DE1528682A1 - Mehrzweck-Pumpenaggregat - Google Patents

Description

PATENTANWALT

DR. ERNST STURM

MÜNCHEN 23 tfOPOLDSTR. 20/»V

München, den 16,6.1965

Emile Egger & Co." AG.«

Cressier (Schweiz)

Mehrzweck-Pumpenaggregat

In der Industrie werden heute Pumpen für im wesentlichen drei Zwecke bzw. Aufgaben verwendet, nämlich

1. Pumpen zur Förderung reiner Medien niedriger Viskosität;

2. Pumpen zur Forderung reiner Stoffsuspensionen bei hohen Stoffdichten hoher Konzentration und hoher Viskosität sowie Medien mit Luft- oder Gaseinschlussen:

3. Pumpen zur Forderung von feststoffhaltigen, stark verunreinigten Medien oder Abwässern mit hoher Stoffdichte, hoher Viskosität oder für. Mischaufgaben von zwei oder mehr-

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phasigen Flüssigkeitsgemischen.

FUr jeden dieser Zwecke wurden bisher speziell ausgebildete Pumpen verwendet, was die Industrie zu einer grossen Lagerhaltung an Ersatzmaschinen oder ErSatzteilen.zwingt. Die Herstellung der verschiedenen Pumpentypen ist unrationell, weil alls Teile jedes Types verschiedenartig ausgeführt sein müssen.

Es ist das Ziel vorliegender Erfindung, ein Mehrzweck-Pumpenaggregat bzw. einen Mehrzweck-Pumpensatz zu schaffen, welcher die Lagerhaltung von Ersatzteilen und die Fabrikation wesentlich zu rationalisieren gestattet. Das erfindungsgemässe Aggregat ist gekennzeichnet durch ein für mehrere Zwecke einheitliches Pumpengehäuse mit bezüglich der Laufradachse mindestens annähernd rotationssymmetrischem Strömungsraum_;durch verschiedenartige Laufräder, die wahlweise einbaubar sind, derart, dass der Strömungsraum asymmetrisch ausserhalb und teilweise axial seitlich des Laufrades liegt, damit die Austrittsströmung aus dem Laufrad im Strömungsraum einen Rotationswirbel erzeugt, und durch wahlweise einsetzbare Füllkörper zur zweckentsprechenden Gestaltung des Strömungsraumes. Es ist somit möglich, für alle drei Pumpenarten ein und dasselbe Gehäuse zu verwenden, in welches wahlweise drei verschiedene, dem gewünschten Zweck angepasste Laufräder eingesetzt werden können. Das Ersatzteillager kann sich also auf ein Pumpengehäuse, je ein Laufrad jeder Art und einen Einsatzkörper beschränken. Die Herstellung der Pumpen kann erheblich rationalisiert werden, indem ein und dasselbe Gehäuse sowie dieselben Einsatzkörper für alle Pumpenarten verwendet werden können, während weitere Pumpenteile, beispielsweise der wegnehmbare Gehäuse- und Lagerflansch, in vielen Teilen mit gleichen Dimensionen fabriziert werden können. Die Einbaumasse der Pumpe sind unabhängig vom

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Zweck ismer dieselben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Pumpenaggregates dargestellt.

Fig. 1 zeigt die Ausgestaltung als Pumpe für reine Flüssigkeiten, .

Fig. 2 zeigt die Ausgestaltung als Pumpe für reine Stoffsuspensionen,

Fig. 3 zeigt die Ausbildung als Pumpe für feststoffhaltige Medien, -

Fig. 4 zeigt die Ausgestaltung mit halbaxialea Laufrad und Fig. 5 zeigt die Ausgestaltung mit axiales Laufrad oder Pro-

■v - -

peller.

