EP0017829B1 - Centrifugal pump and its housing - Google Patents
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- F04D29/4266—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps made of sheet metal
Definitions
- the invention relates to a centrifugal pump, in particular one with a rotor, which is accommodated in a working space which is provided in order to be at least partially immersed in the liquid to be conveyed.
- a centrifugal pump in particular one with a rotor
- Such pumps are known in large numbers and serve a variety of purposes, from pumping out the groundwater to lifting chemicals from drums and other vessels. Since this type of flooded pump with a drive motor generally arranged above the liquid level usually consists of a few parts, places little demands on the seals and is accordingly low-maintenance, it is used primarily wherever dirty or aggressive media are to be pumped, and also where cheapness of manufacture and extremely long, trouble-free operation are important. Both require an acceptable level of efficiency at a relatively low number of revolutions, such as that provided by a shaded-pole motor coupled directly to the shaft of the impeller cheaply and reliably.
- the type of pumps mentioned at the outset is particularly suitable for use as so-called barrel pumps that can be lowered into a container, it is also desirable to keep the outer dimensions of the pump body as small as possible so that the pump can be lowered through a narrow opening in a container.
- a further pump is described in German design specification 1.155.677, in which the rotor rotates in a working space delimited by a cylindrical outer surface concentric with the rotor axis. From there, the liquid, which is set in rotation, passes through a worm gear into a venting chamber, which it leaves again through a pressure port attached tangentially to it.
- Such a pump is too bulky for the tasks provided here, and the shape of the ventilation space with the pressure connector attached to it also requires the production of relatively complex castings.
- the U.S. Patent 2,618,223 proposes a simpler pump which is particularly easy to manufacture from metal strips welded together in a bent form.
- the aim of the invention is to create a pump of the type mentioned at the outset which avoids these disadvantages and at the same time can be built as compactly as possible.
- the invention proposes a pump with a rotor which rotates in a working space which is delimited by a circumferential surface which is essentially concentric with the axis of rotation of the rotor, one end face of which is connected to the outlet line of the pump, entirely within that parallel to the axis of rotation
- Certain largest clear width of the working space begins worm gear, which winds around this axis with a progressively smaller radius, and the first section of which forms an opening that is open towards the side of the working space, which is characterized in that the worm gear is viewed in the direction of flow at the same time winds around the turning axis of the rotor with an increasingly greater slope until it runs essentially parallel to it.
- FIG. 1 denotes an essentially cylindrical base body or stator, for example made of plastic, on the upper end of which a pressure line 2 and a guide tube 4 containing the drive shaft 3 are screwed.
- An electric motor (not shown) acts on the upper end of the shaft 3, while the rotor 5 is mounted on its lower end. The sense of rotation of the same is indicated by the arrow F in FIG. 2.
- the lower bearing of the shaft 3 is formed by its passage through the stator; since this bearing is lubricated by the liquid to be pumped, it can have a relatively large clearance, for example 3/10 mm. As described further below, the liquid contained therein can optionally also be placed under a slight excess pressure.
- the rotor 5 forms an impeller with four flat blades 6, which are parallel to the shaft 3 and which are fastened to an overhead, round base plate 7.
- the wings 6 are beveled at their lower, outer circumference at an angle ⁇ of approximately 30 ° -50 °.
- a helical passage 8 is recessed, which - seen in the direction of flow, that is, in the direction of arrow G - leads from the periphery of the working space surrounding the impeller to the pressure line 2.
- the radius of the worm measured from shaft 3 progressively decreases, while at the same time the pitch of the worm parallel to shaft 3 increases progressively until it becomes infinite at the upper mouth of the worm gear, so that it slants without kinks into the line parallel to the shaft .
- this passage if milled out of the base body, will be open to the outside, i.e. below point L in FIG. 1 can only be completed radially outwards when the sleeve 9 provided in this embodiment surrounds the base body.
