EP3268616B1 - Selbstansaugende pumpe - Google Patents
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- EP3268616B1 EP3268616B1 EP16709450.7A EP16709450A EP3268616B1 EP 3268616 B1 EP3268616 B1 EP 3268616B1 EP 16709450 A EP16709450 A EP 16709450A EP 3268616 B1 EP3268616 B1 EP 3268616B1
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- F04D9/041—Priming; Preventing vapour lock using priming pumps; using booster pumps to prevent vapour-lock the priming pump having evacuating action
Definitions
- the invention relates to a self-priming pump according to the preamble of claim 1.
- Self-priming pumps are known in the art and have been used successfully in the process industry for many years.
- Process industry means in particular beverage technology, food technology, pharmacy and biochemistry.
- Such pumps are designed, for example, as self-priming centrifugal pumps.
- a first chamber and a second chamber, in each of which an impeller is arranged, can be provided between the inlet and outlet of such a centrifugal pump.
- Each impeller is part of a pumping stage, with the pumping stage closer to the inlet generating the self-priming property.
- a first self-priming centrifugal pump of this type is in the EP 1 191 228 A2 suggested.
- Another self-priming centrifugal pump is in the DE 10 2007 032 228 A1 shown.
- centrifugal pumps In addition to the centrifugal pump stage, these two centrifugal pumps have a liquid ring pump stage that takes the fluid to be pumped directly from the inlet of the centrifugal pump. With the aid of the liquid ring pump stage, a negative pressure can be generated which sucks in fluid from the line connected to the inlet.
- a return line connects the overpressure area of the centrifugal pump stage with the inlet of the liquid ring pump stage. This ensures a reservoir of liquid that is necessary when starting up the centrifugal pump to generate the liquid ring.
- the impeller of the centrifugal pump stage is connected to the impeller of the liquid ring pump stage via a shaft section which penetrates an opening in a housing wall.
- the shaft section is designed to be cylindrical up to its shaft end facing the impeller of the centrifugal pump.
- a centrifugal pump in the housing of which at least one centrifugal pump impeller is arranged, a first impeller is preceded by an auxiliary rotor that rotates together with it, the auxiliary rotor equipped with screw blades being arranged in a housing section for the inflow of the fluid to be pumped and the screw blades being part of a hub of the primary rotor are.
- the hub of the auxiliary rotor can be provided with a double or multiple flat, with the aid of which a tool can be used to introduce a torque into the auxiliary rotor.
- NPSH Net Positive Suction Head
- holding pressure height This parameter specifies the excess pressure of the fluid to be pumped at the inlet of the pump above the vapor pressure of this fluid in order to avoid cavitation inside the pump. This pressure increase must be generated in the process plant. Therefore, the aim is to have a pump that has the lowest possible NPSH value.
- the self-priming pump has a housing with an inlet and an outlet.
- a first impeller has a first pumping section which is arranged in a first chamber.
- a second impeller carries a second pumping section which is arranged in a second chamber.
- a shaft section is provided between the pump sections, which shaft section comprises a shaft end and penetrates an opening in a housing wall. The flow of the fluid to be pumped, in particular a liquid with gas components, along the shaft section is improved in that the shaft section between a constriction and the shaft end is tapered from the shaft end to the constriction and the first impeller and shaft section form one between the constriction and the first pump section have a smooth course.
- a smooth course in the sense of this text is a surface shape of shaft section and impeller, in which steps, kinks, shoulders and similar structures are designed and their number reduced as much as possible so that eddies in the fluid flowing past are kept to a minimum or in an area that is no longer detectable , are reduced.
- This design of the pump improves the flow conditions between the pump sections. Due to the tapering of the shaft section, the Reduced flow resistance at the narrow point. The enlarged cross section reduces the flow velocity in the area of the shaft section, which reduces the static pressure loss. The smooth course reduces the risk of turbulence. Both of these work together to lower the risk of cavitation occurring, so that a lower pressure increase is necessary.
- the NPSH value of the pump is thus improved compared to the prior art.
- the advantages achieved outweigh the disadvantage with regard to the stability of the second impeller, which results from the constriction and which initially discourages the idea of constricting the shaft.
- the flow course between the shaft sections is improved if the thinnest point of the shaft section is arranged in the second chamber.
- the pump has a structurally simple drive if, according to another development, the first impeller and the second impeller are cantilevered together.
- the shaft section is formed on the second impeller.
- the shaft section is accordingly shaped in such a way that it receives a threaded section of a drive shaft carrying the first impeller. This is an advantageously simple structure which also deepens the advantages with regard to a modular system.
- the first impeller has a first clamping surface which cooperates with a second clamping surface which is formed on the second impeller and via the clamping surfaces a clamping force for clamping the first impeller on a truncated cone which is formed on a drive shaft carrying the first impeller is introduced into the first impeller.
- the second impeller comprises a blade arranged in the manner of a thread on a cylinder. This means a simple, inexpensive production of the second impeller, for example after the DE 20 2004 013 752 U1 .
