DE4205542A1 - Selbstansaugende seitenkanalpumpe - Google Patents
Selbstansaugende seitenkanalpumpeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine selbstansaugende
Kreiselpumpe in einer ein- oder mehrstufigen
Bauweise, in der jede Stufe als Druckseite aus
einem Stufenmantel mit einer Austrittsöffnung
und einer Ausnehmung für ein rotierendes Krei
selrad, sowie aus einer Saugseite als Seiten
kanalgehäuse mit einer Ansaugöffnung und einem
Seitenkanal besteht.
Bei derartigen Seitenkanalpumpen wird die Arbeit
vom offenen Kreiselrad mit sternförmig angeordne
ten Schaufeln nur an einen Teil des Förderstroms,
den Zirkulationsstrom, und von diesem durch Im
pulsaustausch im Seitenkanal an den Förderstrom
übertragen. Da sich dieser Arbeitsübertragungsvor
gang durch Impulsaustausch in Form einer dreidi
mensionalen Strömung auf der ganzen Länge des Sei
tenkanals mehrfach wiederholt, ist mit Seitenkanal
pumpen eine höhere Arbeitsübertragung als mit allen
anderen Strömungsmaschinen erreichbar. Sie werden
allerdings infolge der geringeren Wirkungsgrade
vorwiegend für kleinere Förderströme ausgeführt,
wobei relativ hohe Drücke erreicht werden.
Das Fördermedium strömt der Pumpe über den Saug
stutzen zu und wird im Seitenkanal und insbesondere
im Kreiselrad in Bewegung versetzt, so daß die
Arbeitsübertragung beginnt.
Die Flüssigkeit im Laufrad bewegt sich nahezu mit
der Winkelgeschwindigkeit des Kreiselrades und
wird durch die Zentrifugalkraft radial zur Peri
pherie bewegt, wobei die Umfangskomponente der
theoretischen Flüssigkeitsgeschwindigkeit ansteigt.
Zwischen den Radien tritt die Flüssigkeit mit er
höhter Geschwindigkeit aus dem Kreiselrad in den
Seitenkanal ein und überträgt ihre Bewegungsgröße
an die im Seitenkanal strömende Flüssigkeit mit
geringerer Bewegungsenergie. Dadurch bildet sich
eine räumliche Zirkulationsströmung zwischen Krei
selrad und Seitenkanal aus, die in Förderrichtung
bewegt wird, wobei entsprechend der Kontinuitäts
gleichung gleichzeitig ein Teil der energiearmen
Flüssigkeit zwischen den Radien aus dem Seiten
kanal in das Kreiselrad strömt.
Durch die mehrfache Wiederhohlung des Impulsaus
tauschvorgangs auf der ganzen Länge des Seiten
kanals, der sich über etwa 270 bis 320° des Um
fangs erstreckt, ist eine hohe Arbeitsübertragung
möglich.
Bei bekannten Seitenkanalpumpen hat der saugseitige
Stufenmantel eine Öffnung, wo der Förderstrom
entweder vom Sauggehäuse oder von der vorhergehenden
Stufe dem Kreiselrad zuströmt.
Das druckseitige Gehäuse ist mit einem Seitenkanal
versehen. Der Seitenkanal beginnt an der gleichen
Stelle, wo sich im saugseitigen Stufenmantel die
Eintrittsöffnung befindet. Der Seitenkanal verläuft
dann über einen radialen Bereich von ca. 75 bis 80%
in gleicher Breite und gleicher Tiefe und endet
dann in der druckseitigen Öffnung. Zusätzlich ist
eine kleine Öffnung für die Luftförderung
vorgesehen.
Die Kreiselräder haben gerade Schaufeln, d. h. die
Radschaufeln sind nicht verschränkt. Dies hat den
Vorteil, daß sich ein geringer Axialschub bildet.
Zusätzlich sind im Radboden Ausgleichsbohrungen
angebracht, die einen Teil des Förderstroms zum
Stufenmantel zurückfördern, um hier ein hydro
statisches Lager aufzubauen, und sie sorgen dafür,
daß das Kreiselrad hydraulisch ausbalanciert wird.