- This sleeve also limits the working space surrounding the impeller and occasionally forms the intake port 10 of the pump. It can also, in a manner not shown, be extended upwards and be designed as a support tube for the entire pump. In other manufacturing processes, however, the aisle can also be enclosed on all sides in the base body from its outlet opening into the pressure line 2 to its opposite junction in the periphery of the working space. In the lower mouth area, the course of which can be seen clearly from FIG.
- the part of the passage cut out of the base body tapers and forms only a tapering channel. If one imagines this to be a passageway with a reasonably constant cross-section, then this would ultimately lie almost entirely in the working space, from which the helical passageway is not separated in its upstream estuary. In this part, which is open on the side, together with the depth of the gutter recessed from the base body, the incline of the corridor, which is thought to be a full cross-section, drops to almost zero.
- This open part which in FIG. 2 extends almost over 360 °, will preferably not extend over less than about 180 ° and will flow evenly into the work area.
- the whole aisle should of course be as free of kinks as possible.
- the presence of a base body is not necessary, since the aisle e.g. can also be formed by a suitably fastened tube which is wound into a screw.
- the sleeve 9 made of sheet metal in the described embodiment is pushed over the base body and fastened to it. It is constricted at point 11, at the same angle as the impeller. Below it, it expands again and carries an intake filter 12 at its lower end 10.
- the sleeve on the constriction 11 is closed on the end face, as indicated by the dash-dotted line A.
- the suction can then take place through one or more through bores in the base body, which connect the working space with the outside space around the pump without touching the screw flight.
- Such a bore is shown in dash-dotted lines in FIG. 2 and is designated by B.
- the suction on the top of the stator that this enables can be advantageous.
- FIG. 3 shows a section of the shaft 3 leading from the impeller 5 to the drive motor (not shown). This is guided loosely, for example with a play of 1/2 mm, in the guide tube 4.
- the space 13 between the shaft and the tube will be at least partially filled with the liquid to be pumped during operation of the pump, due to the excess pressure existing in the upper part of the working space and the aforementioned loose mounting of the shaft in the base body.
- the pressure of the liquid in the intermediate space 13 can be achieved by attaching a pressure duct D (FIGS. 1 and 2), which has a high pressure point in the screw passage the space surrounding the wave can be increased.
- a flow-inhibiting baffle 14 is advantageously provided in the upper part of the guide tube 4 and the guide tube itself above it with a backflow opening 15 provided.
- the play between the shaft and the chicane can be, for example, approximately 0.2 mm, which is sufficient to allow an increased, shock-absorbing excess pressure to arise in the space below.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe, insbesondere eine solche mit einem Rotor, der in einem Arbeitsraum untergebracht ist, welcher vorgesehen ist, um mindestens teilweise in der zu fördernden Flüssigkeit eingetaucht zu werden. Solche Pumpen sind in grosser Anzahl bekannt und dienen der verschiedensten Zwecken, vom Auspumpen des Grundwassers bis zum Heben von Chemikalien aus Fässern und anderen Gefässen. Da diese Art von überfluteter Pumpe mit im allgemeinen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnetem Antriebsmotor meist aus wenigen Teilen besteht, geringe Ansprüche an die Dichtungen stellt und entsprechend wartungsarm ist, wird sie vor allem dor eingesetzt, wo entweder verschmutzte oder aggressive Medien gepumpt werden sollen, und auch dort, wo Billigkeit der Herstellung und äusserst lange störungsfreie Betriebsdauer wichtig sind. Beides erfordert einen annehembaren Wirkungsgrad bei einer verhältnismässig niederen Tourenzahl, wie sie beispielsweise ein direkt an die Welle des Flügelrades angekoppelter Spaltpolmotor billig und zuverlässig liefern kann.The invention relates to a centrifugal pump, in particular one with a rotor, which is accommodated in a working space which is provided in order to be at least partially immersed in the liquid to be conveyed. Such pumps are known in large numbers and serve a variety of purposes, from pumping out the groundwater to lifting chemicals from drums and other vessels. Since this type of flooded pump with a drive motor generally arranged above the liquid level usually consists of a few parts, places little demands on the seals and is accordingly low-maintenance, it is used primarily wherever dirty or aggressive media are to be pumped, and also where cheapness of manufacture and extremely long, trouble-free operation are important. Both require an acceptable level of efficiency at a relatively low number of revolutions, such as that provided by a shaded-pole motor coupled directly to the shaft of the impeller cheaply and reliably.
