[0001] Die Erfindung betrifft eine Seitenkanalpumpe mit Gehäuse und darin abgedichteter
Welle und einem an dieser befestigten Laufrad sowie einer Ansaugöffnung im Gehäuse,
von der aus der Förderstrom durch einen im Laufrad offen oder geschlossen ausgebildeten
Radialschaufelbereich zu einem in Strömungsrichtung nachfolgenden Strömungskanal führt
und daran anschließend über wenigstens einen Seitenkanal und diesem entsprechenden
Schaufelkranz des Laufrades zu einer Austrittsöffnung im Gehäuse gelangt.
[0002] Bei dieser Sonderbauart der Kreiselpumpe gelangt das durch die Ansaugöffnung des
Laufrades mit geringer Strömungsgeschwindigkeit eintretende Fördermedium in die rotierenden,in
radialer Richtung nach außen führenden Schaufeln, wobei eine Energieübertragung an
das Fördermedium durch das Laufradmoment erfolgt. Dadurch wird das Fördermedium zentrifugal
beschleunigt und tritt in den nachfolgenden meist spiralförmigen Strömungskanal und
anschließend in den oder die folgenden Seitenkanäle ein. Das sich in den Schaufelzellen
der rotierenden Schaufelkränze ausbildende Fliehkraftfeld löst eine Verdrängerströmung
aus, die sich in einer in Umfangsrichtung schraubenförmig gewundenen Strombahn .bewegt.
Dabei durchläuft das Fördermedium vom Seltenkanalanfang bis zum Seitenkanalende mehrmals
den Energie- übertragungsbereich der Schaufelzellen des Laufrades, wodurch eine Energieübertragung
durch Impulsaustausch an den Volumenstrom geringeren Energiezustandes im Seitenkanal
stattfindet.
[0003] Bisher bekannte Kreiselpumpen arbeiten bei Flüssigkeitsförderung entweder nach dem
Prinzip der normalsaugenden Zentrifugalpumpen niedriger Stufenförderhöhe oder dem
Prinzip der gasmitfördernden, selbstansaugenden Seitenkanalpumpen großer Stufenförderhöhe.
Es haben beide Systeme Vor- und Nachteile, was verschiedentlich zu kombinierten Bauweisen
geführt hat.
[0004] Sonderbauarten in Gliederbauweise sind bekannt, bei welchen einer normalsaugenden
Stufe innerhalb einer Kreiselpumpe eine Seitenkanalstufe zum Zwecke der Selbstansaugung
bzw. Selbstentlüftung vor- oder nachgeschaltet ist, wie dies z.B. in der GB-PS 1 152
728 oder der DE-AS 1 152 887 gezeigt ist. Bei der letzteren ist der Seitenkanalstufe
eine normalsaugende Zentrifugalstufe vorgeschal tet, um das Fördermedium vorbeschleunigt
in den Seitenkanalbereich eintreten zu lassen. Somit wird den im Eintrittsbereich
der Seitenkanalschaufelzellen auftretenden Beschleunigungsstößen und der damit verbundenen
Teilverdampfungsgefahr des Fördermediums entgegengewirkt. Diese unerwünschte, insbesondere
bei leicht sieden den Fördermedien auftretende Teilverdampfung, führt zu einer erheblichen
Verschlechterung des Wirkungsgrades der Pumpe und erhöht die Kavitationsgefahr.
[0005] Die bisher bekannten konstruktiven Lösungen erfordern zwei voneinander getrennt auf
einer gemeinsamen Welle angeordnete, verschiedenartige Laufräder mit ihren ebenfalls
notwendigen, getrennten Gehäusen, Strömungskanälen und Leitvorrichtungen. Der übergang
des Fördermediums von einem auf das andere System erfolgt über zusätzlich erforderliche
Zwischen- oder Obergangsge- häuse.Diese Lösungen sind aufwendig und kompliziert und
weisen zusätzliche Strömungswiderstände auf.
