DE19530195A1 - Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart mit vom Eintritts- zum Austrittsbereich jeweils offenen Schaufelkanälen.

Insbesondere bei Kreiselpumpen, die im Nahrungsmittel und Getränkebereich Einsatz finden, ist es üblich, soge­ nannte offene Laufräder radialer Bauart zu verwenden. Offene Laufräder sind solche, bei denen die Deckwand oder die sogenannte Deckscheibe fehlt, und die Schaufeln allein mit der Nabenwand oder der sogenannten Rückfläche verbunden sind (*: Pfleiderer/Petermann, Strömungsma­ schinen, 4. Auflage. 1972, Seiten 175, 285 ff). Offene Laufräder haben den Vorteil, daß die Schaufelkanäle, falls erforderlich, gut zu bearbeiten sind (oft werden geschliffene oder polierte Oberflächen gefordert) und die Schaufelkanäle zu Inspektionszwecken einsehbar sind. Darüber hinaus sind sie gegenüber geschlossenen Laufrä­ dern, die eine Deckscheibe aufweisen, leichter im Durch­ fluß zu reinigen (CIP-reinigungsfähig, was soviel bedeu­ tet wie "Reinigung an Ort und Stelle im Durchfluß"), da ein offener Kanal zwangsläufig eine kleinere berandende Oberfläche aufweist und der bei geschlossenen Laufrädern vorhandene saugseitige enge Radseitenraum zwischen Gehäuse und Deckscheibe gänzlich entfällt. Bei langsam­ läufigen offenen Laufrädern radialer Bauart ist aller­ dings der Wirkungsgrad schlechter als bei geschlossenen Laufrädern, da durch die Druckdifferenz zwischen Schau­ felvorderseite und Schaufelrückseite ein Spaltverlust entsteht (siehe *, Seite 285 ff).

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

Aus der DE 38 43 428 C2 ist ein Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart und kleiner spezifischer Drehzahl bekannt, bei dem die Schaufelkanäle in ihrem Austritts­ bereich zum Radseitenraum gerichtete, die Schaufelkanäle seitlich anschneidende Öffnungen aufweisen, wobei die in radialer Richtung gemessene Länge der Öffnungen gleich oder kleiner einer halben Schaufelkanallänge ist. Gemäß Anspruch 5 dieser Druckschrift ist weiterhin vorgesehen, daß die Schaufelkanäle und die Oberfläche der Laufrad­ deckscheibe zueinander geneigt verlaufen. Zieht man zur Interpretation der bekannten Ausführungsform des Kreis­ pumpenlaufrades gemäß den Ansprüchen 1 und 5 die Fig. 1 bis 3 und die diesbezügliche Beschreibung, Spalte 3, Zeilen 30 bis 53, insbesondere Zeilen 37 bis 43, zu Rate, so stellt man fest, daß zwar bekannt ist, im jeweiligen Wechsel, den einen Schaufelkanal zur saug­ seitigen Deckscheibe und den daneben verlaufenden Schaufelkanal zur druckseitigen Rückfläche im jeweiligen Austrittsbereich anzuschneiden und damit zu öffnen, jedoch erfaßt dieses wechselseitige Öffnen des Schaufel­ kanals nur einen Teilbereich desselben im Austrittsbe­ reich des Kreiselpumpenlaufrades zum jeweiligen Radsei­ tenraum. Ein vollständiges Öffnen des Schaufelkanals zum jeweiligen Radseitenraum würde den mit dem bekannten Kreiselpumpenlaufrad gewünschten Effekt (vgl. Spalte 1 Zeilen 37 bis 50) gänzlich zunichte machen. Für diesen Sachverhalt spricht auch die in Anspruch 6 beanspruchte spezielle Bemessungsvorschrift für das Ausmaß des Anschneidens bzw. Öffnens des Schaufelkanals zum jewei­ ligen Radseitenraum hin (vgl. hierzu auch die Beschrei­ bung, Spalte 3, Zeilen 54 bis 68 und Spalte 4, Zeilen 1 bis 21).