Dies bedeutet, Axialschub und hydrostatisches Lager
sorgen gleichzeitig dafür, daß das Kreiselrad saug
seitig nicht anläuft und sich stets mittig zwischen
Stufenmantel und Seitenkanalgehäuse einpendelt.
Die Kreiselräder sind auf der Pumpenwelle nicht
befestigt, d. h. sie haben eine lose Passung. In
der Praxis ist es jedoch so, daß sich je nach För
dermedium und Betriebsdauer das Kreiselrad auf der
Pumpenwelle mittig festsetzt und damit nicht mehr
in axialer Richtung pendeln kann.
Durch die geraden Kreiselradschaufeln bildet sich
bei diesen Seitenkanalpumpen in der Hydraulik ein
kleiner Axialschub aus. Zusätzlich wird durch die
im Radboden der Kreiselräder befindlichen Bohrungen
ein Axialschubausgleich durchgeführt und die Fläche
zwischen Kreiselrad und Stufenmantel wird als hydro
statisches Lager ausgebildet. Durch das Vorhanden
sein einer einzigen Öffnung im Stufenmantel kann
sich hier zwischen Kreiselrad und Stufenmantel ein
recht großes hydrostatisches Lager (Schmierfilm)
aufbauen, so daß hierdurch ein Anlaufen des Kreisel
rades an das saugseitige Gehäuse verhindert wird.
Allerdings kann hier bei extremen Förderbedingungen
z. B. bei starken Druckimpulsen, Druckschwankungen,
kurzfristiger Betrieb gegen eine geschlossene Druck
leitung oder bei Trockenlauf das Kreiselrad saug
seitig ungehindert anlaufen, weil der Axialschub
ausgleich nicht mehr funktioniert und sich auch ein
hydrostatisches Lager nicht aufbauen kann. Dies för
dert dann den Verschleiß bei diesen bekannten
Seitenkanalpumpen.
Bei einer weiteren bekannten Seitenkanalpumpe ist
ist das Seitenkanalgehäuse sowohl saug- als auch
druckseitig angeordnet. Am Beginn des Seitenkanals
befindet sich die saugseitige Öffnung, der Seiten
kanal vergrößert sich im Bereich der saugseitigen
Öffnung und am Ende der saugseitigen Öffnung hat
der Seitenkanal seine größte Breite und Tiefe. Der
Seitenkanal erstreckt sich etwa auf 75-80% des
Umfangs. Am Ende des saugseitigen Seitenkanals ver
jüngt er sich auf einem relativ kurzen Stück und
wird zusätzlich in radialer Richtung gesehen nach
innen geführt.
Der druckseitige Stufenmantel ist in Strömungsricht
ung gesehen hinter dem Kreiselrad angeordnet. An
der Stelle, wo sich an der Saugseite das Ende des
Seitenkanals befindet, befindet sich hier in der
Druckseite die Öffnung, die entweder zum Druckge
häuse oder zum saugseitigen Teil der nächsten Stufe
führt. Die Öffnung ist entweder in radialer Richtung
nach innen gezogen oder aber die Druckseite hat
zusätzlich eine kleine Luftöffnung, mit der erreicht
wird, daß die Seitenkanalpumpe Luft aus dem saug
seitigen Rohrleitungssystem evakuieren kann.
Die Kreiselräder dieser älteren Seitenkanalpumpe
weisen verschränkte Radschaufeln auf. Je nach hy
draulischer Größe ist die Verschränkung der Radschau
feln größer oder kleiner. Die Verschränkung der
Schaufeln hat zur Folge, daß mit dieser Seitenkanal
pumpe eine höhere Druckziffer erreicht wird, d. h.,
bei gleicher hydraulischer Leistung ergibt sich
eine größere Förderhöhe pro Kreiselrad. Gleichzeitig
erhöht sich durch dieses Kreiselrad der Axialschub.
Infolge des hohen Axialschubes ist es erforderlich,
die Kreiselräder auf der Pumpenwelle festzusetzen,
z. B. durch Verstemmen oder Verschrauben, oder aber
wie z. B. bei Edelstahlpumpen durch geeignete Ab
standsscheiben, die den Axialschub auffangen.
