EP3303845B1

EP3303845B1 - Selbstansaugende pumpenaggregation

Info

Publication number: EP3303845B1
Application number: EP16726880.4A
Authority: EP
Inventors: Simon Anderson; Stephan Dirks; Christoph Wabnitz
Original assignee: GEA Tuchenhagen GmbH
Current assignee: GEA Tuchenhagen GmbH
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2016-06-03
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2036-06-03
Also published as: CN107820544A; CN107820544B; ES2748809T3; PL3303845T3; EP3303845A1; DE102015007100A1; US10634145B2; WO2016198334A1; US20180340523A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft eine selbstansaugende Pumpenaggregation, die eine Hintereinanderschaltung einer als rotierende Verdrängerpumpe arbeitenden Flüssigkeitsringpumpe und einer normalsaugenden Zentrifugalpumpe darstellt, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft in diesem Zusammenhang insbesondere die flüssigkeitsführende Rückführleitung, die den Ringkanal der Zentrifugalpumpe mit dem Innenraum der Verdrängerpumpe verbindet, wobei die Rückführleitung ringkanalseitig über die erste Anschlussöffnung ausmündet, die in der lateral zur Laufradebene verlaufenden lateralen Begrenzungsfläche des Ringkanals angeordnet ist.

STAND DER TECHNIK

Eine selbstansaugende Pumpenaggregation der gattungsgemäßen Art ist aus der DE 10 2007 032 228 A1 und aus der nachangemeldeten WO 2009/007075 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Pumpenaggregation wird eine zum Ansaugen einer Flüssigkeit notwendige Evakuierung des saugseitigen Bereichs der normalsaugenden Zentrifugalpumpe durch die der Zentrifugalpumpe vorgeordnete rotierende Verdrängerpumpe bewerkstelligt. Die als sog. Flüssigkeitsringpumpe ausgebildete rotierende Verdrängerpumpe ist, bei hinreichender Flüssigkeitsvorlage in ihrem Gehäuse, in der Lage, Gas zu fördern und kann somit eine vorgeordnete Prozessanordnung evakuieren und Flüssigkeit oder eine aus Flüssigkeit und Gas bestehende Zweiphasenströmung ansaugen und fördern. Sobald Flüssigkeit angesaugt ist und in die Verdrängerpumpe und damit in die nachgeordnete Zentrifugalpumpe eintritt und letztere flutet, übernimmt die Zentrifugalpumpe im Wesentlichen die Förderung der Flüssigkeit oder ggf. in Grenzen der Zweiphasenströmung entsprechend ihrer durch die Strömungsverluste in der vorgeordneten Verdrängerpumpe beeinflussten Förderkennlinie.
Die Verdrängerpumpe benötigt zur ständigen Betriebsbereitschaft vor einer ggf. notwendig werdenden Evakuierung der saugseitig angeschlossenen Prozessanordnung stets die erwähnte hinreichende Flüssigkeitsvorlage, damit die von ihrer Förderschnecke gebildete Förderkammer im Bedarfsfall den notwendigen Gastransport sicherstellen kann. Diese Flüssigkeitsvorlage wird neben der Versorgung über die Saugleitung der Pumpenaggregation zusätzlich auch gespeist und aufrechterhalten durch eine Rückführleitung für Fluid, die eine Verbindung herstellt zwischen einem, in Strömungsrichtung gesehen, dem Laufrad nachgeordneten druckseitigen Innenraum der Zentrifugalpumpe einerseits (eine erste Anschlussstelle bzw. erste Anschlussöffnung) und andererseits dem Innenraum des Gehäuses oder dem Saugstutzen der Verdrängerpumpe oder der an letztere angeschlossenen Saugleitung (eine zweite Anschlussstelle bzw. zweite Anschlussöffnung).
Da über die Rückführleitung die Flüssigkeitsvorlage der Verdrängerpumpe gespeist werden soll, ist es wünschenswert und vorteilhaft, wenn diese Rückführleitung vorrangig mit Flüssigkeit beaufschlagt wird. Die Fluidförderung in der Rückführleitung ist jedoch zwangsläufig ein Abbild dessen, was an der ersten Anschlussstelle bzw. ersten Anschlussöffnung der Rückführleitung am druckseitigen Innenraum an Fluid jeweils zur Verfügung steht. Abhängig von den jeweiligen Prozessbedingungen wird von der Pumpenaggregation und damit auch von der Zentrifugalpumpe im Bereich des vorg. druckseitigen Innenraums von ausschließlich Flüssigkeit bis zu ausschließlich Gas jede Zweiphasenströmung, gebildet aus Flüssigkeit und Gas in jeweils gegebenen Anteilen, gefördert, so dass die bekannte Rückführleitung auch zwangsläufig von dieser jeweiligen Zweiphasenströmung beaufschlagt ist.
Aus dem vorg. Stand der Technik ist bekannt, die Rückführleitung an den Ringkanal anzuschließen, der integraler Teil des druckseitigen Innenraums ist, und die diesbezügliche erste Anschlussöffnung an einer radial oder annähernd radial orientierten lateralen Begrenzungsfläche, die Teil des hinteren Gehäuseteils ist und den Ringkanal in axialer Richtung in Form einer Ringfläche stirnseitig begrenzt, vorzusehen. In diesem Ringkanal, der als spiralförmiger Ringkanal oder auch als schaufelloser Ringraum mit konstantem Durchtrittsquerschnitt ausgebildet sein kann, wird die Strömung verzögert, wodurch sich ein Teil der kinetischen Energie der das Laufrad verlassenden Strömung in statischen Druck umwandelt, so dass der statische Druck im Ringkanal insgesamt ansteigt. Der statische Druck wird, in hinreichender Höhe gegenüber dem statischen Druck in der Verdrängerpumpe, zum Fluidtransport in der Rückführleitung benötigt. Durch die Anordnung der ersten Anschlussöffnung an der vorstehend beschriebenen radialen oder annähernd radial orientierten lateralen Begrenzungsfläche wird der Sachverhalt genutzt, dass sich bei zumindest nicht allzu kritischer Zweiphasenströmung bevorzugt Flüssigkeit in diesem Bereich befindet und dort "geerntet" werden kann, da Gasbestandteile diesen, in axialer Richtung gesehen, hintersten, stirnseitigen Wandbereich des Ringkanals oder schaufelfreien Ringraumes nach Möglichkeit meiden.
Es ist weiterhin aus dem vorgenannten Stand der Technik bekannt, die erste Anschlussöffnung derart in Bezug auf den Druckstutzen der Zentrifugalpumpe zu positionieren, dass eine Anordnungsebene, die durch einen radialen Richtungsvektor geht, der einerseits durch den Mittelpunkt der ersten Anschlussöffnung und andererseits durch die Drehachse der Pumpenaggregation verläuft, von der Längsachse des Druckstutzens senkrecht durchdrungen wird. Dabei ist vorzugsweise, weil sich dies fertigungstechnisch anbietet, eine Längsachse der ersten Anschlussöffnung bzw. der Rückführleitung mittig oder annähernd mittig zum radialen Erstreckungsbereich der lateralen Begrenzungsfläche angeordnet.
Gleichwohl bleibt das verbesserte Ernten von Fluid im Bereich der Anschlussöffnung, insbesondere in deren Zuström- und Einlaufbereich, ein weiterhin bestehendes Ziel. Darüber hinaus hat sich herausgestellt, dass durch die mit der Zweiphasenströmung unvermeidbar geernteten Gasbeimengungen im Einlaufbereich und dem sich unmittelbar anschließenden Rohrbereich der Rückführleitung zusätzliche Strömungsverluste entstehen, die sich im Zusammenwirken mit dem Homogenisierungseffekt in der Rückführleitung nachteilig auf die Speisung der Verdrängerpumpe und damit letztlich auf das Ansaugvermögen der gesamten Pumpenaggregation auswirken.
