EP1053402A1

EP1053402A1 - Kreiselpumpenlaufrad radialer bauart

Info

Publication number: EP1053402A1
Application number: EP98966841A
Authority: EP
Inventors: Ralf Stahlkopf
Original assignee: Tuchenhagen GmbH
Current assignee: GEA Tuchenhagen GmbH
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2000-11-22
Anticipated expiration: 2018-12-21
Also published as: DE59805263D1; WO1999039105A1; AU2513699A; EP1053402B1; DK1053402T3; JP2002502008A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart, das die Vorteile des vollständig offenen und jene des geschlossenen in sich vereint, das weitestgehend frei von axialen Strömungskräften ist und bei dem die Eintrittsbedingungen und damit das Saugverhalten gegenüber dem Kreiselpumpenlaufrad der gattungsgemässen Art noch weiter verbessert sind. Dies wird dadurch erreicht, dass die Deckscheibensegmente (4.1; 4.3; 4.5;...; 4.n-1) und die Rückflächensegmente (4.2; 4.4; 4.6;...; 4.n) jeweils eine Durchtrittsöffnung (4.1a; 4.3a; 4.5a;...; 4.n-1a oder 4.2a; 4.4a; 4.6a;...; 4.na) aufweisen, die alle auf einem inneren Durchmesser beginnen, der bestimmt ist durch eine, in radialer Richtung gesehen, äusserste radiale Nabenausformung (2a) im Eintrittsbereich der Schaufelkanäle, und die sich radial nach aussen erstrecken.

Description

Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart

Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart, bei dem eine gerade Anzahl Schaufeln vorgesehen ist, bei dem der einzelne Schaufelkanal zwischen den ihn jeweils begrenzenden Schaufeln entweder von einem Deckscheibensegment oder von einem Rückflächensegment, die im jeweiligen Wechsel aufeinanderfolgen, berandet ist, und bei dem jeder Schaufelkanal auf seiner dem jeweiligen Deck- oder Rückflächensegment gegenüberliegenden Seite vom Eintritts- zum Austrittsbereich des Laufrades durchgängig offen ausgebildet ist.

Ein Kreiselpumpenlaufrad der gattungsgemäßen Art ist aus der DE-A-195 30 195 bekannt. Es vereinigt in sich Eigenschaften eines sogenannten vollständig offenen und eines geschlossenen Laufrades, ohne daß es die diesen Laufradformen anhaftenden Nachteile übernimmt. Die Vor- und Nachteile offener und geschlossener Laufräder seien nachfolgend kurz umrissen.

Insbesondere bei Kreiselpumpen, die im Nahrungsmittel- und Getränkebereich Einsatz finden, ist es üblich, sogenannte offene Laufräder radialer Bauart zu verwenden. Offene Laufräder sind solche, bei denen die Deckwand oder die sogenannte Deckscheibe fehlt und die Schaufeln allein mit der Nabenwand oder der sogenannten Rückfläche verbunden sind ([*]: Pfleiderer/Petermann, Strόmungs- maschinen, 4. Auflage, 1972, Seiten 175, 285 ff). Offene Laufräder haben den Vorteil, daß die Schaufelkanäle, falls erforderlich, gut zu bearbeiten sind (oft werden geschliffene oder polierte Oberflächen gefordert) und die Schaufelkanäle zu Inspektionszwecken einsehbar sind. Darüber hinaus sind sie gegenüber ge- ^• schlossenen Laufrädern, die eine Deckscheibe aufweisen, leichter im Durchfluß zu reinigen (sie sind ClP-reinigungsfähig, was soviel bedeutet wie "Reinigung an Ort und Stelle im Durchfluß"), da ein offener Kanal zwangsläufig eine kleinere berandende Oberfläche aufweist und der bei geschlossenen Laufrädern vorhandene saugseitige enge Radseitenraum zwischen Gehäuse und Deckscheibe gänzlich entfällt. Bei langsamläufigen offenen Laufrädem radialer Bauart ist aller- dings der hydraulische Wirkungsgrad schlechter als bei geschlossenen Laufrä- 2

dem, da durch die Druckdifferenz zwischen Schaufelvorderseite und Schaufelrückseite ein Spaltverlust entsteht (siehe [*], Seite 285 ff).

