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Die Erfindung betrifft eine Pumpe des sogenannten
rotationsdynamischen Typs, die ein umlaufendes Laufrad in einem
Pumpengehäuse aufweist. Pumpen dieser Art können im wesentlichen in
zwei Typen unterteilt werden: Zentrifugalpumpen und Pumpen mit
axialer Strömung. Ein Zentrifugalpumpen-Laufrad mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der SU-A-1 751 429,
insbesondere Fig. 2.3 und 2.5, bekannt.
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Eine Zentrifugalpumpe besitzt ein Laufrad mit einer Nabe und
wenigstens einer Abdeckscheibe, das mit einer Anzahl von Schaufeln
versehen ist, wobei es sich hierbei um ein sogenanntes offenes Laufrad
handelt. Ein sogenanntes geschlossenes Laufrad ist mit zwei
Abdeckscheiben und dazwischen angeordneten Schaufeln ausgestattet. Die
Flüssigkeit wird in Axialrichtung in das Zentrum des Laufrads
eingesaugt und verläßt das Laufrad am Umfang in einer im wesentlichen
tangentialen Richtung.
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Die Axialströmungspumpe unterscheidet sich von der
Zentrifugalpumpe dadurch, daß die Flüssigkeit die Pumpe in Axialrichtung
verläßt. Die Weiterführung der Flüssigkeit erfolgt durch eine Anzahl von
Führungsschaufeln, die dem Pumpengehäuse nachgeordnet sind. Die
Führungsschaufeln dienen normalerweise auch als Abstützelemente in
der Pumpenkonstruktion.
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Beim Umpumpen von Fasermaterial enthaltendem Abwasser und
Wasser bei einigen Typen von industriellen Prozessen kommt es
häufig vor, daß der Pumpvorgang durch Lumpen, Fasern usw. gestört
wird, die an den Vorderkanten der Laufradschaufeln und der
Führungsschaufeln hängenbleiben. Der Aufbau von Verunreinigungen
kann zu Beginn Vibrationen in den Pumpen verursachen und
schließlich zu einer schlechteren Effizienz sowie zu einem
voll
ständigen Verstopfen führen. Manchmal ist es möglich, die
Verunreinigung dadurch loszuwerden, daß man das Laufrad in bestimmten
Intervallen rückwärts laufen läßt, wobei dies jedoch keine
zufriedenstellende Lösung darstellt. Ein weiterer Weg zum Reduzieren des
Verstopfungsrisikos besteht darin, die Pumpe mit einer
Schneideinrichtung auszustatten, die die Verunreinigungen in Stücke zerlegt,
bevor diese in das Laufrad eintreten. Ein Beispiel hierzu ist in dem
schwedischen Patent Nr. 8205774-6 gezeigt. Ein Nachteil bei dieser
Lösung besteht darin, daß die Schneideinrichtung rasch verschleißen
kann und danach die Verstopfungsprobleme sogar noch schlimmer
werden können.
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Weitere Lösungen zum Reduzieren von Verstopfungsproblemen sind
in der JP-A-58 192 995 und der SU-A-1 143 884 gezeigt. Dabei sind
Öffnungen in dem Laufrad angeordnet, wobei zusätzliche Strömungen
erzeugt werden, durch die Verunreinigungen ausgespült werden
sollen. Dies wird durch die Öffnungen jedoch nicht erreicht, da sie
nicht richtig positioniert sind.
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Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe der Reduzierung von
Verstopfungsproblemen mit Hilfe eines Systems von Öffnungen in dem
Laufrad gelöst, die in einer speziellen Weise angeordnet sind, wie
dies in den Ansprüchen angegeben ist.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen noch ausführlicher beschrieben.
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Fig. 1 zeigt eine fragmentarische Schnittansicht durch eine
Zentrifugalpumpe mit einem Laufrad gemäß der Erfindung, Fig. 2 zeigt ein
vergrößertes Detail, während Fig. 3 eine Ansicht des Einlasses des
Laufradeinlasses gesehen von oben zeigt.
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In den Zeichnungen bezeichnen 1 und 2 die Antriebseinheit bzw. die
Hydraulikeinheit bei einer tauchbaren Zentrifugalpumpe. 3 bezeichnet
das Pumpenlaufrad, 4 dessen Einlaß, 5 eine Abdeckscheibe und 6
bezeichnet Schaufeln. 7 bezeichnet die Vorderkante einer Schaufel, 8
deren Ende und 9 deren hinteres Ende. 10 bezeichnet die
Pumpengehäuse-Endwand, 11 einen Schlitz, 12 Ausgleichsöffnungen, 13
eine Laufradwelle, 14 eine Befestigungsschraube, 15 Kerben und 16
einen Pumpenauslaß. F&sub1;, F&sub2; und F&sub3; bezeichnen
Flüssigkeitsströmungen.
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Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 zu sehen ist, weist die dargestellte
Zentrifugalpumpe eine elektrische Antriebseinheit 1 sowie ein
hyraulisches Teil, nämlich das Pumpengehäuse 2, auf, in dem ein
Pumpenlaufrad 3 über eine Welle 13 umläuft. Das Laufrad saugt die
Flüssigkeit durch den Einlaß 4 an und pumpt diese durch den Pumpenauslaß
16 hinaus. Die Hauptströmung des Fluids durch das Laufrad ist durch
die Pfeile F&sub1; dargestellt.
