DE2822499A1 - Zentrifugalpumpe - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. Curt Wallach

Dipl.-Ing. Günther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

c. _u :; <^ Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 23. Mai 1978

O Unser Zeichen: 16 207 - Κ/Αρ

Anmelder: Rolls-Royce Limited

65 Buckingham Gate,
London, SWlE 6AT
England

Bezeichnung: Zentrifugalpumpe

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ORIGINAL INSPECTED

Die Erfindung bezieht sich auf rotierende Pumpen der Zentrifugalbauart zum Pumpen von Flüssigkeiten oder einer Mischung von Flüssigkeit und Gas. Im typischen Falle können solche Pumpen in Flugzeugen als Brennstoffpumpen Anwendung finden.

Bekannte Zentrifugalpumpen bestehen im wesentlichen aus einem Gehäuse mit einem Einlaßkanal und einem Auslaßkanal und einem beschaufelten Laufrad, welches drehbar in dem Gehäuse gelagert ist, wobei die Schaufeln im wesentlichen radial verlaufend angeordnet sind. Die Schaufeln sind relativ dünn, und zwischen ihnen werden benachbarte Strömungsmittelkanäle definiert, die sich in der Umfangsbreite nach dem Rand des Laufrades hin vergrößern, während im axialen Sinn die Tiefe der Kanäle nach dem Laufradrand abnimmt.

Bei diesen Bauarten bekannter Pumpen gibt es einen Betriebsbereich, in dem sich die Strömungsmittel auf der Niederdruckseite (Seite mit geringer Energie) der Kanäle trennen. Dies hat eine hohe Energieströmung auf der anderen Seite des Kanals zur Folge, und die kombinierte Wirkung ist die Erzeugung von einer "Strahlsog"-Strömung am Laufradausgang. Die Gesamtwirkung kann eine erhebliche Rezirkulation der Strömung innerhalb des Schaufelkanals sein.

Normalerweise steht eine solche Strömung einer Stabilität nicht entgegen, aber bei Läufern mit einer geringen Anzahl von Schaufeln bewirkt dies, daß niedrige Laufradkopffaktoren auftreten.

Das Ausmaß der Rezirkulation hängt von dem Grad der Flüssigkeitsführung in den Rotorkanälen ab. Demgemäß sind Laufräder mit wenigen Schaufeln (z.B. 3 bis 5 Schaufeln) meist mit Rezirkulationswirbeln angefüllt, während bei einem Übergang

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zu einer großen Schaufelzahl· (z.B. 20 bis 40 Schaufeln) die Laufräder eine sehr viel verbesserte "Führung" erhalten,und gewöhnlich besitzen diese nur kleine Wirbel gerade in den Spitzenbereichen.

Das Vorhandensein dieser Wirbel beeinträchtigt gewöhnlich nur den Kopffaktor und den Wirkungsgrad, aber bei Flugzeugpumpen, die mit Mischungen aus Gas und Flüssigkeit arbeiten, sind diese Wirkungen sehr viel bedeutsamer.

Wenn eine konventionelle, mit geringer Nenndrehzahl laufende Pumpe mit einer mit Luft angereicherten Flüssigkeit betrieben wird, dann ändert sich das Strömungsmuster ersichtlicherweise wie folgt:

a) Am inneren Ende jeder Schaufel beginnt sich Gas in den Niederdruckzonen zu sammeln und dies ergibt Hohlräume, die relativ fest an jeder Schaufel verbleiben. Es sind immer Niederdruckzonen am inneren Radius der Schaufeln vorhanden, und zwar entweder infolge des Vorhandenseins von eingefangenen Wirbeln, oder häufiger infolge der großen Mißanpassung des Einlaßwinkels gegenüber dem Strömungsmittelwinkel. Dies ist insbesondere schlecht bei Pumpen mit niedriger Nenndrehzahl, wie sie bei Flugzeug-Brennstoffsystemen benutzt werden, wo die radiale Strömungsgeschwindigkeit relativ zur Drehgeschwindigkeit sehr gering ist, woraus sich relative Einlaßwinkel in der Größenordnung von 5° ergeben. Wenn die Brennstoffströmung als Funktion der Höhe vermindert wird, wird dieser Winkel sogar noch geringer und er kann möglicherweise bis herab zu 1° absinken. Wenn das Gas/Flüssigkeitsverhältnis ansteigt, dann werden diese Hohlräume allgemein größer und bewegen sich nach außen und nehmen ein größeres Volumen sowohl in Radialrichtung als auch in Umfangsrichtung auf. Schließlich breiten sie sich in die Zone aus, die durch die vorerwähnten Rezirku-

