DE2741766A1

DE2741766A1 - Zentrifugalpumpe

Info

Publication number: DE2741766A1
Application number: DE19772741766
Authority: DE
Inventors: Carlo Grossi; Aldo Taffelli
Original assignee: Worthington Pump Inc
Current assignee: Worthington Pump Inc
Priority date: 1976-10-01
Filing date: 1977-09-16
Publication date: 1978-04-13
Also published as: FR2366468B3; FR2366468A1; US4111597A; IT1073325B; JPS5358802A

Description

TlEDTKE - BüHLINQ " KlNKE " GnUPE

Dipl.-Chem. Bühling

Bavarlarinfl 4, Postfach 20 24 8000 Mflnchan

Tel.:(0 89)5396 53-56

Telex: 5 24 845 ti pat

cable. Germaniapatent München

16.September 1977 B8151 /case 09346

Worthington Pump,Inc. .Mountainside, USA

Zentrifugalpumpe

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DrMdnw Bank (MOncMn) KIo. Wl M4 PoMtdwck (München) Kto. «70-4MO4 ORIGINAL INSPECTED

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifugalpumpe.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine einstufige oder mehrstufige Zentrifugalpumpe mit einer Vorlaufradeinrichtung, die dem Hauptschaufelrad einer einstufigen Pumpe oder dem ersten Schaufelrad einer mehrstufigen Pumpe zugeordnet ist, um die Betriebseigenschaften einer solchen Zentrifugalpumpe bei niedrigen Saugdrücken zu verbessern.
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Die erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe ist in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe weist einen seitlichen bzw. radial angeordneten Einlaß sowie einen radial angeordneten Auslaß auf, und ihr Vorlaufrad arbeitet zentripetal und leitet das Fluid aus seiner radialen Strömungsrichtung im Einlaß in eine im wesentlichen axiale Strömungsrichtung um, so daß das Fluid der Saugöffnung des Schaufelrades der Pumpe axial zuströmt.

Es ist bereits seit langem bekannt, bei Zentrifugalpumpen zur Verbesserung von deren Betriebsverhalten bei niedrigen Saugdrücken Vorlaufräder anzuwenden.

In der Regel sind solche Vorlaufräder bei Zentrifugalpumpen mit einem in der Mitte angeordneten Einlaß für das zu fördernde Fluid angewendet worden. Weitere Bauarten von Vorlaufrädern für Zentrifugalpumpen sind in der US-PS 2 395 704, der US-PS 2 429 987, der US-PS 2 985 108 und der IT-PS 373 754 beschrieben.

Keines dieser herkömmlichen Vorlaufräder erfüllt die doppelte Funktion, daß es sowohl die Saugeigenschaften der zugehörigen Zentrifugalpumpe verbessert und gleichzeitig

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das Fluid aus einer im wesentlichen radialen Eintrittsströmungsrichtung in eine axiale Strömungsrichtung am Austritt des Vorlaufrades umleitet.

Das Vorlaufrad gemäß der IT-PS 373 754 umfaßt mehrere radial angeordnete Schaufelkanäle, wobei sowohl der Eintritt als auch der Austritt der Schaufelkanäle radial angeordnet sind. Wenn das Vorlaufrad in die Pumpe eingebaut ist, liefert ein spiralförmiger oder schneckenförmiger Einlaßkanal der Pumpe das zu fördernde Fluid zur Eintrittsseite der sich radial erstreckenden Schaufelkanäle. Da jedoch bei dem Vorlaufrad gemäß der IT-PS 373 754 sowohl die Eintrittsenden als auch die Austrittsenden der Schaufelkanäle radial verlaufen, kann dieses bekannte Vorlaufrad das durchströmende Fluid nicht aus der radial nach innen gerichteten Strömungsrichtung in axiale Strömungsrichtung umlenken, in der es der Saugöffnung des zugehörigen Schaufelrades zugeführt werden muß. Die Umleitung des der Saugöffnung des Schaufelrades zuströmenden Fluids erfolgt beim bekannten Vorlaufrad im axial verlaufenden Strömungsraum in der Mitte des Vorlaufrades und im Raum zwischen dem Vorlaufrad und der Saugöffnung des zugehörigen Schaufelrades. Jede Umleitung in diesem axial verlaufenden Raum ist von starker Turbulenz und Nischverlusten begleitet, die die Saugleistung des Schaufelrades und das Betriebsverhalten der Pumpe nachteilig beeinflussen.

Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:

Figur 1 Eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe, die von einem Motor angetrieben wird;
Figur 2 eine Seitenansicht der Zentrifugalpumpe

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von links in Figur 1;

Figur 3 eine Draufsicht auf die Zentrifugalpumpe

gemäß Figur 1;

Figur 4 eine Schnittdarstellung gemäß 4-4 in Figur 3, die die Beziehung zwischen Vorlaufrad und Schaufelrad der Zentrifugalpumpe gemäß Figur 1 zeigt;

einen senkrechten Schnitt gemäß 5-5 in Figur 4, der den zum Vorlaufrad führenden Einlaßkanal der Zentrifugalpumpe gemäß Figur 4 zeigt;

eine abgewandelte Ausführungsform des Einlaßkanals für eine Zentrifugalpumpe gemäß Figur 1;

eine Vorderansicht des Vorlaufrades der in Figur 4 dargestellten Zentrifugalpumpe; eine Seitenansicht des Vorlaufrades der in Figur 4 dargestellten Zentrifugalpumpe; eine Seitenansicht des Vorlaufrades der in Figur 4 dargestellten Zentrifugalpumpe von rechts;

eine perspektivische Ansicht des in Figur 4 dargestellten Vorlaufrades, wobei Teile weggebrochen sind, um eine Schaufel und einen Schaufelkanal zwischen den Schaufeln

des Vorlaufrades zu zeigen;

Figur 11 einen Geschwindigkeitsplan für ein Axialvorlaufrad;

Figur 12 einen Geschwindigkeitsplan für ein Zentripetalvorlaufrad mit ausschließlich radialen

Schaufelkanälen gemäß der IT-PS 373 754;

Figur 13 einen Geschwindigkeitsplan für ein Zentripetalvorlaufrad in Halbaxialbauweise gemäß - der Erfindung.

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	Figur	5
10
	Figur	6
15	Figur	7
	Figur	8
20	Figur	9
	Figur	10

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In den Figuren ist eine Ausführungsform einer Zentrifugalbzw. Kreiselpumpe dargestellt, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist und von einem herkömmlichen Elektromotor 2 angetrieben wird. Die Zentrifugalpumpe 1 weist eine Gehäusekonstruktion auf, die ein erfindungsgemäß verbessertes Vorlaufrad aufnehmen kann.

Obwohl die Erfindung bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen auf eine bestimmte Zentrifugalpumpe angewendet ist, versteht es sich, daß sie in gleicher Weise anwendbar ist sowohl bei direkt angeflanschten als auch bei ständermontierten Zentrifugalpumpen, sowohl bei einstufigen Zentrifugalpumpen als auch in Verbindung mit der ersten Stufe einer mehrstufigen Zentrifugalpumpe und sowohl bei einflutigen als auch bei zweiflutigen Zentrifugalpumpen. Ganz allgemein kann die erfindungsgemäße Ausbildung des Vorlaufrades und des Einlaßkanals somit in der Regel bei einer Zentrifugalpumpe mit einem Schaufelrad oder in Verbindung mit dem Schaufelrad der ersten Stufe einer beliebigen Zentrifugalpumpe angewendet werden, die einen radial verlaufenden Einlaßkanal für das zu pumpende Fluid aufweist oder haben muß.

Die Zentrifugalpumpe 1 umfaßt ein Gehäuse 3 mit einer rückseitigen öffnung 4, die von einem rückseitigen Deckel 5 verschlossen ist, der Bestandteil eines Anschlußteils bzw. Trägers 6 ist, der die Pumpe 1 mit dem Elektromotor 2 verbindet und trägt.

Das Gehäuse 3 weist einen seitlichen Einlaß 7 sowie einen seitlichen Auslaß 8 auf, so daß das zu fördernde Fluid in die Pumpe in im wesentlichen radialer Richtung bzw. quer zur Längsmittellinie der Pumpe eintritt und aus der Pumpe ebenfalls in im wesentlichen radialer Richtung austritt.

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Im Gehäuse 3 befindet sich eine mittig angeordnete Trennwand 9, die auf ihrer einen Seite zusammen mit der Gehäusewand eine Einlaßkammer bzw. einen Einlaßkanal 10 begrenzt und die auf ihrer anderen Seite zusammen mit dem rückseitigen Deckel eine Auslaß- bzw. Druckkammer 11 begrenzt.

Die Trennwand 9 weist ferner in ihrer Mitte eine öffnung 12 auf, die konzentrisch zur Längsmittellinie der Pumpe liegt, so daß ein Ende einer Pumpenwelle 13, die durch eine Dichtung 14 im rückseitigen Deckel 5 verläuft, sich entlang der Längsmittellinie der Pumpe durch die Auslaßkammer 11 und die mittige öffnung 12 in die Einlaßkammer 10 erstrecken kann.

In der Auslaßkammer 11 befindet sich ein Schaufel- bzw. Laufrad 15, das am durch die Auslaßkammer verlaufenden Abschnitt der Pumpenwelle befestigt ist, so daß es sich mit der Pumpenwelle 13 dreht. In der Einlaßkammer 10 befindet sich ein Vorlaufrad 16, das am durch die Einlaßkammer verlaufenden Bereich der Pumpenwelle 13 befestigt ist und sich ebenfalls mit dieser dreht, wobei wegen der Nebeneinanderanordnung von Einlaßkammer 10 und Auslaßkammer 11 das Vorlaufrad auf der Zuströmseite bzw. Saugseite des Schaufelrades 15 liegt (siehe Figur 4).