Aus EP 1 191 228 A2 ist eine selbstansaugende Zentrifugalpumpe bekannt, bei der zur Verbesserung der Strömung zu und in der Rückführleitung ein Regelventil in der Rückführleitung angeordnet ist. Aus GB 1 292 194 A ist eine separate Luftseparationskammer bekannt, die Turbulenzen während der Selbstansaugphase verringern soll. Aus EP 0 936 356 A1 ist eine selbstansaugende Zentrifugalpumpe bekannt, bei der durch einen mit einem Rückführkanal versehenen Diffusor und einen dazu gehörigen Ablenker eine Reduktion der Fluidgeschwindigkeit erreicht werden soll.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine selbstansaugende Pumpenaggregation der gattungsgemäßen Art derart weiterzuentwickeln, dass die strömungstechnischen Bedingungen für die Strömung von Fluiden zu und in der Rückführleitung verbessert werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe wird durch eine selbstansaugende Pumpenaggregation mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung geht in an sich bekannter Weise aus von einer selbstansaugenden Pumpenaggregation, die eine Hintereinanderschaltung einer als rotierende Verdrängerpumpe arbeitenden Flüssigkeitsringpumpe und einer normalsaugenden Zentrifugalpumpe darstellt. Die Zentrifugalpumpe weist in einem mit einer Einlassöffnung und einem Druckstutzen versehenen Gehäuse eine drehbar gelagerte Welle mit einem Laufrad auf. Das Gehäuse besteht dabei vorzugsweise, in Strömungsrichtung gesehen, aus einem vorderen und einem hinteren Gehäuseteil, und es bildet, neben dem das Laufrad aufnehmenden Bereich, einen Ringkanal aus, der den Bereich des Laufrades radial außenseits entweder in der Laufradebene und/ oder in wenigstens einem axial benachbarten Bereich umschließt. Am vorderen Gehäuseteil ist koaxial die Einlassöffnung angeordnet, wobei ein von einem Gehäusemantel der Verdrängerpumpe begrenzter Innenraum über die Einlassöffnung mit einem saugseitigen Innenraum der Zentrifugalpumpe verbunden ist. In dem Gehäusemantel ist eine Förderschnecke angeordnet, die auf der durch das Laufrad hindurch- und in den Gehäusemantel eingreifenden Welle befestigt ist. Es ist eine flüssigkeitsführende Rückführleitung vorgesehen, die den Ringkanal mit dem Innenraum verbindet, wobei die Rückführleitung ringkanalseitig über eine erste Anschlussöffnung ausmündet, die in einer lateral zur Laufradebene verlaufenden lateralen Begrenzungsfläche des Ringkanals angeordnet ist.
Der grundlegende erfinderische Lösungsgedanke besteht darin, dass die erste Anschlussöffnung eine eine Längsachse der ersten Anschlussöffnung sektoral umschließende Ausbuchtung besitzt. Letztere ist einseitig und zum Zentrum der Pumpenaggregation hin orientiert, und sie erweitert stetig die erste Anschlussöffnung zum Ringkanal hin unmittelbar oder mittelbar. An ihrem dem Ringkanal zugewandten Endabschnitt geht die Ausbuchtung mit einer Übergangsfläche in die laterale Begrenzungsfläche oder in eine sich an letztere anschließende innere Umfangswand des Ringkanals stetig über.
Das Merkmal der "stetigen" Erweiterung oder des "stetigen" Überganges soll im Sinne der bekannten Arten der mathematischen Stetigkeit verstanden werden. Dies bedeutet, dass die Zusammensetzung einer erfindungsgemäßen Übergangskurve, die sich als solche in einem gewählten Querschnitt einer zugeordneten Übergangsfläche darstellt, aus kleinen Stücken oder Kurvensegmenten erfolgt. Für diese Zusammensetzung besteht dann die Anforderung, dass die Kurven innerhalb der einzelnen Segmente stetig sein sollen und dass in den Anschlusspunkten Stetigkeitsbedingungen gelten sollen. Dadurch wird im Ergebnis stoßfreier Eintritt der Strömung in die erste Anschlussöffnung und damit auch in die Rückführleitung sichergestellt.
Diese Merkmale führen nicht vorhersehbar im Zusammenwirken mit der Umfangsgeschwindigkeit im Ringkanal einerseits und einer sich infolge der gekrümmten Strömung im Ringkanal ausbildenden ersten Sekundärströmung und einer gegensinnigen zweiten Sekundarströmung andererseits zu einer reduzierten Geschwindigkeit im Einlaufbereich zur ersten Anschlussöffnung. Diese Reduzierung der Geschwindigkeit resultiert aus einer Rezirkulationsströmung im Einlaufbereich zur ersten Anschlussöffnung, wodurch sich dort quasi ein Totwasserbereich ausbildet. Die Rezirkulationsströmung ist in die Ausbuchtung hin radial verlagert und der aus diesem Strömungseffekt resultierende Totwasserbereich, ein erster Strömungsbereich, ist randständig im Ringkanal positioniert. Im Ergebnis werden die Zuströmbedingungen im Einlaufbereich zur ersten Anschlussöffnung dadurch verbessert. Die Reduzierung der Geschwindigkeit im Einlaufbereich führt darüber hinaus dort zu einer Erhöhung des statischen Druckes, wodurch sich gegenüber Lösungen nach dem Stand der Technik die die Strömung in der Rückführleitung bewirkende Druckdifferenz erhöht und die Ansaugzeit der Pumpenaggregation vermindert.
Weiterhin führt die erfindungsgemäße Maßnahme zu einer Verminderung der Strömungswirbel in der Rücklaufleitung. Diese reduzierte Turbulenz, die insbesondere im sich dem Einlaufbereich unmittelbar anschließenden Rohrbereich der Rückführleitung nachzuweisen ist, reduziert die Strömungsverluste und den Homogenisierungseffekt in der Rückführleitung (Einmischung, Zerteilung und Verteilung der Gasbeimengungen in die Flüssigkeit), wodurch sich die Ansaugzeit weiter reduziert und die Speisung der Verdrängerpumpe weiter verbessert wird.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung des Gehäuses der Zentrifugalpumpe kommen die erfindungswesentlichen Merkmale in besonderer Weise zur Geltung. Diese Ausgestaltung sieht vor, dass der vordere Gehäuseteil die eine äußere Umfangswand des Ringkanals bildende, kreisförmige, im Wesentlichen sich zylindrisch erstreckende äußere Ringkanal-Gehäusewand und den aus letzterer ausmündenden Druckstutzen aufweist, der tangential an die äußere Ringkanal-Gehäusewand angeschlossen ist. Der hintere Gehäuseteil weist die die innere Umfangswand des Ringkanals ausbildende innere Ringkanal-Gehäusewand auf, die vorzugsweise parallel zur äußeren Ringkanal-Gehäusewand verläuft. Dabei ist der Ringkanal in einem der Laufradebene axial benachbarten Bereich ausgebildet, der, in Strömungsrichtung gesehen, hinter dem Laufrad und ausschließlich außerhalb des vom Laufrad erfassten Bereichs liegt. Die laterale Begrenzungsfläche ist Teil des hinteren Gehäuseteils, die vorzugsweise radial ausgerichtet ist und den Ringkanal in axialer Richtung als hinterster, stirnseitiger Wandbereich berandet.