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lationen beeinflußt wird. Dadurch wird ein Teil des Gases sogar noch weiter nach außen getragen, aber das meiste Gas verbleibt in diesen Wirbeln.

b) Während dies alles stattfindet und wegen der Tatsache, daß große "Löcher" in den Laufradkanälen gebildet werden, ergibt sich eine graduelle Verminderung des Förderdruckes der Pumpe. Dies kann eine echte Verminderung des erzeugten Kopfes sein, aber möglicherweise bezieht es sich auf das allgemeine Ansteigen der Flüssigkeitsverluste, die durch Änderungen des Strömungsmusters innerhalb der Schaufelkanäle erzeugt wird. Dieses Verfahren vermindert auch den Durchschnittsdruck im Auslaßkanal, gewöhnlich einer Ausströmkammer, die den Rand des Laufrades umschließt.

c) Außer bei einer Strömungsbedingung,und in vielen Fällen nicht einmal unter dieser Bedingung, ergibt sich eine in Umfangsrichtung verlaufende Änderung im statischen Druck über das Gehäuse des Ausströmraumes,und der statische Druck ist am niedrigsten in dem Bereich,der dem Förderabschnitt zugeordnet ist. Wenn diese Wirkung mit den oben beschriebenen Bedingungen im Laufrad kombiniert wird, dann stellt das Ergebnis eine Verschiebung des Rotationszentrums der auftretenden Gaswirbel nach der Förderseite des Ausströmraumes hin dar. Wenn schließlich nur ein geringes Ansteigen des Gas/Flüssigkeits-Verhältnisses stattfindet, erlaubt dieses exzentrische Strömungsfeld, daß einer oder mehrere Rezirkulationswirbel die Linie zwischen Laufradausgang und Ausströmraum durchqueren.

d) Bis zu diesem Punkt bestand eine relativ stetige Energieübertragung von der Welle auf die Laufradschaufeln und von den Schaufeln auf die gepumpte Flüssigkeit. Dies bedeutet auch, daß, weil keine weitere Energie stromab des Laufrades zugeführt wurde, alle Teile der Strömung stromab dieses Punktes "bergab"

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im Energiesinn verlaufen. Dies ist stabil,und mit Ausnahme von kleinen Bereichen in den Rezxrkulationszonen verläuft die Strömung vorherrschend in einer Richtung über die Laufradauslaßebene. Wenn jedoch das exzentrische Bahnsystem den beschriebenen Endzustand erreicht, dann befinden sich "Spalte" im Laufradenergieausflußfeld, und in diese kann ein Strömungsmittel aus höheren Energiebereichen in dem Ausströmraum einfließen. Die Folge davon ist, daß große Förderdruck-Oszillationen auftreten und daß schließlich die statischen Drücke soweit fallen, daß die vorher aufgefangene Luft sich ausdehnt und im Laufrad sammelt. Hierdurch reißt das Pumpenverfahren vollständig ab und der Durchfluß hört für alle praktischen Zwecke auf.

Es kann so festgestellt werden, daß die sich entwickelnden Stufen des Druckzusammenbrechens in einem mit Luft durchsetzten Laufrad durch die exzentrischen Strömungs-Druckfelder in dem Ausströmraum verstärkt werden, und daß ein gut Teil der Instabilität, die sich in den späteren Stufen des Verfahrens zeigt, der Verbindung eines Gaskerns von einer Stellung innerhalb der Beschaufelung nach einer Zone in dem Ausströmraum zugeordnet ist, und die Rückströmung geht mit einher.