- the pumping stage with the at least one thread-like blade is additionally improved in its pumping action in that the blade has an extension at its end facing the shaft section.
- the pump in such a way that the first impeller is part of a non-self-priming centrifugal pump.
- an advantageous embodiment is a pump in which the second impeller is part of a liquid ring pump stage.
- the vortex formation in the pumped fluid is advantageously reduced, whereby the occurrence of cavitation is also reduced if the pump is developed in such a way that an end face which is formed on the second impeller on the side facing the shaft section merges smoothly into the shaft section.
- a self-priming centrifugal pump 1 is shown in a perspective view.
- This centrifugal pump 1 comprises a liquid ring pump stage 2 and a non-self-priming centrifugal pump 3.
- An inlet 4 of the self-priming centrifugal pump 1 is assigned to the liquid ring pump stage 2.
- the fluid is then transferred to the centrifugal pump 3.
- the fluid ejected from there leaves the self-priming centrifugal pump 1 through the outlet 5.
- a return line 6 branches off from the centrifugal pump 3. Fluid flows through this return line 6 from the centrifugal pump 1 back into the liquid ring pump stage 2 and is there for the formation of the liquid ring already when the centrifugal pump 1 is started.
- the self-priming centrifugal pump 1 rests on feet 7 and has a cover 8 under which the drive and control means are housed, the pumping action of the self-priming centrifugal pump 1 being controllable with these drive and control means.
- Fig. 2 the self-priming centrifugal pump 1 is shown in a longitudinal section.
- a housing 9 comprising several individual parts accommodates the liquid ring pump stage 2 and the non-self-priming centrifugal pump 3.
- the housing 9 is carried by a lantern 10 which connects to a motor 11.
- This motor 11 is typically designed as an electric motor and is controlled by control electronics 12.
- Motor 11 and control electronics 12 are arranged under cover 8 and are supported by feet 7.
- the motor 11 has a motor shaft 13 to which a drive shaft 14 is detachably and non-rotatably connected.
- This drive shaft 14 carries a first impeller 15 and a second impeller 16.
- the impellers 15 and 16 are jointly overhung by means of the motor shaft 13 and drive shaft 14 and are rotatably supported by the bearings of the motor shaft 13.
- the first impeller 15 is part of the non-self-priming centrifugal pump 3 and has a first pump section 17. This is arranged in a first chamber 18.
- first pump section 17 When the drive shaft 14 rotates, fluid flows in the area of an axis of rotation Drive shaft 14 and thus of the first impeller 15 and is moved by the first pump section 17 radially outward and there in the circumferential direction and placed under pressure.
- the second impeller 16 is part of the liquid ring pumping stage 2 and comprises a second pumping section 19.
- This second pumping section 19 is arranged in a second chamber 20 and designed so that a liquid ring is generated in this when the drive shaft 14 rotates, with an axis of symmetry of the liquid ring being radial is offset to the axis of rotation of the drive shaft.
- the liquid ring and the second impeller 16 arranged eccentrically to it create a negative pressure within the liquid ring pump stage 2, which causes fluid to be sucked in through the inlet 3.
- Detail A is in Fig. 3 shown enlarged and shows a section of the impellers and the area of the connection between the two impellers.
- the drive shaft 14 passes through the housing 9 in the area in which the housing 9 and lantern 10 are connected to one another.
- the lantern 10 surrounds the drive shaft 14.
- An interior of the housing 9 is sealed against the atmosphere by means of a mechanical seal.
- This mechanical seal comprises a rotating sliding ring 21 which is arranged to rotate with the drive shaft 14.
- the rotating sliding ring 21 is in sliding contact with a stationary sliding ring 22 which is mounted in the housing 9 in such a way that it does not rotate with it.
- a further development of the mechanical seal is a flushed version according to the DE 203 16 570 U1 .
- the first chamber 18 is separated from the second chamber 20 by a housing wall 23.
- a housing wall 23 In this housing wall 23 an opening 24 is provided through which a shaft section 25 passes.
- the shaft section 25 is designed as part of the second impeller 16 and comprises a shaft end 26 and a constriction 27.
- the shaft end 26 is in mechanical contact with the first impeller 15.
- the transition point between the first impeller 15 and shaft section 25 is sealed with the aid of a seal 28 .
- the seal 28 is designed as an O-ring, which is received in an adapted contour in such a way that there is no gap between it and the recording remains. This is advantageous for hygienic use, since deposits of dirt are prevented.
- the shaft section 25 is formed between the constriction 27 and the shaft end 26 to taper from the shaft end 26 to the constriction 27.
- a diameter of the shaft section 25 decreases from the transition to the first impeller 15 towards the constriction 27.
- the second impeller 15 and the shaft section 25 have a smooth course between the constriction 27 and the first pump section 17.
- the constriction 27, together with the smooth course, causes a more uniform distribution and reduction of the flow rate in this area of the centrifugal pump. In particular, peaks in the flow velocity are reduced or largely avoided; there is a reduction in velocity over the entire cross section. This will reduce the NPSH value.