Am zum Schaufelrad 15 und zum Vorlaufrad 16 entgegengesetzten Ende der Pumpenwelle 13 ist diese über eine beliebige geeignete Kupplung 17 mit der Welle 18 des Elektromotors 2 verbunden. Wenn der Elektromotor 2 läuft, sorgt daher dessen Welle 18 dafür, daß die Pumpenwelle 13, das Schaufelrad 15 und das Vorlaufrad 16 in gleicher Richtung gedreht werden, die durch einen Pfeil A in den Figuren 2 und 5 angegeben ist.

Im folgenden wird weiterhin auf Figur 4 eingegangen. Die

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dargestellte Einlaßkammer 10 weist einen gekrümmten Abschnitt 20 auf, der an seinem einem Ende mit dem Einlaß in Verbindung steht und der an seinem entgegengesetzten Ende in Verbindung mit einem spiralförmigen Schneckenabschnitt 21 steht. Der gekrümmte Abschnitt 20 und der spiralförmige Schneckenabschnitt 21 zwingen das zu fördernde Fluid in eine zur Drehrichtung der Pumpenwelle 13 entgegengesetzte Richtung. Das zu fördernde Fluid tritt zunächst in den gekrümmten Abschnitt 20 in einer Richtung ein, die im wesentlichen in einer zur Längsmittellinie der Pumpe senkrechten Ebene liegt, und wird dann so umgeleitet, daß es sich bei seiner Strömung durch den spiraligen Schneckenabschnitt allmählich der Längsmittellinie der Pumpe nähert, wobei jedoch die taigentiale Geschwindigkeitskomponente der Fluidströmung in zur Drehrichtung der Pum- penwelle (A in den Figuren 2 und 5) entgegengesetzter Richtung weist.

Der Einlaßkanal 10 prägt somit dem durchströmenden Fluid eine starke tangentiale Geschwindigkeitskomponente auf.

Um bei niedrigen Saugdrücken bei einer gegebenen Zentrifugalpumpe eine Verbesserung der Betriebskennlinien bzw. des Betriebsverhaltens zu erreichen, soll das Vorlaufrad 16 so ausgebildet sein, daß es außer seiner Pumpwirkung, die die Hauptfunktion des Vorlaufrades darstellt, erfindungsgemäß auch eine Richtungsänderung der Fluidströmung bewirkt, und zwar von im wesentlichen radialer Richtung am Einlaßende der Strömungskanäle im Vorlaufrad zu im wesentlichen axialer Richtung am Auslaßende der Strömungskanäle im Vorlaufrad, so daß dieses das zu fördernde Fluid axial strömend zur Saugöffnung 22 des Schaufelrades 15 liefert.

Ein wesentliches zusätzliches Merkmal der Erfindung besteht somit darin, daß die Schaufeln des Vorlaufrades so

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geformt sind, daß sie Schaufelkanäle bilden, in denen die starke tangentiale Geschwindigkeitskomponente der dem Einlaßende der Schaufelkanäle des Vorlaufrades zuströmenden Fluidströmung am Auslaßende der Schaufelkanäle des Vorlaufrades vollständig beseitigt ist.

Bei dem Vorlaufrad 16 handelt es sich somit um ein zentripetal arbeitendes Halbaxialrad, das so konstruiert und ausgebildet ist, daß es bei einer Drehung der Pumpenwelle 13 das zuströmende, zu pumpende Fluid erfaßt und so umleitet, daß das Fluid in im wesentlichen axialer Strömungsrichtung der Saugöffnung 22 des Schaufelrades 15 zugeführt wird.

Das Schaufelrad 15 ist von herkömmlicher Bauart und arbeitet auf herkömmliche Weise in der Druckkammer 11; es wird daher hier nicht ausführlicher erläutert.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 7 bis 10 das Vorlaufrad ausführlicher beschrieben.

Das Vorlaufrad 16 ist ein im wesentlichen zylindrisches Element mit einer Nabe 23, mit einem vorderen Radkranz 24 und einem hinteren Radkranz 25, die von zahlreichen Schaufeln, beispielsweise den Schaufeln 26a, 26b, 26c, und 26d, in Abstand voneinander gehalten werden. Die Schaufeln begrenzen zwischen sich eine entsprechende Anzahl von Schaufelkanälen wie beispielsweise die Schaufelkanäle 27a, 27b, 27c und 27d.

Jede der Schaufeln 26a, 26b, 26c und 26d weist eine Eintritts- bzw. Saugkante 28a, 28b, 28c, und 28d auf.

Die einzelnen Schaufeln 26a, 26b, 26c und 26d usw. sind so geformt, daß sie jeweils allmählich von der im wesentliehen radialen Stellung der jeweiligen Saugkanten 28a,

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28b, 28c und 28d in im wesentlichen axiale Richtung an ihren Austritts- bzw. Druckkanten 29a, 29b, 29c und 29d übergehen, so daß schließlich ein Ringkanal 30 vorliegt, der parallel zur Längsmittellinie der Pumpe verläuft und fluchtend neben der Saugöffnung 22 des Schaufelrades 15 liegt, wenn das Vorlaufrad eingebaut ist.