Bei allen vorstehend definierten Ausgestaltungen des Gehäuses der Zentrifugalpumpe werden die Zuströmbedingungen zur und die Einlaufbedingungen in die erste Anschlussöffnung und damit in die Rückführleitung weiter verbessert und es wird die Rezirkulationsströmung verstärkt und nachhaltig generiert, wenn, wie dies vorgesehen ist, die erste Anschlussöffnung zum Ringkanal hin zunächst in Form einer Ansenkung aufgeweitet ist. Die erfindungsgemäße Ausbuchtung greift bei dieser Ausführungsform in axialer Richtung in die Ansenkung ein oder durch die Ansenkung hindurch, wodurch sich eine stetige Querschnittserweiterung des beschriebenen Bereichs zum Ringkanal hin ergibt. Greift die Ausbuchtung nur in die Ansenkung hinein, dann erweitert sich auch nur die Ansenkung zum Ringkanal hin. Greift sie durch die Ansenkung hindurch, dann erweitert sich, in Durchströmungsrichtung der Rückführleitung gesehen, bereits die erste Anschlussöffnung zum Ringkanal hin. Die Ansenkung kann dabei in radialer Richtung von der Ausbuchtung vollständig oder auch nur teilweise überdeckt werden. Die Ansenkung kann beispielsweise kegelig, kegelförmig, konisch im weitesten Sinne oder tulpenförmig ausgeführt sein. Sie ist bevorzugt axialsymmetrisch und koaxial zur Längsachse der ersten Anschlussöffnung ausgebildet, wodurch sich ihre spangebende Formung signifikant vereinfacht.
Eine weitere Verbesserung der Zuströmbedingungen zur und der Einlaufbedingungen in die erste Anschlussöffnung und damit in die Rückführleitung stellt sich ein, wenn, wie dies ein anderer Vorschlag vorsieht, die Längsachse der ersten Anschlussöffnung außermittig zum radialen Erstreckungsbereich der lateralen Begrenzungsfläche und radial nach innen versetzt angeordnet ist. Diese Maßnahme leistet einen weiteren Beitrag zur Verstärkung und nachhaltigen Generierung der vorstehend bereits beschriebenen Rezirkulationsströmung. Es ist im Zusammenhang mit dem vorstehend definierten radialen Versatz der Längsachse weiterhin von Vorteil, wenn diese bis auf einen halben Innendurchmesser der Rückführleitung von der den Ringkanal radial innenseits begrenzenden inneren Umfangswand beabstandet ist. Dadurch greifen die Ausbuchtung und/oder die Ansenkung, wenn letztere mit einer geeigneten Neigung gegen die Längsachse versehen ist, in die innere Ringkanal-Gehäusewand ein, wodurch die Rezirkulationsströmung und damit die Zuströmbedingungen zur und die Einlaufbedingungen in die erste Anschlussöffnung und damit in die Rückführleitung strömungstechnisch positiv beeinflusst werden.
Eine favorisierte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Längsachse der ersten Anschlussöffnung senkrecht auf und im Berührungspunkt der Tangente an die laterale Begrenzungsfläche steht. Diese Ausführungsform schafft dann besonders einfache geometrische Verhältnisse mit Blick auf die Anbindung der Rückführleitung an den Ringkanal, wenn die laterale Begrenzungsfläche des Ringkanals radial ausgerichtet ist.
Wenn eine radial ausgerichtete laterale Begrenzungsfläche vorliegt, dann sieht ein weiterer Vorschlag vor, dass eine Symmetrieachse der Ausbuchtung einen Winkel mit der senkrecht auf der lateralen Begrenzungsfläche stehenden Längsachse der ersten Anschlussöffnung bildet, wobei die axiale Erstreckungsrichtung der Ausbuchtung radial nach innen orientiert ist. Diese Ausgestaltung verbessert weiter die Zuströmbedingungen zur und die Einlaufbedingungen in die erste Anschlussöffnung und damit in die Rückführleitung, weil sie durch zusätzliche Erweiterung der ersten Anschlussöffnung einer Kontraktion der Strömung im Bereich der ersten Anschlussöffnung entgegenwirkt. Darüber hinaus wird dadurch der stetige Übergang von der Ausbuchtung in die benachbarte innere Umfangswand des Ringkanals quasi ohne zusätzliche formgebende Maßnahme verwirklicht.
Die vorstehend im Zusammenhang mit einer radial ausgerichteten lateralen Begrenzungsfläche beschriebenen positiven Effekte werden noch verstärkt, wenn, wie dies ebenfalls vorgeschlagen wird, ein Tiefpunkt der Ausbuchtung, in Richtung zum Zentrum der Pumpenaggregation gesehen, radial nach innen hinter die innere Umfangswand zurücktritt und wenn die Ausbuchtung mit der Übergangsfläche stetig in die innere Umfangswand übergeht.
Die vorbeschriebenen Maßnahmen zur Ausgestaltung der Ausbuchtung, der Ansenkung und der radialen Anordnung der ersten Anschlussöffnung sind einerseits an sich durch spangebende Formgebung relativ einfach herstellbar und andererseits werden sie strömungstechnisch dann besonders wirksam, wenn die innere und die äußere Umfangswand des Ringkanals parallel oder näherungsweise parallel zueinander verlaufen und der Ringkanal an seinem der Laufradebene abgewandten Ende durch eine radial ausgerichtete laterale Begrenzungsfläche berandet ist.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Längsachse der ersten Anschlussöffnung, in Durchströmungsrichtung der Rückführleitung gesehen, radial nach innen zum Zentrum der Pumpenaggregation hin orientiert ist. Diese Ausführungsform ist auf jedwede geometrische Form des Ringkanals anwendbar, auch auf parallele Umfangswände in Verbindung mit einer radial ausgerichteten lateralen Begrenzungsfläche. Sie verbessert in jedem Falle den stoßfreien Eintritt der Strömung in die Rückführleitung, weil die beschriebene Neigung der Längsachse eine ähnliche strömungstechnische Wirkung hervorruft wie die vorstehend beschriebene Neigung der Symmetrieachse der Ausbuchtung.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die erste Anschlussöffnung, in einer Querschnittsebene senkrecht zur Drehachse der Pumpenaggregation gesehen, derart in Bezug auf den Druckstutzen positioniert ist, dass eine erste Anordnungsebene, die durch einen radialen Richtungsvektor geht, der einerseits durch den Mittelpunkt der ersten Anschlussöffnung und andererseits durch die Drehachse der Pumpenaggregation verläuft, von der Längsachse des Druckstutzens senkrecht durchdrungen wird.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung schlägt vor, dass in der vorstehend definierten Betrachtungsweise die erste Anschlussöffnung derart in Bezug auf den Druckstutzen positioniert ist, dass eine zweite Anordnungsebene, die durch einen radialen Richtungsvektor geht, der einerseits durch den Mittelpunkt der ersten Anschlussöffnung und andererseits durch eine axiale Symmetrieachse des Gehäusemantels verläuft, von der Längsachse des Druckstutzens senkrecht durchdrungen wird.
Die jeweils so definierte Lage der ersten Anschlussöffnung bedeutet, dass eine Stelle im Ringkanal unmittelbar vor Eintritt der Strömung in den Druckstutzen der Zentrifugalpumpe ausgewählt ist, an der der maximal mögliche statische Druck innerhalb des Gehäuses der Zentrifugalpumpe vorliegt. Es versteht sich, dass die erste Anschlussöffnung auch zwischen der ersten und der zweiten Anordnungsebene oder in einem engen sektoralen Bereich jeweils, in Umfangsrichtung gesehen, neben diesen Anordnungsbereichen angeordnet sein kann, ohne dass die Erfindung verlassen wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der selbstansaugenden Pumpenaggregation gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen

Figur 1: in perspektivischer Darstellung die selbstansaugende Pumpenaggregation gemäß der Erfindung;
Figur 2: einen Meridianschnitt durch die Pumpenaggregation gemäß Figur 1 entsprechend einem dort mit A-A gekennzeichneten Schnittverlauf;
Figur 3: einen Querschnitt durch die Zentrifugalpumpe der Pumpenaggregation gemäß Figur 1 entsprechend einem Schnittverlauf, der gegenüber einem in Figur 2 mit B-B gekennzeichneten Schnittverlauf axial so weit vorverlegt ist, dass das hintere Gehäuseteil nicht geschnitten ist, wobei das vor der Schnittebene angeordnete Laufrad zusätzlich in Ansicht dargestellt ist;
Figur 4: in halb Schnitt und halb Ansicht eine in Figur 2 mit "X" gekennzeichnete Einzelheit im Bereich des Ringkanals und eines Teils der sich anschließenden Rückführleitung;
Figur 5: eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Figur 4 ;
Figur 6: eine vergrößerte Darstellung der in Figur 2 mit "X" gekennzeichneten Einzelheit, wobei die Darstellung auf den Meridianschnitt durch den Ringkanal und einen Teil der sich anschließenden Rückführleitung beschränkt ist,
Figur 7: eine vergrößerte Darstellung der Anordnung gemäß Figur 6 zur Verdeutlichung strömungstechnischer Vorgänge im dargestellten Bereich und
Figur 7a: die Strömungsverhältnisse im Bereich der durch die Umfangsgeschwindigkeit im Ringkanal quer angeströmten ersten Anschlussöffnung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Eine selbstansaugende Pumpenaggregation 1 ( Figuren 1 bis 3 ) ist von einer normalsaugenden Zentrifugalpumpe (Kreiselpumpe) 2 und einer dieser, in Strömungsrichtung gesehen, vorgeordneten rotierenden Verdrängerpumpe 20, die im Ausführungsbeispiel als sog. Flüssigkeitsringpumpe ausgeführt ist, gebildet. Die Verdrängerpumpe 20 ist gehäuseseitig von einem Gehäusemantel 20.1 ( Figuren 2 , 1 ) und einem Gehäusedeckel 20.2 mit einem zentrisch an letzterem angeordneten Saugstutzen 20.2a begrenzt, wobei der Gehäusemantel 20.1 an seinem dem Gehäusedeckel 20.2 abgewandten Ende mit einem vorderen Gehäuseteil 2.1 der Zentrifugalpumpe 2 fest verbunden ist.
Eine axiale Symmetrieachse a₂ des Gehäusemantels 20.1 ist gegenüber einer Drehachse a₁ der Pumpenaggregation 1 (siehe Figuren 1 und 3 ), bezogen auf die Zeichnungslage der Pumpenaggregation 1, die auch der üblichen Einbaulage entspricht, um eine vertikale Exzentrizität e nach unten versetzt. Dadurch ist eine in der Verdrängerpumpe 20 befindliche Förderschnecke 21, die auf einem Wellenfortsatz 8b einer ein Laufrad 4 der Zentrifugalpumpe 2 tragenden Welle 8 angeordnet ist, um diese vertikale Exzentrizität e innerhalb des Gehäusemantels 20.1 nach oben verschoben. Der Wellenfortsatz 8b schließt sich an eine Nabe 8a der Welle 8 an, wobei auf der Nabe 8a das Laufrad 4 befestigt ist, und er greift durch das vordere Gehäuseteil 2.1 hindurch- und in den Gehäusemantel 20.1 ein. Ein vom Gehäusemantel 20.1, dem Gehäusedeckel 20.2 und dem vorderen Gehäuseteil 2.1 innenseits begrenzter Innenraum 20.3 ist über eine konzentrisch im vorderen Gehäuseteil 2.1 und damit konzentrisch zur Drehachse a₁ angeordnete Einlassöffnung 2.1b ( Figur 2 ) mit einem saugseitigen Innenraum 2.1c der Zentrifugalpumpe 2 fluiddurchlässig verbunden.
Der Aufbau der Zentrifugalpumpe 2 ist beispielsweise aus der DE 103 14 425 B4 bekannt. Ein aus dem vorderen 2.1 und einem hinteren Gehäuseteil 2.2 bestehendes Gehäuse 2.1/2.2 der Zentrifugalpumpe 2 ist über einen Befestigungsflansch 7 fliegend an einem Motor 6 befestigt ( Figuren 1 und 2 ). Am vorderen Gehäuseteil 2.1 ist zentrisch die Einlassöffnung 2.1b ausgebildet und an seinem Umfang und dort tangential ausmündend ist ein Druckstutzen 5 angeschlossen, der über eine konische Erweiterung 5a in einem Anschlussstutzen 5b endet.
Aus dem in Figur 1 mit A-A gekennzeichneten Schnittverlauf resultiert der Meridianschnitt gemäß Figur 2 . Das vordere und das hintere Gehäuseteil 2.1, 2.2 sind in ihrem radialen Erstreckungsbereich mit jeweils engem Ringspalt an das Laufrad 4 angepasst. An den ringförmig umlaufenden Laufradaustrittsquerschnitt schließt sich außenseits ein schaufelloser Ringraum 3a an, der in radialer Richtung zunächst beiderseits von dem vorderen und dem hinteren Gehäuseteil 2.1, 2.2 ein Stück begrenzt ist und anschließend außenseits von einer nicht bezeichneten Übergangsfläche des vorderen Gehäuseteils 2.1 berandet ist. Diese Übergangsfläche setzt sich anschließend in einer äußeren Ringkanal-Gehäusewand 2.1a fort, wobei diese zumindest innenseits beispielsweise die Form eines Zylindermantels aufweist, d.h. einen konstanten Krümmungsradius, einen Außenradius, besitzt ( Figur 3 ). Das hintere Gehäuseteil 2.2 ist im Bereich des Laufrades 4 als vorzugsweise radial sich erstreckende Scheibe ausgebildet. Im Außenbereich dieser Scheibe schließt sich eine hauptsächlich axial orientierte, vom Laufrad 4 in axialer Richtung fortstrebende, die Drehachse a₁ umschließende innere Ringkanal-Gehäusewand 2.2a an, deren örtlicher Krümmungsradius (veränderlicher örtlicher Innenradius; Figur 3 ) zur Realisierung beispielsweise eines spiralförmigen Verlaufs über den Umfang veränderlich ist.
Die äußere und die innere Ringkanal-Gehäusewand 2.1a, 2.2a bilden somit zwischen sich einen Ringkanal 3* aus, der bei sich stetig veränderndem Durchtrittsquerschnitt (veränderlicher örtlicher Krümmungsradius) als spiralförmiger Ringkanals 3** ausgeführt sein kann. Gleichwohl ist mit der gezeigten Anordnung auch ein Ringkanal 3* mit einem über den Umfang konstanten Durchtrittsquerschnitt realisierbar. Der (spiralförmige) Ringkanal (3**) 3* schließt sich seitlich an den schaufellosen Ringraum 3a an; zusammen bilden diese einen druckseitigen Innenraum 3 der Zentrifugalpumpe 2.
Figur 3 zeigt beispielhaft, wie sich der spiralförmige Ringkanal 3**, über den Umfang gesehen, stetig erweitert. Beginnend an der hintersten Durchdringungsstelle des Druckstutzens 5 mit dem vorderen Gehäuseteil 2.1, und zwar in einer Drehrichtung n der Kreiselpumpe 2 gesehen, nimmt der Durchtrittsquerschnitt des spiralförmigen Ringkanals 3** von einem Minimumquerschnitt an stetig zu bis zu einer Stelle, wo in Figur 3 die sich mit der Drehachse a₁ schneidende waagerechte Mittellinie eine Senkrechte mit der Längsachse des Druckstutzens 5 bildet. Bis zu dieser Stelle ist die innere Ringkanal-Gehäusewand 2.2a stetig gekrümmt. Im Anschluss daran schließt sich vorzugsweise ein nicht bezeichneter ebener Wandbereich an, der im Bereich des spiralförmigen Ringkanals 3** einen Durchtrittsquerschnitt sicherstellt, der mindestens dem Durchtrittsquerschnitt des Druckstutzens 5 entspricht. Anstelle des ebenen Wandbereichs kann die innere Ringkanal-Gehäusewand 2.2a auch in anderer Form, beispielsweise stetig gekrümmt, ausgebildet sein.
Die äußere axiale Begrenzung des (spiralförmigen) Ringkanals (3**) 3* wird realisiert über eine sich an die innere Ringkanal-Gehäusewand 2.2a anschließende, von der Drehachse a₁ sich in radialer Richtung entfernende, in einer lateral zur Laufradebene verlaufende laterale Begrenzungsfläche 2.2b, die Teil des hinteren Gehäuseteil 2.2 ist ( Figur 2 ). Die laterale Begrenzungsfläche 2.2b ist vorzugsweise radial ausgerichtet und berandet den Ringkanal 3*, 3** in axialer Richtung als hinterster, stirnseitiger Wandbereich.