- the smooth course is given in the mathematical sense if the intersection curve is in Fig. 3 follows a curve with a steady slope. This means that kinks, steps or paragraphs are avoided as far as this is technically feasible.
- smooth is also given when the seal 28 has an exposed section which interrupts the surface of the shaft section 25 and the first impeller 15 and is exposed piece by piece with a curvature. As long as a predominantly laminar flow can be developed along the surface of the shaft section 25 and the first impeller 15, the course is sufficiently smooth.
- a further improvement of the flow course is given if, as in the example shown, an end face 29 of the second impeller merges with a hollow groove 30 and thus with a smooth course in the shaft section 25. If the shaft section 25 is made in one piece with the second impeller 16, the hollow fillet 30 can be produced particularly easily and smoothly.
- the shaft section reaches its thinnest point in the constriction 27, preferably in the second chamber 20 and / or in the opening 24 in the housing wall 23.
- the constriction 27 can extend in the longitudinal direction of the shaft section. This placement and, if necessary, expansion of the constriction 27 makes it possible to keep the opening 24 small with a large flow passage, so that the functions of Liquid ring pump stage 2 and normal suction centrifugal pump 3 are not impaired despite an increase in the cross-sectional area that can be flowed through.
- the exemplary embodiment shows a connection of the drive shaft 14 with the first impeller 15 and the second impeller 16, which is very well suited to absorbing the forces resulting from the floating bearing and enables high accuracy and small gaps to the housing 9.
- the drive shaft 14 has a truncated cone 31 which ends in a cylindrical threaded section 32.
- This threaded section 32 is received in a thread in the shaft section 25 with the formation of a screw connection.
- the first impeller 15 has a first clamping surface 33, which can be brought into mechanical contact with a second clamping surface 34 formed on the shaft section 25. Establishing the screw connection with the participation of the threaded section 32 brings about clamping forces which are introduced into the first wheel 15 by the second wheel 16 via the first clamping surface 33 and second clamping surface 34 and cause a clamping on the truncated cone 32.
- the second impeller has a cylinder 35 as its base body. At least one thread-like rotating blade 36 is provided on this. This blade 36 is used to generate and maintain a ring of liquid in the second chamber 20 and to convey the gas phase helically through the second chamber 20. This at least one blade 36 forms the second pumping section 19. At its end, the blade has an extension 37 which protrudes beyond the end face 29 in the axial direction. This circulates in the gap that exists between the end of the blade 36 and the housing wall 23 and improves the formation of the liquid ring there.
- a perspective view of the second impeller 16 shows Fig. 4 .
- the second impeller 16 has three blades 36 in this figure and each of the blades has extensions 37 at its end which are oriented in the axial direction. Extensions 37 are provided both on the side facing the inlet 4 and on the side of the shaft section 25.
- the cylinder 35 which is closed with an end disk 38, has a pull-out 39 arranged with it Wrench flats with which the second impeller 16 can be screwed onto the threaded section 32.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine selbstansaugende Pumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Selbstansaugende Pumpen sind im Stand der Technik bekannt und werden seit vielen Jahren erfolgreich in der Prozessindustrie eingesetzt. Prozessindustrie meint hier insbesondere die Getränketechnik, Lebensmitteltechnik, Pharmazie und Biochemie.
- Solche Pumpen sind beispielsweise als selbstansaugende Kreiselpumpen ausgeführt. Zwischen Einlass und Auslass einer solchen Kreiselpumpe können eine erste Kammer und eine zweite Kammer vorgesehen sein, in der jeweils ein Laufrad angeordnet ist. Jedes Laufrad ist Teil einer Pumpstufe, wobei die dem Einlass näherliegende Pumpstufe die selbstansaugende Eigenschaft erzeugt.
- Eine erste selbstansaugende Kreiselpumpe dieser Art ist in der
EP 1 191 228 A2 vorgeschlagen. Eine weitere selbstansaugende Kreiselpumpe ist in derDE 10 2007 032 228 A1 dargestellt. - Diese beiden Kreiselpumpen besitzen zusätzlich zur Kreiselpumpstufe eine Flüssigkeitsringpumpstufe, die zu pumpendes Fluid direkt aus dem Einlass der Kreiselpumpe aufnimmt. Mit Hilfe der Flüssigkeitsringpumpstufe kann ein Unterdruck erzeugt werden, der Fluid aus der an den Einlass angeschlossenen Leitung ansaugt.
- Eine Rückführleitung verbindet den Überdruckbereich der Kreiselpumpstufe mit dem Einlass der Flüssigkeitsringpumpstufe. Hierdurch wird eine Flüssigkeitsvorlage gewährleistet, die beim Anfahren der Kreiselpumpe zur Erzeugung des Flüssigkeitsringes notwendig ist.
