DE2037792A1

DE2037792A1 - Zentrifugalpumpe mit einfachem Einlauf

Info

Publication number: DE2037792A1
Application number: DE19702037792
Authority: DE
Inventors: John Geyer Monza Williams (Italien) F04d 29 40
Original assignee: Worthington Corp
Current assignee: Worthington Corp
Priority date: 1969-07-31
Filing date: 1970-07-30
Publication date: 1971-12-23
Also published as: FR2053325A1; FR2053325B1; AT307237B; GB1317757A; NL7011213A; BE753793A

Description

P Λ T E r J T A W W 4 L T € DR. ING. OTTO Sl URNER

DR. FRIEDRICH E. MAYER

. O. Stiirner- Dr. F. Mayer .753Pforzheim. Juiius-Naeher-Str.13~]

7S3 Pforzheim

Julius-Naeher-Str. 13

22.JuIi 1970

Unser Zeichen 1857

Dr.M/Fi,

Ihr Zeichen

Patentanmeldung

Anmelders Worthington Corporation, Harrison, H.J. (USA)

Bezeichnung: Zentrifugalpumpe mit einfachem Einlauf

Die Erfindung betrifft eine ein- oder mehrstufige Zentrifugalpumpe für einseitigen Einlauf mit senkrechter oder eventuell horizontaler Welle, bei der die der Ansaugleitung der Pumpe zugeführte !Flüssigkeit vor deren Aufschlag auf das laufrad einen Richtungswechsel erfährt.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Weiterentwicklung an Zentrifugalpumpen genannter Art, wie auch an entsprechen« perfektionierten Pumpen, die eine Einrichtung für den Einlauf und für die Zuleitung der Flüssigkeit bis zur Saugseite des Laufrades vorsieht, um bessere Flüssigkeitsbewegungßzustände zu schaffen und dadurch eine hohe Leistung der Pumpe, wie auch außerdem eine Verbesserung der betreffenden AntihohlSogeigenschaften zu erzielen.

Es ist bekannt, daß in einigen besonderen Anwendungsfällen, wie z.B. bei Pumpen zum Auftanken von Petroleumtankschiffen« sich die Notwendigkeit ergibt, die Flüssigkeit zur Saugseite des Laufrades mittels Zuflußleitungen zu befördern»

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eieren Achae nicht mit der normalen Achs® der Saugstelle somit mit gener des Laufrades übereinstimmt_s sodaB

die Achse des Laufrades nahezu und mitunter auch 90° aufweist. Aus diesem Grunde ist ein Richtungswechsel erforderlich, damit die Speisung in gleichachsiger Hichtung zum Laufrad erfolgen kann. Es ist natürlich möglich, den Richtungswechsel in der Flüssigkeitsströmung durch in die Saugleitungen einzuschaltende Kniestücke zu bewirken. Dabei ergeben sich aber verschiedene Probleme und Nachteile, die eine solche Maßnahme in vielen Fällen nicht ratsam erscheinen lassen. Krümmer mit kleinem Radius verursachen beträchtliche Verluste und erzeugen ferner schädliche Auswirkungen in der Verteilung der Flüssigkeitsvorrückgeschwindigkeit. Großbögige Krümmer erfordern andererseits entsprechend großen Raum. Einem solchen Erfordernis kann nicht"immer entsprochen werden, zumal in Pumpen mit vertikaler Achse die Saughöhe zunimmt.

Um die vorgenannten und noch andere Unzuträglichkeiten, die sich in besonderen Anwendungsfällen ergeben können, z.B. auf Schiffen oder bei Raummangel oder bei erforderlicher Begrenzung der Saughöhe, zu beheben, wurde die Verwendung von Pumpen vorgeschlagen, die oberhalb der Saugseite des Laufrades eine Kammer zur Erfassung der Flüssigkeit aufweisen, in welche die Flüssigkeit in einem Winkel von 90° zur üaufradachse einströmt und daraufhin in achsialer Richtung entnommen wird«, !"Jena. auch diese Kammer im Vergleich zu einer Lösung des Problems mittels Rohrkrümmer eine Reduzierung des Sesamt-Tolumsns und eine Verkleinerung der gesamten Saughöhe gestattet, so hat man doch immer eine nachteilige Flüssigkeitsverteilung im Innern derselben? denn sie weist eine beträchtliche * Turbulenz au£₉ wodurch di©

in dei? Äneaugaon© des iaufrades mit Tbeserüaglaiciiförmigktlt ©intrifft « Durch ihre

unregelmäßige Fließgeschwindigkeit bewirkt sie in der Ansaugstufe eine nachteilige Reduzierung der Flüssigkeitsbewegungseigenschaft. Die Pumpenstellung zur Hohlsogbildung wird begünstigt.