Das Ergebnis der Strömungs- und Druckinstabilität, die oben beschrieben wurden, besteht darin, daß in einer bekannten Bauart einer Zentrifugalpumpe, die mit konstanter Drehzahl arbeitet, wenn die Gasmenge in der aus Gas und Flüssigkeit bestehenden Mischung, welche gepumpt wird, ansteigt, der Druckanstieg über die Pumpe zunächst relativ platt abfällt, bis das Volumenverhältnis von Gas zu Flüssigkeit einen Wert von ungeführ 0,2 erreicht, und bei diesem Wert setzt die Instabilität ein, und der Druckanstiegswert fluktuiert schneller wenn mehr Gas zugesetzt wird. Die Instabilität verursacht eine beträchtliche Vibration, die eine praktische Grenze für das

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Verhältnis von Gas und Flüssigkeit setzt, das von der Pumpe verarbeitet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifugalpumpe zu schaffen, die in einem weiten Bereich von Gas-Flüssigkeitsmischungen arbeiten kann, ohne eine Strömungs- und Druckinstabilität zu zeigen, und ohne daß die hiermit verknüpften mechanischen Vibrationen auftreten.

Die Erfindung geht aus von einer Zentrifugalpumpe mit einem Laufrad,welches drehbar in einem Gehäuse gelagert ist, und einen Strömungsmitteleinlaß und einen Auslaß für das Laufrad besitzt, wobei das Laufrad mittlere, im wesentlichen radial angeordnete Schaufeln aufweist, die zwischen sich mehrere Strömungsmittelkanäle definieren. Gelöst wird die gestellte Aufgabe bei einer derartigen Zentrifugalpumpe dadurch, daß jeder Strömungsmittelkanal aus einem radial inneren, in Umfangsrichtung gesehen relativ breiten Abschnitt und einen radial äußeren, in Umfangsrichtung relativ schmalen düsenartigen Bereich besteht, wobei die Flüssigkeitsauslässe von dem Laufrad in die Ausströmeinrichtung eine Vielzahl von im Abstand angeordneten Düsen am Laufradrand aufweisen.

Die inneren und äußeren Kanalabschnitte können jeweils eine konstante Breite in Umfangsrichtung aufweisen, und sie können kreisbogenförmig gestaltet sein, um die Herstellung zu vereinfachen.

Der äußere Kanal kann ein Verhältnis zwischen Längenabmessung und Umfangsbreite in der Größenordnung von 2 : 1 haben und ein Verhältnis von Umfangsbreite zur Axialtiefe in einem Bereich zwischen 0,5 : 1 bis 2:1.

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Das Verhältnis zwischen dem inneren Kanalabschnitt und dem äußeren Kanalabschnitt, gemessen in der Breite in Umfangsrichtung, betragt etwa J> : I.

Die Mittellinien von inneren und äußeren Kanalabschnitten können zusammenfallen, oder die Mittellinie des äußeren Kanalabschnitts liegt hinter der Mittellinie des inneren Kanalabschnitts, betrachtet in Drehrichtung des Laufrades.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Zentrifugalpumpe gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Pumpe gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1;

Fig. 4 in größerem Maßstab einen der Flüssigkeitskanäle der Pumpe gemäß Fig. 1;

Fig. 5 in größerem Maßstab eine abgewandelte Ausführungsform eines Flüssigkeitskanals gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform einer Zentrifugalpumpe gemäß der Erfindung;

Fig. 7 einen Axialschnitt der Zentrifugalpumpe gemäß Fig. 6;

Fig. 8 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles B in Fig. 6;

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Pig. 9 in größerem Maßstab eine Teilansieht der Zentrifugalpumpe gemäß Fig. 6 bis 8;

Pig. 10 eine Teilansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Zentrifugalpumpe gemäß Fig. 6;

Fig. 11 eine Ansicht des Einlasses der Zentrifugalpumpe gemäß Fig. 7 mit einem Einlaßventil.

Die Zentrifugalpumpe 10 weist ein Gehäuse 12 und ein mit einem Radkranz 15 versehenes Laufrad 14 auf. Das Laufrad 14 ist drehbar auf einer Welle 16 innerhalb des Gehäuses gelagert, und es ist ein Strömungsmitteleinlaß 18 und ein Auslaß 20 in Form einer Auslaßkammer vorgesehen, die den Rand des Laufrades umfaßt.