- Das Laufrad der Kreiselpumpstufe ist mit dem Laufrad der Flüssigkeitsringpumpstufe über einen Wellenabschnitt verbunden, welcher eine Öffnung einer Gehäusewand durchsetzt. In beiden Fällen ist der Wellenabschnitt bis zu seinem dem Laufrad der Kreiselpumpe zugewandten Wellenende zylindrisch gestaltet.
- Aus
DE 199 18 286 A1 ist eine Kreiselpumpe bekannt, in deren Gehäuse mindestens ein Kreiselpumpenlaufrad angeordnet ist, einem ersten Laufrad ein mit diesem gemeinsam rotierter Vorsatzläufer vorgeschaltet ist, wobei der mit Schraubenschaufeln ausgestattete Vorsatzläufer in einem Gehäuseabschnitt für den Zustrom des zu fördernden Fluids angeordnet ist und die Schraubenschaufeln Bestandteil einer Nabe des Vorsatzläufers sind. Die Nabe des Vorsatzläufers kann mit einem 2- oder Mehrflach versehen sein, mit dessen Hilfe durch ein Werkzeug ein Drehmoment in den Vorsatzläufer eingebracht werden kann. - Weitere selbstansaugende Pumpen sind bekannt aus
EP 2 894 342 A1 undWO 2015/104137 A1 . - Eine bedeutende Kenngröße solcher selbstansaugenden Kreiselpumpen ist der NPSH-Wert. Dabei steht NPSH für "Net Positive Suction Head" und wird oftmals mit dem Begriff "Haltedruckhöhe" gleichgesetzt. Mit dieser Kenngröße wird angegeben, welcher Überdruck des zu pumpenden Fluides am Einlass der Pumpe oberhalb des Dampfdruckes dieses Fluides herrschen muss, um Kavitation im Inneren der Pumpe zu vermeiden. Diese Drucküberhöhung muss in der Prozessanlage erzeugt werden. Daher wird eine Pumpe angestrebt, die einen möglichst niedrigen NPSH-Wert aufweist.
- Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine selbstansaugende Pumpe mit einer verbesserten Haltedruckhöhe vorzustellen.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Pumpe mit den Merkmalen des ersten Anspruchs. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 10 geben vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung an.
- Die selbstansaugende Pumpe besitzt ein Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass. Ein erstes Laufrad besitzt einen ersten Pumpabschnitt, der in einer ersten Kammer angeordnet ist. Ein zweites Laufrad trägt einen zweiten Pumpabschnitt, welcher in einer zweiten Kammer angeordnet ist. Zwischen den Pumpabschnitten ist ein Wellenabschnitt vorgesehen, welcher Wellenabschnitt ein Wellenende umfasst und eine Öffnung einer Gehäusewand durchsetzt. Die Strömung des zu pumpenden Fluides, insbesondere einer Flüssigkeit mit Gasanteilen, entlang des Wellenabschnittes wird verbessert, indem der Wellenabschnitt zwischen einer Einschnürung und dem Wellenende sich von dem Wellenende zu der Einschnürung hin verjüngend ausgeformt ist und erstes Laufrad und Wellenabschnitt zwischen Einschnürung und erstem Pumpabschnitt einen glatten Verlauf aufweisen.
- Ein glatter Verlauf im Sinne dieses Textes ist eine Oberflächenform von Wellenabschnitt und Laufrad, bei der Stufen, Knicke, Absätze und ähnliche Strukturen so gestaltet und ihrer Anzahl möglichst reduziert sind, dass Wirbel im vorbeiströmenden Fluid auf ein Minimum, beziehungsweise in einen nicht mehr feststellbaren Bereich, reduziert sind.
- Diese Gestaltung der Pumpe verbessert die Strömungsverhältnisse zwischen den Pumpabschnitten. Durch die Verjüngung des Wellenabschnitts wird der Strömungswiderstand an der Engstelle verringert. Durch den vergrößerten Querschnitt ist die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Wellenabschnitts verringert, wodurch der statische Druckverlust reduziert wird. Der glatte Verlauf verringert die Gefahr von Verwirbelungen. Beides bewirkt im Zusammenspiel eine Absenkung der Gefahr des Auftretens von Kavitation, so dass eine geringere Drucküberhöhung notwendig ist. Der NPSH-Wert der Pumpe wird somit gegenüber dem Stand der Technik verbessert. Diese erreichten Vorteile überwiegen den Nachteil in Bezug auf die Stabilität des zweiten Laufrades, der sich aus der Einschnürung ergibt und der zunächst von dem Gedanken einer Einschnürung der Welle abhält.
- Der Strömungsverlauf zwischen den Wellenabschnitten wird verbessert, wenn die dünnste Stelle des Wellenabschnitts in der zweiten Kammer angeordnet ist.
- Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen die dünnste Stelle des Wellenabschnitts in der Öffnung anzuordnen. Hierdurch ergibt sich ein großer Durchtrittsquerschnitt für Fluid, so dass eine große Menge Fluid mit reduzierter Strömungsgeschwindigkeit und einer stark reduzierten Anzahl an Wirbeln zwischen den Pumpstufen fließen kann.