Bei den vorerwähnten Petroleumtankschiffen oder in ähnlichen Fällen, wie z.B. in chemischen Verfahren, in welchen beispielsweise das "Rohe" der Pumpflüssigkeit auch leichte und schwere Partikel enthält und der Saugdruck sich dabei zwischen Höchst- und Mindestdruck bewegt, ist es wesentlich, daß die freigewordenen Gase, wie auch ein Teil der leichten Partikel sich bei Verminderung des Saugdruckes befreien und vor dem Aufschlag " auf das Laufrad ausgestoßen werden, so daß die Pumpe stets taucht. Bei den angeführten und bis jetzt bekannten Pumpen vorgenannter Art werden die erwähnten Gase und/oder Dünste von einem Behälter gleich oberhalb der Pumpe aufgefangen und durch eine Vakuumpumpe in getrennter Anlage abgesogen. Eine solche Anlage ist jedoch kostspielig und beansprucht vor allem Raum, was gerade an Bord von Schiffen bei den dort herrschenden knappen Raumverhältnissen eine entscheidende Rolle spielt.

Unter dieser Voraussetzung liegt der Hauptzweck der Erfindung für Kreiselpumpen eingangs genannter Art daris, λ an dem in Bezug zur Laufradachse abgelenktem Einlauf Vervollkommnungen vorzunehmen, die geeignet sind, die aufgeführten Nachteile bei Anbringung von Krümmern oder Ansaugkammern zu beseitigen und die eine Einrichtung umfassen, die eine Zuleitung der Flüssigkeit sum Laufrad gestattet, ohne daß die gleichmäßigen Flußlbewegungszustände und die einheitliche Flußgeschwindig» keit wesentlich beeinträchtigt werden und gleichzeitig eine Raumeinsparung erzielt wird, die mit jener der Ansaug-Sammelkammer verglichen werden kann.

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Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es₉ eine perfektionierte ein- oder mehrstufige Kreiselpumpe mit einfachem Einlauf zu schaffen, die eine Einrichtung aufweist, die die erwähnte Abweichung des Flüssigkeitslaufes von der Zuleitung zur Saugseite des Laufrades bewirkt, so daß die Abweichung ca. 90° beträgt und die Flüssigkeit an der Saugseite im wesentlichen mit normaler, gleichmäßiger Fließgeschwindigkeit und auch ohne Turbulenz ankommt und zwar unabhängig von eventuellen Unregelmäßigkeiten im Zufluß.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpe besagter Art mit einer Zuleitung der Flüssigkeit entsprechend vorerwähnter Ansaugung zu schaffen, bei der sich der besagte separate Behälter zum Auffangen der Gase und Dünste, die von der angesaugten Flüssigkeit freigesetzt werden, erübrigt.

Die erfindungsgemäße Kreiselpumpe besitzt für die Ansaugung eine oben beschriebene Einrichtung, die sich mit den der Technik normalerweise zur Verfügung stehenden Mitteln leicht und bequem herstellen läßt.

Die erfindungsgemäßen Vervollkommnungen an Kreiselpumpen kennzeichnen sich im wesentlichen durch die Assoziierung geeigneter Mittel, äie es ermöglichen, die in der Ansaugung erfaßten Flüssigkeitsfäden in eine im wesentlichen kreis- oder spiralförmige Bahn um die Laufradachse herum zu lenken, sowie ferner durch eine Einrichtung , die eine stufenweise und dauernde Entnahme der llüssigkeitsfääen bmb ihrer jfließb&hn uni deren Zuleitung in axialer Riohtung z*aiE Laufrad gewährleistet, indem die Tangezitialte der öeseliwlnäigkeit "beseitigt und <sin@

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gleichmäßige Verteilung der Axialgeschwindigkeit erreicht wir u,

