Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe zur Förderung von Flüssigkeiten.

Peripheralrad-Kreiselpumpen sind seit langem bekannt. Mit einer Peripheralrad-Kreiselpumpe kann bei geringer Förderrate ein hoher Druck am Ausgang und damit eine grosse Förderhöhe erzielt werden. Die Kennlinien fallen allerdings steil ab, d.h. eine deutliche Zunahme der Förderrate ist nur bei starker Verminderung des Ausgangsdrucks, d.h. der erzielbaren Förderhöhe, möglich. Die erforderliche Pumpleistung fällt dabei ebenfalls steil ab. Bei den ebenfalls seit langem bekannten Radialrad-Kreiselpumpen sind die Kennlinien eher flach, d.h. eine deutliche Zunahme der Förderrate ist schon durch geringfügige Verringerung des Ausgangsdrucks, entsprechend der erzielbaren Förderhöhe, erzielbar, während die erforderliche Pumpleistung leicht ansteigt. Allerdings ist der erzielbare maximale Ausgangsdruck eher gering.

Aus US 3 936 240 A ist eine Kreiselpumpe bekannt, bei der ein Laufrad an einer Vorderseite in einem vorderen Ringraum entgegen der Laufrichtung zurückgebogene von der Nähe der Achse gegen den äusseren Rand gerichtete Stege und an einer Rückseite radial von innen gegen den äusseren Rand gerichtete gerade Stege aufweist. Diese laufen durch zwei oder mehr in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende durch radiale Trennwände voneinander geschiedene, jeweils sich über einen Teil des Umfangs erstreckende mit dem vorderen Ringraum verbundene erweiterte hintere Teilringräume, die jeweils mittels eines axialen Durchlasses mit einem anschliessenden umlaufenden Sammelvolumen verbunden sind, welches einen radial nach aussen gerichteten Austrittsstutzen aufweist. Aufgrund dieses Aufbaus ist eine derartige Kreiselpumpe nicht für die Förderung von Flüssigkeiten geeignet, da der Druckaufbau behindert würde und die unvermeidlichen scharfen Umlenkungen zu Turbulenzen führen müssten, welche den Wirkungsgrad herabsetzen und die Gefahr von Kavitationen vergrössern würden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Kreiselpumpe anzugeben, mit der ähnlich hohe Ausgangsdrücke erzielt werden können wie mit einer vergleichbaren Peripheralrad-Kreiselpumpe, deren Kennlinien aber deutlich flacher sind.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, gelöst. Die erfindungsgemässe Kreiselpumpe entspricht im wesentlichen einer Peripheralrad-Kreiselpumpe, welche eingangsseitig eine Ergänzung aufweist, die Merkmale einer Radialrad-Kreiselpumpe hat. Dabei ist sie sehr einfach und platzsparend aufgebaut und entsprechend kostengünstig herstellbar.

Die Kennlinien sind denen einer Peripheralrad-Kreiselpumpe qualitativ ähnlich, fallen aber wesentlich weniger steil ab. Insbesondere geht mit zunehmender Förderrate die erforderliche Pumpleistung langsam zurück. Es kann ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, welche lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellen, näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1

einen Querschnitt längs einer Achse der erfindungsgemässen Kreiselpumpe,

Fig. 2

eine Vorderansicht der erfindungsgemässen Kreiselpumpe, wobei ein Gehäuseteil weggelassen ist,

Fig. 3

eine weitere Vorderansicht der erfindungsgemässen Kreiselpumpe, wobei weitere Teile weggelassen sind,

Fig. 4a

eine Vorderansicht eines Laufrades der erfindungsgemässen Kreiselpumpe,

Fig. 4b

eine Seitenansicht des Laufrades, teilweise längs der Achse geschnitten,

Fig. 4c

eine Hinteransicht des Laufrades,

Fig. 5a

eine Vorderansicht einer Zwischenwand der erfindungsgemässen Kreiselpumpe,

Fig. 5b

einen Schnitt durch die Zwischenwand längs B-B in Fig. 5a und

Fig. 6

Kennlinien der erfindungsgemässen Kreiselpumpe.