Da die eingangs genannte Art von Pumpen sich besonders zur Verwendung als in einen Behälter, absenkbare, sogenannte Fasspumpen eignet, ist es auch erwünscht, die Aussenabmessung des Pumpenkörpers möglichst klein zu halten, damit die Pumpe durch eine enge Oeffnung in einen Behälter gesenkt werden kann.Since the type of pumps mentioned at the outset is particularly suitable for use as so-called barrel pumps that can be lowered into a container, it is also desirable to keep the outer dimensions of the pump body as small as possible so that the pump can be lowered through a narrow opening in a container.
Es existieren sehr einfache Pumpen dieser Art, wie etwa in den Schweizer Patentschriften Nrn. 95.098 oder 444.673 beschrieben, bei welchen der Pumpenkörper aber verhältnismässig sperrig ist. Andere bekannte Ausführungen, wie etwa diejenigen der Schweizer Patentschriften Nrn. 243.663, 450.925 oder 599.467 sind wiederum ziemlich aufwendig in der Konstruktion und verlangen insbesondere gut wirkende Dichtungen und spielfreie Lager.Very simple pumps of this type exist, as described for example in Swiss Patent Nos. 95.098 or 444.673, in which the pump body is relatively bulky. Other known designs, such as those of Swiss Patent Nos. 243,663, 450,925 or 599,467, are again quite complex to construct and require, in particular, well-acting seals and play-free bearings.
In der deutschen Auslegeschrift 1.155.677 ist eine weitere Pumpe beschrieben, bei welcher sich der Rotor in einem durch eine zylindrische und zur Rotorachse konzentrische Aussenfläche begrenzten Arbeitsraum dreht. Von dort gelangt die in Rotation versetzte Flüssigkeit über einen Schneckengang in eine Entlüftungskammer, welche sie durch einen tangential daran angebrachten Druckstutzen wieder verlässt. Solch eine Pumpe ist für die hier vorgesehenen Aufgaben zu sperrig, und die Formgebung des Entlüftungsraumes mit dem daran angebrachten Druckstutzen verlangt zudem die Herstellung relativ aufwendiger Gussstücke. Das U.S. Patent 2.618.223 schlägt eine einfachere, aus in gebogener Form zusammengeschweissten Metallbändern besonders leicht herstellbare Pumpe vor. Um die vom Rotor erzeugten Zentrifugalkräfte zu nutzen verläuft bei dieser Pumpe der Flüssigkeitsweg, im Grundriss gesehen, spiralförmig nach aussen. Dadurch wird die Pumpe aber in radialer Richtung sperriger, was insbesondere für sogenannte Fasspumpen unerwünscht ist; ausserdem ist diese Konstruktionsweise ungünstig, wenn man die Pumpe ganz oder teilweise aus Kunststoff herstellen möchte, wie es das Fördern von korrodierenden Flüssigkeiten wünschbar macht.A further pump is described in German design specification 1.155.677, in which the rotor rotates in a working space delimited by a cylindrical outer surface concentric with the rotor axis. From there, the liquid, which is set in rotation, passes through a worm gear into a venting chamber, which it leaves again through a pressure port attached tangentially to it. Such a pump is too bulky for the tasks provided here, and the shape of the ventilation space with the pressure connector attached to it also requires the production of relatively complex castings. The U.S. Patent 2,618,223 proposes a simpler pump which is particularly easy to manufacture from metal strips welded together in a bent form. In order to use the centrifugal forces generated by the rotor, the liquid path in this pump, seen in the floor plan, runs spirally outwards. This makes the pump bulky in the radial direction, which is particularly undesirable for so-called barrel pumps; In addition, this design is unfavorable if you want to make the pump entirely or partially from plastic, as it makes the delivery of corrosive liquids desirable.