- Die Pumpe besitzt einen baulich einfachen Antrieb, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung erstes Laufrad und zweites Laufrad gemeinsam fliegend gelagert sind.
- Nach einer wiederum anderen Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Wellenabschnitt am zweiten Laufrad ausgebildet ist. Hieraus ergeben sich als zusätzliche Vorteile eine einfache Herstellung der Pumpe und die Möglichkeit, ein Baukastensystem selbstansaugenden und nicht selbstansaugenden Pumpen zu erzeugen, bei dem die unterschiedlichen Typen viele Gleichteile aufweisen.
- Eine andere Weiterbildung bezieht sich auf die Verbindung der Laufräder. Der Wellenabschnitt ist demnach so geformt, dass er einen Gewindeabschnitt einer das erste Laufrad tragenden Antriebswelle aufnimmt. Dies ist ein vorteilhaft einfacher Aufbau, der zudem die Vorteile hinsichtlich eines Baukastensystems vertieft.
- Eine im Rahmen dieser Erfindung befindliche Weiterbildung der Pumpe ist, dass das erste Laufrad eine erste Klemmfläche aufweist, die mit einer zweiten Klemmfläche, die am zweiten Laufrad ausgebildet ist, zusammenwirkt und über die Klemmflächen eine Klemmkraft zur Klemmung des ersten Laufrads auf einem Kegelstumpf, der an einer das erste Laufrad tragenden Antriebswelle ausgebildet ist, in das erste Laufrad eingeleitet wird. Dies ist ein einfacher, kostengünstiger Aufbau, der vorteilhaft gleichzeitig die Befestigung beider Laufräder bewirkt.
- Das zweite Laufrad umfasst eine gewindeartig auf einem Zylinder angeordnete Schaufel. Dies bedeutet eine einfache, kostengünstige Herstellung des zweiten Laufrades, beispielsweise nach der
DE 20 2004 013 752 U1 . - Die Pumpstufe mit der wenigstens einen gewindeartigen Schaufel wird in ihrer Pumpwirkung zusätzlich verbessert, indem die Schaufel an ihrem dem Wellenabschnitt zugewandten Ende eine Verlängerung aufweist.
- Für die vorgenannten Anwendungen im hygienischen bis aseptischen Bereich ist es vorteilhaft, die Pumpe so auszuführen, dass das erste Laufrad Teil einer normalsaugenden Zentrifugalpumpe ist.
- Ebenfalls im Hinblick auf die Anwendung und gerade im Zusammenwirken mit einer Zentrifugalpumpstufe ist eine vorteilhafte Ausführungsform eine Pumpe bei der das zweite Laufrad Teil einer Flüssigkeitsringpumpstufe ist.
- Die Wirbelbildung im gepumpten Fluid wird vorteilhaft verringert, wodurch das Auftreten von Kavitation ebenfalls verringert wird, wenn die Pumpe derart weitergebildet ist, dass eine Stirnfläche, die an dem zweiten Laufrad auf der dem Wellenabschnitt zugewandten Seite ausgebildet ist, glatt in den Wellenabschnitt übergeht.
- Anhand eines Ausführungsbeispiels und seiner Weiterbildungen sollen die Erfindung näher erläutert und die Darstellung der Wirkungen und Vorteile vertieft werden.
- Es zeigen:
- Fig. 1:
- Perspektivischer Blick auf eine selbstansaugende Kreiselpumpe;
- Fig. 2:
- Längsschnitt durch eine selbstansaugende Kreiselpumpe;
- Fig. 3:
- Schnitt durch Detailansicht A;
- Fig. 4:
- Perspektivische Darstellung des zweiten Laufrades.
- In
Fig. 1 ist eine selbstansaugende Kreiselpumpe 1 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Diese Kreiselpumpe 1 umfasst eine Flüssigkeitsringpumpstufe 2 und eine normalsaugende Zentrifugalpumpe 3. Der Flüssigkeitsringpumpstufe 2 ist ein Einlass 4 der selbstansaugenden Kreiselpumpe 1 zugeordnet. Fluid, insbesondere Flüssigkeit, der unter Umständen Gas beigemengt ist, tritt durch den Einlass 4 der Kreiselpumpe 1 ein und gelangt zunächst in die Flüssigkeitsringpumpstufe 2. - Anschließend wird das Fluid an die Zentrifugalpumpe 3 übergeben. Das von dort ausgestoßene Fluid verlässt durch den Auslass 5 die selbstansaugende Kreiselpumpe 1. Eine Rückführleitung 6 zweigt von der Zentrifugalpumpe 3 ab. Fluid strömt durch diese Rückführleitung 6 aus der Kreiselpumpe 1 zurück in die Flüssigkeitsringpumpstufe 2 und steht dort für die Ausbildung des Flüssigkeitsrings schon beim Starten der Kreiselpumpe 1 zur Verfügung.