Die vorerwähnten Mittel verwirklichen sich vorzugsweise in einer erfindungsgemäß perfektionierten Kreiselpumpe für einfachen Einlauf in der Ausführung eines Spiralsaugfördergehäuses "bzw. mit wenigstens einer Reihe radialer Schaufeln, die zur Ausgangseeite des Gehäuses gleichmäßig verteilt sind, so daß die Flüssigkeit laufend und stufenweise entnommen und dem Laufrad in axialer Sichtung zugeleitet wird, indem die Tangentialkomponenten der Geschwindigkeit in Axialkomponenten umgewandelt werden und zwar unter einer substantiell gleichförmigen Verteilung der Geschwindigkeit bei praktischem Ausschluß irgendwelcher Turbulenz. Das vorgesehene, mit den besagten radialen Schaufeln kombinierte Spiralgehäuse ermöglicht es, den Flüssigkeitslauf von seinem Eintritt in den Pumpenkörper bis zum Laufrad zu dirigieren und die entsprechende Verteilung der Geschwindigkeiten zu kontrollieren, ohne daß sich dabei Turbulenzen und Ungleichförmigkeiten ergeben; die Flüssigkeit erreicht das Laufrad unter günstigsten Betriebsbedingungen.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des genannten Spiralgehäuses kann solches für zweierlei Betriebsaufgaben ausgelegt werden, indem ein Gehäuse die Schaufeln enthält und von diesem getrennt eine pneumatisch angeschlossene obere Zone oder Decke vorliegt, in welcher Kammer die aus der Flüssigkeit flüchtenden Gase oder Dünste aufgefangen und durch eine Pumpeinrichtung abgesogen werden. Auf diese Weise erübrigen sich vorteilhafterweise Vorkehrungen durch Einbau eines kostspieligen und raumbelegenden Behälters oberhalb der Pumpe wie in bereits bekannten Anlagen.

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Die Erfindung wird nunmehr unter Hinweis auf bevorzugte Ausführungsformen laut beiliegenden Zeichnungen be=· schrieben, wobei Beschreibung wie Zeichnungen nur beispielsweise gegeben sind_? ohne dabei der Tragweite äer Erfindung selbst irgendwelche Grenzen aufzuerlegen.

Es zeigen:

Pig. 1 eine schematische Darstellung der Einrichtung für die Ansaugung in einer Kreiselpumpe mit winkeligem Einlauf (90°) gegenüber der lauf» radachse,

Fig« 2 das Beispiel einer einstufigen Kreiselpumpe mit einfachem Einlauf und mit vertikaler Achse im Schnitt,

Fig_a 3 das Ausführungsbeispiel einer mehrstufigen Kreiselpumpe, deren Welle beiderseitig kugelgelagert ist und

Pig. 4 einen Schnitt nach Linie IV - IV von Fig.

Unter Hinweis auf die Figuren und vorerst auf Eig» ist die erfindungsgemäße Einrichtung für die Ansaugung in einer Kreiselpumpe mit Einlauf im Winkel von 90° zur Laufradachse dargestellt. Der Einlauf findet an der mit Pfeil X angegebenen Stelle statt. Darauffolgend ist die Flüssigkeit derart abzuleiten^ daB ihr Ausfluß lotrecht zum Zeichenpapier, also bei Punkt Y entsprechend der Laufradachse stattfindet.

Erfindungsgemäß wird die gewünschte Ableitung dadurch erzielt, daß der Flüssigkeit, oder genauer ausgedrückt, den betreffenden Stromfäden ein zur Laufradachse Y kreislinien- oder spiralförmiger'Lauf auf Grund des volutenfSrmigen ßeiiluseauflbaiis A verliehen, wird, um sie dann als Flüssigkeit stufenweise dauernd zu entnehmen und mit den gewünschten Eigenschaften einer

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gleichförmigen Richtungs- und Geschwindigkeitsverteilung in axiale Richtung überzuleiten. Entnahme und Verteilung werden mit Hilfe von wenigstens einer Reihe radialer Schaufeln B bewirkt (nur in Pig. 1 schematisch dargestellt), die die einzelnen Stromfäden abfangen und ihren Tangentialkomponenten die Geschwindigkeit nehmen und in die angegebene Axialrichtung überleiten.