Das Laufrad weist mehrere Schaufeln 22 auf, von denen nur einige dargestellt sind, die sich von der Mitte des Randes des Laufrades in Radialrichtung erstrecken und zwischen sich mehrere bogenförmig gestaltete Strömungsmittelkanäle 24 definieren.

Jeder Strömungsmittelkanal 24 weist einen radial inneren, in Umfangsrichtung relativ breiten Abschnitt 24a und einen radial äußeren, in Umfangsrichtung gesehen relativ schmalen düsenartigen Abschnitt 24b auf. Letzterer endet in einem Auslaß 26, wobei die Mittellinien von inneren und äußeren Abschnitt zusammenfallen. Zwischen jedem Auslaß 26 besitzt der Rand des Laufrades Auszackungen 28, um jedem Auslaß einen scharfkantigen Umfang zu verleihen.

Im Betrieb wird das Laufrad 14 gedreht und das zu pumpende Strömungsmittel kann vollständig aus Flüssigkeit bestehen, oder

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es kann eine aus Gas und Flüssigkeit bestehende Mischung in den Strömungsraittelkanal 24 im Laufrad über den Auslaß 18 eintreten und über den düsenartigen Kanal in den Ausströmraum 20 eintreten.

Die in Fig. 6 bis 9 dargestellte Zentrifugalpumpe entspricht der Pumpe nach Fig. 1 bis 5 und einander entsprechende Bauteile tragen gleiche Bezugszeichen.

Das Laufrad 14 besitzt eine zentrale konische Nabenhaube 50 und die Kanäle 24 sind sowohl in Aufrißansicht (Fig. 7) als auch in Grundrißansicht (Fig. 6) gekrümmt. Die Schaufeln 22, die die Kanäle 24 definieren, besitzen eine leichte Abschrägung 52 und der Radkranz 15 ist durch Schrauben 54 am Laufrad befestigt. Der Strömungsmittel-Leckstrom vom Spalt 56 zwischen dem Radkranz und dem Gehäuse 12 wird durch einen Ring 58 verhindert oder vermindert, der in den Radkranz I5 eingelassen ist und mit drei Dichtringen 60 zusammenwirkt, die im Gehäuse 12 angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Schaufelkanä.le,wie aus Fig. 6 ersichtlich, gekrümmt, aber die Pumpe kann arbeiten wenn die Kanäle 24 radial angeordnet sind, wie aus Fig. 10 ersichtlich.

Es ist außerdem zweckmäßig, ein Einlaßventil 62 so dicht am Einlaß der Pumpe wie möglich anzuordnen,derart, daß wenn das Ventil 62 geöffnet wird, Flüssigkeit sofort verfügbar ist und nicht abgewartet werden muß, bis das Strömungsmittel über eine Länge des Leitungssystems stromauf der Pumpe zugeführt wird.

Die inneren und äußeren Kanalabschnitte können jeweils eine konstante Breite im Umfangssinn aufweisen, und sie können zur Vereinfachung der Herstellung als Kreisbogen ausgebildet sein.

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Der äußere Kanalabschnitt kann ein Verhältnis von Länge zu Umfangsbreite in der Größenordnung von 2 : 1 haben, und ein Verhältnis von Umfangsbreite zu Axialtiefe im Bereich zwischen 0,5 : 1 bis 2:1.

Das Verhältnis zwischen den Umfangsbreiten von innerem Kanalabschnitt zu äußerem Kanalabschnitt liegt bei etwa 3 : 1,

Wie bereits erwähnt, besteht bei bekannten Zentrifugalpumpen unter gewissen Bedingungen bei der Förderung von Mischungen aus Gas und Flüssigkeit die Gefahr, daß sich die gasförmige Phase von der flüssigen Phase zu trennen sucht und der Flüssigkeitsstrahl befindet sich an der rückwärtigen Seite des Kanals im Bezug auf die Drehrichtung des Laufrades und das Gas (Nachströmung) befindet sich auf der Vorderseite. Es findet eine beträchtliche Rückströmung in den Schaufelkanälen statt, und gelegentlich tritt eine Strömung zwischen benachbarten Schaufelkanälen auf und beide Phänomene beeinträchtigen die Arbeitsweise der Pumpe in schädlicher Weise.

