forms the end of the nut 24 located shoulder. The axial bore of the driven impeller 12 engages vane-less precursor through it, and is in a recess provided in the end face of the driving vane wheel 10 29 arranged. In the illustrated embodiment, the vane-less precursor 26 consists of a flattened one Helical spring with a massive, under legs Cheibena-rtig formed and downstream end 28, which in the Recess 29 of the driving impeller 10 is arranged. The opposite or upstream end of the coil spring 26 has an outwardly extending flange which the axially movable, driven paddle wheel 12 via a annular spacer 30 presses against the driving impeller 10 mounted on the drive shaft. Like this already was carried out, the two paddle wheels are mutually mirror-inverted by means of their paddles locked. In the load-free compressed state of the paddle wheels, which is shown in FIG parallel hydraulic flow paths or channels formed by the engaging blades a small flow cross-section for the pumped liquid. A pair of flow channels 34 and 36 and the blades 34 'and 36', which are arranged on the driving paddle wheel and the driven paddle wheel, respectively, and These flow channels form are shown in FIGS.

Die radial aus den von dem treibenden Schaufelrad 10 und demThe radial from the of the driving impeller 10 and the

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angetriebenen Schaufelrad 12 gebildeten Strömungskanälen austretende Flüssigkeit wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einem ringförmigen Sammelraum 32 aufgefangen. Der Sarnmelraum 32 besitzt die erwünschten Eigenschaften, daß er vorsprungartig öder zungenartig ausgebildet ist, um Stöße zu erzeugen, und durch den Sammelraum wird ferner kein am Umfang herrschender Druckgradient erzeugt, der auf die Pumpenlager übertragen werden könnte.Driven impeller 12 formed flow channels exiting fluid is in the illustrated embodiment collected in an annular collecting space 32. The coffin room 32 has the desired properties, that it is protruding or tongue-like in order to generate impacts, and through the plenum Furthermore, no pressure gradient prevailing at the circumference is generated that could be transferred to the pump bearings.

In Bezug auf das treibende Schaufelrad 10 ist ein Verschleiß-, ring 38 radial derart, angeordnet, daß er den entgegen der Federbelastung wirkenden Druckgradienten des schaufellosen Vorläufers 26 aufnimmt. Der Verschleißring 38 dichtet den Pumpenauslaß gegenüber dem Pumpeneinlaß ab, und der Strömungsquerschnitt des zusammengesetzten Schaufelrades verändert sich daher mit dem Pumpengegendruck.With regard to the driving impeller 10 is a wear, ring 38 radially arranged in such a way that it counteracts the spring load acting pressure gradient of the vane-less precursor 26 absorbs. The wear ring 38 seals the pump outlet with respect to the pump inlet, and the flow cross-section of the assembled impeller changes therefore with the pump back pressure.

Ein besonders hervorzuhebendes Merkmal der Erfindung, das am besten aus den Fig.2 und 3 zu entnehmen ist, besteht in der Verwendung von Schaufelrädern mit nach hinten gekrümmten Schaufeln ungewöhnlicher Dicke. Diese ungewöhnliche Schaufeldicke wird dadurch erzielt, daß die Schaufeln mit einem künstlichen Blockprofil hergestellt werden, wodurch das. Schaufelrad einen verbesserten Profilradius erhält. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung weisen die Strömungskanäle einen konstanten Krümmungsradius von der Eintrittskante zur Austrittskante auf, und die Dicke der Schaufeln sowohl des treibenden Schaufelrades als auch des angetriebenen Schaufelrades entspricht in etwa der Breite der Kanäle,die von den Schaufeln der miteinander im Eingriff stehenden Schaufelräder gebildet werden. Mit Begriffen derA particularly noteworthy feature of the invention, which can best be seen in FIGS. 2 and 3, consists in the Use of paddle wheels with backward curved blades of unusual thickness. This unusual blade thickness is achieved that the blades with an artificial Block profile are produced, whereby the impeller receives an improved profile radius. With the one shown Embodiment according to the invention, the flow channels have a constant radius of curvature of the Leading edge to trailing edge, and the thickness of the blades of both the driving impeller and the driven impeller corresponds approximately to the width of the channels, which of the blades of the meshing with each other standing paddle wheels are formed. In terms of

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Strömungsmechanik ausgedrückt bedeutet dies, daß durch diese Ausgestaltung annähernd der optimale Profilradius erreicht wird, d.h., daß bei einer vorgegebenen benetzten Fläche ein minimaler Reibungsverlust auftritt.In terms of fluid mechanics, this means that this configuration approximately achieves the optimum profile radius that is, there is minimal friction loss for a given wetted area.