- Die selbstansaugende Kreiselpumpe 1 ruht auf Füßen 7 und besitzt eine Abdeckung 8, unter der Antriebs- und Steuermittel untergebracht sind, wobei mit diesen Antriebs- und Steuermitteln die Pumpwirkung der selbstansaugenden Kreiselpumpe 1 steuerbar ist.
- In
Fig. 2 ist die selbstansaugende Kreiselpumpe 1 in einem Längsschnitt dargestellt. - Ein mehrere Einzelteile umfassendes Gehäuse 9 beherbergt die Flüssigkeitsringpumpstufe 2 und die normalsaugende Zentrifugalpumpe 3. Das Gehäuse 9 wird von einer Laterne 10 getragen, welche eine Verbindung zu einem Motor 11 herstellt. Dieser Motor 11 ist typischerweise als Elektromotor ausgeführt und wird von einer Steuerelektronik 12 angesteuert. Motor 11 und Steuerelektronik 12 sind unter der Abdeckung 8 angeordnet und werden von den Füßen 7 getragen.
- Der Motor 11 besitzt eine Motorwelle 13, mit welcher eine Antriebswelle 14 lösbar und drehfest verbunden ist. Diese Antriebswelle 14 trägt ein erstes Laufrad 15 und ein zweitens Laufrad 16. Die Laufräder 15 und 16 sind mittels Motorwelle 13 und Antriebswelle 14 gemeinsam fliegend gelagert und werden von den Lagern der Motorwelle 13 drehbar unterstützt.
- Das erste Laufrad 15 ist Teil der normalsaugenden Zentrifugalpumpe 3 und weist einen ersten Pumpabschnitt 17 auf. Dieser ist in einer ersten Kammer 18 angeordnet. Bei Drehung der Antriebswelle 14 strömt Fluid im Bereich einer Rotationsachse der Antriebswelle 14 und damit des ersten Laufrades 15 ein und wird von dem ersten Pumpabschnitt 17 radial nach außen und dort in Umfangsrichtung bewegt und unter Druck gesetzt.
- Das zweite Laufrad 16 ist Teil der Flüssigkeitsringpumpstufe 2 und umfasst einen zweiten Pumpabschnitt 19. Dieser zweite Pumpabschnitt 19 ist in einer zweiten Kammer 20 angeordnet und so ausgebildet, dass in dieser bei Drehung der Antriebswelle 14 ein Flüssigkeitsring erzeugt wird, wobei eine Symmetrieachse des Flüssigkeitsrings radial zur Rotationsachse der Antriebswelle versetzt ist. Durch den Flüssigkeitsring und dem zu ihm exzentrisch angeordneten zweiten Laufrad 16 entsteht ein Unterdruck innerhalb der Flüssigkeitsringpumpstufe 2, der ein Ansaugen von Fluid durch den Einlass 3 bewirkt.
- Die Detailansicht A ist in
Fig. 3 vergrößert dargestellt und zeigt einen Ausschnitt aus den Laufrädern und dem Bereich der Verbindung beider Laufräder miteinander. - Die Antriebswelle 14 durchsetzt das Gehäuse 9 in dem Bereich, in dem Gehäuse 9 und Laterne 10 miteinander verbunden sind. Dabei umgibt die Laterne 10 die Antriebswelle 14. Die Abdichtung eines Innenraumes des Gehäuses 9 gegen die Atmosphäre erfolgt mittels einer Gleitringdichtung. Diese Gleitringdichtung umfasst einen rotierenden Gleitring 21, der mit der Antriebswelle 14 mitdrehend angeordnet ist. Der rotierende Gleitring 21 steht in gleitendem Kontakt mit einem stehenden Gleitring 22, der derart im Gehäuse 9 montiert ist, dass er nicht mitrotiert. Eine Weiterbildung der Gleitringdichtung ist eine gespülte Ausführung nach der
DE 203 16 570 U1 . - Die erste Kammer 18 ist von der zweiten Kammer 20 durch eine Gehäusewand 23 getrennt. In dieser Gehäusewand 23 ist eine Öffnung 24 vorgesehen, welche von einem Wellenabschnitt 25 durchsetzt wird.
- Der Wellenabschnitt 25 ist als Teil des zweiten Laufrades 16 ausgeführt und umfasst ein Wellenende 26 und eine Einschnürung 27. Das Wellenende 26 steht in mechanischem Kontakt mit dem ersten Laufrad 15. Die Übergangsstelle zwischen erstem Laufrad 15 und Wellenabschnitt 25 ist mit Hilfe einer Dichtung 28 abgedichtet. Die Dichtung 28 ist als Rundschnurring ausgeführt, der in einer angepassten Kontur derart aufgenommen ist, dass kein Spalt zwischen ihm und der Aufnahme verbleibt. Dies ist für hygienische Anwendung vorteilhaft, da Ablagerungen von Schmutz verhindert werden.