Bei der erfindungsgemaßen Pumpe wird durch Anordnung des düsenartigen Kanalabschnitts 24b der Strahl vorteilhaft ausgenutzt, d.h. der flüssige Teil des "Strahl-Abström"-Strömungsfeldes, und es wird wirksam der "Sog" ("wake"), d.h. das Gas unterdrückt. Dies bedeutet, daß der Rand des Laufrades 14 dann als eine Reihe rechteckiger Löcher mit geringem Aspektverhältnis erscheint, im Gegensatz zu den herkömmlichen Laufrädern, die wie zwei Platten aussehen, welche durch kurze dünne Brücken getrennt sind, welche die Enden der jeweiligen Schaufeln darstellen.

Es kann gezeigt werden, daß die Laufradenergie dem Ausströmraum 20 in Anteilen zugeführt wird, entsprechend den düsenartigen Entladungen, aber gleichzeitig kann zwischen diesen Anteilen

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als schlimmstes eine Energie von 0 addiert werden, im Gegensatz zu der örtlichen Energiefeldumkehr, die vorher beschrieben wurde.

Die Strömung von diesen Auslassen 26 verläuft garantierbar in einer Richtung, während dabei genug Flüssigkeit pro Kanal 24b vorhanden ist, um einen Strahl zu bilden. Der Grund dafür liegt darin, daß in den Auslässen ein gewisser statischer Druck vorsätzlich in kinetische Energie umgeformt wird. Daher existiert am Auslaß des Laufrades ein Energiegradient, der wirksam Druckveränderungen im Ausströmraum 20 daran hindert, die Laufradströmung zu beeinflussen. Demgemäß ist die Arbeitsstabilität der erfindungsgemäßen Pumpe derjenigen von Pumpen mit herkömmlichen Kanälen überlegen.

Bevor der Grenzarbeitspunkt erreicht wird, bei dem mit Luft durchsetztes Strömungsmittel angesaugt wird, bewirkt eine Pumpe definitionsgemäß das Abpumpen von fast so viel Gas wie eingesaugt wird. Man nimmt an, daß eine Mehrzahl von Mitführungs/ Lösungsprozessen in Laufrädern auftreten, aber die verwickelte Natur der Strömung hat bisher sehr viel auf dem Weg der Analyse verhindert. Soweit ersichtlich, hat die erfindungsgemäße Pumpe einen besser regulierten Ansaug- bzw. Ladeprozeß. Der Grund dafür besteht in der Geometrie der Kanäle, die in ihrer Breite der parallelen Form näher angeordnet sind, und demgemäß besteht in den inneren Abschnitten eine Tendenz für die Flüssigkeit auf einer Seite des Kanals zu verweilen, während das Gas getrennt darüber verbleibt. Dies ist eine Art der Kanalströmung in einem Radialfeld, und die Strömung wird auf der Schaufel durch die Massenkraft des Strömungsmittels gehalten. Nun würde dieses Strömungsfeld, welches gelegentlich bei herkömmlichen Laufrädern auftritt, aber gewöhnlich nicht stabil ist, nicht in Übereinstimmung zu bringen sein mit dem Konzept der Ausmerzung von Sogstellen. Hier wird die Anordnung der Auslaßzu-

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sammenziehung wirksam. Die Flüssigkeit scheint gewiss in der symmetrischen Düsenausbildung, aber möglicherweise auch anderen entweder einem hydraulischen Sprung unterworfen zu sein, oder irgendeinem nahe verwandten plötzlichen Vergrößerungsdiffusionsprozeß, der dazu führt, daß die Flüssigkeit den Kanal ausfüllt bevor sie durch die Düse strömt.

Der Sprungströmung oder der Erweiterungsströmung ist ein Rollwirbelsystem zugeordnet, das als leistungsfähiger Ansaug/ Löseprozeß an Ort und Stelle wirken könnte und auch wegen der Natur des statischen Druckabfalls im Kanal, der von den Düsen verursacht wird, stabil sein könnte.