Bei der letztgenannten Pumpentype sind zusätzlich
im Radboden des Kreiselrades mehrere hydraulische
Ausgleichsbohrungen eingebracht worden, die zusätz
lich Förderflüssigkeit von der Druck- zur Saugseite
transportieren, um so eine bessere Schmierung der
saugseitigen Flächen zu erhalten. Die Strömungs
richtung der Förderflüssigkeit verläuft von der
Saug- zur Druckseite. Dabei wird die Förderflüssig
keit zwischen Kreiselrad und saugseitigem Gehäuse
teil einer Drucksteigerung unterzogen. Am Ende
des saugseitigen Seitenkanals wird die Förderflüs
sigkeit umgelenkt und durch das Kreiselrad hindurch
zur Öffnung in die Druckseite geführt.
Der Axialschub geht bei dieser älteren Seitenkanal
pumpe in Richtung Saugseite, d. h., in Richtung
Seitenkanalgehäuse. Bedingt durch die Unterbrechung
des Seitenkanals zwischen Kreiselrad und dem saug
seitigen Gehäuseteil, baut sich ein hydrostatisches
Lager nur schlecht auf. Es bildet sich somit kaum
ein Schmierfilm, wodurch sich der Verschleiß erhöht,
der durch den hohen Axialschub noch vergrößert wird.
Um diesen Verschleiß zu unterbinden, müssen die
Kreiselräder auf der Pumpenwelle arretiert werden.
Auch die im Radboden befindlichen Ausgleichsbohrungen
fördern zwar den Aufbau eines Gleitfilmes, sie können
jedoch nicht den Axialschub unterbinden. Zufolge
des Seitenkanals ist im saugseitigen Teil die
Gleitfläche sehr gering, so daß sich kein ordnungs
gemäßes hydrostatisches Lager aufbauen kann. Mit
tels des arretierten Kreiselrades wird zwar eine exakte
Fixierung des Kreiselrades zwischen den beiden hy
draulischen Teilen erreicht, andererseits aber die
Demontage und die Montage dieser Seitenkanalpumpe
erschwert, weil eine große Fachkenntnis voraus
gesetzt wird, so daß insbesondere das Aus
wecheseln verschliessener Kreiselräder mit sehr
großen Schwierigkeiten verbunden ist.
Ausgehend von einer Seitenkanalpumpe mit einem
saugseitigen Seitenkanal liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Seitenkanalpumpe zu schaffen,
mit der die Nachteile der älteren Pumpen vermieden
werden und mit der gegenüber den bekannten Pumpen
außer einer höheren Druckziffer und einem höheren
Wirkungsgrad ein verbessertes Ansaugverhalten und
eine Geräuschminderung erreicht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Seiten
kanal nur in dem saugseitigen Pumpengehäuse angeordnet
und die Ansaugöffnung direkt mit dem Anfangsteil des
Seitenkanals verbunden ist;
daß im Bereich der Ansaugöffnung der druckseitige Stufenmantel mit einer Flüssigkeitsrückführöffnung versehen ist;
daß ein gegen Rotation gesichertes Kreiselrad auf der Pumpenwelle in axialer Richtung verschiebbar und mittels Anschlagelementen einen genauen Spalt bildend angeordnet ist;
daß die Schaufeln des Kreiselrades mit einer Ver schränkung versehen sind, die von der Druckseite aus gesehen zur Drehrichtung nacheilend ist.
daß im Bereich der Ansaugöffnung der druckseitige Stufenmantel mit einer Flüssigkeitsrückführöffnung versehen ist;
daß ein gegen Rotation gesichertes Kreiselrad auf der Pumpenwelle in axialer Richtung verschiebbar und mittels Anschlagelementen einen genauen Spalt bildend angeordnet ist;
daß die Schaufeln des Kreiselrades mit einer Ver schränkung versehen sind, die von der Druckseite aus gesehen zur Drehrichtung nacheilend ist.
Der nur saugseitig angeordnete Seitenkanal mit der
am Anfangsteil des Seitenkanals angeordneten mit
diesem verbundenen Ansaugöffnung verbessert das
Ansaugverhalten des zu fördernden Mediums und
bewirkt eine verbesserte Anströmung an die Schau
feln, wodurch sich eine Geräuschminderung einstellt.