- Der Wellenabschnitt 25 ist zwischen der Einschnürung 27 und dem Wellenende 26 sich von dem Wellenende 26 zu der Einschnürung 27 hin verjüngend ausgeformt. Ein Durchmesser des Wellenabschnitts 25 nimmt vom Übergang zum ersten Laufrad 15 zur Einschnürung 27 hin ab. Zugleich weisen zweites Laufrad 15 und Wellenabschnitt 25 zwischen Einschnürung 27 und erstem Pumpabschnitt 17 einen glatten Verlauf auf. Die Einschnürung 27 bewirkt zusammen mit dem glatten Verlauf eine gleichmäßigere Verteilung und Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit in diesem Bereich der Kreiselpumpe. Insbesondere werden Spitzen der Strömungsgeschwindigkeit verringert bis weitgehend vermieden, es findet eine Geschwindigkeitsverringerung über den gesamten Querschnitt statt. Hierdurch wird der NPSH-Wert verringert.
- Der glatte Verlauf ist im mathematischen Sinn gegeben, wenn die Schnittkurve in
Fig. 3 einer Kurve mit stetiger Steigung folgt. Dies bedeutet, dass Knicke, Stufen oder Absätze vermieden werden soweit dies technisch machbar ist. In Rahmen dieser Erfindung glatt ist auch gegeben, wenn die Dichtung 28 einen freiliegenden Abschnitt besitzt, der die Oberfläche von Wellenabschnitt 25 und erstem Laufrad 15 unterbricht und stückweise mit einer Wölbung freiliegt. Solange eine überwiegend laminare Strömung entlang der Oberfläche von Wellenabschnitt 25 und erstem Laufrad 15 ausbildbar bleibt, ist ein hinreichend glatter Verlauf gegeben. - Eine weitere Verbesserung des Strömungsverlaufes ist gegeben, wenn wie im gezeigten Beispiel eine Stirnfläche 29 des zweiten Laufrades mit einer Hohlkehle 30 und dadurch mit einem glatten Verlauf in den Wellenabschnitt 25 übergeht. Ist der Wellenabschnitt 25 einteilig mit dem zweiten Laufrad 16 ausgeführt, ist die Hohlkehle 30 besonders einfach und glatt herstellbar.
- Der Wellenabschnitt erreicht in der Einschnürung 27 seine dünnste Stelle vorzugsweise in der zweiten Kammer 20 und/oder in der Öffnung 24 in der Gehäusewand 23. Die Einschnürung 27 kann wie dargestellt eine Ausdehnung in Längsrichtung des Wellenabschnitts besitzen. Durch diese Platzierung und gegebenenfalls Ausdehnung der Einschnürung 27 ist es möglich, bei großem Strömungsdurchlass die Öffnung 24 klein zu halten, so dass die Funktionen von Flüssigkeitsringpumpstufe 2 und normalsaugender Zentrifugalpumpe 3 trotz Erhöhung der durchströmbaren Querschnittsfläche nicht beeinträchtigt werden.
- Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Verbindung der Antriebswelle 14 mit erstem Laufrad 15 und zweitem Laufrad 16, die zur Aufnahme der aus der fliegenden Lagerung resultierenden Kräfte sehr gut geeignet ist und dabei eine hohe Genauigkeit und geringe Spalte zum Gehäuse 9 ermöglicht.
- Die Antriebswelle 14 weist an seinem der Motorwelle13 abgewandten Ende einen Kegelstumpf 31 auf, der in einem zylindrischen Gewindeabschnitt 32 endet. Diese Gewindeabschnitt 32 ist in einem Gewinde im Wellenabschnitt 25 unter Ausformung einer Schraubverbindung aufgenommen. Das erste Laufrad 15 weist eine erste Klemmfläche 33 auf, die mit einer am Wellenabschnitt 25 ausgebildeten zweiten Klemmfläche 34 in mechanischen Kontakt bringbar ist. Herstellen der Schraubverbindung unter Beteiligung des Gewindeabschnitts 32 bewirkt Klemmkräfte die vom zweiten Laufrad 16 über erste Klemmfläche 33 und zweite Klemmfläche 34 in das erste Laufrad 15 eingeleitet werden und eine Klemmung auf den Kegelstumpf 32 bewirken.
- Das zweite Laufrad weist als Grundkörper einen Zylinder 35 auf. Auf diesem ist wenigstens eine gewindeartig umlaufende Schaufel 36 vorgesehen. Diese Schaufel 36 dient zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Flüssigkeitsringes in der zweiten Kammer 20 sowie zur schraubenartigen Durchförderung der Gasphase durch die zweite Kammer 20. Diese wenigstens eine Schaufel 36 bildet den zweiten Pumpabschnitt 19. An ihrem Ende weist die Schaufel eine Verlängerung 37 auf, welche in axialer Richtung über die Stirnfläche 29 hinausragt. Diese läuft in dem Spalt um, der zwischen dem Ende der Schaufel 36 und der Gehäusewand 23 besteht und verbessert dort die Ausbildung des Flüssigkeitsringes.