Demgemäß ist das begrenzende Gas-Flüssigkeits-Verhältnis der erfindungsgemäßen Pumpe wenigstens so gut wie bei herkömmlichen Pumpen, aber die Verfahren, die hierzu führen, sind stabiler.

Die Erfindung kann auch benutzt werden zum Abpumpen von nicht mit Luft versetzten Flüssigkeiten, wenn der Pumpeneinlaßdruckpegel auf einen solchen Punkt vermindert wird, daß die Hohlräume, die sich auf den Schaufeln bilden, aus Dampfzonen bestehen und ein Strömungsfeld ähnlich dem ursprünglich beschriebenen entstehen kann. Wenn der Einlaßdruck weiter reduziert wird (und all dies in einer entlüfteten Flüssigkeit oder ausgewittertem Brennstoff, wo Probleme der Luftaustreibung tatsächlich nicht vorhanden sind), werden diese Hohlräume größer und überspannen schließlich die meisten der Einlaßkanäle um ein Abbild zu liefern, welches im wesentlichen dem entspricht, der bei Luft enthaltender Flüssigkeit, wie oben beschrieben, erzielt wird. Wieder wird die Flüssigkeitsströmung eine dünne Schicht auf der treibenden Seite der Schaufel und eine gewisse Form eines plötzlichen Vergrößerungs/Hohlraum-Zusammenbruch-Verfahrens tritt auf bevor die Flüssigkeit die Kanäle füllt. Außerdem wird hiervon eine Verminderung des

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Förderdruckes (wie vorher) begleitet, und dies ist sowohl steuerbar als auch auswertbar. Vorrichtungen, welche dies machen, werden demgemäß "Dampf-Kern"-Pumpen genannt und sie werden in Teilen von Flugzeugbrennstoffsystemen benutzt. Wenn große absichtliche Verminderungen des Speisedrucks durch eine Einlaßdruckverminderung verursacht werden, dann werden große Dampfkerne gebildet. Diese werden schließlich unstabil, genau wie im Falle einer Mischung von Luft und Flüssigkeit. Ein Hilfsmittel besteht darin, einen Ausstrb'mraum mit serh kleiner Querschnittsfläche zu benutzen, was dazu führt, daß die Schaufeln auf Schaufeldruckdifferenzen reduziert werden, aber es führt dies auch zu einem schlechten Wirkungsgrad des Ausströmraumes.

Es hat sich gezeigt, daß diese verbesserte Ausführung äußerst stabil arbeitet, und zwar nach oben und unten bezüglich Förderdrücken, die durch Reduzierung des Einlaßdruckes auftreten, wobei der Dampfkern in der Mitte verbleibt. Dies scheint eine Folge des Druckabfalls in den Düsen zu sein.

Das Gesamtergebnis der Arbeitsweise dieses Laufrades als Dampf-Kern-Pumpe ist daher zweifach:

a) Der Förderdruck ist stabiler als Funktion der Kerngröße.

b) Es können Ausströmräume mit hohem Wirkungsgrad benutzt werden, ohne daß die Stabilität verloren geht und dies führt zu einem verminderten Brennstoffaufheizen bei Anwendung in einem Brennstoffsystem eines Flugzeugs.

Ein weiterer Vorteil, der sich aus der Verminderung der Rezirkulation in den Spitzenbereichen ergibt, ist die Verminderung des unerwünschten Zusatzdrehmomentes, welches- auf den Rotor durch

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eine Strömung aufgeprägt wird, die am Umfang austritt, in den Ausströmraum zurückfließt und dann durch Reibung verlangsamt wird, und wieder in den Bereich geringer Energie des Rotors eintritt. Das Ergebnis dieser Drehmomentzunahme ist unvermeidbar eine höhere Energieabsorption in dem Strömungsmittel und diese Absorption erscheint als Wärme. Indem man diese Rezirkulation verhindert, kann der Temperaturanstieg über der Pumpe in nützlicher Weise vermindert werden. Bei gewissen Maschinen ist es bekannt, daß dies dadurch erreicht wird, daß man dicht passende Ausströmräume verwendet, oder physikalisch den Ausströmeinlaßraum ändert und demgemäß ergibt das Düsenrotorkonzept, welches einfach und passiv ist, Vorteile.