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kreisel­ pumpenlaufrad radialer Bauart zu schaffen, das die Vor­ teile des offenen und jene des geschlossenen in sich vereint, ohne die Notwendigkeit des bei beiden bekannten Laufradformen gegebenenfalls notwendigen Axialschubaus­ gleichs.

Die Aufgabe wird durch Anwendung der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung wird in einem Unteran­ spruch beansprucht.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind nur in vollem Umfang erreichbar für eine geradzahlige Anzahl von Schaufeln, da nur dann sichergestellt ist, daß kein Spaltverlust durch Druckdifferenz zwischen Schaufelvor­ derseite und Schaufelrückseite entsteht. In Verbindung mit dem darüber hinaus vorgeschlagenen Merkmal, daß Deckscheiben- und Rückflächensegment im jeweiligen Wech­ sel aufeinanderfolgen, wird erfindungsgemäß erreicht, daß zwischen benachbarten Schaufelkanälen keine Verbin­ dung und damit keine Spaltströmung, die den Wirkungsgrad negativ beeinflußt, gegeben ist.

Da das Kreiselpumpenlaufrad gemäß der Erfindung keine, über seinen Umfang gesehen, geschlossene Deckscheibe und Rückfläche besitzt, sondern nur Deckscheiben- und Rück­ flächensegmente aufweist, bildet es im eingebauten Zustand im Zusammenwirken mit dem Pumpengehäuse auch keinen ringförmig in sich geschlossenen deckscheiben- und rückflächenseitigen Radseitenraum aus, der jeweils hinsichtlich einer einwandfreien CIP-Reinigung proble­ matisch wäre. Insofern gehen die Vorteile des vorge­ schlagenen Kreiselpumpenlaufrades gemäß der Erfindung noch über jene des bekannten offenen Laufrades radialer Bauart hinaus, da hier der rückflächenseitige Radseiten­ raum nach wie vor vorhanden und reinigungstechnisch problematisch ist.

Die axialen Strömungskräfte auf das vorgeschlagene Krei­ selpumpenlaufrad sind hinreichend ausgeglichen, ohne daß es hierzu besonderer zusätzlicher Vorkehrungen bedarf. Dies resultiert zum einen aus der Tatsache, daß benach­ barte Schaufelkanäle im jeweiligen Wechsel durch ein Deckscheiben- oder ein Rückflächensegment geschlossen sind und somit, zumindest im radialen Erstreckungs­ bereich der Schaufeln, hinreichend gleiche Druckvertei­ lungen auf beiden Seiten des Kreiselpumpenlaufrades vorliegen und in Umfangsrichtung jeweils ohnehin keine unterschiedliche Druckverteilung entstehen kann. Im Nabenbereich ist zum anderen ein Durchgriff der Strö­ mung, insbesondere durch die Ausbildung der Rückfläche im Bereich des durch das Deckscheibensegment begrenzten Schaufelkanals, von der Deckflächen- zur Rückflächen­ seite gegeben, wodurch auch hier keine resultierenden Axialkräfte entstehen.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Kreisel­ pumpenlaufrades gemäß der Erfindung ist im Eintritts­ bereich des durch das jeweilige Deckscheibensegment begrenzten Schaufelkanals eine äußerste radiale Naben­ ausformung vorgesehen, die die Rückflächensegmente der benachbarten Schaufelkanäle flächig miteinander verbin­ det und jeweils, in radialer Richtung gesehen, bis an den Eintrittsbereich des durch das jeweilige Deckschei­ bensegment abgedeckten Teil des Schaufelkanals heran­ reicht. Diese Maßnahme stellt sicher, daß im Eintritts­ bereich des Kreiselpumpenlaufrades eine eindeutige Anströmung der einzelnen Schaufelkanäle ohne Verwir­ belung und Ausgleichsströmungen zwischen den benach­ barten Schaufelkanälen vorliegt. Eine radiale Erstreckung der äußersten radialen Nabenausformung über den Eintrittsbereich hinaus ist nicht sinnvoll, da dadurch Vorteile des offenen Schaufelkanals (z. B. gute Bear­ beitbarkeit der Oberfläche) teilweise verloren gehen und die Herstellbarkeit als Gußteil oder Blechpreßteil (Ausformung aus der Form bzw. Ausheben aus dem Umform­ werkzeug) erschwert wird.