- Einen perspektivischen Blick auf das zweite Laufrad 16 zeigt
Fig. 4 . Das zweite Laufrad 16 hat in dieser Abbildung drei Schaufeln 36 und jede der Schaufeln weist an ihrem Ende Verlängerungen 37 auf, die in axialer Richtung orientiert sind. Verlängerungen 37 sind sowohl auf der dem Einlass 4 zugewandten Seite als auch auf der Seite des Wellenabschnitts 25 vorgesehen. Der Zylinder 35, der mit einer Stirnscheibe 38 verschlossen ist, besitzt einen Auszug 39 mit angeordneten Schlüsselflächen, mit dem das zweite Laufrad 16 auf den Gewindeabschnitt 32 aufschraubbar ist. -
- 1
- selbstansaugende Kreiselpumpe
- 2
- Flüssigkeitsringpumpstufe
- 3
- normalsaugende Zentrifugalpumpe
- 4
- Einlass
- 5
- Auslass
- 6
- Rückführleitung
- 7
- Füße
- 8
- Abdeckung
- 9
- Gehäuse
- 10
- Laterne
- 11
- Motor
- 12
- Steuerelektronik
- 13
- Motorwelle
- 14
- Antriebswelle
- 15
- erstes Laufrad
- 16
- zweites Laufrad
- 17
- erster Pumpabschnitt
- 18
- erste Kammer
- 19
- zweiter Pumpabschnitt
- 20
- zweite Kammer
- 21
- rotierender Gleitring
- 22
- stehender Gleitring
- 23
- Gehäusewand
- 24
- Öffnung
- 25
- Wellenabschnitt
- 26
- Wellenende
- 27
- Einschnürung
- 28
- Wellendichtung
- 29
- Stirnfläche
- 30
- Hohlkehle
- 31
- Kegelstumpf
- 32
- Gewindeabschnitt
- 33
- erste Klemmfläche
- 34
- zweite Klemmfläche
- 35
- Zylinder
- 36
- Schaufel
- 37
- Verlängerung
- 38
- Stirnscheibe
- 39
- Auszug
- A
- Detailansicht
Claims (10)
- Selbstansaugende Pumpe (1) mit einem Gehäuse (9), einem Einlass (4) und einem Auslass (5), mit einem ersten Laufrad (15) mit einem ersten Pumpabschnitt (17), welcher in einer ersten Kammer (18) angeordnet ist, und einem zweiten Laufrad (16) mit einem zweiten Pumpabschnitt (19), welcher in einer zweiten Kammer (20) angeordnet ist, und einem zwischen den Pumpabschnitten (17, 19) vorgesehenen Wellenabschnitt (25), welcher Wellenabschnitt (25) ein Wellenende (26) umfasst und eine Öffnung (24) einer Gehäusewand (23) durchsetzt, wobei der Wellenabschnitt (25) zwischen einer Einschnürung (27) und dem Wellenende (26) sich von dem Wellenende (26) zu der Einschnürung (27) hin verjüngend ausgeformt ist und erstes Laufrad (15) und Wellenabschnitt (25) zwischen Einschnürung (27) und erstem Pumpabschnitt (17) einen glatten Verlauf aufweisen, wobei das zweite Laufrad (16) eine gewindeartig auf einem Zylinder (35) angeordnete Schaufel (36) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel (36) an ihrem
dem Wellenabschnitt (25) zugewandten Ende eine Verlängerung (37) aufweist. - Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dünnste Stelle des Wellenabschnitts(25) in der zweiten Kammer (20) angeordnet ist.
- Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dünnste Stelle des Wellenabschnitts (25) in der Öffnung (24) angeordnet ist.
- Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass erstes Laufrad (15) und zweites Laufrad (16) gemeinsam fliegend gelagert sind. - Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Wellenabschnitt (25) am zweiten Laufrad (16) ausgebildet ist. - Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Wellenabschnitt (25) einen Gewindeabschnitt (32) einer das erste Laufrad (15) tragenden Antriebswelle (14) aufnimmt. - Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Laufrad (15) eine erste Klemmfläche (33) aufweist, die mit einer zweiten Klemmfläche (34), die am zweiten Laufrad (16) ausgebildet ist, zusammenwirkt und über die Klemmflächen (33, 34) eine Klemmkraft zur Klemmung des ersten Laufrads (15) auf einem Kegelstumpf (31), der an einer das erste Laufrad (15) tragenden Antriebswelle (14) ausgebildet ist, in das erste Laufrad (15) eingeleitet wird.
- Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das erste Laufrad (15) Teil einer normalsaugenden Zentrifugalpumpe ist. - Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das zweite Laufrad (16) Teil einer Flüssigkeitsringpumpstufe ist. - Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Stirnfläche (29), die an dem zweiten Laufrad (16) auf der dem Wellenabschnitt (25) zugewandten Seite ausgebildet ist, glatt in den Wellenabschnitt (25) übergeht.
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