[0006] Aus der DE-OS 2-112 980 ist die Sonderausführung einer solchen Pumpe bekannt, bei
der ein Zentrifugalrad mit einemisogenannten Wirbelrad (Peripheralrad) zu einem Konstruktionsteil
vereinigt wurde. Diese Ausführung beschränkt sich ausschließlich auf Wirbelpumpen
und dient der Reduzierung der Zulaufhöhe, da Pumpen dieser Art eine große Zulaufhöhe
fordern.
[0007] Diese Sonderausführung kann nur als Teillösung einer Kombination der zwei Pumpenarten
gewertet werden, da sie - vor allem strömungstechnischen Gründen - eine ungünstige
Vereinigung beide Systeme darstellt.
[0008] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine in ihrer Bauweise einfache und
unkomplizierte, strömungsgünstige, selbst ansaugende Kreiselpumpe zu entwickeln, die
mit einem Laufrad beide Fördersysteme in einer Gehäuseinheit optimal vereinigt.
[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Laufrad wenigstens eine
kreisförmige Reihe von axial oder axial und radial offenen Schaufelzellen enthält
und auf dem oder zwischen den Laufradteilen Radialschaufeln trägt, die von wenigstens
einer zum Laufrad koaxialen Ansaugöffnung ausgehen und daß in Umfangsrichtung an die
Radialschaufeln anschließend wenigstens ein Strömungskanal angeordnet ist, der in
Strömungsrichtung durch wenigstens einen Oberleitungskanal mit dem oder den unmittelbar
folgenden Seitenkanälen verbunden ist, dem bzw. denen gegenüberliegend ein Schaufelkranz
auf dem bzw. den Laufradteilen zugeordnet ist.
[0010] Vorzugsweise haben die Schaufelkränze in axialer Richtung offene Schaufelzellen.
Vorteilhaft sind auch Schaufelkränze mit gleichzeitig axial und radial offenen Schaufelzellen.
Der dem Radiaischaufelbereich in Umfangsrichtung folgende Strömungskanal hat vorzugsweise
eine spiralförmige-Außenkontur zunehmenden Querschnitts. Vorteilhaft ist ebenfalls
eine konzentrische Kontur gleichbleibenden Querschnitts.
[0011] In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann das Laufrad beispielsweise
mit beidseitigen axialen Ansaugöffnungen und einer Trennwand sowohl im Radialschaufelbereich,
als auch im Bereich des nachfolgenden Strömungskanals versehen sein. Dadurch sind
zwei voneinander getrennte Förderströme mög lich, die durch ebenfalls getrennte Eintritts-
und Austrittsöffnungen im Gehäuse die Pumpe mit gleichen oder unterschiedlichen Volumenströmen
durchlaufen. Mit dieser Bauweise lassen sich auch zwei in ihrer Art unterschiedliche
Fördermedien durch getrennte Eintrittsöffnungen im Gehäuse ansaugen und in einem vorgegebenen
Volumenverhältnis, vor dem Austreten aus einer gemeinsamen Austrittsöffnung, im Gehäuse
vermischen.
[0012] Die Erfindungsgemäße Bauweise hat den Vorteil, daß ein mit sehr geringer Strömungsgeschwindigkeit
achsmittig eintretendes Fördermedium vom normalansaugenden Zentrifugalteil unmittelbar
und auf strömungsgünstigstem Wege in das Seitenkanalteil übergeht, ohne die Laufrad-
und Gehäuseeinheit zu verlassen. Dadurch werden die Reibungs- und Wirbelverluste,
die bei den bekannten Pumpen dieser Gattung ausgeprägt auftreten, niedrig gehalten.
[0013] Die kompakte Konstruktion der gezeigten Pumpe, verbunden mit einer überraschend niedrigen
Anzahl aufgewendeter Einzelteile führt dazu, daß die Herstellung der Pumpen niedrigere
Material-und vor allem Lohnkosten erfordert, als es bei vergleichbaren Fördermitteln-bisher
der Fall war. Wie eingangs erwähnt, besteht bei Seitenkanalpumpen das Problem, daß
bei geringer Zulaufhöhe der Beschleunigungsstoß im übergang eines flüssigen Fördermediums
in den Schaufelbereich die Flüssigkeit verdampfen läßt, bzw. eine Kavitation verursacht.