Das PumpengehSuse nach Fig. 1 weist einen Eintrittsstutzen 1, einen einen Ströaungsraum umschliessenden Gehäuseteil 2, einen Austrittsstutzen 3 und einen etwa zylindrischen, des Eintrittsstutzen 1 gegenüberliegenden Gehäusefortsatz 4 mit zylindrischer Innenfläche 5 auf. Die Teile 1, 2, 4 und 5 des Puapengehäuses sind

als rotationssymmetrischer Körper bezüglich der Gehäuseachse aus- " gebildet. Der von der radialen Gehäusewand 6, einer radialen Begrenzung 7 von halbkreisförmigem Profil und einer gedachten, von der Schnittkante der Flächen 5 und 7 ausgehenden Radialebene begrenzte Strömungsraum 8 der Pumpe ist also, abgesehen von der Ansatzstelle des Austrittsstutzens 3 rotationssymmetrisch bezüglich der Pumpenachse ausgebildet.

Das im Rohguss gemäss Fig. 3 gestaltete Pumpengehäuse wird für die Ausführungen nach Fig. 1 und 2 am inneren Ende des Eintritts-

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Stutzens 1 mit einer Eindrehung 9 versehen, in welche ein ringförmiger Füllkörper 10 eingesetzt wird, dessen Bohrung 11 den Eintrittsstutzen axial nach innen verlängert und dessen gewölbte Aussenfläche 12 das Profil 7 des Strömungsraumes ergänzt und damit einen etwa kreisringförmigen Strömungsraum begrenzt. Der Füllkörper 10 ist mit einem Schleifring 13 versehen, welcher die Dichtung am Eintritt des Laufrades 14 bildet. Dieses Laufrad entspricht im wesentlichen der an sich bekannten klassischen Ausführung eines Radiallaufrades für reine Fördermedien. Der äussere radiale Laufradteil ragt in den einen Quadranten des erwähnten,

w durch die Flächen 7 und 12 begrenzten, etwa kreisringförmigen Strömungsraums ein und mündet unmittelbar innerhalb der Schnittkante zwischen den Flächen 5 und 7 in den Strömungsraum. Das Laufrad ist mit Entlastungsöffnungen 15 und mit einem Schleifring 16 * versehen, welcher mit einem Schleifring 17 eines Gehäuse- und Lagerflansches 18 in Berührung steht. Die axiale Weite der Kanäle am Laufradaustritt entspricht beim dargestellten Beispiel .nur etwa einem Viertel der axialen Weite des Strömungsraumes an dieser Stelle, d.h. das Laufrad ist axial versetzt oder exzentrisch im Strömungsraum angeordnet, welcher somit das Laufrad aussen und

) auf der einen in Fig. 1 links liegenden Seite umgibt. Mit anderen Worten liegt der Strömungsraum axial seitlich des Laufradaustrittes im Gegensatz zu der klassischen Ausführung ähnlicher Radialpumpen, bei welchen ein Spiralgehäuse im wesentlichen in der gleichen Radialebene wie das Laufrad angeordnet ist. Die soeben beschriebene gegenseitige Anordnung von Laufrad und Strömungsraum gestattet eine wesentliche Reduktion des Gesamtdurchmessers der Pumpe für gleiche Förderleistungen und gleiche hydraulische Wirkungsgrade.

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Die radial aus dem Laufrad austretende Flüssigkeit wird in dem etwa kreisringfbrmigen Strömungsraum in der in Fig. 1 durch Pfeile angedeuteten Richtung umgelenkt, so dass ein Rotationswirbel entsteht, dessen in Fig. 1 rechts unten liegender Teil wieder mit der freien Aussenflache des Laufrades in Berührung steht. Der Wirbel wird daher an dieser Stelle durch Reibung mit dem Laufrad nochmals beschleunigt und jedenfalls, nicht durch Reibung verzögert, was sich auf den Wirkungsgrad, die Förderhöhe und die spezifische Leistung der Pumpe sehr günstig auswirkt. Versuche haben gezeigt, dass der Wirkungsgrad der in Fig. 1 dargestellten Pumpe höher liegt als der Wirkungsgrad entsprechender Radialpumpen mit Spiral- i gehäuse. Die Zentralzone des Rotationsstromes ist in der Lage, bedingt durch die Zentrifugalwirkung, im Rotationswirbel Luft oder Gase, die im Förderstrom enthalten sind, pulsationsfrei zu fördern.