Wenn das Fluid in die Schaufelkanäle 27a, 27b, 27c und 27d im Vorlaufrad 16 eintritt, wird es von den Schaufeln 26a, 26b, 26c und 26d erfaßt und durch Zentripetalkräfte allmählich aus radialer Richtung in axiale Richtung der Pumpe umgeleitet, bis das Fluid an den Druckkanten 29a, 29b, 29c und 29d des Vorlaufrades in im wesentlichen axialer Richtung strömt. Der Ringkanal 30 liefert das zu pumpende Fluid direkt in die Saugöffnung 22 des Schaufelrades 15.

Beim erfindungsgemäßen Vorlaufrad ist diese Umlenkung kombiniert mit Mitteln zur Beseitigung der tangentialen Geschwindigkeitskomponente der durch die Einlaßkammer 10 strömenden Fluidströmung.

Dies wird dadurch erreicht, daß die erfindungsgemäße Pumpe so konstruiert ist, daß das zu pumpende, zuströmende Fluid entgegen der Drehrichtung von Vorlaufrad und Schaufelrad strömt.

Der gekrümmte Abschnitt 20 und der Schneckenabschnitt 21 des Einlaßkanals 10 prägen nämlich dem Fluid eine im wesentlichen tangentiale Geschwindigkeitskomponente in einer Richtung auf, die entgegen der Drehrichtung des Vorlaufrades weist.

Die Wirkung der beschriebenen Formgebung der Schaufeln 26a, 26b, 26c und 26d und der entsprechenden Schaufelkanäle 27a, 27b, 27c und 27d in Verbindung mit der Drehung in Gegen-

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richtung besteht darin, daß das Vorlaufrad auf das in die Schaufelkanäle des Vorlaufrades strömende Fluid eine Zentripetalkraft ausübt. Während dieser hydrodynamischen Beeinflussung beseitigt das Vorlaufrad im wesentlichen die tangentiale Geschwindigkeitskomponente, die dem durch die Einlaßkammer 10 dem Vorlaufrad zuströmenden Fluid aufgeprägt worden ist, wodurch der Druckanstieg erzielt wird, der zur Verbesserung des Pumpenbetriebs insbesondere bei niedrigen Saugdrücken erforderlich ist.

Da die Übergangszone vom Vorlaufrad zum Schaufelrad bei allen Anwendungsfällen praktisch nur die Länge des Ringkanals 30 hat, kann eine beträchtliche Verringerung der Abmessungen in Axialrichtung im Vergleich zu herkömmlichen Vorlaufrädern erreicht werden, die in Verbindung mit Zentrifugalpumpen mit axialem Einlaß benutzt wurden.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform besteht die Einlaßkammer 10 aus einem einzigen Kanal.

Bei der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Einlaßkammer in der Weise abgewandelt, daß mehrere gekrümmte Abschnitte und Schneckenabschnitte vorgesehen sind.

Die in Figur 6 dargestellte Zentrifugalpumpe ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 ' versehen und weist einen Einlaß 7 ' auf, der mit mehreren Einlaßkammern bzw. Einlaßkanälen 10a, 10b in Verbindung steht, die von einer Trennwand 10c abgeteilt sind.

Die Einlaßkanäle 10a und 10b weisen jeweils einen gekrümmten Abschnitt 20a bzw. 20b und einen Schneckenabschnitt 21a bzw. 21b auf.

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Die zwei bzw. mehreren Schneckenabschnitte vergleichmässigen die Strömung bis zum Eintritt in die Schaufelkanäle des Vorlaufrades 16 ', so daß die tangentiale Geschwindigkeitskomponente der Fluidströmung am Eintritt so gleichmäßig wie möglich verteilt ist.

Die erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe weist ein als Halbaxialrad ausgebildetes, zentripetal wirkendes Vorlaufrad auf, das auf das in das zentripetale Vorlaufrad einströmende Fluid im wesentlichen in der Weise wirkt, daß es den erforderlichen Druckanstieg erzeugt, daß es die tangentiale Geschwindigkeitskomponente im Fluid beseitigt, daß es das zu pumpende Fluid aus einer im wesentlichen radialen Strömungsrichtung in eine im wesentlichen axiale Strömungsrichtung umleitet und daß es die Betriebseigenschaften der Zentrifugalpumpe bei niedrigen Saugdrücken verbessert.