Dies tritt besonders dann auf, wenn die Flüssigkeit einen niedrigen Siedepunkt oder
eine hohe Zulauftemperatur hat. Dadurch wird nicht nur der Wirkungsgrad der Pumpe
ganze erheblich verschlechtert, sondern es besteht auch die Gefahr, daß mechanische
überlastungen und/oder Schwingungen von Pumpenteilen auftreten. Bei der not wendigerweise
präzisen, abdichtenden Einpassung des drehenden Laufrades in die festen Teile der
Pumpe führt diese Verdampfung/Kavitation zu schnellem Verschleiß oder gar zur Zerstörung
der Pumpe. Um nun diesen Beschleunigungsstoß so gering wie möglich zu halten, genügt
es nicht, "irgendein" Radialschaufelrad vor ein Seitenkanallauf rad zu schalten, wie
dies in der DE-OS 2 112 980 gezeigt ist. Das Radialschaufelrad muß vielmehr, wie in
der erfindungsgemäßen Pumpe, in seinem Durchmesser auf das andere Fördersystem abgestimmt
sein. Nur dann können derart hohe Füllungsgrade der Seitenkanalschaufelzellen erreicht
werden, wie sie in der gezeigten Vorrichtung möglich sind. Mit dem Füllungsgrad steigt
naturgemäß auch der Wirkungsgrad der Pumpe und sinkt ihre Halte druckhöhe (NPSH-Wert).
Vorzugsweise ist der Durchmesser des Radialschaufelrades größer als der des Schaufelzellenkranzes.
[0014] Dadurch, daß der Beschleunigungsstoß, wie oben gezeigt, vermieden wird und somit
ein hoher Füllungsgrad der Seitenkanalzellen erhalten bleibt, kann eine erfindungsgemäße
Pumpe mit relativ hohen Umfangsgeschwindigkeiten des Laufrades betrieben werden. Nachdem
mit steigender Drehzahl bzw. Durchmesser des Laufrades auch die Förderleistung des
Radialpumpenteils steigt, wird bis hin zur relativ hohen Umfangsgeschwindigkeit der
oben erwähnte Beschleunigungsstoß mit allen seinen nachteiligen Auswirkungen vermieden.
Durch hohe Umfangsgeschwindigkeiten sind hohe Förderdrucke erzielbar. Die erfindungsgemäße
Pumpe kann also vorteilhaft zur Hochdruckerzeugung verwendet werden, was sonst nur
mit mehrstufigen und somit fertigungstechnisch außerordentlich aufwendigen Fördersystemen
möglich ist, ohne daß ihr Wirkungsgrad wesentlich sinkt.
[0015] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspruchen und aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen dargestellt sind.
[0016] Es zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Kreiselpumpe in
der Ebene I-I der Figur 2 mit gestrichelt angedeutetem Seitenkanal-Schaufelkranz,
Figur 2 einen Schnitt in der Ebene II-II der Figur 1,
Figur 3 die Ansicht eines Strömungskanalgehäuses mit Seitenkanal und spiralförmigem
Strömungskanal nach den Figuren 1 und 2,
Figur 4 einen Schnitt durch das Strömungskanalgehäuse in der Ebene IV-IV der Figur
3,
Figur 5 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Kreiselpumpe mit
gleichzeitig axial und radial offenen Schaufel kränzen,
Figur 6 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kreisel- pumpenausführüng mit
axial offenen Radialschaufeln und einer Schaufelkranzscheibe mit axial offenen Seitenkanal-Schaufelzellen,
Figur 7 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführung der Erfindung bei welcher
die Kreiselpumpe mit zwei radialen Eintrittsöffnungen und einer Austrittsöffnung im
Gehäus und mit zwei axialen Ansaugöffnungen im Laufrad und einer Trennwand zur Trennung
der beiden Förderströme versehen ist,
Figur 8 einen Längsschnitt durch eine weitere Variante der Erfindung mit axial offenen
Radialschaufeln und doppelseitigen, radial und axial offenen Seitenkanal-Schäufelzellen
und
Figur 9 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführung der Er findung, bei der das
Laufrad Schaufelkränze verschiedenen Durchmessers trägt.