Offene und geschlossene Kreiselpumpenlaufräder radialer Bauart haben eine ge- meinsame Eigenschaft: sie üben, falls keine Abhilfe durch zusätzliche Maßnahmen geschaffen wird, axiale Kräfte auf die Pumpenwelle aus (siehe [*], Seite 289 ff). Übliche Ausgleichsmaßnahmen, wie z.B. Dichtungsspalt auf der Rückseite des Laufrades in Verbindung mit Durchlaßöffnungen in der Nabenwand bzw. Rückfläche des Laufrades oder die Anbringung von sogenannten Rückschaufeln im druckseitigen Radseitenraum (siehe [*], Seite 293 ff) sind zumindest bei Kreiselpumpen, die im Nahrungsmittel- und Getränkebereich Einsatz finden, ungeeignet und in den meisten Anwendungsfällen nicht tolerierbar, da durch diese Ausgleichsmaßnahmen zusätzlich besonders reinigungskrittsche Bereiche geschaffen werden, die einer CIP-Reinigung schlecht zugänglich sind.

Beim Laufrad der gattungsgemäßen Art (DE-A-195 30 195) sind die auf dieses wirkenden axialen Strömungskräfte nahezu ausgeglichen, ohne daß es hierzu besonderer zusätzlicher Vorkehrungen bedarf. Dies resultiert zum einen aus der Tatsache, daß benachbarte Schaufelkanäle im jeweiligen Wechsel durch ein Deckscheiben- oder ein Rückflächensegment geschlossen sind und somit, zumindest im radialen Erstreckungsbereich der Schaufeln, hinreichend gleiche Druckverteilungen auf beiden Seiten des Kreiselpumpenlaufrades vorliegen und in Umfangsrichtung jeweils ohnehin keine unterschiedliche Druckverteilung entstehen kann. Im Nabenbereich ist zum anderen ein begrenzter Durchgriff der Strömung, von der Deckflächen- zur Rückflächenseite gegeben, wodurch eine Reduzierung der in diesem Bereich entstehenden axialen Strömungskräfte eintritt.

Bei dem vorgenannten bekannten Laufrad ergeben sich unterschiedliche Eintrittsbedingungen für die Strömung in die jeweiligen Schaufelkanäle, wodurch für die durch Deckflächensegmente begrenzten Schaufelkanäle, d.h. für die auf der rückwärtigen Laufradseite durchströmten Kanäle, ungünstigere Eintrittsbedingungen vorliegen. Dies resultiert aus der Tatsache, daß die durch Rückflächenseg- 3 mente begrenzten Schaufelkanäle auf ihrer Anströmseite vollständig geöffnet sind und somit sich der Anströmung uneingeschränkt darbieten, während die Strömung in die rückwärtigen Schaufelkanäle den begrenzten Eintrittsquerschnitt zwischen dem jeweiligen Deckflächensegment und einer äußersten radialen Naben- ausformung passieren muß. Durch diesen Sachverhalt wird das Saugverhalten des Laufrades und damit der Kreiselpumpe nachteilig beeinflußt. Dies wirkt sich beispielsweise bei der Förderung von heißen Reinigungsmitteln aus, die noch bei Temperaturen von 80°C bis 90°C von einer zum Einsatz kommenden Kreiselpumpe angesaugt werden können müssen. Der in einem derartigen Anwendungsfall von der Kreiselpumpe zu erbringende sog. NPSH-Wert ist mit dem bekannten Laufrad gemäß DE-A-195 30 195 kaum zu erreichen. Darüber hinaus resultieren aus den vorgenannten unterschiedlichen Eintrittsbedingungen und den daraus resultierenden Strömungs- und Druckverteiiungen Axialkräfte, deren weitere Reduzierung wünschenswert ist.