Die Schaufeln 26a, 26b, 26c und 26d des Vorlaufrades werden im übrigen unter Berücksichtigung der üblichen hydrodynamischen Gesichtspunkte, wie beispielsweise des Diffusionsfaktors des zu pumpenden Fluids, des Schaufelfestigkeitsverhältnisses, der Schaufelflächenbelastung, der Kavitationszahl usw., geformt, gekrümmt und bezüglich ihrer Abstände festgelegt. Entscheidend bei der Auslegung und Konstruktion der Schaufeln und der Schaufelkanäle ist, daß die Schaufeln und Schaufelkanäle zumindest folgende Hauptfunktionen erfüllen sollen: Das Fluid soll erfaßt werden, und auf das Fluid soll eine Zentripedalkraft ausgeübt werden; insbesondere bei niedrigen Saugdrücken soll im Vorlaufrad der benötigte Druckanstieg erzeugt werden, damit die Betriebseigenschaften der Pumpe verbessert werden; an den Druck- bzw. Austrittskanten des Vorlaufrades soll die tangentiale Geschwindigkeitskomponente der Strömung beseitigt sein, damit die Strömung optimal in die Saugöffnung des Schaufelrades eintreten kann; und schließ-

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lieh soll das zu pumpende Fluid aus einer im wesentlichen radialen Einwärtsströmungsrichtung am Einlaß der Schaufelkanäle in eine im wesentlichen axiale Strömungsrichtung am Auslaß des Vorlaufrades umgelenkt werden.

Die Konstruktion der Schaufeln und der Schaufelkanäle des erfindungsgemäßen zentripetalen Vorlaufrades sorgt nicht nur für ein optimales Strömungsbild am Auslaß des Vorlaufrades und im Raum zwischen dem Auslaß des Vorlaufrades und der Saugöffnung des Schaufelrades der Pumpe, sondern ermöglicht ausserdem ein gewisses Ausmaß an Vordrall, der aufgrund der seitlichen Einlaßeinrichtung in die Einlaßkammer der Zentrifugalpumpe erzeugt wird.

Die Wirkungsweise der Schaufeln und der Schaufelkanäle wird zum besseren Verständnis im folgenden unter Bezugnahme auf in den Figuren 11, 12 und 13 dargestellte Geschwindigkeitspläne für Eintritt und Austritt der Schaufelkanäle erläutert. An Hand der drei Geschwindigkeitspläne werden herkömmliche Vorlaufräder mit dem erfindungsgemäßen Vorlaufrad verglichen.

In den Geschwindigkeitsplänen haben die Symbole folgende Bedeutung:

u = Umfangsgeschwindigkeit des Vorlaufrades, w= relative Geschwindigkeit der Strömung, c = absolute Geschwindigkeit der Strömung,

1 = am Eintritt der Schaufelkanäle,

2 = am Austritt der Schaufelkanäle.

Es versteht sich, daß zwischen den absoluten und relativen Geschwindigkeiten unterschieden werden muß. Die relative Geschwindigkeit der Strömung gilt relativ zum Vorlaufrad. Die absolute Geschwindigkeit der Strömung gilt relativ zum Pumpengehäuse und ist immer gleich der vektoriellen Summe der relativen Geschwindigkeit der Strömung und der Umfangsge-

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schwindigkeit des Vorlaufrades.

In Figur 11 sind die Geschwindigkeitspläne für den Eintritt und den Austritt eines Axialvorlaufrades dargestellt. 5

Ein herkömmliches Axialvorlaufrad erfordert an den Saugkanten der Schaufeln eine gleichmäßige Axialströmung und ist nicht geeignet für eine Strömung mit starkem Vordrall.

Der Geschwindigkeitsplan gemäß Figur 11 zeigt, daß die absolute Geschwindigkeit C₁ des in die Schaufelkanäle eintretenden Fluids praktisch keine tangentiale Geschwindigkeitskomponente hat. Am Austritt bzw. der Druckseite der Schaufelkanäle des Vorlaufrades hat die absolute Geschwindigkeit c_? des austretenden Fluids jedoch eine erhebliche tangentiale Geschwindigkeitskomponente, und der vom Vorlaufrad hervorgerufene Druckanstieg ist verhältnismäßig klein.

In Figur 12 sind die Geschwindigkeitspläne am Eintritt und Austritt eines rein radialen Vorlaufrades dargestellt, wie es in der IT-PS 373 754 beschrieben ist.

Dieses Radialvorlaufrad ist so ausgelegt, daß es ein Fluid mit starkem Vordrall ansaugen kann. Das Vorlaufrad berücksichtigt dies durch Zentripetalkräfte. Am Austritt bzw. Auslaß der Schaufelkanäle dieses bekannten Vorlaufrades und im Raum zwischen der Auslaßseite des Vorlaufrades und der Saugöffnung des Schaufelrades der Pumpe hat das Fluid jedoch starke Turbulenz und starken Drall. Dieser Drall bzw. diese Rotation des im Kanal zwischen dem Vorlaufrad und dem Schaufelrad strömenden Fluids führt jedoch zu Druckverlusten und stört den einwandfreien Betrieb der Pumpe, so daß die Saugfähigkeit der Pumpe nicht wesentlich verbessert wird.

Ferner erfordert dieses Radialvorlaufrad einen grösseren

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axialen Abstand von der Saugöffnung des Schaufelrades der Pumpe als das als Halbaxialrad ausgebildete Vorlaufrad gemäß der Erfindung.