Die laterale Begrenzungsfläche 2.2b setzt sich vorzugsweise über die äußerste radiale Erstreckung der äußeren Ringkanal-Gehäusewand 2.1a in radialer Richtung nach außen fort ( Figur 2 ). Auch an die äußere Ringkanal-Gehäusewand 2.1a schließt sich eine nicht bezeichnete, radial orientierte, mit der lateralen Begrenzungsfläche 2.2b korrespondierende und mit dieser lösbar verbundene Ringfläche an, die außenseits die laterale Begrenzungsfläche 2.2b umfasst. Die beiden radial orientierten vorgenannten Flächen sind ringkanalseitig gegeneinander abgedichtet (Gehäusedichtung 28; Figur 6), und sie verfügen über mehrere, über ihren Umfang verteilt angeordnete, miteinander korrespondierende Durchgangsbohrungen, über die das vordere und das hintere Gehäuseteil 2.1, 2.2 miteinander vorzugsweise verschraubt sind.
Eine Rückführleitung 9 ( Figuren 2 , 1 , 3 ) ist zentrifugalpumpenseitig über eine erste Anschlussöffnung 9a an den Ringkanal 3* oder den spiralförmigen Ringkanal 3** angeschlossen. Eine bevorzugte Anordnungsstelle für die erste Anschlussöffnung 9a ist die radial orientierte laterale Begrenzungsfläche 2.2b, die Teil des hinteren Gehäuseteils 2.2 ist und den Ringkanal 3*, 3** in radialer Richtung stirnseitig begrenzt, d.h. der Ringkanal 3*, 3** mündet dort in die erste Anschlussöffnung 9a ein.
Es werden beste Ergebnisse erzielt, wenn die erste Anschlussstelle 9a derart in Bezug auf den Druckstutzen 5 positioniert ist, dass eine erste Anordnungsebene E (siehe Figur 3 ), die durch einen radialen Richtungsvektor geht, der einerseits durch den Mittelpunkt der ersten Anschlussöffnung 9a und andererseits durch die Drehachse a₁ der Pumpenaggregation 1 verläuft, von der Längsachse des Druckstutzens 5 senkrecht durchdrungen wird. Vergleichbare Ergebnisse werden sichergestellt, wenn anstelle der ersten Anordnungsebene E eine zweite Anordnungsebene E1 gewählt wird, die gegenüber der ersten Anordnungsebene E um die vertikale Exzentrizität e parallel versetzt ist. In diesem Falle ist die erste Anschlussöffnung 9a derart in Bezug auf den Druckstutzen 5 positioniert ist, dass die zweite Anordnungsebene E1, die durch einen radialen Richtungsvektor geht, der einerseits durch den Mittelpunkt der ersten Anschlussöffnung 9a und andererseits durch eine axiale Symmetrieachse a₂ des Gehäusemantels 20.1 verläuft, von der Längsachse des Druckstutzens 5 senkrecht durchdrungen wird. Es versteht sich, dass die erste Anschlussöffnung 9a auch zwischen der ersten und der zweiten Anordnungsebene E, E1 oder in einem engen sektoralen Bereich jeweils, in Umfangsrichtung der Zentrifugalpumpe 2 gesehen, neben diesen Anordnungsebenen E, E1 angeordnet sein kann, ohne dass die Erfindung verlassen wird.
Die Rückführleitung 9 steht über eine zweite Anschlussöffnung 9b mit dem Innenraum 20.3 in Verbindung, wobei die zweite Anschlussöffnung 9b am Gehäusemantel 20.1 oder am Gehäusedeckel 20.2 oder am Saugstutzen 20.2a oder an einer Saugleitung 24 angeordnet sein kann.
Zwecks einfacher Montage ist die Rückführleitung 9 zwischen den beiden Anschlussöffnungen 9a, 9b vorzugsweise geteilt und die Enden sind mit einer Verschraubung 26 miteinander verbunden. Zum Zwecke des fluiddichten Absperrens der Rückführleitung 9 ist in dieser ein Absperrventil 22 angeordnet, das in einer bevorzugten Ausführungsform fernsteuerbar ist. Das fernsteuerbare Absperrventil 22 ist über eine Steuerleitung 27 mit einem beispielsweise im Druckstutzen 5 oder in einer Druckleitung 25 angeordneten Signalgeber 23 verbunden, der ein Steuersignal aus einer die Flüssigkeitsförderung in der Pumpenaggregation 1 kennzeichnenden physikalischen Größe generiert ( Figuren 2 , 3 ).
Eine bevorzugte Ausführungsform des Gehäuses 2.1/2.2 und des Ringkanals 3*, 3** der Zentrifugalpumpe 2 zeigen die Figuren 2 und 4 bis 7. Der vordere Gehäuseteil 2.1 ( Figuren 6 , 2 ) weist die eine äußere Umfangswand 29 des Ringkanals 3*, 3** bildende, kreisförmige, im Wesentlichen sich zylindrisch erstreckende äußere Ringkanal-Gehäusewand 2.1a und den aus letzterer ausmündenden Druckstutzen 5 auf, der tangential an die äußere Ringkanal-Gehäusewand 2.1a angeschlossen ist. Der hintere Gehäuseteil 2.2 weist die die innere Umfangswand 30 des Ringkanals 3*, 3** ausbildende innere Ringkanal-Gehäusewand 2.2a auf, die vorzugsweise parallel zur äußeren Ringkanal-Gehäusewand 2.1a verläuft. Dabei ist der Ringkanal 3*, 3** bevorzugt in einem der Laufradebene axial benachbarten Bereich ausgebildet, der, in Strömungsrichtung gesehen, hinter dem Laufrad 4 und ausschließlich vollständig außerhalb des vom Laufrad 4 erfassten Bereichs liegt. Die laterale Begrenzungsfläche 2.2b ist Teil des hinteren Gehäuseteils 2.2); sie ist vorzugsweise radial ausgerichtet und berandet den Ringkanal 3*, 3** in axialer Richtung als hinterster, stirnseitiger Wandbereich.
Die die Erfindung kennzeichnenden und vorteilhaft ausgestaltenden Merkmale werden beispielhaft an der vorstehend definierten bevorzugten Ausführungsform des Gehäuses 2.1/2.2 und des Ringkanals 3*, 3** dargestellt ( Figuren 4 bis 7 ) und in ihrer Wirkungsweise erläutert. Der Ringkanal 3*, 3** besitzt in der dargestellten Meridianebene ( Figur 6 ) eine örtliche Ringkanalbreite s, deren Mitte durch eine jeweils dargestellte halbe örtliche Ringkanalbreite s/2 definiert ist. Eine Längsachse a₃ der ersten Anschlussöffnung 9a ist um einen radialen Versatz Δr außermittig zum lateralen Erstreckungsbereich der lateralen Begrenzungsfläche 2.2b und radial nach innen versetzt angeordnet, wobei sich letztere innerhalb des Ringkanals 3*, 3** als Stirnwand 31 darstellt.
Diese Anordnung führt nicht vorhersehbar im Zusammenwirken mit einer Umfangsgeschwindigkeit c_u im Ringkanal 3*, 3** (siehe Figuren 3 und 5 ) einerseits und einer sich dort infolge der gekrümmten Strömung ausbildenden ersten Sekundärströmung S1 und einer gegensinnigen zweiten Sekundärströmung S2 ( Figur 7 ) andererseits zu einer reduzierten Geschwindigkeit in einem ersten Strömungsbereich B1. Der erste Strömungsbereich B1 ist, in Durchströmungsrichtung der Ringleitung 9 gesehen, dem Einlaufbereich zur ersten Anschlussöffnung 9a vorgelagert und zur erfindungsgemäß ausgestalteten und positionierten Ausbuchtung 33 hin radial verlagert. Es bildet sich in dem ersten Strömungsbereich B1, randständig im Ringkanal 3*, 3**, quasi eine Totwasserzone aus. Diese Totwasserzone resultiert aus einer Rezirkulationsströmung R, wie sie in Figur 7a dargestellt ist, die ihre Ursache und ihre Generierung in der Ausbuchtung 33 findet und wodurch die Zuströmbedingungen im Einlaufbereich zur ersten Anschlussöffnung 9a signifikant verbessert werden. Die beschriebene Reduzierung der Geschwindigkeit führt darüber hinaus dort zu einer Erhöhung des statischen Druckes, wodurch sich gegenüber Lösungen nach dem Stand der Technik die die Strömung in der Rückführleitung 9 bewirkende Druckdifferenz erhöht und die Ansaugzeit der Pumpenaggregation 1 vermindert.
