DE3305790C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufrad für eine Freistrompumpe zur Förderung von Flüssigkeiten, feststoffbeladenen Flüssigkeiten und Gas-Flüssigkeits-Gemischen, wobei das außerhalb eines die Ansaug- und die Drucköffnung der Freistrompumpe miteinander verbindenden freien Strömungsraumes in einer Radkammer angeordnete Laufrad in Drehrichtung angestellte Schaufeln besitzt.The invention relates to an impeller for a free-flow pump Pumping liquids, solids-laden liquids and gas-liquid mixtures, the outside of which Intake and pressure openings of the free-flow pump with each other connecting free flow space in a wheel chamber arranged impeller blades turned in the direction of rotation owns.

Freistrompumpen arbeiten nach dem Zirkulationsprinzip. In der Pumpe wird das Fördermedium durch den meist axial angeordneten Saugstutzen dem schaufelfreien Pumpenraum und dem Laufrad zugeführt. Im Bereich der Laufradnabe tritt das Fördermedium in das Laufrad ein und wird unter dem Einfluß der Zentrifugal­ wirkung des Laufrades nach außen geschleudert und am Laufradaustritt wieder in den schaufelfreien Pumpenraum zurückgeführt. Hierbei bildet sich eine Zirkulationsströmung aus, die der reinen Transportströmung überlagert ist. Die resultierende Strömung unmittelbar vor dem Laufrad ist eine komplexe Toruswirbelströmung.Free flow pumps work according to the circulation principle. In the The pumping medium is usually arranged axially Suction nozzle, the blade-free pump chamber and the impeller fed. The pumped medium appears in the area of the impeller hub into the impeller and is under the influence of centrifugal effect of the impeller flung outwards and on Impeller outlet again in the blade-free pump room returned. This creates a circulation flow from which is superimposed on the pure transport flow. The resulting flow immediately in front of the impeller is one complex torus vortex flow.

Der Vorzug der Freistrompumpe, auch mit groben Verunreinigungen versehene Flüssigkeiten ohne Verstopfungs­ gefahr zu fördern, wird u. a. durch den Nachteil eines geringen Wirkungsgrades erkauft. Auch die Saugfähigkeit und die Kennliniencharakteristik solcher Pumpen sind ungünstig im Vergleich zu Kreiselpumpen anderer Bauart. Schließlich ist die hohe Geräuschemission solcher Pumpen als Nachteil zu nennen.The advantage of the free-flow pump, even with rough ones Contaminated liquids without constipation promoting risk is u. a. by the disadvantage of one bought low efficiency. Also the absorbency and the characteristics of such pumps are unfavorable in Compared to other centrifugal pumps. After all, that is high noise emissions of such pumps are a disadvantage.

Durch die DD-PS 59 527 ist eine Kreiselpumpe bekannt, die innerhalb einer Reihe unterschiedlicher Laufradformen auch solche Laufräder zeigt, deren Schaufeln in gegenüber der Radachse geneigten Ebenen liegen. Hierdurch soll die angestrebte Wirkung der in der zitierten Schrift offenbarten Erfindung, eine möglichst wirksame hydraulische Kupplung zwischen dem Laufrad und dem Medium im Pumpenraum zu erreichen, noch unterstützt werden. In der Schrift werden die beiden möglichen Neigungsrichtungen als Alternativen dargestellt. Über Winkel und Verlauf der Neigungen wird nichts ausgesagt.A centrifugal pump is known from DD-PS 59 527, which within a number of different wheel shapes too shows such impellers, whose blades in opposite to the Lay plane inclined wheel axis. This is supposed to  desired effect of those disclosed in the cited document Invention, the most effective hydraulic clutch between the impeller and the medium in the pump room achieve, be supported. In Scripture, the two possible directions of inclination as alternatives shown. Nothing is said about the angle and course of the inclinations testified.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades, der Saugfähigkeit und der Kennliniencharakteristik bei einer Verringerung der Geräuschemission erbringt.The invention has for its object an impeller to create the kind mentioned above, the essential Improve efficiency, absorbency and Characteristic characteristic with a reduction in Noise emissions.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich der Anstellwinkel (β₁) der Schaufeln zwischen der Front der hinteren Deckscheibe und der Schaufelskelettlinie kontinuierlich von innen nach außen vergrößert, wobei sich der Tangens des Winkels (β₁) aus dem Verhältnis der axialen Zulaufkomponente (c_ax) der Absolutgeschwindigkeit eines im Zirkulationswirbel befindlichen, senkrecht zur Gitterfront gerichteten Flüssigkeitsteilchen und dem Schlupf (Δu) ergibt und wobei sich der Schlupf (Δu) aus der Differenz der Umlaufgeschwindigkeit (u_L = ω×r) des Laufrades und der Geschwindigkeitskomponente (c_uz) des Zirkulationswirbels in Umfangsrichtung ergibt.This object is achieved in that the angle of attack (β ₁ ) of the blades between the front of the rear cover plate and the blade skeleton line increases continuously from the inside, the tangent of the angle (β ₁ ) from the ratio of the axial inlet component ( c _ax ) the absolute speed of a liquid particle located in the circulation vortex, perpendicular to the grid front, and the slip (Δu) and where the slip (Δu) results from the difference between the rotating speed (u _L = ω × r) of the impeller and the speed component (c _uz ) of the circulation vortex in the circumferential direction.