Um die Aussenmasse der Pumpe klein zu halten könnte man schliesslich auch an die Verwendung einer als Pumpe arbeitenden Kaplan-Turbine denken, bei welcher die radiale Ausdehnung der Leitschaufeln stark beschränkt würde, wie z.B. in der britischen PS 673.062 beschrieben. Eine solche Ausführung ist jedoch für die gestellte Aufgabe ungeeignet, weil weitaus zu kompliziert, bei nicht notwendigerweise gutem Wirkungsgrad als Pumpe, und auch weil die Unterteilung des Flüssigkeits-Querschnittes Verstopfungen durch Fremdkörper in für den beabsichtigten Zweck unzulässiger Weise begünstigt.In order to keep the external dimensions of the pump small, one could also think of using a Kaplan turbine working as a pump, in which the radial expansion of the guide vanes would be severely restricted, e.g. in British PS 673,062. However, such an embodiment is unsuitable for the task at hand, because it is far too complicated, with a not necessarily good efficiency as a pump, and also because the subdivision of the liquid cross section favors blockages by foreign bodies in an inadmissible manner for the intended purpose.
Es ist das Ziel der Erfindung, eine Pumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, welche diese Nachteile vermeidet und gleichzeitig möglichst kompakt gebaut werden kann.The aim of the invention is to create a pump of the type mentioned at the outset which avoids these disadvantages and at the same time can be built as compactly as possible.
Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung eine Pumpe mit einem Rotor, der sich in einem, durch eine zur Drehachse des Rotors im wesentlichen konzentrische Mantelfläche abgegrenzten Arbeitsraum dreht, wobei an dessen einer Stirnseite ein mit der Ausgangsleitung der Pumpe verbundener, gänzlich innerhalb der parallel zur Drehachse bestimmten größten lichten Weite des Arbeitsraumes liegender Schneckengang beginnt, der sich mit progressiv kleiner werdendem Radius um diese Achse windet, und dessen erster Abschnitt eine seitlich gegen den Arbeitsraum zu offene Mündung bildet, vor, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sich der Schneckengang in Strömungsrichtung gesehen gleichzeitig mit zunehmend grösserer Steigung um die Drechachse des Rotors windet, bis er im wesentlichen parallel zu dieser verläuft.For this purpose, the invention proposes a pump with a rotor which rotates in a working space which is delimited by a circumferential surface which is essentially concentric with the axis of rotation of the rotor, one end face of which is connected to the outlet line of the pump, entirely within that parallel to the axis of rotation Certain largest clear width of the working space begins worm gear, which winds around this axis with a progressively smaller radius, and the first section of which forms an opening that is open towards the side of the working space, which is characterized in that the worm gear is viewed in the direction of flow at the same time winds around the turning axis of the rotor with an increasingly greater slope until it runs essentially parallel to it.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von Varianten eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with the aid of variants of a preferred exemplary embodiment.
Es zeigt:
- Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht der Pumpe,
- Fig. 2 eine Ansicht des Grundkörpers der Fig. 1 von unten, und
- Fig. 3 einen Abschnitt der Antriebswelle samt ihrer Führung.
- 1 is a partially sectioned view of the pump,
- Fig. 2 is a view of the base body of FIG. 1 from below, and
- Fig. 3 shows a portion of the drive shaft with its guide.