Aus der EP-A-0 599 138 ist eine Blutpumpe zur Umwälzung von Blut bekannt, die ebenfalls alle Merkmale einer Kreiselpumpe der gattungsgemäßen Art aufweist. Bei dieser bekannten Pumpe sind zwar Öffnungen im nabenseitigen Laufradbereich gezeigt, die allerdings dort nur die Rückflächensegmente erfassen und je- weils in eine der angrenzenden Schaufeln eingreifen. Diese Maßnahme verbessert zwar die Eintrittsbedingungen für den durch Deckscheibensegmente abgedeckten, rückwärtigen Schaufelkanal, sie schafft jedoch keine günstigeren Bedingungen für eine Reduzierung der axialen Kräfte.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart zu schaffen, das die Vorteile des vollständig offenen und jene des geschlossenen in sich vereint, das weitestgehend frei von axialen Strömungskräften ist und bei dem die Eintrittsbediπgungen und damit das Saugverhalten gegenüber dem Kreiselpumpenlaufrad der gattungsgemäßen Art noch weiter verbessert sind. 4

Die Aufgabe wird durch Anwendung der Merkmaie des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des vorgeschlagenen Kreiselpumpenlaufrades sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind in an sich bekannter Weise nur in vollem Umfang erreichbar für eine gerade Anzahl von Schaufeln, da nur dann sichergestellt ist, daß kein Spaltverlust durch Druckdifferenz zwischen Schaufelvorder- und Schaufelrückseite entsteht. In jenen Bereichen, wo Deckscheiben- und Rückflächensegment im jeweiligen Wechsel aufeinanderfolgen, wird sicherge- stellt, daß zwischen benachbarten Schaufelkanälen keine Verbindung und damit keine Spaltströmung, die den hydraulischen Wirkungsgrad u.a. negativ beeinflußt, gegeben ist.

Da das Kreiselpumpenlaufrad in seinem äußeren Bereich keine, über seinen Um- fang gesehen, geschlossene Deckscheibe und Rückfläche besitzt, sondern nur Deckscheiben- und Rückflächensegmente aufweist, bildet es dort im eingebauten Zustand im Zusammenwirken mit dem Pumpengehäuse auch keinen ringförmig in sich geschlossenen deckscheiben- und rückflächenseitigen Radseitenraum aus, der jeweils hinsichtlich einer einwandfreien CIP-Reinigung problematisch wäre. Insofern gehen die Vorteile des vorgeschlagenen Kreiselpumpenlaufrades noch über jene des bekannten offenen Laufrades radialer Bauart hinaus, da hier der rückflächenseitige Radseitenraum nach wie vor vorhanden und reinigungstechnisch problematisch ist.

Im nabenseitigen Laufradbereich weisen sowohl die Deckscheibensegmente als auch die Rückflächensegmente jeweils eine Durchtrittsöffnung auf, die alle auf einem inneren Durchmesser beginnen, der bestimmt ist durch eine, in radialer Richtung gesehen, äußerste radiale Nabenausformung im Eintrittsbereich der Schaufelkanäle, und die sich radial nach außen erstrecken. Durch diese Maß- nähme gemäß der Erfindung wird zum einen der Eintrittsbereich der durch Deckscheibensegmente begrenzten Schaufelkanäle geöffnet, wodurch die Eintrittsbedingungen für die Strömung signifikant gegenüber jenen des bekannten Laufra- 5

des (DE-A-195 30 195) verbessert werden, zum andern schaffen die vorgenannten Durchtrittsöffnungen einen verbesserten Durchgriff der Strömung von der Anströmseite zur Rückseite des Laufrades, wodurch der Ausgleich axialer Strömungskräfte auf das Laufrad in diesem Bereich weiter verbessert wird und außer- dem, als willkommener Nebeneffekt, eine wirkungsvolle und sichere Reinigung der hinter dem Laufrad liegenden Gleitringdichtung sichergestellt ist.

Wird, wie dies gemäß einem weiteren Vorschlag vorgesehen ist, die äußerste radiale Nabenausformung derart dimensioniert, daß diese die Rückflächenseg* mente der Schaufelkanäle flächig und vollumfänglich miteinander verbindet, dann ergeben sich hierdurch die günstigsten Bedingungen für einen vollständigen Ausgleich der axialen Strömungskräfte in diesem Bereich.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorgeschlagenen Kreiselpumpen- laufrades sind die axialen Projektionsflächen der Durchtrittsöffnungen alle kongruent ausgeführt. Diese vollständige Kongruenz der Durchtrittsöffnungen schafft zudem sowohl im nabenseitigen Laufradbereich als auch im Bereich der verbleibenden Deck- und Rückflächensegmente völlige Kongruenz aller von Druckkräften wirksam beaufschlagten Flächen, zumindest soweit es sich um eine Kräftebi- lanz in axialer Richtung handelt, wodurch optimale Bedingungen für den angestrebten weitestgehenden Axialschubausgleich gegeben sind.