Genauer ausgedrückt, wie aus Pigur 1 ersichtlich, erfolgt die Einführung der genannten Stromfäden P₁....P₂ tangential in das Spiralgehäuse A, dessen Querschnitt- * verminderung beispielsweise in Richtung des Halbmessers strahlenförmig stattfindet, wobei die Stromfäden im wesentlichen eine kreisförmig verlaufende Bewegung annehmen, bis sie in Höhe der Ausflußseite C des Gehäuses durch eine entsprechende radiale Schaufel B. ... B entnommen werden, die für eine Beseitigung der Tangentialkomponente und für die besagte Überleitung in axialer Richtung sorgt. Die erwähnte Verteilung der Stromfäden und deren Entnahme ermöglichen eine vorteilhafte Überleitung der Plüssigkeit von der Richtung X zur Axialrichtung, wobei die angeführten Plüssigkeitsbewegungszustände zweckmäßig beibehalten bleiben. i

Pig. 2 zeigt ein insbesondere zur Anbringung an eine einstufige Pumpe mit senkrechter Welle geeignetes Ansauggehäuse. Der Innenschnitt 10 verjüngt sich in axialer Richtung, anstatt wie in Pig. 1 dargestellt ist, in radialer Richtung. Dabei wird die Plüssigkeit aus dem unteren Teil einer Zuflußzone 11 entnommen, an welche sich der axiale Auslauf 12 des Gehäuses mittels des Zuleitungskanals 13 zum laufrad anschließt, wobei diese Zone 11 über eine Mehrzahl radialer Schaufeln 14· verfügt, die im wesentlichen wie jene in Pig.4

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ausgebildet sind und deren Wirkung denen in Pig, 1 entspricht.

Im Falle einer Pumpe mit senkrechter Welle ist es von Vorteil, wenn oberhalb der Gehäuseausbuchtung 10 eine Sammelkammer 15 zum Auffangen der aus der Flüssigkeit entweichenden und durch den ringförmigen Spalt 16 ziehenden Gase und DUnete vorgesehenjist. Diese Kammer, die einen oberhalb anzubringenden gesonderten Sammelbehälter erübrigt, kann mittels der Öffnung 17 und mit Hilfe einer in der Abbildung nicht eingezeichneten Vorrichtung entleert werden.

Die genannte Saugvolute 10 und die Kammer 15 lassen sich durch zwei getrennte Gußteile 18 bzw. 19 bilden, wobei der letztere Gußteil die Schaufeln 14 umfaßt. Die Gußteile sind, wie beispielsweise bei 20 angegeben ist, untereinander so zusammengesetzt, daß zwischen diesen Teilen die erwähnte ringförmige Nut 16 für die Entierung gebildet ist.

Die an dem erfindungsgemäßen Sauggehäuse angeschlossene Kreiselpumpe kann laut Darstellung in Fig.2 mit einem zusätzlichen Speiselaufrad 21 oder "Inducer" ausgerüstet werden. In diesem Fall erweist sich ein solches Sauggehäuse besonders vorteilhaft,da, wie in Probeversuchen festgestellt werden konnte, die Inducer hinsichtlich der Saugflußzustände besonders empfindlich sind« Entsprechende Vorteile werden jedoch auch durch Anbringung von Sauggehäusen an Pumpen jeder Art und ganz unabhängig vom Vorhandensein des Inducers erzielt, wenngleich sie dann nicht so ausgeprägt sind.

Das in Fig. 2 abgebildete Sauggehäuse eignet sich dank seiner Stützfüße 22 auch als Unterlage bzw. Fuß für

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die Pumpe.

In den Figuren 3 und 4 ist die Anwendung eines Sauggehäuses 1O¹ für eine mehrstufige Pumpe vorgesehen, wobei deren Welle 23 im Vergleich zur einseitig gelagerten Welle nach Pig. 2 beiderseitig kugelgelagert ist. Man hat auch in diesem Pail einen Einlauf in Richtung X und die flüssigkeit wird in Richtung Z parallel zur Pumpenachse Y umgeleitet. Aus Pig. 4 wird die Gestaltung der radialen Schaufeln 14' besonders deutlich, die im wesentlichen den Schaufeln gemäß Pig. 2 gleichen und somit die Flüssigkeit in der vorher beschriebenen Weise zuleiten.

So wie bei Pig. 2 kann das Gehäuse mittels zweier Gußstücke 18' und 19' gebildet werden, indem der zweite Teil wieder die Schaufeln 14^f enthält und auch die lagerung eines der Kugellager für die Welle 23 bildet.

Im übrigen entspricht das Gehäuse gemäß den Piguren und 4 im wesentlichen jenem in Pig. 2. Daher sind die betreffenden Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen zuzüglich einem Apex gekennzeichnet. Die Pumpe kann auch in diesem Pail mit einem Inducer 21' ausgerüstet sein, wodurch in diesem Pail die von der Kombination Gehäuse radiale Schaufeln ausgeübte Strömungsgleich- | förmigkeit besonders vorteilhaft erzeugt wird.