Durch die Erfindung wird der Tatsache Rechnung getragen, daß sich einerseits die axiale Komponente der Absolut­ geschwindigkeit am Laufradeintritt über den Radius von innen nach außen verändert, sich aber andererseits das Laufrad mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht. Diesem Umstand folgend, wird auch der Anstellwinkel der Schaufel von innen nach außen verändert, so daß der Schaufeleintritt und die Richtung der Strömung bei Eintritt in das Laufrad weitgehend übereinstimmen. The invention takes into account the fact that the axial component of the absolute speed at the impeller inlet over the radius from the inside changes to the outside, but on the other hand the impeller changes constant angular velocity rotates. This fact following is also the angle of attack of the bucket from the inside changed to the outside so that the blade entry and the Direction of flow largely when entering the impeller to match.  

Aus den Unteransprüchen ergeben sich weitere, die Strömungs­ bedingungen innerhalb des Laufrades verbessernde Ausgestaltungen.The flow claims also result from the subclaims improving conditions within the impeller Configurations.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 eine Kreiselpumpe mit einem erfindungsgemäßen Laufrad in Schnittdarstellung, in
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Laufrades der Fig. 1, in
Fig. 3 die Strombahnen am Eintritt in das Laufrad, und in den
Fig. 4 bis 6 das Laufrad in zwei Ansichten mit darunter angeordneten Teilausschnitten koaxialer Zylinderschnitte dieses Laufrades.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment. The drawing shows in
Fig. 1 shows a centrifugal pump with an impeller according to the invention in a sectional view, in
Fig. 2 is a perspective view of the impeller of Fig. 1, in
Fig. 3 shows the current paths at the entrance to the impeller, and in the
FIGS. 4 to 6, the impeller in two views with cut-outs disposed underneath part coaxial cylinder sections of this impeller.

Das in einem Pumpengehäuse (1) angeordnete Laufrad (2) besitzt mehrere Schaufeln (3). Wie die abgewickelten koaxialen Zylinderschnitte in den Fig. 3 und 6 zeigen, sind die Schaufeln (3) in Drehrichtung angestellt. Der zwischen der Front der hinteren Deckscheibe (4) und der Schaufel­ skelettlinie gebildete Anstellwinkel (β₁) ändert sich mit zunehmendem Laufradradius dergestalt, daß im Nabenbereich der kleinste und am Außenradius der größte Winkel erreicht wird. Aufgrund der erfindungsgemäßen Festlegung des Winkelverlaufes als Funktion des Laufradradius wird ein nahezu stoßfreier Übergang der Relativströmung aus dem Zirkulationswirbel in die Schaufelkammer des Laufrades (2) hinein erzielt. Die Fig. 3 verdeutlicht dies anhand der am Eintritt in das Laufrad (2) vorhandenen Strombahnen. The impeller ( 2 ) arranged in a pump housing ( 1 ) has several blades ( 3 ). As the developed coaxial cylinder sections in FIGS. 3 and 6 show, the blades ( 3 ) are turned in the direction of rotation. The angle of incidence (β ₁ ) formed between the front of the rear cover plate ( 4 ) and the blade skeleton line changes with increasing impeller radius in such a way that the smallest and the largest radius is reached in the hub area. Due to the inventive definition of the angular curve as a function of the impeller radius, an almost bumpless transition of the relative flow from the circulation vortex into the blade chamber of the impeller ( 2 ) is achieved. Fig. 3 illustrates this with reference to the existing at the inlet of the impeller (2) current paths.

Die paraboloidartig gestaltete Befestigungsschraube (5) hat die Aufgabe, das Medium im Nabenbereich geordnet und zentrisch dem Laufradeintritt zuzuführen und im Zusammenwirken mit den angestellten Schaufeln (3) für eine zusätzlich wirkungsgrad­ steigernde Energieumsetzung zu sorgen. Hiermit einhergehend ist eine Verbesserung der Saugeigenschaften und eine Verringerung des Schallpegels und der Geräuschemission.The paraboloid-like fastening screw ( 5 ) has the task of supplying the medium in the hub area in an orderly and central manner to the impeller inlet and, in cooperation with the blades ( 3 ) employed, ensures an additional efficiency-increasing energy conversion. This is accompanied by an improvement in the suction properties and a reduction in the sound level and noise emissions.