Das vorgeschlagene Kreiselpumpenlaufrad weist optimierte hydraulische Eigenschaften auf, es ist fertigungstechnisch sowohl als Guß als auch als Umformteil (Blechteil) herstellbar, und es weist die notwendigen Festigkeitseigenschaften ^" auf, wenn es, wie dies eine weitere Ausgestaltung vorsieht, derart ausgestaltet ist, daß die Durchtrittsöffnungen jeweils neben ihrer Beraπdung durch die äußerste radiale Nabenausformung, die einen radialen Abstand R2 von der Rotationsachse des Laufrades aufweist, durch die Konturen der beiden jeweiligen benachbarten Schaufeln und zum anderen, radial außenseits, von einer kreisförmigen Begrenzung mit radialem Abstand R1 von der Rotationsachse des Laufrades berandet werden. Die, in radialer Richtung gesehen, außenseitige kreisförmige Begrenzung der Durchtrittsöffnungeπ erlaubt es, die verbleibenden Deck- und Rückflächensegmente in ihrer radialen Erstreckung den unterschiedlichen hydraulischen Bedürf- nissen anzupassen, wie sie sich im Rahmen einer Pumpenbaureihe (Notwendigkeit der Variation des Förderstromes und der Förderhöhe) ergeben. Das vorgeschlagene Laufrad läßt sich, beginnend von einem größten Außendurchmesser, in radialer Richtung so weit reduzieren, bis die Deck- und Rückflächensegmente die einzelnen Schaufeln nur noch in Form einer schmalen Ringfläche, die die fe- stigkeitsmäßig bedingten Mindesterfordernisse erfüllt, miteinander verbindet.

Gemäß einem weiteren Vorschlag wird die notwendige Festigkeit des Laufrades dadurch sichergestellt, daß der äußere Radius R_a des Laufrades den radialen Abstand R1 der außenseitigen Berandung der Durchtrittsöffnung um einen ersten radialen Abstand Δ R , der aus der notwendigen Festigkeit des Laufrades resultiert, übersteigt. Darüber hinaus wird die zu fordernde Variationsbreite der Förderhöhenanpassung eines Laufrad-Nenndurchmessers dadurch sichergestellt, daß außer dem ersten radialen Abstand Δ R_F noch ein zweiter radialer Abstand ΔR_V vorgesehen ist. Somit ergibt sich der äußere Radius R_a des Laufrades aus dem radialen Abstand R1 der außenseitigen Berandung der Durchtrittsöffnung, dem ersten radialen Abstand Δ RF und dem zweiten radialen Abstand ΔR_V. Eine insgesamt besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Kreiselpumpenlaufrades radialer Bauart ist dann gegeben, wenn der erste radiale Abstand ΔR_F mit 10<ΔR_F<20 mm, vorzugsweise ΔR_F=15 mm, und wenn der zweite radiale Ab- stand Δ R_v mit 20<Δ R_v<30mm, vorzugsweise Δ R =25 mm vorgesehen sind.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Vorschlag ist im Auslegungspunkt des Laufrades der Schaufelkanal jeweils derart bemessen, daß in ihm an keiner Stelle eine absolute Geschwindigkeit vorliegt, deren Betrag eine Geschwindigkeit von 2 m/s nennenswert übersteigt. Dadurch wird zum einen eine schonende Förderung des jeweiligen Fluides sichergestellt und zum andern ein günstiges Saugverhalten und damit ein entsprechend hoher NPSH-Wert erreicht. Eine schonen- 7

de Förderung ist immer dann erwünscht, wenn die vorgeschlagene Kreiselpumpe im Nahrungs- und Lebensmittelbereich zum Einsatz kommt. Gutes Saugvermögen wird von ihr insbesondere immer dann gefordert, wenn sie heiße Flüssigkeiten fördern muß. Dies ist beispielsweise immer dann der Fall, wenn sie als Reini- gungsmittelpumpe fungiert und Reinigungsmittel mit einer Temperatur von 80°C bis 90°C noch angesaugt werden muß.