[0017] Die in den Figuren bis 4 dargestellte Kreiselpumpe ist in ihrem geschlossenen Radialschaufelteil
einströmig und in ihrem Seitenkanalteil doppelströmig ausgebildet und besteht aus
einem Gehäuse 10, den Strömungsgehäusen 27 und 28 und dem Laufrad 20, 20'. Das Gehäuse
setzt sich zusammen aus einem ringförmigen Gehäuseteil 11 mit Bodenteil 12, der Eintrittsöffnung
13 und der Austrittsöffnung 14, einem Lagerdeckel 15, der zum Gehäuseteil 11 durch
einen Runddichtring 16 abgedichtet ist.
[0018] Im Lagerdeckel 15 ist eine über Packungsringe 17 abgedichtete Welle 18 angeordnet,
die durch einen nicht dargestellten Antriebsmotor, beispielsweise einem zweipoligen
Elektromotor, in Pfeilrichtung (Figur 1) in Drehung versetzt werden kann. Auf dem
freien Ende der Welle 18 ist mittels eines Gewindezapfens 19 das Laufrad 20, 20' befestigt.
[0019] Die Schaufelkränze 23, 23', welche die Schaufel zellen 24 bilden, liegen im Laufrad
20, 20', wobei ihnen gegenüber jeweils ein Seitenkanal 29, 29' gegenüberliegt , die
in die Strömungskanalgehäuse 27 und 28 eingearbeitet sind. Die im Laufrad 20, 20'
angeordneten Radialschaufeln 25 beginnen etwa in Achsmitte der Ansaugöffnung 26 und
münden in den in Umfangsrichtung anschließenden spiralförmigen Strömungskanal 32.
Am Ende des Strömungskanals 32 ist ein Oberleitungskanal 34 angeordnet, der den aus
den Radial schaufeln 25 kommenden Förderstrom teilt und den beiden Seitenkanälen 29,
29' zuleitet.
[0020] Durch die Eintrittsöffnung 13 im Gehäuse 10 tritt das Fördermedium mit geringer Strömungsgeschwindigkeit
in die Ansaugöffnung 26. koaxial zum Laufrad 20, 20' ein. Durch die sich in den Radialschaufeln
25 ausbildende Fliehkraft des rotierenden Laufrades 20, 20' wird das Fördermedium
radial zur Peripherie zunehmend beschleunigt und strömt in den unmittelbar radial
anschließenden spiralförmigen Strömungskanal 32. Der am Ende des Strömungskanals 32
angeordnete überleitungskanal 34 teilt den Förderstrom in zwei Teile und leitet diese
zwei Teilströme den unmittelbar anschließenden Seitenkanälen 29, 29' und den Schaufelkränzen
23, 23' zu. In den Schaufelzellen 24 der Schaufelkränze 23, 23' bildet sich durch
die Fliehkraft eine Verdrängerströmung aus, die in einer schraubenförmig gewundenen
Strombahn über die gesamte Länge des Seitenkanals fließt und wechselseitig in die
Schaufelzellen 24 des Laufrades 20, 20' wieder eintritt. Durch dieses häufige Wiedereintreten
wird auf den Förderstrom, der im Seitenkanal langsamer.fließt, also einen geringeren
Energiezustand aufweist, die Antriebsenergie durch Impulsaustausch übertragen.
[0021] Am Ende des Seitenkanals ist ein kurzer, auslaufender Nachverdrängungskanal 30 nachgeschaltet,
der sich in axialer Richtung auf eine Spitze hin verjüngt. Dieser Nachverdrängungskanal
30 beschleunigt bei Flüssigkeitsförderung den Entlüftungsvorgang, da die Luft durch
die nachdrängende Flüssigkeit zur Laufradmitte hin in die Schaufelzellen 24 zurückgedrängt
über eine anschließende Entlüftungsbohrung 31 entweichen kann.