Während des Betriebes des erfindungsgemäßen in seiner Breite verstellbaren Schaufelrades erfüllt der schaufellose Vorläufer 26 die Punktion eines Axialverdichters, der die Flüssigkeit in die radialen Schaufelräder einleitet. Der in den Schaufelrädern herrschende Druck bewirkt eine Auseinanderbewegung der zusammengesetzten Schaufelräder entgegen der Federkraft der Schraubenfeder 26. Dieses Verhalten ergibt sich aus der Anordnung des Verschleißringes 38 und durch die innerhalb der Schaufelräder erzeugten Druckkräfte. Die Breite des zusammengesetzten Schaufelrades ist daher unmittelbar von dem Systemgegendruck abhängig.During the operation of the invention in its width adjustable paddle wheel is fulfilled by the paddleless forerunner 26 the puncture of an axial compressor that feeds the liquid into the radial impellers. The one in the paddle wheels The prevailing pressure causes the assembled paddle wheels to move apart against the spring force of the coil spring 26. This behavior results from the Arrangement of the wear ring 38 and by the pressure forces generated within the paddle wheels. The width of the compound The impeller is therefore directly dependent on the system back pressure.

Bei dem vorbeschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet die einzige Schaufelradanordnung zwei Druckströme, die in einen gemeinsamen Sammelraum oder einen gemeinsamen Ausströmraum einmünden und dabei gegeneinander v/irkende Druckimpulse erzeugen. Diese gegeneinander v/irkenden Druckimpulse heben sich gegenseitig auf, so daß ein im wesentlichen konstanter Pumper^förderstrom erzielt wird. Die erwünschten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Pumpe werden daher durch die Verwendung von spiegelbildlich aufgebauten Schaufelrädern erreicht, die eine Mehrfachkaskadenströmung erzeugen, welche in einem gemeinsamen Sammelraum aufgefangen v/ird. Die erwünschte Wirkung wird bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel durch die Verwendung einer selbstregulierenden Einrichtung erzielt, bei v/elcher der Pumpengegendruck ge-In the preferred embodiment of the invention described above, the single impeller arrangement forms two pressure flows, which open into a common collecting space or a common outflow space and act against one another Generate pressure pulses. These pressure pulses acting against one another cancel each other out, so that a substantially constant pump flow rate is achieved. The desired Properties of the pump according to the invention are therefore achieved through the use of paddle wheels constructed in mirror image that create a multiple cascade flow, which is collected in a common collecting space. The desired effect is obtained in the described embodiment achieved through the use of a self-regulating device, at which point the pump counterpressure

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gen die Kraft einer Belastungsfeder arbeitet.gen the force of a loading spring works.

Ferner erfolgt bei dem vorbeschriebenen bevorzugten Aus-führungsbeispiel der Erfindung die automatische Steuerung der Pumpe unter der Voraussetzung, daß der Gegendruck des Systems, in welches die Pumpe eingeschaltet ist, keinen Einfluß auf die Fördermenge hat. Jedes Schaufelrad erzeugt eine Strömungsmenge (Q), die direkt proportional der Schaufeloder Kanalfläche (S) und der Umfangsgeschwindigkeit (V) und umgekehrt proportional zum Gegendruck (P) ist. DiesesVerhältnis kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:Furthermore, in the above-described preferred exemplary embodiment the invention, the automatic control of the pump provided that the back pressure of the The system in which the pump is switched on has no influence on the delivery rate. Each paddle wheel creates one Flow rate (Q) that is directly proportional to the blade or Channel area (S) and the peripheral speed (V) and inversely proportional to the back pressure (P). This ratio can be expressed by the following equation:

(1) Q= fV²S/P(1) Q = fV ² S / P

Wenn die selbstregelnde Belastungseinrichtung der vorgenannten Art verwendet wird, dann ist die Kanalfläche (S) und/oder die Umfangsgeschwindigkeit (V) des Schaufelrades proportional zum Gegendruck (P). Diese Beziehung kann folgendermaßen ausgedrückt werden:If the self-regulating loading device of the aforementioned type is used, then the channel area (S) and / or the peripheral speed (V) of the paddle wheel is proportional to the back pressure (P). This relationship can be expressed as follows:

(2) S= fP/V² (2) S = fP / V ²

Wenn sich der Gegendruck mit der Strömung nicht ändert, dann ist das System "ausgeglichen, und die Fördermenge ist konstant, solange das Verhältnis V²S/P innerhalb der Belastungseinrichtung unverändert ist. Wenn sich jedoch der Systeragegendruck mit der Strömung ändert, wie dies z.B. bei einer herkömmlichen ventilgesteuerten Rohrleitungsschleife der Fall ist, dann bewegt die Belastungseinrichtung das Schaufelrad in seine Stellung für einen maximalen Förderstrom, welche in der Fig.4B dargestellt ist. Wenn diese Betriebsweise nicht erwünscht ist, kann die Steuerung auf eine andere Art erfolgen.If the back pressure does not change with the flow, then the system is "balanced and the flow rate is constant as long as the ratio V ² S / P within the loading device is unchanged is the case with a conventional valve-controlled pipeline loop, then the loading device moves the paddle wheel into its position for a maximum flow rate, which is shown in Fig. 4. If this mode of operation is not desired, the control can take place in another way.

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Claims (10)

P 8722P 8722 PatentansprücheClaims Zentrifugalpumpe mit radialer Strömung, welche eine Antriebswelle und ein Gehäuse mit einem axialen Pumpeneinlaß und einem Sammelraum zur Aufnahme einer geförderten Flüssigkeit sowie eine Einrichtung zur Verstellung der
Pumpenleistung aufweist, dadurch gekenn zeich net, daß mit der Pumpenantriebswalle (14) ein treibendes Schaufelrad (10) gekuppelt ist, welches einen Körper aufweist, auf dessen einer Fläche mehrere gekrümmte, Schaufeln bildende Vorsprünge (34') angeordnet sind, daß ein angetriebenes Schaufelrad (12) vorgesehen ist, welches einen Körper aufweist, auf dessen einer Fläche mehrere gekrümmte, Schaufeln bildende Vorsprünge (36') angeordnet sind, wobei das angetriebene Schaufelrad spiegelbildlich zum treibenden Schaufelrad ausgebildet und derart angeordnet ist, daß seine Schaufeln den Schaufeln
des treibenden Schaufelrades gegenüberliegen und mit
diesen derart im Eingriff stehen, daß die Schaufelräder vielarmige Strömungsbahnen (34, 36) bilden, die in
den gemeinsamen Pumpensammelraum (32) einmünden, und
daß eine Einrichtung (24, 26, 28, 30) vorgesehen ist,
die eine Veränderung der axialen relativen Lage zwischen dem treibenden und dem angetriebenen Schaufelrad
und damit eine Veränderung der Breite der Schaufelradanordnung ermöglicht.Centrifugal pump with radial flow, which has a drive shaft and a housing with an axial pump inlet and a collecting space for receiving a pumped liquid and a device for adjusting the
Has pump power, characterized in that a driving impeller (10) is coupled to the pump drive shaft (14), which has a body on one surface of which a plurality of curved, blade-forming projections (34 ') are arranged, that a driven impeller (12) is provided which has a body on one surface of which a plurality of curved, blade-forming projections (36 ') are arranged, the driven blade wheel being designed as a mirror image of the driving blade wheel and arranged in such a way that its blades match the blades
of the driving impeller are opposite and with
these are in such engagement that the paddle wheels form multi-armed flow paths (34, 36) which in
open into the common pump plenum (32), and
that a device (24, 26, 28, 30) is provided,
a change in the axial relative position between the driving and the driven paddle wheel
and thus allows a change in the width of the impeller assembly. 509833/0550509833/0550 2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander im Eingriff stehenden Schaufeln (34', 36') der Schaufelräder (10, 12) Paare von parallel zueinander verlaufenden hydraulischen Strömungskanälen (34, 36) bilden, die über dei Umfang zueinander versetzt angeordnet sind.2. Pump according to claim 1, characterized in that the mutually engaged Paddles (34 ', 36') of the paddle wheels (10, 12) pairs of parallel hydraulic flow channels (34, 36) which extend over the circumference are arranged offset to one another. 3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i c h n e t , daß die Einrichtung zur Veränderung der axialen relativen Lage der Schaufelräder(10, 12) von einer Einrichtung gebildet ist, die eine teleskopartige Verschiebung der Schaufelräder ermöglicht.3. Pump according to claim 1, characterized in e i c h n e t that the device for changing the axial relative position of the paddle wheels (10, 12) by a device is formed, which enables a telescopic displacement of the paddle wheels. 