Das Saugvermögen und damit der NPSH-Wert werden günstig beeinflußt, wenn, wie dies ebenfalls ein weiterer Vorschlag vorsieht, im Auslegungspunkt des Lauf- rades einerseits die jeweilige Druckkante der Schaufeln derart ausgelegt ist, daß die Strömung die Druckkante stoßfrei verläßt, und wenn andererseits die jeweilige Saugkante der Schaufeln derart ausgelegt ist, daß die Strömung die Saugkante erst bei einem Förderstrom, der den Förderstrom im Auslegungspunkt nennenswert übersteigt, stoßfrei anströmt. Dies bedeutet, daß die Saugkante im Ausle- gungspunkt der Kreiselpumpe quasi im Teillastbetrieb arbeitet, während die

Druckkante der Schaufel unter diesen Bedingungen eine stoßfreie und damit eine für den Förderstrom im Auslegungspunkt optimale Abströmung erfährt. Es hat sich in diesem Zusammenhang als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die stoßfreie Anströmung der Saugkante bei einem Förderstrom gegeben ist, der den Förderstrom im Auslegungspunkt um etwa das zweifache übersteigt.

Ein Ausführungsbeispiel des Kreiselpumpenlaufrades gemäß der Erfindung mit einer beispielhaft gewählten Anzahl n = 6 Schaufeln ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Ansicht des Kreiselpumpenlaufrades in Richtung seiner Anströmung, wobei zum besseren Verständnis der Laufradgeometrie die Deckscheibensegmente kreuzschraffiert, die Rückflächensegmente linkssteigend und der projizierte Nabenbereich rechtssteigend schraffiert angelegt sind;

Fig. 2 einen Meridianschnitt durch das Kreiselpumpenlaufrad gemäß Figur 1 entsprechend dem dort mit A-A gekennzeichneten Schnittverlauf; 8

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Kreiselpumpenlaufrades und

Fig. 4 einen Meridianschnitt durch einen Teilbereich des Kreiselpumpenlaufrades gemäß Figur 1 , wobei das Laufrad im Zusammenbau mit der Pumpenwelle und dem Pumpengehäuse dargestellt ist.

Ein mit n = 6 Schaufeln 3.1 bis 3.6 ausgestattetes Kreiselpumpenlaufrad 1 (Figur 1 ) weist zwangsläufig auch sechs Schaufelkanäle __ bis 5 6 auf. Aus der An- Sichtsdarstellung gemäß Figur 1 in Verbindung mit dem Meridianschnitt gemäß Figur 2 und der perspektivischen Darstellung gemäß Figur 3 (die dort eingetragenen Bezeichnungen beschränken sich auf die einander benachbarten Schaufelkanäle _____ und 5_j2) wird deutlich, daß nach der gewählten Nomenklatur der Schaufelkanal _____ durch ein Deckscheibensegment 4.1, der Schaufelkanal S_Z durch ein Deckscheibensegment 4.3 und der Schaufelkanal 5.5 durch ein Deckscheibensegment 4.5 auf der Anströmseite des Kreiselpumpenlaufrades 1 teilweise geschlossen ist (kreuzschraffierte Flächen). Demgegenüber ist der Schaufelkanal 5^2 durch ein Rückflächensegment 4.2, der Schaufelkanal 5^4 durch ein Rückflächensegment 4.4 und der Schaufelkanal 5 > durch ein Rückflächenseg- ment 4.6 auf der der Anströmseite des Kreiselpumpenlaufrades 1 abgewandten Seite jeweils teilweise geschlossen (linkssteigend schraffierte Flächen). Es ist weiterhin ersichtlich, daß durch die vorgeschlagene Anordnung von Deckscheiben- und Rückflächensegmenten 4.1, 4.3, 4.5 bzw. 4.2, 4.4, 4.6, die, in Umfangs- richtung betrachtet, im jeweiligen Wechsel aufeinanderfolgen, keine Schau- feikante gebildet werden kann, die Vorder- und Rückseite der betreffenden

Schaufel - und damit zwei benachbarte Schaufelkanäle - jeweils auf kurzem Weg miteinander verbindet. Dadurch werden Spaltströmungen und wirkungsgradmindernde Effekte aufgrund einer Druckdifferenz zwischen Schaufelvorder- und Schaufelrückseite wirksam verhindert. 9