Die bevorzugte Geometrie jedes Schaufelkanals ist diejenige, bei der beide Abschnitte 24a, 24b parallelseitig in ebener Form sind, und während der innere Abschnitt 24a sich in der Tiefe im Axialsinn nach dem Rand des Schaufelrades vermindern kann, bleibt die axiale Tiefe des äußeren Abschnitts konstant. Dieser äußere Kanalabschnitt sollte einen Abschnitt am Ausgabeende besitzen, wo das Verhältnis von Kanallänge zu Kanalbreite in der Größenordnung von 2 : 1 ist. In diesem Zusammenhand sollte ein Verhältnis von Umfangsbreite zu axialer Tiefe in dem Bereich zwischen 0,5 : 1 bis 2 : 1 gewählt werden.

Das Verhältnis zwischen der Umfangsbreite der inneren und äußeren Kanalabschnitte sollte in der Größenordnung von 3il liegen, und dieses Verhältnis ist etwa das gleiche wie die Raumverhältnisänderung zwischen den beiden Kanalabschnitten, die im allgemeinen etwas größer ist, weil das Gehäuse verjüngt ist.

Die Schaufeln können mit Vorteil nach vorn auf ihren inneren Abschnitten geneigt sein, um die Wirkung einer Reihe von

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Einlaßschaufeln zu erzeugen, die in einem zweckmäi3igen Winkel gegenüber der Einlaßströmung angestellt sind. Kreisbogen haben sich für diesen Zweck als vollkommen zufriedenstellend erwiesen.

Die relative Stellung des äußeren düsenartigen Kanalabschnitts 24b gegenüber der Mittellinie des inneren Kanalabschnitts ist von Wichtigkeit.

Vorzugsweise sollten die beiden Mittellinien zusammenfallen, jedoch kann, wie aus Fig. 5 ersichtlich, der äußere Kanalabschnitt mit seiner Mittellinie hinter der Mittellinie des inneren Kanalabschnitts liegen (in Bezug auf die Drehrichtung des Laufrades betrachtet).

Die Vertiefungen 28 zwischen benachbarten Ausströmöffnungen 26 können wegfallen,und das Laufrad kann ohne Radkranz oder mit einem teilweise vorhandenen Radkranz ausgestattet werden, wobei sich der Radkranz über die Kanalabschnitte 24b erstreckt, und nur zum Teil über die Kanalabschnitte 24a.

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Claims (5)

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   Datum: 23. Mai 1978

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   Patentansprüche

   Zentrifugalpumpe mit einem Laufrad, welches drehbar in einem Gehäuse angeordnet ist, mit einem Strömungsmitteleinlaß und einem Auslaß nach bzw. von dem Laufrad, welches eine Vielzahl von Schaufeln aufweist, die am Umfang des Laufrades von einem Mittelabschnitt desselben vorstehen, wobei die Schaufeln zwischen sich mehrere Strömungsmittelkanäle definieren, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Strömungsmittelkanal aus einem radial inneren,in Umfangsrichtung gemessen relativ breiten Abschnitt und einem radial äußeren, in Umfangsrichtung gemessen relativ schmalen, düsenartigen Abschnitt besteht, und daß die Strömungsmittelauslässe vom Laufrad in den Auslaß dadurch eine Vielzahl im Abstand zueinander liegender Düsen am Laufradrand bilden.
2. 2. Pumpe nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die inneren und äußeren Kanalabschnitte jeweils eine unterschiedliche konstante Breite,in Umfangsrichtung gemessen,aufweisen.

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3. 3. Pumpe nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzei c h η e t, daß die Mittellinien von inneren und äußeren Kanalabschnitten zusammenfallen, und die Mittellinien einen Kreisbogen bilden.
4. 4. Pumpe nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinie des äußeren Kanalabschnitts hinter jener des inneren Kanalabschnitts liegt, betrachtet in Drehrichtung des Laufrades.
5. 5. Pumpe nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Länge und Umfangsbreite des äußeren Kanalabschnitts in der Größenordnung von 2 : 1 liegt, und daß das Verhältnis zwischen den Umfangsbreiten von inneren und äußeren Kanalabschnitten in der Größenordnung von 3 : 1 liegt.

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