In Fig. 2 sind entsprechende Teile gleich bezeichnet wie in Fig. 1 . Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass anstelle ■ des in Fig. 1 dargestellten Laufrades 14 für reine Fördermedien ein an sich ebenfalls bekanntes Laufrad 14a zur Förderung reiier Stoffsuspensionen hoher Stoffdichte, hoher Konzentration und hoher Viskosität, sowie für Medien mit Luft- ader Gaseinschlüssen vorge- " sehen ist. Die Entlastungsöffnungen 15 sowie die Teile 16 und 17 fallen weg und die Innenwand des im übrigen genau gleich ausgebildeten Gehäuse- und Lagerflansches 18a ist dem Anwendungsbereich der Pumpe entsprechend etwas anders gestaltet. Es kann jedoch auch zur Herstellung dieser Teile 18a derselbe Rohguss verwendet werden wie zur Herstellung des Teiles 18 nach Fig. l.Die Wirkungsweise der Pumpe nach Fig. 2 ist, abgesehen von der verschiedenartigen

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Wirkungsweise des Laufrades, .ähnlich wie die der Pumpe nach Fig. 1. Die obenerwähnte günstige Auswirkung des Rotationswirbels auf" die Förderung von Luft- oder Gaseinschlüssen unterstutzt die entsprechende Wirkung des Laufrades 14a.

Wie bereits angedeutet, können für die beiden Pumpenarten nach Fig. 1 und 2, abgesehen vom Laufrad und vom Gehäuseflansch 18, genau dieselben Teile verwendet werden, wobei für den Gehäuseflansch 18 ebenfalls der gleiche Gussrohling verwendet werden kann.

Gemäss Fig. 3, in welcher ebenfalls entsprechende Teile gleich bezeichnet sind wie in den Fig. 1 und 2₅ wird der Füllkörper 10 nicht eingesetzt und die zum Einsetzen des Füllkörpers vorgesehene Eindrehung 9 im Eintrittsstutzen 1 wird nicht vorgesehen, so dass der Eintrittsstutzen direkt in den offenen Strömungsraum 8 übergeht, welcher von innen bis aussen im wesentlichen konstante Weite aufweist. Der Lager- und Gehäuseflansch 18b, welcher von denjenigen nach Fig. 1 und 2 verschieden ist, dringt weniger tief in die Bohrung 5 des Gehäusefortsatzes 4 ein, so dass innerhalb der Bohrungswandung 5 eine Radkammer entsteht, in welcher ein an sich ebenfalls bekanntes offenes Laufrad 14b vollständig aus dem-Strömungsraum 8 zurückgesetzt eingebracht werden kann. Die zylindrische Bohrungswand 5 wirkt dabei als radiale stauende Begrenzung für die Radialströmung im Laufrad 14b, so dass in diesem die in Fig. 3 angedeutete, weitgehend vom Nutzfluss im Strömungsraum 8 getrennte Ringströmung 19 entsteht, welche eine intensive, hydraulische Kupplung zwischen dem Laufrad und dem Nutzfluss im Strö-' mungsraum 8 erzeugt. Es entsteht daher im Strömungsraum 8 ein intensiver Rotationswirbel, welcher das feststoffhaltige Medium in den Austrittsstutzen 3 fördert.

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Der Durchmesser der Bohrung 5 des Gehäusefortsatzes 4 ist so bemessen, dass alle im Pumpenaggregat vorgesehenen Laufräder sowie die Füllkörper 10 ohne weiteres durch die· Bohrung bzw. in die Bohrung eingeführt werden können.

Um auch ohne zusätzliche Bearbeitung stets dasselbe Pumpengehäuse verwenden zu können, kann die Eindrehung 9 an allen Gehäusen angebracht und beim Ausbau nach Fig. 3 gegebenenfalls gefüllt werden.