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

Fig. 1 ein Grundriß des Kreiselpumpenlaufrades aus der Richtung seiner Anströmung und

Fig. 2 einen Meridianschnitt durch das Kreiselpumpenlaufrad gemäß Fig. 1 und gemäß dem dort gekennzeichneten Schnittverlauf A-B-C.

Ein mit n = 6 Schaufeln 3.1 bis 3.6 ausgestattetes Krei­ selpumpenlaufrad 1 (Fig. 1) weist zwangsläufig auch sechs Schaufelkanäle 5.1 bis 5.6 auf. Aus der Ansichts­ darstellung gemäß Fig. 1 und in Verbindung mit dem Meridianschnitt gemäß Fig. 2 wird deutlich, daß nach der gewählten Nomenklatur der Schaufelkanal 5.1 durch ein Deckscheibensegment 4.1, der Schaufelkanal 5.3 durch ein Deckscheibensegment 4.3 und der Schaufelkanal 5.5 durch ein Deckscheibensegment 4.5 auf der Anströmseite des Kreiselpumpenlaufrades 1 geschlossen ist. Demgegen­ über ist der Schaufelkanal 5.2 durch ein Rückflächen­ segment 4.2, der Schaufelkanal 5.4 durch ein Rück­ flächensegment 4.4 und der Schaufelkanal 5.6 durch ein Rückflächensegment 4.6 auf der der Anströmseite des Kreiselpumpenlaufrades 1 abgewandten Seite jeweils geschlossen. Es ist weiterhin ersichtlich, daß durch die vorgeschlagene Anordnung von Deckscheiben- und Rückflä­ chensegment 4.1. 4.3, 4.5 bzw. 4.2. 4.4, 4.6, die, in Umfangsrichtung betrachtet, im jeweiligen Wechsel auf­ einanderfolgen, keine Schaufelkante gebildet werden kann, die Vorder- und Rückseite der betreffenden Schaufel - und damit zwei benachbarte Schaufelkanäle - jeweils auf kurzem Weg miteinander verbindet. Dadurch werden Spaltströmungen und wirkungsgradmindernde Effekte aufgrund einer Druckdifferenz zwischen Schaufelvorder- und Schaufelrückseite wirksam verhindert.

Ausgehend von einer anströmseitigen Umfangsfläche einer Nabe 2 ist im Eintrittsbereich des durch das jeweilige Deckscheibensegment 4.1, 4.3 und 4.5 begrenzten Schau­ felkanals 5.1, 5.3 und 5.5 eine äußerste radiale Naben­ ausformung 2a vorgesehen, die die Rückflächensegmente 4.2, 4.4 und 4.6 der Schaufelkanäle 5.2, 5.4 und 5.6 flächig miteinander verbindet (vgl. Fig. 1). Es ist vorteilhaft, die äußerste radiale Nabenausformung 2a so weit auszubilden, daß sie jeweils, in radialer Richtung gesehen, bis an den Eintrittsbereich des durch das jeweilige Deckscheibensegment 4.1, 4.3 und 4.5 abge­ deckten Teil des Schaufelkanals 5.1, 5.3 und 5.5 heran­ reicht (siehe hierzu insbesondere Fig. 2, unterer Teil).

Die Nabe 2 weist, wie dies allgemein üblich ist, eine Nabenbohrung 2b und eine Mitnehmernut 2c auf. Darüber hinaus ist aus Gründen der leichteren Demontage des Kreiselpumpenlaufrades 1 ein Abziehloch 6 vorgesehen (Fig. 2).