In der Fig. 1 bezeichnet 1 einen, beispielsweise aus Kunststoff gefertigten, im wesentlichen zylindrischen Grundkörper oder Stator, an dessen oberer Stirnseite eine Druckleitung 2 und ein die Antriebswelle 3 enthaltendes Führungsrohr 4 eingeschraubt sind. Am oberen Ende der Welle 3 greift ein (nicht gezeigter) Elektromotor an, während an ihrem unteren Ende der Rotor 5 augebracht ist. Der Drehsinn desselben ist durch den Pfeil F der Fig. 2 angedeutet. Das untere Lager der Welle 3 wird durch ihren Durchgang durch den Stator gebildet; da dieses Lager durch die zu pumpende Flüssigkeit geschmiert ist, kann es ein relativ grosses Spiel, von beispielsweise 3/10 mm aufweisen. Wie weiter unten beschrieben, kann die darin befindliche Flüssigkeit wahlweise auch unter leichten Ueberdruck gesetzt werden.In FIG. 1, 1 denotes an essentially cylindrical base body or stator, for example made of plastic, on the upper end of which a pressure line 2 and a
Der Rotor 5 bildet in der beschriebenen einfachen Ausführung ein Flügelrad mit vier ebenen, parallel zur Welle 3 liegenden Flügeln 6, welche an einer obenliegenden, runden Grundscheibe 7 befestigt sind. An ihren unteren, äusseren Umfang sind die Flügel 6 unter einem Winkel α von etwa 30°-50° angeschrägt.In the simple embodiment described, the rotor 5 forms an impeller with four
Im Stator 1 ist ein schneckenförmiger Gang 8 ausgegespart, welcher - in Strömungsrichtung gesehen, das heisst in Richtung des Pfeiles G - von der Peripherie des das Flügelrad umgebenden Arbeitsraumes zur Druckleitung 2 führt. Dabei nimmt der von der Welle 3 aus gemessene Radius der Schnecke progressiv ab, während gleichzeitg die Steigung der Schnecke parallel zur Welle 3 progressiv zunimmt, bis sie an der oberen Mündung des Schneckenganges unendlich wird, so dass dieser knickfrei in die zur Welle parallele Leitung abgeschrägt.In the stator 1, a
Aus fertigungstechnischen Gründen wird dieser Gang, sofern er aus dem Grundkörper ausgefräst ist, nach aussen hin offen sein, d.h. unterhalb des Punktes L in Fig. 1 erst dann radial nach aussen hin abgeschlossen sein, wenn die in dieser Ausführung vorgesehene Hülse 9 den Grundkörper umgibt. Diese Hülse begrenzt auch den das Flügelrad umgebenden Arbeitsraum und bildet fallweise den Ansaugstutzen 10 der Pumpe. Sie kann auch, in nicht gezeigter Weise, nach oben hin verlängert und als Tragrohr für die ganze Pumpe ausgebildet sein. Bei anderen Herstellungsverfahren kann der Gang aber auch von seinem in die Druckleitung 2 mündenden Ausgang bis zu seiner entgegengesetzten Einmündung in die Peripherie des Arbeitsraumes, allseitig im Grundkörper eingeschlossen sein. Im unteren Mündungsgebiet, dessen Verlauf gut aus der Fig. 2 zu ersehen ist, verjüngt sich der aus dem Grundkörper ausgenommene Teil des Ganges und bildet nur noch eine auslaufende Rinne. Wenn man sich diese zu einem Gang mit einigermassen konstantem Querschnitt ergänzt vorstellt, dann würde dieser schliesslich fast ganz im Arbeitsraum liegen, von welchem der schneckenförmige Gang in seinem stromaufwärts liegenden Mündungsgebiet nicht getrennt ist. In diesem seitlich offenen Teil sinkt, zusammen mit der Tiefe der aus dem Grundkörper ausgenommenen Rinne auch die Steigung des zu seinem vollen Querschnitt ergänzt gedachten Ganges auf nahezu Null. Dieser offene Teil, der sich in Fig. 2 fast über 360° erstreckt, wird sich vorzugsweise nicht über weniger als etwa 180° erstrekken, und gleichmässig in den Arbeitsraum auslaufen. Desgleichen sollte natürlich der ganze Gang einen möglichst knickfreien Verlauf aufweisen. Andererseits ist das Vorhandensein eines Grundkörpers nicht notwendig, da der Gang z.B. auch durch ein geeignet befestigtes, zu einer Schnecke gewundenes Rohr gebildet werden kann.For manufacturing reasons, this passage, if milled out of the base body, will be open to the outside, i.e. below point L in FIG. 1 can only be completed radially outwards when the sleeve 9 provided in this embodiment surrounds the base body. This sleeve also limits the working space surrounding the impeller and occasionally forms the