Die Kennliniensteilheit, ein unter Umständen wichtiges Kriterium bei der Auswahl der geeigneten Pumpenart für bestimmte Anwendungsfälle, ist durch den Verlauf der Spur (6) der Durchstoßpunkte der Schaufel (3) auf der hinteren Deckscheibe (4) in Grenzen beeinflußbar. Der Winkel γ (Fig. 5), der gebildet wird durch die Tangente an die Spur (6) der Durchstoßpunkte der Schaufel (3) und durch die Tangente an die Laufradperipherie im Schaufelendpunkt, kann jeden beliebigen Wert bis maximal 90° annehmen. Im Falle γ=90° weist die Schaufel radial nach außen, im Falle γ < 90°, ist sie stetig nach rückwärts gekrümmt.The slope of the characteristic curve, which may be an important criterion when selecting the suitable pump type for certain applications, can be influenced within limits by the course of the track ( 6 ) of the puncture points of the blade ( 3 ) on the rear cover plate ( 4 ). The angle γ ( FIG. 5), which is formed by the tangent to the track ( 6 ) of the penetration points of the blade ( 3 ) and by the tangent to the impeller periphery in the blade end point, can have any value up to a maximum of 90 °. In the case of γ = 90 ° the blade points radially outwards, in the case of γ <90 ° it is continuously curved backwards.

Claims (4)

1. Laufrad für eine Freistrompumpe zur Förderung von Flüssigkeiten, feststoffbeladenen Flüssigkeiten und Gas-Flüssigkeits-Gemischen, wobei das außerhalb eines die Ansaug- und die Drucköffnung der Freistrompumpe miteinander verbindenden freien Strömungsraumes in einer Radkammer angeordnete Laufrad in Drehrichtung angestellte Schaufeln besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Anstellwinkel (β₁) der Schaufeln (3) zwischen der Front der hinteren Deckscheibe (4) und der Schaufelskelettlinie kontinuierlich von innen nach außen vergrößert, wobei sich der Tangens des Winkels (β₁) aus dem Verhältnis der axialen Zulaufkomponente (c_ax) der Absolutgeschwindigkeit eines im Zirkulationswirbel befindlichen, senkrecht zur Gitterfront gerichteten Flüssigkeitsteilchen und dem Schlupf (Δu) ergibt und wobei sich der Schlupf (Δu) aus der Differenz der Umlaufgeschwindigkeit (u_L=ω×r) des Laufrades (2) und der Geschwindigkeitskomponente (c_uz) des Zirkulationswirbels in Umfangsrichtung ergibt.1. impeller for a free-flow pump for conveying liquids, solids-laden liquids and gas-liquid mixtures, the outside of a free flow space connecting the suction and pressure opening of the free-flow pump in a wheel chamber having blades arranged in the direction of rotation, characterized in that that the angle of attack (β ₁ ) of the blades ( 3 ) between the front of the rear cover plate ( 4 ) and the blade skeleton line increases continuously from the inside to the outside, the tangent of the angle (β ₁ ) from the ratio of the axial feed component (c _ax ) the absolute speed of a liquid particle located in the circulation vortex, perpendicular to the grid front, and the slip (Δu) and where the slip (Δu) results from the difference between the rotating speed (u _L = ω × r) of the impeller ( 2 ) and the speed component (c _uz ) of the circulation vortex in Circumferential direction results. 2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsschraube (5) des Laufrades (2) als Rotationsparaboloid oder paraboloidähnlicher Rotationskörper ausgebildet ist.2. Impeller according to claim 1, characterized in that the fastening screw ( 5 ) of the impeller ( 2 ) is designed as a paraboloid of revolution or a paraboloid-like body of revolution. 3. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spur (6) der Durchstoßpunkte der Schaufel (3) auf der hinteren Deckscheibe (4) eine radial nach außen weisende Gerade erzeugt. 3. Impeller according to claim 1, characterized in that the track ( 6 ) of the puncture points of the blade ( 3 ) on the rear cover plate ( 4 ) generates a radially outwardly pointing straight line. 4. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spur (6) der Durchstoßpunkte der Schaufel (3) auf der hinteren Deckscheibe (4) eine gegen die Drehrichtung nach rückwärts geneigte krumme Linie bildet.4. Impeller according to claim 1, characterized in that the track ( 6 ) of the puncture points of the blade ( 3 ) on the rear cover plate ( 4 ) forms a curved line which is inclined backwards against the direction of rotation.