Die Deckscheibensegmente 4.1, 4.3 und 4.5 und die Rückflächensegmente 4.2, 4.4 und 4.6 weisen jeweils eine Durchtrittsöffnung 4.1a, 4.3a, 4.5a oder 4.2a, 4.4a, 4.6a auf, die alle auf einem inneren Durchmesser mit Radius R2 beginnen, der bestimmt ist durch eine, in radialer Richtung gesehen, äußerste radiale Na- benausformung 2a im Eintrittsbereich der Schaufelkanäle 5/1 bis δ_6 (rechtssteigend schraffierte Flächen), und die sich radial nach außen erstrecken (siehe auch Figur 2). Neben ihrer Berandung durch die äußerste radiale Nabenausformung 2a werden die Durchtrittsöffnungen 4.1a bis 4.6a zum einen durch die Konturen der beiden jeweiligen benachbarten Schaufeln (beispielsweise die Durchtrittsöff- nung 4.2a durch die Schaufeln 3.2 und 3.3) und zum andern, radial außenseits, von einer kreisförmigen Begrenzung mit radialem Abstand R1 von der Rotationsachse des Laufrades berandet. (Figuren 1 und 2). Die dargestellte Ausgestaltung der Durchtrittsöffnungen 4.1a bis 4.6a ist so gewählt, daß die axialen Projektionsflächen dieser Durchtrittsöffnungen alle kongruent sind.

Die radiale Erstreckung der Deck- und Rückflächensegmente 4.1 bis 4.6 zwischen dem radialen Abstand R1 und dem Außenradius R_a des Laufrades 1 kann, wenn dies im Rahmen der Anpassung des Laufrades innerhalb der Kreiselpumpen einer Baureihe erforderlich ist, genutzt werden, um unterschiedliche Laufrad- durchmesser zu realisieren. Ein Abdrehen des Laufrades 1 um einen zweiten radialen Abstand ΔR (vorzugsweise ca. 25 mm) ist beispielsweise im vorliegenden Falle möglich bis zu einem Außenradius, der um einen ersten radialen Abstand ΔR_F (vorzugsweise ca. 15 mm) größer als das radiale Abstandsmaß R1 ist. In diesem Falle werden noch die festigkeitsmäßig notwendigen Erfordernisse erfüllt, die auch die Vermeidung von Schwingungen und Vibrationen der Schaufeln mitumfassen. Mit dem vorgenannten zweiten radialen Abstand ΔR läßt sich die geforderte Variationsbreite der Förderhöhenanpassung eines Laufrad-Nenndurchmessers hinreichend realisieren.

Ausgehend von der anströmseitigen Umfangsfläche einer Nabe 2 ist im Eintrittsbereich des durch das jeweilige Deckscheibensegment 4.1, 4.3 und 4.5 begrenz- 10

ten Schaufelkanals 5J., 5^ und ____, in radialer Richtung gesehen, die äußerste radiale Nabenausformung 2a vorgesehen, die sich radial so weit nach außen erstreckt, daß sie die Rückflächensegmente 4.2, 4.4 und 4.6 der Schaufelkanäle 5.2. 5.4 und 5.6 flächig und vollumfänglich miteinander verbindet (vgl. Figur 1). Die Nabe 2 weist, wie dies allgemein üblich ist, eine Nabenbohrung 2b und eine Mitnehmernut 2c auf.

Infolge der Möglichkeit des Durchgriffs der Strömung zwischen Laufradvorderund Laufradrückseite im Bereich der Durchtrittsöffnungen 4.1a bis 4.6a ergeben sich dort zwangsläufig keine axialen Strömungskräfte auf das Laufrad 1 (s. Figuren 2 und 4). Selbst wenn infolge strömungsmechanischer Wirkungen die jeweilige Druckverteilung, was nicht gegeben ist, auf die Deckflächen- und die Rückflächensegmente 4.1, 4.3, 4.5 bzw. 4.2, 4.4, 4.6 unterschiedlich wäre, könnten sich diese Unterschiede durch die erfindungsgemäße Anordnung der Durchtrittsöff- nungen 4.1a bis 4.6a auf diesen Flächen, über den Umfang gesehen, nicht ausbilden. Somit ergeben sich aus diesem Sachverhalt auch keine axialen Strömungskräfte auf das Kreiselpumpenlaufrad 1 insgesamt und damit auf die Pum- penwelle. Das erfindungsgemäße Kreiselpumpenlaufrad 1 weist, in sich gesehen, einen weitestgehenden Kräfteausgleich auf, wodurch sich die vorstehend er- wähnten Vorteile ergeben.