Die erfindungsgemässe Kreiselpumpe gemäss dem Ausführungsbeispiel weist (Fig. 1) ein Gehäuse auf, das sich aus einem vorderen Sauggehäuse 1 und einem mit demselben durch Schrauben mit Federringen 3 verbundenen hinteren Druckgehäuse 2, zwischen denen eine umlaufende Dichtung 4 angeordnet ist, zusammensetzt. Das Sauggehäuse 1 und das Druckgehäuse 2 sind jeweils annähernd rotationssymmetrisch ausgebildet und umschliessen einen im wesentlichen rotationssymmetrischen Hohlraum mit einem äusseren Ringraum, dessen äussere Begrenzung von umlaufenden Teilen des Sauggehäuses 1 und des Druckgehäuses 2 gebildet wird und der aus einem vorderen Ringraum 5 und einem hinteren Ringraum 6 besteht. Der vordere Ringraum 5 ist mit einem zentral am Sauggehäuse 1 angebrachten Eintrittsstutzen 7, der an der Vorderseite in den Hohlraum mündet, verbunden. Das Druckgehäuse 2 trägt einen peripher angeordneten Austrittsstutzen 8, der annähernd tangential nach oben aus dem hinteren Ringraum 6 hinausführt und dessen lichter Querschnitt ungefähr dem des Eintrittsstutzens 7 entspricht.

Auf einer durch eine Gleitringdichtung 9 geführten antreibbaren Antriebswelle 10 ist ein Laufrad 11 (s. auch Fig. 2, wo das Sauggehäuse 1 weggelassen ist und Fig. 4a-c) befestigt, das im Hohlraum in einer Laufrichtung (s. Pfeil in Fig. 2) um eine zentrale Achse 12 drehbar ist. Das Laufrad 11 weist eine scheibenförmige Basis auf, welche an einer dem Eintrittsstutzen 7 zugewandten Vorderseite senkrecht abstehende Stege 13 trägt, die sich von innen, d.h. jeweils von nahe der Achse in Laufrichtung zurückgebogen gegen den äusseren Rand der Basis erstrecken, wobei jedoch ein Randbereich der Vorderseite frei bleibt. An der Rückseite weist das Laufrad 11 radial von innen, d.h. von einem die Achse 12 umgebenden Ringsteg 14 bis zum äusseren Rand der Basis laufende radiale Stege 15 von gleicher Höhe auf, welche von einer Rückwand des Druckgehäuses 2 beabstandet sind, sodass dort ein innen an den hinteren Ringraum 6 anschliessender Zwischenraum 16 frei bleibt. Die Stege können auch über den äusseren Rand der Basis hinausragen. Der Abstand zwischen dem Ringsteg 14 und einer Rückwand des Druckgehäuses 2 wird durch einen von derselben gegen den Ringsteg 14 vorragenden festen Ringsteg 17 überbrückt, derart, dass zwischen den Ringstegen 14 und 17 nur ein schmaler umlaufender Spalt liegt.

Zwischen dem vorderen Ringraum 5 und dem hinteren Ringraum 6 ist eine ungefähr kreisringförmige dünne Zwischenwand 18 (s. auch Fig. 5a,b) angeordnet, mit einem äusseren Randbereich, der zwischen dem Sauggehäuse 1 und dem Druckgehäuse 2 geklemmt ist und einem inneren Randbereich, der mit dem von den Stegen 13 freien Randbereich an der Vorderseite der Basis des Laufrades 11 mit geringem axialen Abstand überlappt, sodass das Laufrad 11 und die Zwischenwand 18 nur durch einen schmalen Spalt getrennt sind. Die Zwischenwand 18 weist eine Ausnehmung 19' auf, welche die Form eines Kreisringsektors hat, der sich vom inneren Rand der Zwischenwand 18 bis nahe an ihren äusseren Rand erstreckt und einen Winkelbereich von ca. 45° einnimmt und einen kreisringsektorförmigen Durchlass 19 bildet. Die Fläche des Durchlasses 19 entspricht etwa dem lichten Querschnitt des Austrittsstutzens 8, allfällige Abweichungen betragen vorzugsweise höchstens 20%.