Weiterhin führt die erfindungsgemäße Ausbuchtung einerseits zu einer Reduzierung der Anzahl der Strömungswirbel und andererseits zu einer Verminderung ihrer Intensität in der Rücklaufleitung 9. Diese reduzierte Turbulenz, die insbesondere in einem sich dem Einlaufbereich zur ersten Anschlussöffnung 9a unmittelbar anschließenden Rohrbereich der Rückführleitung 9, einem in Figur 7 mit B2 gekennzeichneten zweiten Strömungsbereich, nachzuweisen ist, reduziert die Strömungsverluste und den Homogenisierungseffekt (Einmischung, Zerteilung und Verteilung der Gasbeimengungen in die Flüssigkeit) in der Rückführleitung 9, wodurch sich die Ansaugzeit der Pumpenaggregation 1 weiter reduziert und die Speisung der Verdrängerpumpe 20 mit weniger gasbeladenem Fluid weiter verbessert wird. Der zweite Strömungsbereich B2 fällt durch die erfindungsgemäßen Merkmale nachweisbar schlanker und weniger querschnittsverengend aus als ohne diese Merkmale.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die erste Anschlussöffnung 9a zum Ringkanal 3*, 3** hin zunächst in Form einer Ansenkung 32 aufgeweitet ist ( Figur 6 ). Dabei greift die Ausbuchtung 33 in axialer Richtung entweder nur in die Ansenkung 32 ein oder durch diese vollständig bis in die erste Anschlussöffnung 9a bzw. den Innendurchmesser der Rückführleitung 9 hindurch. Greift die Ausbuchtung 33 axial nur in die Ansenkung 32 hinein, dann erweitert sich lediglich die Ansenkung 32 zum Ringkanal 3*, 3** hin. Greift sie durch die Ansenkung 32 hindurch, dann erweitert sich, in Durchströmungsrichtung der Rückführleitung 9 gesehen, bereits die erste Anschlussöffnung 9a bzw. der Innendurchmesser der Rückführleitung 9 zum Ringkanal 3*, 3** hin. Die Ansenkung 32 kann dabei in radialer Richtung von der Ausbuchtung 33 vollständig oder auch nur teilweise überdeckt werden. Diese Ansenkung 32 kann kegelig, kegel- oder konusförmig oder tulpenförmig ausgebildet sein, wobei der Übergang zum Innenrohr der Rückführleitung 9 vorzugsweise abgerundet, d.h. vorzugsweise konvex gekrümmt, ausgeführt ist, um eine Einschnürung der Rohrströmung zu vermeiden bzw. wenigstens zu reduzieren.
Eine vorzugsweise spanende Formgebung der Ansenkung 32 vereinfacht sich, wenn letztere axialsymmetrisch und koaxial zur Längsachse a₃ ausgebildet ist. In diesem Falle kann der ringkanalseitige Endabschnitt des Innenrohres der Rückführleitung beispielsweise als Führung für das spanende Formgebungswerkzeug dienen.
Eine weitere Verbesserung der Zuströmbedingungen zur und der Einlaufbedingungen in die erste Anschlussöffnung 9a und damit in die Rückführleitung 9 stellt sich ein ( Figur 6 ), wenn die Längsachse a₃ der ersten Anschlussöffnung 9a außermittig zum radialen Erstreckungsbereich der lateralen Begrenzungsfläche 2.2b und radial nach innen versetzt angeordnet ist. Der radiale Versatz der Längsachse a₃ ( Figuren 7, 7a ) verstärkt die Bildung der Rezirkulationsströmung R und sorgt auch für deren nachhaltige Generierung.
Es ist im Zusammenhang mit dem vorstehend definierten radialen Versatz der Längsachse a₃ weiterhin von Vorteil, wenn diese bis auf einen halben Innendurchmesser der Rückführleitung 9 von der den Ringkanal 3*, 3** radial innenseits begrenzenden inneren Umfangswand 30 beabstandet ist. Dadurch greifen die Ausbuchtung 33 und/oder die Ansenkung 32, wenn letztere mit einer geeigneten Neigung gegen die Längsachse a₃ versehen ist, in die innere Ringkanal-Gehäusewand 2.2a ein, wodurch die Rezirkulationsströmung R und damit die Zuströmbedingungen zur und die Einlaufbedingungen in die Ausbuchtung 33, die Ansenkung 32, die erste Anschlussöffnung 9a und damit in die Rückführleitung 9 strömungstechnisch positiv beeinflusst werden.
Hinsichtlich der Richtung der Ausmündung der Rückführleitung 9 aus dem Ringkanal 3*, 3** sieht die Erfindung zwei alternative Varianten vor. Die erste Variante zeichnet sich dadurch aus, dass die Längsachse a₃ senkrecht auf und im Berührungspunkt der Tangente an die laterale Begrenzungsfläche 2.2b steht. Bei der zweiten Variante ist die Längsachse a₃, in Durchströmungsrichtung der Rückführleitung 9 gesehen, radial nach innen zum Zentrum der Pumpenaggregation 1 hin orientiert.
Die Wahl der genannten beiden Varianten ist auch abhängig von dem Verlauf der lateralen Begrenzungsfläche 2.2b. Die Zentrifugalpumpentechnik kennt Ringkanäle mit kreisförmigem, ovalem, elliptischem, trapezförmig sich radial nach außen erweiterndem, rechteckförmigem oder quadratischem Durchtrittsquerschnitt. Entsprechend einem sich aus der vorstehenden Querschnittsform ergebenden Erstreckungsverlauf der lateralen Begrenzungsfläche 2.2b, an die die Rückführleitung 9 erfindungsgemäß angeschlossen ist, ergibt sich, ob die Strömung mehr oder weniger stoßfrei in die erste Anschlussöffnung 9a zur Rückführleitung 9 eintreten kann. Stoßfreier Eintritt kann durch Veränderung des Neigungswinkels zwischen der Längsachse a₃ und der Richtung der lateralen Begrenzungsfläche 2.2b herbeigeführt werden. Ist beispielsweise die laterale Begrenzungsfläche 2.2b radial ausgerichtet, dann kann durch Anwendung der zweiten Variante (Orientierung der Längsachse a₃ radial nach innen) der Grad der Umlenkung der in die Rückführleitung 9 eintretenden Strömung im Bereich der ersten Anschlussöffnung 9a reduziert werden. Ist beispielsweise der Ringkanal 3*, 3** kreisförmig ausgebildet und befindet sich die erste Anschlussöffnung 9a beispielsweise im mittleren Bereich des ersten Quadranten des Kreisquerschnittes des Ringkanals 3*, 3**, dann kann die erste Variante (Längsachse a₃ steht senkrecht auf und im Berührungspunkt der Tangente an die laterale Begrenzungsfläche 2.2b) angewendet werden, weil dann die Längsachse a₃, in Durchströmungsrichtung der Rückführleitung 9 gesehen, bereits per se radial nach innen ausgerichtet ist.
Sieht die Ausgestaltung des Ringkanals 3*, 3** eine radial ausgerichtete laterale Begrenzungsfläche 2.2b vor, dann ergibt sich eine weitere Verbesserung der Zuströmbedingungen zur und der Einlaufbedingungen in die erste Anschlussöffnung 9a durch einen Vorschlag, der vorsieht, dass eine Symmetrieachse a₄ der Ausbuchtung 33 einen Winkel w mit der senkrecht auf der lateralen Begrenzungsfläche 2.2b stehenden Längsachse a₃ bildet, wobei die axiale Erstreckungsrichtung der Ausbuchtung 33 radial nach innen orientiert ist.
Die vorstehende Ausführungsform lässt sich nach einem anderen Vorschlag dadurch strömungstechnisch weiter optimieren, dass ein Tiefpunkt der Ausbuchtung 33, in Richtung zum Zentrum der Pumpenaggregation 1 gesehen, radial nach innen hinter die innere Umfangswand 30 zurücktritt und dass die Ausbuchtung 33 mit der Übergangsfläche 34 stetig in die innere Umfangswand 30 übergeht.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Pumpenaggregation 1 beinhalten die Ausbuchtung 33 und/oder die Ansenkung 32 und/oder den radialen Versatz der ersten Anschlussöffnung 9a nach Maßgabe der Patentansprüche. Jede sinnvolle Kombination dieser erfinderischen Merkmale, ausgehend jeweils von der Verwirklichung der Ausbuchtung 33, ist ausführbar und schafft jeweils eine Lösung, die Vorteile gegen dem gewürdigten einschlägigen Stand der Technik hat. Es kann sich beispielsweise der Ausbuchtung 33 unmittelbar die erste Anschlussöffnung 9a anschließen, wobei letztere radial versetzt oder mittig im Ringkanal 3*, 3** angeordnet sein kann. Der Ringkanal 3*, 3** selbst kann dabei, bezogen auf den vom Laufrad 4 erfassten Bereich, in den unterschiedlichsten axialen Positionen verwirklicht sein, die in den Ansprüchen angelegt und auch in der vorstehenden Beschreibung angegeben sind. Der Ringkanal 3*, 3** ist entweder als schaufelfreier Ringraum 3* mit einem über den Umfang konstanten Durchtrittsquerschnitt oder als spiralförmiger Ringkanal 3** mit stetig sich veränderndem Durchtrittsquerschnitt ausgeführt. Die Querschnittsform des Ringkanals 3*, 3** kann kreisförmig, oval, elliptisch, trapezförmig und radial nach außen sich vergrößernd, rechteckförmig oder quadratisch ausgebildet sein.