Im Einbauzustand des Laufrades (Figur 4) werden die vorstehend erwähnten Vorteile noch einmal besonders deutlich. Neben dem erwähnten Axialschubausgleich, der sich aus der besonderen Laufradgeometrie im Naben- und Ansaugbe- reich des Laufrades 1 ergibt, zeigt die Darstellung, daß durch das zwischen der Saugkante S im Bereich des Deckscheibensegmentes 4.5 und der äußersten radialen Nabenausformung 2.a gegebene Abstandsmaß a ein Durchgriff der Strömung R (beispielsweise Reinigungsflüssigkeit) in den Bereich der Gleitringdichtung 9, mit einem Gleitring 9a und einem Gegenring 9b, gegeben ist. Hierdurch wird eine sichere und zuverlässige Reinigung eines an sich sehr kritischen Bereiches sichergestellt. Das Laufrad 1 ist über eine Wellenmutter 10 an einem nicht 11

näher bezeichneten Rezeß einer Pumpenwelle 6 festgelegt, wobei zwischen dem Rezeß und dem Laufrad 1 der Gegenring 9b festgesetzt ist. Damit das von dem Laufrad 1 geförderte Fluid nicht in den Bereich zwischen Welle 6 und Nabe 2 gelangt, ist eine Dichtung 11 zwischen Laufrad 1 und Gegenring 9b, eine weitere Dichtung 12 zwischen Wellenmutter 10 und Laufrad 1 und eine dritte Dichtung 13 zwischen dem Gegenring 9b und der Welle 6 vorgesehen.

Das Laufrad 1 wird auf seiner Anströmseite von einem vorderen Pumpengehäuse 7 und auf der gegenüberliegenden Seite von einem hinteren Pumpengehäuse 8 berandet. Vorderes und hinteres Pumpengehäuse 7 bzw. 8 sind im Bereich der Deckscheiben- und Rückflächensegmente 4.1 ;4.3;4.5;...4.n-1 bzw. 4.2;4.4;4.6; ...4.π symmetrisch und mit gleichen Projektionsflächen ausgestattet, so daß im Zusammenwirken mit dem ebenfalls symmetrisch und in Bezug auf die Rückflächen- und Deckflächensegmente gleichflächig ausgebildeten Laufrad 1 der vor- stehend beschriebene weitestgehende Ausgleich axialer Kräfte erreicht wird. Während herkömmliche und hinsichtlich ihrer Leistung vergleichbare Laufräder 1 eine Axialkraft in der Größenordnung von beispielsweise 900 Newton erfahren, verbleiben am Laufrad 1 gemäß der Erfindung lediglich noch Axialkräfte von ca. 35 Newton. Da herkömmliche Normmotoren, die für den Antrieb derartiger Krei- seipumpen geeignet sind, über ihre Wellen lagerung eine zulässige Axialkraft von ca. 350 Newton aufnehmen können, wird deutlich, daß beim Einsatz des erfindungsgemäßen Laufrades 1 keine besonderen Maßnahmen zur Aufnahme dieser geringen unausgeglichenen Axialkräfte erforderlich sind. Darüber hinaus wird deutlich, daß der Einsatz des vorgeschlagenen Laufrades 1 einen beachtlichen Kostenvorteil mit sich bringt, da die Aufnahme der unausgeglichenen Axialkräfte problemlos in der Lagerung des Normmotors erfolgen kann.

Bei dem beispielhaft dargestellten Laufrad 1 ist die Drehrichtung mit U gekennzeichnet (Figur 1); es handelt sich in diesem Falle um eine rückwärts gekrümmte Beschaufelung, wobei im Ausführungsbeispiel die jeweilige Schaufel in sich einfach gekrümmt ist. Das erfindungsgemäße Prinzip ist jedoch auch ohne weiteres 12

auf rein radial orientierte oder vorwärts gekrümmte Schaufein anwendbar. Die drei Beschaufelungsformen können nun wiederum jeweils räumlich gekrümmte, das heißt dreidimensionale Schaufeln aufweisen. Das gewählte Ausführungsbeispiel bezieht sich darüber hinaus auf ein langsamläufiges Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart (sogenannter Langsam läufer); die vorgeschlagene Erfindung erstreckt sich ohne Einschränkung jedoch auch auf mittelläufige Kreiselpumpenlauf- räder (sogenannte Mittelläufer).