In Fig. 4 sind entsprechende Teile gleich bezeichnet wie in Fig. 1 und 2. Der Füllkörper 10 ist mit einem Schleifring 13 ver- * sehen, welcher die Dichtung am Eintritt des halbaxialen Laufrades 14d bildet. Die innere Begrenzungswand des Laufrades kann mit Entlastungsöffnungen 15 versehen sein, und sie weist am äussern Ende einen axialen Fortsatz 20 auf, welcher mit einem feststehenden Schleifring 17 zusammenwirkt. Der in die Bohrung 5 des Gehäusefortsatzes 4 eingesetzte und mittels nicht dargestellter Schrauben befestigte Stopfbüchsflansch 18d ist ausserhalb des Schleifringes 17 mit einer gekrümmten Fläche 21 versehen, welche stossfrei an das Profil 7 des Pumpengehäuses anschliesst und deren Neigung am inneren Ende mit der Neigung des Laufradaustrittes übereinstimmt. Die Fläche 21 bewirkt daher eine stossfreie Umlenkung der aus dem Laufrad austretenden Strömung in die radiale Eintrittsrichtung des Profils 7 des für alle Pumpentypen gemeinsamen Funipengehäuses.

Durch die aus dem rotierenden Laufrad austretende Flüssigkeit entsteht in dem durch die Flächen 7, 12, 21 sowie die Aussenflache der äusseren Laufradwand begrenzten Strömungsraum eine Ringströmung die zugleich in Umfangsrichtung und gemäss den in Fig. 4

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angedeuteten Pfeilen um die Achse des Strömungsraumes rotiert, wobei der an die Aussenfläche der äusseren Laufradwand zurückgeführten Flüssigkeit erneut kinetische Energie zugeführt wird.

In Fig. 5 sind entsprechende Teile gleich bezeichnet wie in Fig. 4. An'Stelle eines vom Stopfbüchsflansch getrennten ringförmigen Füllkörpers 10· ist ein vollständiger, mit dem Stofpbüchsflansch 18e aus einem Stück bestehender Leitapparat in das Pumpengehäuse eingesetzt. Das Axiallaufrad 14e befindet sich in der zylindrischen Bohrung 11 eines in der Eindrehung 9 gehaltenen Stutzens 22 dieses Leitapparates. An die zylindrische Bohrung des Stutzens 12 schliesst ein im Meridian-schnitt nach aussen gekrümmter, geschlossener Kanal 23 an, in welchem Leitschaufeln angeordnet sind. Die innere Begrenzungswand des Kanals 23 schliesst derart an die Eintrittskante des Profils 7 an, dass ein stossfreier Uebertritt des einströmenden Mediums aus dem Leitapparat in den eigentlichen Strömungsraum 8 erfolgen kann..Die äussere Begrenzungswand des Kanals 23 ist mit einer gewölbten Aussenfläche 25 versehen, welche an die radiale Begrenzungsfläche 6 des Pumpengehäuses anschliesst. Die Flächenteile 6, 1 und 25 bilden auch in dieser Ausgestaltung der Pumpe einen rotationssymmetrischen Strömungsraum.

Das durch das rotierende Laufrad 14e geförderte Medium gelangt durch den Kanal 23 des Leitapparates umgelenkt in radialer Richtung in den Strömungsraum 8, in welchem sich ein zugleich in Umfangsrichtung bezüglich der Pumpenachse und in Umfangsrichtung bezüglich der Achse des Strömungsraumes rotierender Wirbel bildet. Die Leitschaufeln 24 sind dabei so angeordnet, dass sich

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bei optimaler Fördermenge überall stossfreie üebergänge ergeben.

- Abgesehen von der Möglichkeit das einheitliche Pumpengehäuse für axiale Laufräder zu verwenden, bietet die Ausgestaltung der Pumpe nach Fig. 5 den besonderen Vorteil, dass feststoffhaltige Medien, welche beim axialen Durchtritt durch das Laufrad bei klassischen Axialpumpan nur eine unbedeutende Durchmischung erfahren, bei der vorliegenden Pumpe durch die im Strömungsraum 8 stattfindende Wirbelströmung eine intensive Durchmischung und Homogenisierung erfahren. Die Pumpe kann also bei geringer Förderhöhe und grosser Fördermenge zugleich der Durchmischung und Homogenisierung eines Stoffgemisches dienen.