BEZUGSZEICHENLISTE DER VERWENDETEN ABKÜRZUNGEN

1: selbstansaugende Pumpenaggregation

2: (normalsaugende) Zentrifugalpumpe (Kreiselpumpe)

2.1/2.2: Gehäuse

2.1: vorderer Gehäuseteil
2.1a: äußere Ringkanal-Gehäusewand
2.1b: Einlassöffnung
2.1c: saugseitiger Innenraum

2.2: hinterer Gehäuseteil
2.2a: innere Ringkanal-Gehäusewand
2.2b: laterale Begrenzungsfläche

3: druckseitiger Innenraum
3*: Ringkanal
3**: spiralförmiger Ringkanal
3a: schaufelloser Ringraum

4: Laufrad

5: Druckstutzen
5a: konische Erweiterung
5b: Anschlussstutzen

6: Motor
7: Befestigungsflansch

8: Welle
8a: Nabe
8b: Wellenfortsatz
9: (flüssigkeitsführende) Rückführleitung
9a: erste Anschlussöffnung
9b: zweite Anschlussöffnung

20: rotierende Verdrängerpumpe (Flüssigkeitsringpumpe)
20.1: Gehäusemantel
20.2: Gehäusedeckel
20.2a: Saugstutzen
20.3: Innenraum