Claims

13Patentansprüche

1. Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart, bei dem eine gerade Anzahl n Schaufeln (3.1 bis 3.n) vorgesehen ist, bei dem der einzelne Schaufelkanal (5.1 bis 5Ln) zwischen den ihn jeweils begrenzenden Schaufeln (3.1;3.2;3.3;...;3.n) entweder von einem Deckscheibensegment (4.1 ;4.3;4.5;...;4.n-1 ) oder von einem Rückflächensegment (4.2;4.4;

4.6;...;4.n), die im jeweiligen Wechsel aufeinanderfolgen, berandet ist, und bei dem jeder Schaufelkanal auf seiner dem jeweiligen Deck- oder Rückflächensegment gegenüberliegenden Seite vom Eintritts- zum Austrittsbereich des Laufrades (1) durchgängig offen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheibensegmente (4.1 ;4.3;4.5;...;

4.n-1) und die Rückflächensegmente (4.2;4.4; 4.6;...;4.n) jeweils eine Durchtrittsöffnung (4.1a;4.3a;4.5a;...;4.n-1a oder 4.2a;4.4a; 4.6a;...;4.na) aufweisen, die alle auf einem inneren Durchmesser beginnen, der bestimmt ist durch eine, in radialer Richtung gesehen, äußerste radiale Nabenausformung (2a) im Eintrittsbereich der Schaufelkanäle, und die sich radial n ch außen erstrecken.

2. Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste radiale Nabenausformung (2a) die Rück- flächensegmente (4.2;4.4;4.6;...;4.n) der Schaufelkanäle (5.2;5.4;5.6;...:5.n flächig und voll umfänglich miteinander verbindet.

3. Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Projektionsflächen der Durchtrittsöffnungen (4.1a bis 4.na) alle kongruent sind. 14

4. Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffπungen (4.1a bis 4.na) jeweils neben ihrer Berandung durch die äußerste radiale Nabenausformung (2a), die einen radialen Abstand (R2) von der Rotationsachse des Laufrades (1) aufweist, durch die Konturen der beiden jeweiligen benachbarten Schaufeln (3.i;3.i+1) und, radial außenseits, von einer kreisförmigen Begrenzung mit einem radialen Abstand (R1) von der Rotationsachse des Laufrades (1) berandet werden.

5. Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Radius (R_a) des Laufrades (1) den radialen Abstand (R1) der außenseitigeh Berandung der Durchtrittsöffnung (4.1a bis 4.na) um einen ersten radialen Abstand (ΔR_F), der aus der notwendigen Festigkeit des Laufrades (1) resultiert, zuzüglich eines zweiten radialen Abstandes (ΔR_V), der aus der geforderten Variationsbreite der Förderhöhenanpassung eines Laufrad-Nenndurchmessers resultiert, übersteigt.

6. Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste radiale Abstand (ΔR_F) mit 10 < (ΔR_F) < 20 mm, vorzugsweise (ΔR_F) = 15 mm, und daß der zweite radiale Abstand (ΔRv) mit 20 < (ΔR_V) < 30 mm, vorzugsweise (ΔR_V) = 25 mm, vorgesehen sind.

^• 7. Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Auslegungspunkt des Laufrades (1) der Schaufelkanal (5.1 bis 5 }) jeweils derart bemessen ist, daß in ihm an keiner Stelle eine absolute Geschwindigkeit vorliegt, deren Betrag eine Geschwindigkeit von 2 m/s nennenswert übersteigt. 15

8. Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Auslegungspunkt des Laufrades (1) einerseits die jeweilige Druckkante (D) der Schaufeln (3.1 bis 3.n) derart ausgelegt ist, daß die Strömung die Druckkante (D) stoßfrei verläßt, und daß anderer- seits die jeweilige Säugkante (S) der Schaufeln (3.1 bis 3.n) derart ausgelegt ist, daß die Strömung die Saugkante (S) bei einem Förderstrom, der den Förderstrom im Auslegungspunkt nennenswert übersteigt, stoßfrei anströmt.

9. Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die stoßfreie Anströmung der Saugkante (S) bei einem

Förderstrom gegeben ist, der den Förderstrom im Auslegungspunkt um etwa das zweifache übersteigt.