Dem Durchlass 19 geht in Drehrichtung des Laufrades 11 eine Sperre 20 (s. Fig. 3, wo das Sauggehäuse 1, das Laufrad 11, die Zwischenwand 18 und die Welle 10 weggelassen sind) unmittelbar vorauf, die ihrerseits knapp auf die Öffnung im hinteren Ringraum 6 folgt, die in den Austrittsstutzen 8 führt. Die Sperre 20 ist als ein annähernd radialer von der Rückwand des Druckgehäuses 2 vorspringender, sich durch den Zwischenraum 16 und den hinteren Ringraum 6 hinziehender und sie unterbrechender Riegel ausgebildet, der nahe an die Stege 15 des Laufrades 11 heranreicht und an die Zwischenwand 18 stösst. Seine Vorderseite ist nach aussen etwas in Laufrichtung geneigt, sodass sie stetig zum Austrittsstutzen 8 hinleitet.

Im Betrieb wird die Welle 10 angetrieben und das Laufrad 11 dreht sich in der z.B. in Fig. 2 angegebenen Laufrichtung. Die zu transportierende Flüssigkeit wird durch den Eintrittsstutzen 7 angesaugt (Pfeil x in Fig. 1, 2), von den Stegen 13 an der Vorderseite des Laufrades 11 mitgenommen und durch die Zentrifugalkraft in den vorderen Ringraum 5 gepresst. Durch den Durchlass 19 (Pfeil y in Fig. 1, 2, 3) gelangt die Flüssigkeit dann in den hinteren Ringraum 6, wo sie nach innen gedrückt wird und z.T. zwischen die Stege 15 an der Rückseite des Laufrades 11 und in den Zwischenraum 16 gelangt. Sie wird daher z.T. direkt von den Stegen 15 mitgenommen und z.T. aufgrund ihrer Viskosität im Zwischenraum 16 und im hinteren Ringraum 6 von der Bewegung der von den Stegen 15 mitgenommenen Flüssigkeit mitgerissen. Der letztere Teil der Flüssigkeit wird nach etwas weniger als einem Umlauf von der Sperre 20 in den Austrittsstutzen 8 abgelenkt (Pfeil z in Fig. 1, 3). Die Strömung weist keine scharfen Umlenkungen auf. Es entstehen daher keine ausgeprägten den Wirkungsgrad verschlechternden Turbulenzen. Dies wird durch die Bemessung des Durchlasses 19, d.h. die Ähnlichkeit seiner Fläche mit der lichten Weite des Austrittsstutzens 8 unterstützt, welche eine gleichmässige Strömung begünstigt.

Die Wirkung der erfindungsgemässen Kreiselpumpe ähnelt der einer Hintereinanderschaltung einer Radialrad-Kreiselpumpe und einer Peripheralrad-Kreiselpumpe, doch ist der Aufbau wesentlich einfacher. Die Kennlinien (Fig. 6) liegen etwa zwischen den Kennlinien dieser beiden bekannten Typen von Kreiselpumpen. Der erzielbare Ausgangsdruck und damit die maximale Förderhöhe H ist, ähnlich wie bei einer Peripheralrad-Kreiselpumpe, hoch. Doch sinkt der Ausgangsdruck, d.h. die Förderhöhe H mit zunehmender Förderrate Q weniger rasch ab. Auch der Leistungsbedarf P hängt nicht sehr stark von der Förderrate Q ab. Insofern sind die Kennlinien denjenigen einer Radialrad-Kreiselpumpe angenähert.

1

Sauggehäuse

2

Druckgehäuse

3

Schraube mit Federring

4

Dichtung

5

vorderer Ringraum

6

hinterer Ringraum

7

Eintrittsstutzen

8

Austrittsstutzen

9

Gleitringdichtung

10

Welle

11

Laufrad

12

Achse

13

Steg (Vorderseite Laufrad 11)

14

Ringsteg (Laufrad 11)

15

Steg (Rückseite Laufrad 11)

16

Zwischenraum

17

Ringsteg (Druckgehäuse 2)

18

Zwischenwand

19'

Ausnehmung

19

Durchlass

20

Sperre