21: Förderschnecke
22: Absperrventil
23: Signalgeber
24: Saugleitung
25: Druckleitung
26: Verschraubung
27: Steuerleitung
28: Gehäusedichtung
29: äußere Umfangswand
30: innere Umfangswand
31: Stirnwand
32: Ansenkung (konusförmig; tulpenförmig)
33: Ausbuchtung
34: Übergangsfläche

a₁: Drehachse der Pumpenaggregation 1
a₂: axiale Symmetrieachse des Gehäusemantels 20.1
a₃: Längsachse der ersten Anschlussöffnung 9a
a₄: Symmetrieachse der Ausbuchtung 33

c_u: Umfangsgeschwindigkeit im Ringkanal 3*, 3**
e: (vertikale) Exzentrizität
n: Drehrichtung
s: örtliche Ringkanalbreite
s/2: halbe örtliche Ringkanalbreite

w: Anstellwinkel

B1: erster Strömungsbereich
B2: zweiter Strömungsbereich

E: erste Anordnungsebene
E1: zweite Anordnungsebene

R: Rezirkulationsströmung

S1: erste Sekundarströmung
S2: zweite Sekundarströmung

Claims

Selbstansaugende Pumpenaggregation (1), die eine Hintereinanderschaltung einer als rotierende Verdrängerpumpe (20) arbeitenden Flüssigkeitsringpumpe und einer normalsaugenden Zentrifugalpumpe (2) darstellt,
wobei die Zentrifugalpumpe (2) in einem mit einer Einlassöffnung (2.1b) und einem Druckstutzen (5) versehenen Gehäuse (2.1/2.2) eine drehbar gelagerte Welle (8) mit einem Laufrad (4) aufweist,
wobei das Gehäuse (2.1/2.2), in Strömungsrichtung gesehen, aus einem vorderen (2.1) und einem hinteren Gehäuseteil (2.2) besteht und einen Ringkanal (3*; 3**) ausbildet, der den Bereich des Laufrades (4) radial außenseits entweder in der Laufradebene und/oder in wenigstens einem axial benachbarten Bereich umschließt,
wobei koaxial am vorderen Gehäuseteil (2.1) die Einlassöffnung (2.1b) angeordnet ist,
wobei ein von einem Gehäusemantel (20.1) der Verdrängerpumpe (20) begrenzter Innenraum (20.3) über die Einlassöffnung (2.1b) mit einem saugseitigen Innenraum (2.1c) der Zentrifugalpumpe (2) verbunden und in dem Gehäusemantel (20.1) eine Förderschnecke (21) angeordnet ist, die auf der durch das Laufrad (4) hindurch- und in den Gehäusemantel (20.1) eingreifenden Welle (8) befestigt ist,
wobei eine flüssigkeitsführende Rückführleitung (9) vorgesehen ist, die den Ringkanal (3*; 3**) mit dem Innenraum (20.3) verbindet,
wobei die Rückführleitung (9) ringkanalseitig über eine erste Anschlussöffnung (9a) ausmündet, die in einer lateral zur Laufradebene verlaufenden lateralen Begrenzungsfläche (2.2b) des Ringkanals (3*; 3**) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Anschlussöffnung (9a) eine eine Längsachse (a₃) der ersten Anschlussöffnung (9a) sektoral umschließende Ausbuchtung (33) besitzt, dass die Ausbuchtung (33) einseitig und zum Zentrum der Pumpenaggregation (1) hin orientiert ist,
dass die Ausbuchtung (33) die erste Anschlussöffnung (9a) zum Ringkanal (3*; 3**) hin unmittelbar oder mittelbar stetig erweitert,
und dass die Ausbuchtung (33) an ihrem dem Ringkanal (3*; 3**) zugewandten Endabschnitt mit einer Übergangsfläche (34) stetig in die laterale Begrenzungsfläche (2.2b) oder in eine sich an letztere anschließende innere Umfangswand (30) des Ringkanals (3*; 3**) übergeht.
Selbstansaugende Pumpenaggregation (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der vordere Gehäuseteil (2.1) die eine äußere Umfangswand (29) des Ringkanals (3*;3**) bildende, kreisförmige, im Wesentlichen sich zylindrisch erstreckende äußere Ringkanal-Gehäusewand (2.1a) und den aus letzterer ausmündenden Druckstutzen (5) aufweist, der tangential an die äußere Ringkanal-Gehäusewand (2.1a) angeschlossen ist,
dass der hintere Gehäuseteil (2.2) die die innere Umfangswand (30) des Ringkanals (3*; 3**) ausbildende innere Ringkanal-Gehäusewand (2.2a) aufweist, die parallel zur äußeren Ringkanal-Gehäusewand (2.1a) verläuft, dass der Ringkanal (3*; 3**) in einem der Laufradebene axial benachbarten Bereich ausgebildet ist, der, in Strömungsrichtung gesehen, hinter dem Laufrad (4) und ausschließlich außerhalb des vom Laufrad (4) erfassten Bereichs liegt,
und dass die laterale Begrenzungsfläche (2.2b) Teil des hinteren Gehäuseteils (2.2) ist, die radial ausgerichtet ist und den Ringkanal (3*; 3**) in axialer Richtung als hinterster, stirnseitiger Wandbereich berandet.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Anschlussöffnung (9a) zum Ringkanal (3*; 3**) hin zunächst in Form einer Ansenkung (32) aufgeweitet ist,
und dass die Ausbuchtung (33) in axialer Richtung in die Ansenkung (32) ein- oder durch die Ansenkung (32) hindurchgreift und dabei die Ansenkung (32) zum Ringkanal (3*; 3**) hin stetig erweitert.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ansenkung (32) axialsymmetrisch und koaxial zur Längsachse (a₃) ausgebildet ist.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Längsachse (a₃) außermittig zum radialen Erstreckungsbereich der lateralen Begrenzungsfläche (2.2b) und radial nach innen versetzt angeordnet ist.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Längsachse (a₃) bis auf einen halben Innendurchmesser der Rückführleitung (9) von der den Ringkanal (3*; 3**) radial innenseits begrenzenden inneren Umfangswand (30) beabstandet ist.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Längsachse (a₃) senkrecht auf und im Berührungspunkt der Tangente an die laterale Begrenzungsfläche (2.2b) steht.
Selbstansaugende Pumpenaggregation (1) nach Anspruch 7 und mit einer radial ausgerichteten lateralen Begrenzungsfläche (2.2b),
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Symmetrieachse (a₄) der Ausbuchtung (33) einen Winkel (w) mit der senkrecht auf der lateralen Begrenzungsfläche (2.2b) stehenden Längsachse (a₃) bildet, wobei die axiale Erstreckungsrichtung der Ausbuchtung (33) radial nach innen orientiert ist.
Selbstansaugende Pumpenaggregation (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Tiefpunkt der Ausbuchtung (33), in Richtung zum Zentrum der Pumpenaggregation (1) gesehen, radial nach innen hinter die innere Umfangswand (30) zurücktritt,
und dass die Ausbuchtung (33) mit der Übergangsfläche (34) stetig in die innere Umfangswand (30) übergeht.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Längsachse (a₃), in Durchströmungsrichtung der Rückführleitung (9) gesehen, radial nach innen zum Zentrum der Pumpenaggregation (1) hin orientiert ist.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Anschlussöffnung (9a) derart in Bezug auf den Druckstutzen (5) positioniert ist, dass eine erste Anordnungsebene (E), die durch einen radialen Richtungsvektor geht, der einerseits durch den Mittelpunkt der ersten Anschlussöffnung (9a) und andererseits durch eine Drehachse (a₁) der Pumpenaggregation (1) verläuft, von der Längsachse des Druckstutzens (5) senkrecht durchdrungen wird.
Selbstansaugende Pumpenaggregation nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Anschlussöffnung (9a) derart in Bezug auf den Druckstutzen (5) positioniert ist, dass eine zweite Anordnungsebene (E1), die durch einen radialen Richtungsvektor geht, der einerseits durch den Mittelpunkt der ersten Anschlussöffnung (9a) und andererseits durch eine axiale Symmetrieachse (a₂) des Gehäusemantels (20.1) verläuft, von der Längsachse des Druckstutzens (5) senkrecht durchdrungen wird.