4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teleskopeinrichtung einen sch aufellosen Vorläufer (26) umfaßt, .der innerhalb öer von dem treibenden Schaufelrad (10) und dem angetriebenen Schaufelrad (12) gebildeten Anordnung gelagert ist.4. Pump according to claim 3, characterized in that that the telescopic device comprises a shovelless precursor (26), .der within öer of the driving paddle wheel (10) and the driven one Bucket wheel (12) formed arrangement is mounted. 5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der schaufellose Vorläufer (26) eine .'Belastungsfeder umfaßt, die das treibende Schaufelrad (10) und das angetriebene Schaufelrad (12) gegeneinanderdrückt.5. Pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that the vane-less precursor (26) a .'Belastungsfeder comprises the driving paddle wheel (10) and the driven Paddle wheel (12) presses against each other. 6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtungseinrichtung (38) vorgesehen ist, welche den Pumpeneinlaß (22) unabhängig von der relativen Lage der Schaufelräder6. Pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that a sealing device (38) is provided, which the pump inlet (22) regardless of the relative position of the paddle wheels :· (10, 12) gegenüber dem Sammelraum (32) flüssigkeitsdicht abdichtet, so daß das in der Schaufelradanordnung herrschende Druckdifferential der Federkraft der Belastungsfeder (26) entgegenwirkt.: · (10, 12) in relation to the collecting space (32) liquid-tight seals, so that the pressure differential prevailing in the paddle wheel assembly of the spring force of the loading spring (26) counteracts. 509833/0550509833/0550 24602622460262 7. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die Einrichtung zur Veränderung der axialen relativen Lage der Schaufelräder (10, 12)eine selbstregelnde. Belastungseinrichtung (26) _? die die in der von dem treibenden Schaufelrad (10) und von dem angetriebenen Schaufelrad (12) gebildeten Anordnung ■angeordnet ist.7. Pump according to claim 1, characterized / that the device for changing the axial relative position of the paddle wheels (10, 12) is a self-regulating one. Loading device (26) _? which is arranged in the arrangement formed by the driving impeller (10) and the driven impeller (12). 8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß eine Dichtungseinrichtung (38) vorgesehen ist, v/elche den Pumpeneinlaß (22) unabhängig von der Breite der Schaufelradanordnung (10, 12) gegenüber dem Sammelraum (32) flüssigkeitsdicht abdichtet, so daß das in der Schaufelradanordnung herrschende Druckdifferential und die Kraft der Belastungseinrichtung ausgeglichen und die Größe der Strömungsquerschnitte in der Schaufelradanordnung eine Funktion des Pumpengegendruckes sind.8. Pump according to one of claims 1 to 7, characterized in that a sealing device (38) is provided, v / which the pump inlet (22) regardless of the width of the impeller arrangement (10, 12) with respect to the collecting space (32) seals liquid-tight, so that the prevailing in the paddle wheel assembly The pressure differential and the force of the loading device are balanced and the size of the flow cross-sections are a function of the pump back pressure in the impeller assembly. 9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Belastungseinrichtung ,eine Belastungsfeder (26) umfaßt, die das treibende Schaufelrad (10) und das angetriebene Schaufelrad (12) gegeneinanderdrückt.9. Pump according to one of claims 1 to 8, characterized in that the loading device , a loading spring (26) comprising the driving impeller (10) and the driven Paddle wheel (12) presses against each other. 10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander im Eingriff stehenden Schaufeln (34', 36') der Schaufelräder (10, 12) parallel zueinander verlaufende hydraulische Strömungskanäle bilden, die von der Eintrittskante zur Austrittskante einen konstante« Bogen bilden und10. Pump according to one of claims 1 to 9, characterized in that they engage with one another standing blades (34 ', 36') of the paddle wheels (10, 12) form parallel hydraulic flow channels that run from the leading edge to the The trailing edge forms a constant arc and 509833/0650509833/0650 vr -vr - über den Umfang zueinander versetzt angeordnet sind, und daß die Dicke der Schaufeln jedes Schaufelrades annähernd der Breite der von den miteinander im Eingriff stehenden Schaufeln der Schaufelräder gebildeten Kanäle entspricht.are arranged offset from one another over the circumference, and that the thickness of the blades of each impeller approximately the width of that formed by the mutually engaging blades of the paddle wheels Channels. 509833/Ö55G509833 / Ö55G