Über die Flüssigkeitsrückführöffnung in dem druck
seitigen Stufenmantel wird der Seitenkanal von Beginn
an mit Hilfsflüssigkeit gefüllt, so daß der gesamte
Seitenkanal für die Zuführung der Hilfsflüssigkeit
genutzt und damit das Ansaugverhalten der Pumpe
weiter verbessert wird. Die Verschränkung der
Schaufeln ergibt eine höhere Druckziffer, wodurch
der Wirkungsgrad verbessert wird. Die genaue,
mittige Anordnung der Kreiselräder ergibt gleiche Spalte
auf beiden Stirnseiten der Kreiselräder, wodurch die
Strömungsverhältnisse innerhalb der Pumpe und die
Laufeigenschaften der Pumpe verbessert werden.
Der Wirkungsgrad der Pumpe wird noch dadurch ver
bessert, daß zusätzlich zu der Verschränkung der
Schaufeln des Kreiselrades die Austrittsöffnung
in dem Stufenmantel der Druckseite unter einem
Winkel angeordnet ist, der der Schräge der Schau
feln angepaßt ist, wobei gleichzeitig die Flächen
der Austrittsöffnung gerundet sind. Durch diese
Anordnung verbessert sich der Strömungswiderstand
im Bereich der Austrittsöffnung bei gleichzeitiger
Verbesserung des Übergangs von der Saug- zur Druck
seite.
Aufgrund der höheren Druckziffer können bei gleicher
Leistung Pumpenstufen eingespart werden, so daß der
Bauaufwand geringer und damit die Pumpe in der
Herstellung billiger wird. Die höhere Druckziffer,
bei gleichzeitig höherem Wirkungsgrad, bewirken
eine Einsparung an Antriebsleistung, so daß auch
der Pumpenbetrieb verbilligt wird. Ein weiterer
Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die
Seitenkanalpumpe aufgrund der axial verschiebbaren
Kreiselräder leichter montiert und demontiert
werden kann, so daß das Auswechseln verschliessener
Teile auf der Baustelle von Nicht-Fachleuten durch
geführt werden kann. Insgesamt erbringt die erfind
ungsgemäße Seitenkanalpumpe eine höhere Betriebs
sicherheit.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung darge
stellt und wird nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine
dreistufige Kreiselpumpe;
Fig. 2 den Ausschnitt einer Pumpenstufe;
Fig. 3 eine Ansicht auf die Innenseite
des Seitenkanalgehäuses mit dem
Seitenkanal;
Fig. 4 eine Ansicht auf die Innenseite
des Stufenmantels;
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des
Stufenmantels mit dem Kreiselrad.
In Fig. 1 sind drei Pumpenstufen 2 bis 4 der Krei
selpumpe 1 dargestellt, wobei die Ansaug- und
Druckstutzen, sowie der Antrieb für die Pumpe
nicht dargestellt sind. Auf einer Welle 6 sind die
in Richtung des in den Fig. 3 + 4 dargestellten
Pfeiles 24 rotierenden Kreiselräder 5 rotationsfest
aber verschiebbar angeordnet. Aufgrund einer
verschränkten Anordnung der Schaufeln 17 der
Kreiselräder 5 stellt sich ein Axialschub in
Richtung des Pfeiles 21 ein. Um ein Anlaufen der
Kreiselräder 5 an das Seitenkanalgehäuse 12
zu vermeiden und gleichzeitig gleiche Spalte 9 auf
beiden Seiten des Kreiselrades 5 zu gewährleisten,
sind Anschlagelemente 7 und 8 vorgesehen. Das
Anschlagelement 7 ist fest in das Seitenkanalgehäuse
12 eingelassen. Das Anschlagelement 8 ist fest mit
dem Kreiselrad 5 verbunden und rotiert mit diesem
um. Aus Verschleißgründen können die Anschlagele
mente 7, 8 aus Oxidkeramik bestehen. Der drucksei
tige Stufenmantel 10 weist für das rotierende
Kreiselrad 5 eine Ausnehmung 22 und in der Wand 23
eine Austrittsöffnung 11 auf, die unter einem
Winkel α2 geneigt mit abgerundeten Flächen 18
verläuft. Das saugseitige Seitenkanalgehäuse 12 ist
mit einem Seitenkanal 13 versehen, der von dem
Anfangsteil 15 bis zu dem Endteil 20 reicht. Eine
Ansaugöffnung 14 ist im Bereich des Anfangsteils
15 angeordnet und steht mit dem Seitenkanal 13
in Verbindung. Der Ansaugöffnung 14 ist im druck
seitigen Stufenmantel 10 eine Flüssigkeitsrück
führöffnung 16 zugeordnet. Fernerhin weist der
Stufenmantel 10 eine Luftaustrittsöffnung 19 auf,
die zwischen der Innenkante des Seitenkanals 13
und der Nabe des Kreiselrades 5 liegt. Die Schau
feln 17 des Kreiselrades 5 sind mit einer Ver
schränkung ausgebildet, die unter einem Winkel
α1 verläuft und demzufolge von der Druckseite
aus gesehen zur Drehrichtung 24 nacheilend ist.