Anstelle eines Stopfbüchsflansches der mit dem Leitapparat nach Fig. 5 aus einem Stück besteht bzw. mit der Leitfläche 21 nach Fig. 4 versehen ist, könnten besondere auswechselbare Verschleissteile vorgesehen werden, die dem Leitapparat entsprechen bzw. eine die Umlenkfläche 21 aufweisende Strömungsführung bilden und die durch einen entsprechend gestalteten Stopfbüchsflansch im Gehäuse gesichert sind.

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BAD

Claims (15)

-10- 15286F2 Patentansprüche:

1) Mehrzweck-Pumpenaggregat, gekennzeichnet durch ein für mehrere Zwecke einheitliches Pumpengehäuse mit bezüglich der Laufradachse mindestens annähernd rotationssymmetrischem Strömungsraum, durch verschiedenartige Laufräder die wahlweise einbaubar sind, derart, dass der Strömungsraum asymmetrisch ausserhalb und teilweise axial seitlich des Laufrades liegt, damit die Austrittsströmung aus dem Laufrad im Strömungsraum einen Rotationswirbel erzeugt, und durch wahlweise einsetzbare Füllkörper zur zweckent-

K sprechenden Gestaltung des Strömungsraumes und Laufradraumes.

2) Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Füllkörper ein kreisringförmiger Strömungsraum abgrenzbar ist, in dessen einen Quadranten das Laufrad einragt.

3) Pumpenaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse einen Eintrittsstutzen, einen erweiterten, den Strömungsraum bildenden Teil und dem Eintrittsstutzen gegenüber einen mindestens annähernd zylindrischen Gehäusefortsatz mit einer axialen Bohrung umfasst, wobei der Durchmesser der Bohrung denjenigen der Laufräder und Füllkörper übersteigt, derart, dass die Laufräder und Füllkörper durch die Bohrung ein- und ausbaubar sind.

4) Pumpenaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusefortsatz zur Befestigung eines Stopfbüchs- oder Lagerflansches dient.

5) Pumpenaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

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dass die Innenfläche des Gehäusefortsatzes als Radkammer bzw. stauende radiale Begrenzung für ein offenes, vom Strömungsraum axial zurückversetztes Laufrad dient.

6) Mehrzweck-Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch eine halbaxiale bis axiale Ausführung des Laufrades.

7) Pumpenaggregat nach Anspruch-6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einsatz oder Füllkörper vorhanden ist, welcher an den Laufradaustritt anschliessend die stossfreie Umlenkung der aus dem g Laufrad austretenden Strömung in den Strömungsraum des einheitlichen Pumpengehäuses vornimmt.

8) Pumpenaggregat nach Anspruch 7, mit halbaxialem Laufrad, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz eine, einen Teil des Strömungsraumes begrenzende, gekrümmte Umlenkfläche aufweist.

9) Pumpenaggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad zwischen axial versetzt im einheitlichen Pumpengehäuse angebrachten Einsätzen oder Füllkörpern mit Teile des Strömungsraumes begrenzenden Flächen angeordnet ist.

IC) Pumpenaggregat nach Anspruch 6, mit Axiallaufrad, dadurch gekennzeichnet, dass am Austritt des Laufrades ein auswechselbar in das einheitliche Fumpengehäuse eingesetzter Leitapparat anschliesst.

11) Pumpenaggregat nach Anspruch 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitapparat einen ringförmigen, im Meridian-

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schnitt gekrümmten geschlossenen Kanal zur stossfreien Umlenkung der Strömung aus axialer in mindestens annähernd radiale Richtung aufweist. »

12) Pumpenaggregat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Wand des Kanals eine gekrümmte Aussenflache aufweist, welche den Strömungsraum ausserhalb des Leitapparates begrenzt.

13) Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitapparat einen Eintrittsstutzen mit zylindrischer Bohrung zur Aufnahme des Laufrades aufweist.

14) Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 10 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitapparat aus einem Stück besteht.

15) Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömungsführung (21) oder ein Leitapparat (23, 24) durch einen besonderen Stopfbüchsflansch im Gehäuse gesichert ist.

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