Der Geschwindigkeitsplan gemäß Figur 12 zeigt, daß die absolute Strömungsgeschwindigkeit c. des in die Schaufelkanäle eintretenden Fluids eine gewisse tangentiale Geschwindigkeitskomponente hat. Am Austritt der Schaufelkanäle des Vorlaufrades hat die absolute Geschwindigkeit c, eine noch stärkere tangentiale Geschwindigkeitskomponente. Obwohl zwar ein Druckanstieg erzeugt wird, führen die Turbulenz und die stärkere tangentiale Geschwindigkeitskomponente zu Druckverlusten, die die Gesamtsaugfähigkeit und den einwandfreien Betrieb der Pumpe beeinträchtigen und stören.

In Figur 13 sind die Geschwindigkeitspläne am Eintritt und Austritt für das erfindungsgemäße zentripetal arbeitende Vorlaufrad in Form eines Halbaxialrades dargestellt.

Im Geschwindigkeitsplan für den Eintritt ist erkennbar, daß die absolute Strömungsgeschwindigkeit C₁ am Eintritt des Vorlaufrades einen weitgehend negativen Wert hat, und zwar wegen der schneckenförmigen Ausbildung der Einlaßkammer, die dafür sorgt, daß das zu pumpende Fluid der Eintrittsseite der Schaufelkanäle des Vorlaufrades in zur Drehrichtung des Vorlaufrades entgegengesetzter Strömungsrichtung zuströmt. Auf der Austrittsseite des Vorlaufrades hat jedoch die absolute Strömungsgeschwindigkeit c₂ am Austritt des Vorlaufrades keine tangentiale Geschwindigkeitskomponente, und es ergibt sich ein beträchtlicher Druckanstieg.

Das erfindungsgemäße zentripetale Vorlaufrad in Form eines Halbaxialrades sorgt somit für optimalen Strömungsverlauf an den Druckkanten der Schaufeln des Vorlaufrades und am Austritt der Schaufelkanäle sowie in dem Raum zwischen dem Aus-

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tritt des Vorlaufrades und der Saugöffnung des Schaufelrades der Pumpe. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Ausbildung wird der erforderliche Druckanstieg zur Verbesserung der Gesamtsaugfähigkeit einer gegebenen Zentrifugalpumpe erreicht. 5

Die Abmessungen und Formen der Einlaßkammer bzw. der Einlaßkammern sind den Auslegungsbedingungen einer gegebenen Zentrifugalpumpe angepaßt, deren Betrieb das Vorlaufrad bei niedrigen Saugdrücken verbessern soll.

Der gekrümmte Abschnitt der Einlaßkammer bzw. die gekrümmten Abschnitte der Einlaßkammern sind entweder für konstanten Strömungsquerschnitt oder für eine allmähliche Beschleunigung der Strömung und für eine allmähliche Änderung der Strömungsrichtung von radialer Strömung am Eintritt des Vorlaufrades zu axialer Strömung am Austritt des Vorlaufrades ausgelegt.

Der Schneckenabschnitt der Einlaßkammer bzw. die Schneckenabschnitte der Einlaßkammern leiten das zu pumpende Fluid so, daß es in einer zur Drehrichtung des Vorlaufrades und des Schaufelrades entgegengesetzten Richtung strömt, so daß der Geschwindigkeitsplan für den Eintritt des Vorlaufrades gemäß Figur 13 geändert ist. Dies ermöglicht einen günstigeren Druckanstieg im Vorlaufrad aufgrund der während des Betriebes der Pumpe und der Drehung des Vorlaufrades ausgeübten Zentripetalkräfte.

Das Ausmaß der Gegenrotation bzw. des Gegendralls des zum Eintritt des Vorlaufrades strömenden Fluids steht in direkter Beziehung zum vom Vorlaufrad erzeugten Druckanstieg. Die Druckerhöhung durch das Vorlaufrad ist nämlich eine Funktion der Stärke der Vorrotation, die im Vorlaufrad absorbiert und/ oder beseitigt wird. Diese Wirkung wird beim Durchströmen der Schaufelkanäle des Vorlaufrades durch korrekte Formgebung der

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Schaufeln des Vorlaufrades erreicht.

Die Konstruktion des Schneckenabschnitts für die Einlaßkammer bzw. die Einlaßkanunern muß daher der Konstruktion des Vorlaufrades angepaßt sein und umgekehrt. Sowohl die Ausbildung und die Funktionsweise des Vorlaufrades und die Ausbildung des Schneckenabschnitts der Einlaßkammer bzw. der Einlaßkammern sind besonders für Zentrifugalpumpen geeignet, die radiale seitliche Einlaßeinrichtungen für das zu pumpende Fluid am Gehäuse haben.

Wenn mehrere Einlaßkanunern bzw. Einlaßkanäle vorgesehen sind, können diese gleiche oder ungleiche Breiten haben. Die Hauptaufgabe der Schneckenabschnitte besteht darin, für gleichmässige Verteilung der gegenrotierenden Strömung auf der Eintrittsseite des Vorlaufrades zu sorgen. Mehrere Einlaßkanäle haben die Aufgabe, Geschwindigkeitsunterschiede des entlang den gekrümmten Bahnen der Einlaßkanäle geförderten Fluids zu unterdrücken bzw. auszugleichen, wobei die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids in den Einlaßkanälen um so gleichmäßiger ist, je kleiner die freien Querschnittsflächen der Kanäle sind.