Claims (6)
1. Selbstansaugende Kreiselpumpe in einer ein-
oder mehrstufigen Bauweise, in der jede Stufe als
Drucksseite aus einem Stufenmantel mit einer Aus
trittsöffnung und einer Ausnehmung für ein
rotierendes Kreiselrad, sowie aus einer Saug
seite als Seitenkanalgehäuse mit einer Ansaug
öffnung und einem Seitenkanal besteht,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Seitenkanal (13) nur in dem Seitenkanal gehäuse (12) angeordnet und die Ansaugöffnung (14) direkt mit dem Anfangsteil (15) des Seitenkanals (13) verbunden ist;
daß im Bereich der Ansaugöffnung (14) der druck seitige Stufenmantel (10) mit einer Flüssigkeits rückführöffnung (16) versehen ist;
daß ein gegen Rotation gesichertes Kreiselrad (5) auf der Pumpenwelle (6) in axialer Richtung verschiebbar und mittels Anschlagelementen (7, 8) genaue Spalte (9) bildend angeordnet ist;
daß die Schaufeln (17) des Kreiselrades (5) mit einer Verschränkung versehen sind, die von der Druckseite aus gesehen zur Drehrichtung nacheilend ist.
daß der Seitenkanal (13) nur in dem Seitenkanal gehäuse (12) angeordnet und die Ansaugöffnung (14) direkt mit dem Anfangsteil (15) des Seitenkanals (13) verbunden ist;
daß im Bereich der Ansaugöffnung (14) der druck seitige Stufenmantel (10) mit einer Flüssigkeits rückführöffnung (16) versehen ist;
daß ein gegen Rotation gesichertes Kreiselrad (5) auf der Pumpenwelle (6) in axialer Richtung verschiebbar und mittels Anschlagelementen (7, 8) genaue Spalte (9) bildend angeordnet ist;
daß die Schaufeln (17) des Kreiselrades (5) mit einer Verschränkung versehen sind, die von der Druckseite aus gesehen zur Drehrichtung nacheilend ist.
2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die nacheilende Verschränkung der Kreisel
räder unter einem Winkel (α1) zwischen 10 und
30°, vorzugsweise zwischen 18 und 24° verläuft.
3. Kreiselpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die druckseitig angeordnete Austrittsöffnung
(11) eine Austrittsschräge (α2) aufweist, die dem
Winkel (α1) der Verschränkung der Schaufeln (17)
des Kreiselrades (5) entspricht.
4. Kreiselpumpe nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Austrittsöff
nung (11) abgerundete Flächen (18) aufweist.
5. Kreiselpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Flüssigkeitsrückführöffnung (16) in radi
aler Richtung etwa mittig zur Ansaugöffnung (14)
angeordnet ist und in axialer Richtung die Ansaug
öffnung (14) teilweise überdeckt.
6. Kreiselpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stufenmantel (10) im Bereich des Endteils
(20) des Seitenkanals (13) mit einer zusätzlichen
Luftaustrittsöffnung (19) versehen ist, die etwa
auf der Mitte zwischen dem Endteil (2) und dem
Zentrum der Kreiselpumpe liegt.
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