[0022] Aus dem Seitenkanalbereich tritt das Fördermedium über eine in die Strömungskanalgehäuse
27 und 28 eingearbeitete Verbindungsöffnung 33 aus und verläßt das Gehäuse 10 durch
die Austrittsöffnung 14.
[0023] Bei Gasförderung ist keine Entlüftungsbohrung 31 erforderlich. Der Nachverdrängungskanal
30 bewirkt eine Nachverdichtung des Fördermediums mit nachträglichem Entspannungsprozeß
am Seitenkanalanfang in Umlaufrichtung, wodurch die Ausbildung der Verdrängerströmung
beschleunigt und damit die Impulsübertragung erhöht wird.
[0024] Die PumpenausfUhrung nach Figur 5 unterscheidet sich von der vorher beschriebenen
dadurch, daß die Schaufelkränze 23, 23' radial und axial offen und die Seitenkanäle
29, 29' entsprechen ausgebildet sind.
[0025] In der Figur.6 ist eine einströmige Kreiselpumpe mit stirnseitig offenen Radialschaufeln
25 mit Strömungskanal 32 und nur einem Schaufelkranz 23 mit Seitenkanal 29 dargestellt.
[0026] Bei der in Figur 7 dargestellten Variante einer zweiströmigen Kreiselpumpe wird das
Laufrad 20, 20' durch eine Trennwand 58 so unterteilt, daß zwei getrennte einströmige
Fördersysteme mit jeweils eigenen axialen Ansaugöffnungen 26, 26', geschlossenen Radialschaufeln
25, 25' und Seitenkanälen 29, 29' entstehen. Die durch die beiden radialen Eintrittsöffnungen
13, 13' im Gehäuse 10 eintretenden Fördermedien werden durch die axialen Ansaugöffnungen
26, 26' der Laufradhälften 20, 20' angesaugt, durchströmen getrennt die Radialschaufeln
25, 25' und gelangen in den anschließenden spiralförmigen Strömungskanal, der von
der Trennwand 58 in zwei Strömungskanalteile 32, 32' geteilt und durch den Dichtspalt
59 abgedichtet wird. Immer noch getrennt durchlaufen die beiden Fördermedien die anschließenden
Seitenkanäle 29 und 29' und verlassen diese durch die Verbindungsöffnung 33, 33' in
den Strömungsgehäusen 27 und 28. In einer Zwischenkammer 63 vereinigen sich die beiden
Förderströme, bevor sie durch die Austrittsöffnung 14 im Gehäuse 10 austreten.
[0027] In Figur 8 wird eine im Niederdruckteil einströmige und im Hochdruckteil doppelströmige
Kreiselpumpe dargestellt, bei der die Radialschaufeln 25 stirnseitig offen, und die
beiden Schau felkränze 23, 23' durch einen Mittelsteg 77 voneinander getrennt, radial
und axial offen angeordnet sind.
[0028] Das durch die axiale Eintrittsöffnung 13 im Gehäuse 10 eintretende Fördermedium wird
von den Radialschaufeln 25 angesaugt und nach Durchlaufen des spiralförmigen Störmungskanals
32 durch einen unmittelbar anschließenden Oberleitungskanal 75 dem Seitenkanal 29
zugeführt. Nach erfolgtem Energieaustausch verläßt das Medium den Seitenkanal 29 über
den radialen Austrittskanal 79 und strömt durch die Austrittsöffnung 14 im Gehäuse
10.