Wie sich aus der vorhergegangenen Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen entnehmen läßt, wird erfindungsgemäß eine wesentlich gleichförmige Zuleitung der Flüssigkeit am Einlauf zum laufrad oder des Inducers ermöglicht und dies selbst unter den geschilderten kritischen Umständen, so daß sich im Vergleich zu den bisherigen, an sich bekannten Ausführungen bei den Arbeitsmaschinen eine bessere hydraulische Leistung und eine Verbesserung an der Antihohlsog-

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bildung einstellt. Das Ansauggehäuse ermöglicht ⁴ außerdem eine wesentliche Einsparung an Raum einerseits im Vergleich zu den bekannten Ausführungen, andererseits auch durch Beseitigung des Gas- oder DunBtsammelbehälters für Pumpen mit vertikaler Welle, zumal sich das Gehäuse im letzten Fall auch als Standfuß der Pumpe eignet.

Bs ist noch hervorzuheben, daß, obwohl nur einige bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben und dargestellt worden sind, diese dem Fachmann leicht zugängliche Varianten und Abänderungen erfahren können. In der Praxis können somit bauliche Einzelheiten sehr wohl eine Abänderung erfahren, ohne daß dadurch der Bereich dieser Erfindung verlassen wird.

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Claims

Patentansprüche

M J Zentrifugalpumpe mit einseitigem Einlauf, in welchem die dem Pumpenkörper zugeführte Flüssigkeit einen Hichtungswechsel erfährt, bevor sie zum laufrad gelangt_f gekennzeichnet durch eine Einrichtung, durch die die während der Ansaugung erfaßten Stromfäden in eine im wesentlichen peripherische oder spiralförmige Bahn um die Laufradachse herum gelenkt werden sowie durch eine Einrichtung, die eine dauernde stufenweise Entnahme der Stromfäden aus ihrem Lauf "

und deren Zuleitung zum Laufrad in axialer Richtung gewährleistet, indem gleichzeitig die Geschwindigkeitstangentialkomponente beseitigt und eine gleichmäßige Verteilung der Axialgeschwindigkeit erreicht wird.
2. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine schneckenförmig ausgebildete Saugvolute (18, 19) aufweist und mit wenigstens einer Reihe radialer Schaufeln (14) ausgerüstet ist, die gegenüber der Druckseite der Volute gleichmäßig verteilt sind und sich für eine dauernde und stufen- Λ weise Entnahme der Flüssigkeit aus der Volute mit axialer Überleitung zum Laufrad eignen, wobei die Geschwindigkeitstangentialkomponente bei einer im wesentlichen gleichförmigen Verteilung der Geschwindigkeiten ohne irgendwelche Turbulenz in eine axiale Komponente umgewandelt wird.

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3. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (14) innerhalb einer Zuflußzone (11) für die Flüssigkeit vorgesehen ist, die radial von der Ausflußseite der Volute (18, 19) ausgeht und in den axialen Einlaufkanal zum Laufrad mündet.
4. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Volute (18, 19) in radialer Richtung verjüngt ist.
5. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Volute (18, 19) in axialer Richtung verjüngt ist.
6. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 2 mit vertikaler Welle, dadurch gekennzeichnet, daß die Volute (18, 19) über ihr angeordnete pneumatische Anschlußmittel (16) aufweist, die sie mit wenigstens einer separaten Kammer (15) zum Auffangen der sich aus der Flüssigkeit entbindenden löslichen Gase oder flüchtigen Partikel verbinden, wobei die Kammer zudem an eine Vorrichtung für ihre Entleerung angeschlossen ist.
7. Zentrifugalpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Volute (18, 19) aus zwei Gußstücken (18; 19) besteht, wovon eines die radialen Schaufeln (14) aufweist.
8. Zentrifugalpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Volute (18, 19) und ihre Auffangkammer (15) aus zwei getrennten Gußstücken (18; 19) besteht, die untereinander so vereinigt sind, daß zwischen

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beiden Gußstücken an der Decke der Volute zur pneumatischen Verbindung derselben mit der Kammer (15) wenigstens ein ringförmiger Spalt (16) gebildet ist.
9. Zentrifugalpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, im besonderen mit vertikaler Welle, dadurch gekennzeichnet, daß die Volute (18, 19) Tragstück für den Pumpenkörper ist.

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