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Die Anzahl der Schaufeln 6 in dem Pumpengehäuse kann variieren,
und wenn ein maximaler Durchgang erwünscht ist, zum Beispiel beim
Umpumpen von Abwasser, wird ein Laufrad mit nur einer einzigen
Schaufel verwendet. Selbst dann passiert es sehr häufig, daß beim
Umpumpen von Flüssigkeiten, die faserige Verschmutzungen
enthalten, letztere eine Tendenz zum Hängenbleiben an den
Vorderkanten der Schaufeln 7 besitzen.
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Ein weiteres Problem, das beim Umpumpen stets auftritt, besteht in
einer axialen Kraft, die das Laufrad 3 in Richtung des
Pumpeneinlasses 4 drückt, wodurch Belastungen an dem Wellenlager 13
hervorgerufen werden. Dieses Problem kann wenigstens zum Teil mit Hilfe
von von der Öffnung weg gerichteten Ausgleichsöffnungen 12 in der
Abdeckscheibe 5 gelöst werden, wobei durch diese Öffnungen
Pumpmedium in das Innere des Pumpmediums gelangen kann, s. Pfeil F&sub2;.
Diese Technik ist allgemein bekannt, und durch Anpassen der Fläche
der Öffnungen läßt sich eine beträchtliche Reduzierung der Axialkraft
erzielen.
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Eine Bedingung besteht jedoch darin, daß die die
Ausgleichsöffnungen passierende Flüssigkeit relativ sauber ist, damit sie die relativ
engen Öffnungen nicht verstopft. Dies kann dadurch erreicht werden,
daß man einen Teil des umgepumpten Fluids durch einen schmalen
Schlitz 11 zwischen der Abdeckscheibe 5 des Laufrads und der
Gehäuseendwand 10 strömen läßt, s. Pfeil F&sub3;. Die saubere Flüssigkeit,
die durch den schmalen Schlitz hindurchgeleitet werden soll, kann
auch alleine oder aufgefüllt mit von außen zugeführtem sauberen
Wasser zum Kühlen des Elektromotors verwendet werden.
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Gemäß der Erfindung wird die durch die Ausgleichsöffnungen
strömende Flüssigkeit auch zum Spülen der Vorderkanten der Schaufeln
verwendet, wo sich leicht Verunreinigungen ansammeln, wie dies
vorstehend erläutert wurde. Zu diesem Zweck sind die
Ausgleichsöffnungen derart positioniert, daß die Strömung gemäß Pfeil F&sub2; durch
die Öffnungen hindurch auf die Enden 8 der Vorderkanten 7 der
Schaufeln auftrifft. Die Anzahl der Öffnungen ist normalerweise die
gleiche wie die Anzahl der Schaufeln, und die radialen Positionen der
Öffnungen in der Abdeckscheibe werden durch die Positionen der
Vorderkanten 7 der Schaufeln bestimmt. Auf diese Weise erzielt man
eine Strömung entlang der Vorderkante jeder Schaufel, die in
wirksamer Weise die Verunreinigungen wegspült, die tendenziell an der
Kante hängenbleiben und funktionsmäßige Schwierigkeiten
hervorrufen.
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Ein Nachteil bei der Verwendung von Ausgleichsöffnungen im
allgemeinen besteht darin, daß die Strömung durch diese im wesentlichen
entgegengesetzt zu der Hauptströmung F&sub1; durch das Laufrad ist,
wodurch sich die Wirksamkeit vermindert. Gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung ist eine Kerbe 15 in der Abdeckscheibe 5 in der Fläche
jeder Öffnung 12 vorgesehen, die derart ausgerichtet ist, daß die
Strömung F&sub2; in eine Richtung umgelenkt wird, die der Hauptströmung
durch das Laufrad gemäß Pfeil F&sub1; besser entspricht. Gemäß noch
einer weiteren Weiterbildung der Erfindung wird dieser Effekt noch
weiter verstärkt, indem der Befestigungsbolzen, durch den das
Laufrad 3 mit dem Schaft 13 verriegelt ist, mit einem derartigen Kopf
ausgebildet ist, daß er die Kerben 15 bedeckt. Auf diese Weise
werden Kanäle erzeugt, die die Strömung F&sub2; in Richtung auf die
Enden der Schaufelkanten richten und ferner die Strömung in eine
Richtung umlenken, die sich an die Hauptströmung F&sub1; durch das
Laufrad anpaßt.
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Gemäß der Erfindung wird eine bekannte Technik zum Ausgleichen
von Axialkräften verwendet, um ein gleichzeitiges Spülen der
Vorderkanten der Schaufeln zu erzielen, um dadurch die Risiken für
Betriebsprobleme sowie für ein sogar vollständiges Verstopfen des
Pumpengehäuses zu reduzieren. Mit Hilfe von Weiterbildungen, wie
sie in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben sind, erreicht man eine
gewisse Steigerung der Wirksamkeit.