Da jedoch eine hohe Anzahl von Einlaßkanälen zu Reibungsverlusten führt, muß zur Optimierung der Arbeitsweise einer gegebenen Zentrifugalpumpe mit mehreren Einlaßkanälen ein Kompromiss geschlossen werden. Wenn mehrere Einlaßkanäle zur Anwendung kommen, sind diese Einlaßkanäle so unterteilt, daß jeder ungefähr den gleichen Anteil an der Gesamtdurchflußmenge des Einlasses einer gegebenen Zentrifugalpumpe hat.

Je gleichmäßiger die Strömungsverteilung auf der Eintrittsseite des Vorlaufrades ist, um so geringer sind die auf die Pumpenwelle der Zentrifugalpumpe wirkenden radialen Kräfte an dieser Stelle und um so größer ist der Fördermengenbereich,

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innerhalb dessen das Vorlaufrad stabil und ohne plötzliche Druckanstiege arbeitet. Dies ermöglicht auch, die vorteilhafte^ Ergebnisse der Erfindung mit einfacherer Formgebung der Schaufeln und der Schaufelkanäle des Vorlaufrades zu erreichen, wobei die einfachere Auslegung der Schaufeln zu einfacherer und billigerer Herstellung des Vbrlaafrades führt.

Die erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe umfaßt ein Gehäuse mit einer mittig angeordneten Trennwand, die im Gehäuse eine Einlaßkammer auf einer Seite der Trennwand sowie eine Auslaßbzw. Druckkammer auf der anderen Seite der Trennwand abteilt. Die Einlaßkammer weist einen seitlichen Einlaß für zu pumpendes Fluid auf, und die Druckkammer weist einen Auslaß für das geförderte Fluid auf. Die Trennwand weist eine in der Regel in der Mitte ausgebildete öffnung auf, durch die eine Verbindung zwischen der Einlaßkammer und der Druckkammer besteht. Die Einlaßkammer definiert einen vom seitlichen Einlaß zur öffnung in der Trennwand führenden Strömungsweg für das Fluid, der ganz allgemein gekrümmte Form hat und um die Längsmittellinie der Pumpe herumläuft und Abstand von dieser hat. Entlang der Längsmittellinie der Pumpe verläuft eine drehbar gelagerte Pumpenwelle. Ein Ende der Pumpenwelle ist mit einer geeigneten Antriebseinrichtung verbunden, und das andere Ende ragt in die Druckkammer und die Einlaßkammer, so daß ein Schaufelrad der Pumpe in der Druckkammer und ein Vorlaufrad in der Einlaßkammer mit der Pumpenwelle verbunden und mit dieser gedreht werden können, wobei sich das Vorlaufrad stromauf des Schaufelrades befindet. Das Schaufelrad umfaßt in seiner Mitte eine in der mittigen öffnung der Trennwand angeordnete Saugöffnung, und das Vorlaufrad weist mehrere Abstand voneinander aufweisende Schaufeln auf, die zwischen sich Schaufelkanäle bilden, deren eintrittsseitiges Ende in Verbindung mit dem von der Einlaßkammer gebildeten gekrümmten Strömungsweg steht. Die austrittsseitigen Enden der

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Schaufelkanäle.verlaufen grundsätzlich in Axialrichtung und stehen in Verbindung mit der Saugöffnung des Schaufelrades, so daß bei einer Drehung der Pumpenwelle das Vorlaufrad auf das Fluid in der Einlaßkammer entgegen zu dessen Strömungsrichtung trifft. Das Vorlaufrad übt eine Zentripetalkraft auf das Fluid aus und leitet es so um, daß es von einer quer bzw. radial nach innen gerichteten Strömungsrichtung in eine axiale, im wesentlichen gradlinige Strömungsrichtung zur Saugöffnung des Schaufelrades übergeht.

Vorzugsweise ist bei der vorstehend beschriebenen Zentrifugalpumpe vorgesehen, daß der Einlaßkanal des Gehäuses einen oder mehrere Schneckenabschnitte aufweist, die für eine gleichmässigere Geschwindigkeitsverteilung der tangentialen Geschwindigkeitskomponenten der Fluidströmung sorgen, die zur Eintrittsseite des Vorlaufrades strömt.