Die in der beschriebenen Ausführung aus Blech bestehende Hülse 9 ist über den Grundkörper geschoben und daran befestigt. Sie ist an der Stelle 11, unter demselben Winkel wie das Flügelrad eingeschnürt. Darunter erweitert sie sich wieder und trägt an ihrem unteren Ende 10 einen Ansaugfilter 12.The sleeve 9 made of sheet metal in the described embodiment is pushed over the base body and fastened to it. It is constricted at
In einer anderen, nur angedeuteten und nicht getrennt gezeigten Variante ist die Hülse an der Einschnürung 11 stirnseitig geschlossen, wie durch die strichpunktierte Linie A angedeutet. Das Ansaugen kann dann durch eine oder mehrere durchgehende Bohrungen im Grundkörper erfolgen, welche den Arbeitsraum mit dem Aussenraum um die Pumpe herum verbinden, ohne den Schneckengang zu berühren. In der Fig. 2 ist eine solche Bohrung strichpunktiert gezeigt und mit B bezeichnet. Für gewisse Anwendungen kann das damit ermöglichte Ansaugen an der Oberseite des Stators von Vorteil sein.In another variant, only indicated and not shown separately, the sleeve on the
Die Fig. 3 zeigt einen Abschnitt der vom Flügelrad 5 zum (nicht gezeigten) Antriebsmotor führenden Welle 3. Diese wird lose, beispielsweise mit einem Spiel von 1/2 mm, im Führungsrohr 4 geführt. Der Zwischenraum 13 zwischen Welle und Rohr wird beim Betrieb der Pumpe, infolge des im oberen Teil des Arbeitsraumes bestehenden Ueberdruckes und der erwähnten losen Lagerung der Welle im Grundkörper, mindestens teilweise mit der zu fördernden Flüssigkeit angefüllt sein. Um diese besser zur Dämpfung eines eventuellen Schlagens und Schwingens der oft ziemlich langen und möglichst leicht ausgeführten Welle auszunützen, kann der Druck der Flüssigkeit im Zwischenraum 13 durch Anbringen einer Druckdurchführung D (Fig. 1 und 2), welche eine Stelle hohen Druckes im Schneckendruchgang mit dem die Welle umgebenden Raum verbindet, erhöht werden. Um ein Ansteigen der oft korrosiven Flüssigkeit bis zum Motor zu vermeiden, ohne eigentliche Dichtungen zu verwenden - welche bei längerem Nichtgebrauch zum Festsitzen neigen - wird mit Vorteil im oberen Teil des Führungsrohres 4 eine strömungshemmende Schikane 14 vorgesehen und das Führungsrohr selbst oberhalb derselben mit einer Rückflüssöffnung 15 versehen. Das Spiel zwischen Welle und Schikane kann beispielsweise etwa 0,2 mm betragen, was genügt, um im darunterliegenden Zwischenraum einen erhöhten, schlagdämpfenden Ueberdruck entstehen zu lassen. Die restliche nach oben durchtretende Flüssigkeit fliesst dann durch die Oeffnung 15 zurück, und der weiter oben liegende Motor braucht nicht durch zusätzliche Dichtungen geschützt zu werden, so dass der ganze Pumpenaufbau weder von der zu fördernden Flüssigkeit beaufschlagte Dichtungen, noch eigentliche - d.h. im wesentlichen spielfreie - Lager aufweist, was unter anderem die durchgehende Verwendung spröder, chemikalienfester Materialien, wie etwa Glas, erlaubt. Falls die Dirchtungsfreiheit nicht den Vorrang hat, kann die hier der Klarheit halber nur in der Vertikallage beschriebene Pumpe natürlich bei jeder beliebigen Orientierung im Raum betrieben werden.FIG. 3 shows a section of the shaft 3 leading from the impeller 5 to the drive motor (not shown). This is guided loosely, for example with a play of 1/2 mm, in the
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