Sobald die Strömung die Anströmkante der jeweiligen Schaufel erreicht, wird diese Strömung durch diese Anströmkante in die zugeordneten benachbarten Schaufel­ kanäle kanalisiert. Es ist zweckmäßig, wie dies die Fig. 1 und 2 auch deutlich machen, die äußerste radiale Nabenausformung 2a bis in diesen Bereich aus­ zubilden, damit eine einwandfreie Anströmung der einzel­ nen Schaufelkanäle begünstigt und ein peripherer Austausch von Strömung zwischen benachbarten Schaufel­ kanälen erschwert wird und Verwirbelungen in diesem Bereich weitgehend vermieden werden.

Infolge der Möglichkeit des Durchgriffs der Strömung zwischen Laufradvorder- und Laufradrückseite im Bereich der äußersten radialen Nabenausformung 2a ergeben sich dort zwangslaufig keine axialen Strömungskräfte auf das Kreiselpumpenlaufrad 1. Selbst wenn die jeweilige Druck­ verteilung, was nicht erkennbar ist, auf die Deckflä­ chen- und die Rückflächensegmente 4.1, 4.3, 4.5 bzw. 4.2, 4.4, 4.6 strömungsmechanisch unterschiedlich sein müßte, könnten sich diese Unterschiede durch die erfin­ dungsgemäße Anordnung dieser Flächen, über den Umfang gesehen, nicht ausbilden. Somit ergeben sich aus diesem Sachverhalt auch keine axialen Kräfte auf das Kreisel­ pumpenlaufrad 1 insgesamt und damit auf die Pumpenwelle. Das erfindungsgemäße Kreiselpumpenlaufrad 1 weist, in sich gesehen, einen hinreichenden Kräfteausgleich auf.

Bei dem beispielhaft dargestellten Kreiselpumpenlaufrad 1 ist die Drehrichtung mit D gekennzeichnet; es handelt sich in diesem Falle um eine rückwärts gekrümmte Beschaufelung, die im Ausführungsbeispiel einfach gekrümmt ist. Das erfindungsgemäße Prinzip ist jedoch auch ohne weiteres auf räumlich gekrümmte, das heißt dreidimensionale Schaufeln anwendbar. Das gewählte Ausführungsbeispiel bezieht sich darüber hinaus auf ein langsamläufiges Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart (sogenannter Langsamläufer); die vorgeschlagene Erfin­ dung erstreckt sich ohne Einschränkung jedoch auch auf mittelläufige Kreiselpumpenlaufräder (sogenannte Mittel­ läufer).

Claims (2)

1. Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart mit vom Ein­ tritts- zum Austrittsbereich jeweils offenen Schau­ felkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerad­ zahlige Anzahl n Schaufeln (3.1 bis 3.n) vorgesehen ist, und daß der einzelne Schaufelkanal (5.1 bis 5.n) zwischen den ihn jeweils begrenzenden Schaufeln (3.1; 3.2; 3.3; . . .; 3.n) entweder von einem Deckscheibenseg­ ment (4.1; 4.3; 4.5; . . .; 4.n-1) oder von einem Rück­ flächensegment (4.2; 4.4; 4.6; . . .; 4.n) berandet ist, wobei, in Umfangsrichtung betrachtet, Deckscheiben- und Rückflächensegment im jeweiligen Wechsel aufein­ anderfolgen.

2. Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Eintrittsbereich des durch das jeweilige Deckscheibensegment (4.1; 4.3; 4.5; . . .; 4.n-1) begrenzten Schaufelkanals (5.1; 5.3; 5.5; . . .; 5.n-1) eine äußerste radiale Nabenausformung (2a) vorgesehen ist, die die Rückflächensegmente (4.2; 4.4; 4.6; . . .; 4.n) der Schaufelkanäle (5.2; 5.4; 5.6; . . .; 5.n) flächig miteinander verbindet und die jeweils, in radialer Richtung gesehen, bis an den Eintrittsbe­ reich des durch das jeweilige Deckscheibensegment (4.1; 4.3; 4.5; . . .; 4.n-1) abgedeckten Teil des Schau­ felkanals (5.1; 5.3; 5.5; . . .; 5.n-1) heranreicht.