[0029] Bei der in Figur 9 gezeigten Pumpe tragen die Laufradteile 20, 20' jeweils zwei Schaufelkränze
23, 23', deren Durchmesser verschieden sind. Hierbei strömt das Fördermedium vorbeschleunigt
aus dem Radialschaufelbereich in den Strömungskanal 32, 32' und gelangt durch Uberleitungskanäle
34, 34' in die ersten Seitenkanäle 29, 29', die den Schaufelkränzen 23, 23' mit den
größeren Durchmessern entsprechen. Weiter beschleunigt gelangt das Medium durch Oberströmkanäle
35 in die inneren Seitenkanäle 29, 29', die vorzugsweise ebenso größere Querschnittsflächen
als die äußeren aufweisen, wie auch die ihnen zugeordneten Schaufelzellen größere
Volumina als die Schaufelzellen der äußeren Schaufelkränze aufweisen. Aus dem inneren
Fördersystem gelangt das Medium dann über die Verbindungsöffnungen 33, 33' zur Austrittsöffnung
14. Es ist jedoch ebenso eine Pumpenkonstruktion möglich, bei der das Fördermedium
aus dem xadialsystem kommend zuerst dem inneren und dann dem äußeren Seitenkanalsystem
zugeführt wird.
1. Radialschaufelunterstützte Seitenkanalpumpe mit Gehäuse und darin abgedichteter
Welle und einem an dieser befestigten Laufrad sowie einer Ansaugöffnung im Gehäuse,
von der aus der Förderstrom durch einen im Laufrad offen oder geschlossen ausgebildeten
Radialschaufelbereich zu einem in Strömungsrichtung nachfolgenden Strömungskanal führt
und daran anschließend über wenigstens einei Seitenkanal und diesem entsprechenden
Schaufelkranz des Lauf rades zu einer Austrittsöffnung im Gehäuse gelangt, dadurch
gekennzeichnet, daß das Laufrad (20, 20') wenigstens eine kreisförmige Reihe von axial
oder axial und radial offenen Schaufelzellen (24) enthält und auf dem oder zwischen
den Laufradteilen (20, 20' Radialschaufeln (25) trägt, die von wenigstens einer zum
Laufrad koaxialen Ansaugöffnung (26, 26') ausgehen und daß in Umfangsrichtung,an die
Radialschaufeln (25) anschließend, wenigstens ein Strömungskanal (32, 32') angeordnet
ist, der in Strömungsrichtung durch wenigstens einen Oberleitungskanal (34, 75) mit
dem oder den unmittelbar folgenden Seiten kanälen (29, 29') verbunden ist, dem bzw.
denen gegenüberliegend ein Schaufelkranz (23, 23') auf dem bzw. den Laufradteilen
(20, 20') zugeordnet ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradteile (20, 20') koaxiale
Ansaugöffnungen (26, 26' aufweisen.
3.. Pumpe nach Anspruch 1 und 2; dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradteile (20,
20') jeweils Radialschaufeln (25, 25') mit einer gemeinsamen Trennwand (58) aufweisen.
4. Pumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (58)
den Strömungskanal so in zwei Teilkanäle (32, 32') unterteilt, daß die beiden axial
eintretenden Förderströme voneinander getrennt bleiben.
5. Pumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10)
zwei voneinander getrennte Eintrittsöffnungen (13, 13') und eine Austrittsöffnung
(14) aufweist.
6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Austrittsöffnung (14)
eine Mischkammer (63) angeordnet ist.
7. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch geKennzeichnet, daß das Laufrad (20) zwei Schaufel
kränze (23, 23') mit axial und radial offenen Schaufelzellen (24), die durch einen
Mittelsteg (77) getrennt sind, aufweist.
8. Pumpe nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Strömungskanal
(32) eine sich in Strömungsrichtung spiralförmig erweiternde Außenkontur zunehmenden
Querschnitts aufweist.
9. Pumpe nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Strömungskanal
(32) in-der Außen-und Innenkontur konzentrisch ist und gleichbleibenden Querschnitt
aufweist.
10. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Laufrad (20, 20') wenigstens zwei in ihrem Durchmesser verschiedene Schaufelkränze
(23, 23') aufweist, wobei die inneren Schaufelzellen andere Volumina als die äußeren
.und die inneren Seitenkanäle andere Querschnittsflächen als die äußeren aufweisen.
11. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Laufrad (20, 20') einstückig ist.