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Claims

Patentansprüche

( Ϊ7) Zentrifugalpumpe, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (3), in dem eine Auslaß- bzw. Druckkammer (11) und eine Einlaßkanaleinrichtung (10, 10a, 10b) ausgebildet sind, die sich neben der Druckkammer befindet und in Verbindung mit dieser steht, wobei das Gehäuse einen seitlichen Einlaß (7, 7'), der in Verbindung mit der Einlaßkanaleinrichtung steht, und einen Auslaß (8) aufweist, der in Verbindung mit der Druckkammer steht, eine angetriebene Pumpenwelle (13), die drehbar im Gehäuse gelagert und so angeordnet ist, daß sie in die Druckkammer und in die Einlaßkanaleinrichtung ragt, eine Einrichtung (2) zum Antreiben der Pumpenwelle, ein in der Druckkammer angeordnetes Schaufelrad (15) mit zumindest einer Saugöffnung (22), wobei das Schaufelrad mit der Pumpenwelle verbunden und zusammen mit dieser drehbar ist, eine in der Einlaßkanaleinrichtung angeordnete Vorlaufradeinrichtung (16, 16')» die mit der Pumpenwelle verbunden ist und sich zusammen mit dieser in einer gegebenen Richtung dreht und die eine Eintrittsseite und eine Austrittsseite aufweist sowie in der Einlaßkanaleinrichtung so angeordnet ist, daß sich die Austrittsseite neben der zumindest einen Saugöffnung des Schaufelrades befindet, wobei die Einlaßkanaleinrichtung solche Form hat, daß sie dem sie durchströmenden Fluid einen Vordrall bzw. eine Vorrotation aufprägt und daß sie es zur Eintrittsseite der Vorlaufradeinrichtung in grundsätzlich radialer Strömungsrichtung nach innen und entgegen der Drehrichtung der Vorlaufradeinrichtung leitet, und mehrere zur Vorlaufradeinrichtung gehörende Schaufeln (26a, 26b, 26c, 26d) die zwischen sich Schaufelkanäle (27a, 27b, 27c, 27d) definieren, die so dimensioniert und geformt sind, daß sie das Fluid aus der radial nach innen gerichteten Strömungsrichtung auf der Eintrittsseite der Vorlaufradeinrichtung in eine im wesentlichen axiale Strömungsrichtung auf der Aus-

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trittsseite der Vorlaufradeinrichtung umleiten.
2. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Einlaßkanaleinrichtung einen an einem Ende mit dem Einlaß (7) in Verbindung stehenden gekrümmten Abschnitt (20) sowie einen Schneckenabschnitt(21) umfaßt, der am anderen Ende mit dem gekrümmten Abschnitt in Verbindung steht, wobei der Schneckenabschnitt so geformt ist, daß er dem durchströmenden Fluid einen Drall bzw. eine Rotation in einer zur Drehrichtung der Vorlaufradeinrichtung (16) entgegengesetzten Richtung aufprägt.
3. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Einlaßkanaleinrichtung (10) quer zur Pumpenachse angeordnet ist und daß die Vorlaufradeinrichtung (16) im Schneckenabschnitt (21) der Einlaßkanaleinrichtung angeordnet ist.
4. Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkanaleinrichtung (10) der Vorlaufradeinrichtung (16) sowie dem Schaufelrad (15) der Zentrifugalpumpe angepaßt ist und daß die Einlaßkanaleinrichtung (10) zumindest einen Schneckenabschnitt (21) umfaßt, der so geformt ist, daß er dem durchströmenden Fluid einen Drall bzw. eine Rotation in zur Drehrichtung der Vorlaufradeinrichtung (16) entgegengesetzter Richtung aufprägt.
5. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß die Einlaßkanaleinrichtung (10a, 10b) einen gekrümmten Abschnitt (20a, 20b) der an seinem einen Ende in Verbindung mit dem Einlaß (7 ') steht, einen Schneckenabschnitt (21a, 21b), der mit dem gekrümmten Abschnitt an dessen anderem Ende in Verbindung steht, wobei der Schneckenabschnitt so geformt ist, daß er dem zu for-

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dernden Fluid einen Drall bzw. eine Rotation in einer zur Drehrichtung der Vorlaufradeinrichtung (16*) entgegengesetzten Richtung aufprägt und zumindest eine gekrümmte Trennwand (10c) im Gehäuse umfaßt, die den gekrümmten Abschnitt und den Schneckenabschnitt so unterteilt, daß zumindest zwei getrennte Strömungswege bestehen, die in Verbindung mit dem Einlaß der Pumpe stehen, wobei die Vorlaufradeinrichtung (16") so angeordnet ist, daß sie mit denjenigen Enden der zumindest zwei getrennten Strömungswege in Verbindung steht, die nicht in Verbindung mit dem Einlaß der Pumpe stehen.
6. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die zumindest zwei getrennten Strö- mungswege (10a, 10b) koaxiale schneckenförmige Abschnitte (21a, 21b) bilden.
7. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einlaßkanaleinrichtung (10a, 10b) der Vorlaufradeinrichtung (16¹) und dem Schaufelrad der Zentrifugalpumpe angepaßt ist und daß die Einlaßkanaleinrichtung zumindest eine gekrümmte Trennwand (10c) im Gehäuse umfaßt, die die Einlaßkanaleinrichtung in zumindest zwei getrennte Strömungswege unterteilt, die in Verbindung mit dem Einlaß (7') der Pumpe stehen.

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