Freistrompumpe

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Freistrompumpe, in deren Gehäuse seitlich des in einer Radkammer angeordneten Laufrades ein freier Strömungsraum mit freiem Durchgang zwischen Saug-und Druckstutzen liegt, dessen größter Durchmesser denjenigen der äußeren, radialen Begrenzung der Radkammer übertrifft, und wobei am Druckstutzenabgang eine Gehäusezunge gebildet ist. Bekannte Pumpen dieser Art (US-PS 3 171 357) zeigen in der Regel einen ungünstigen Drosselkurvenverlauf, besonders, wenn sie relativ großen, freien Durchgang aufweisen, d. h. wenn die Bedingung erfüllt ist:

[0002] Ursache hierfür sind Störungen bei Teillast in einem Bereich, der sich ab Gehäusezunge bis etwa 40 in Drehrichtung des Laufrads erstreckt, die die Laufradströmung beeinflussen. Durch kleinere Laufradaustrittswinkel kann die Drosselkurve zwar etwas stabilisiert werden, doch sind infolge der damit verbundenen Verringerung der Schaufelbelastung Förderhöhen- und Wirkungsgradeinbußen nicht zu vermeiden.

[0003] Es ist das Ziel vorliegender Erfindung, Freistrompumpen der erwähnten Art zu schaffen, welche eine stabilere Drosselkurve ohne Einbuße an Förderhöhe und Wirkungsgrad aufweisen. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß in einem in Drehrichtung an die Gehäusezunge anschließenden Bereiche beginnend die Radkammerbegrenzung in Drehrichtung abnehmend axial in den freien Strömungsraum vorgezogen ist.

[0004] Durch diese neuartige Formgebung des Gehäuses kann erreicht werden, daß bei Teillast aus dem Druckstutzen austretende, überschüssige Flüssigkeit weitgehend im äußeren Bereich des Gehäuses geführt und somit vom Laufrad ferngehalten werden kann. Damit können die Einflüsse eingedämmt werden, welche zur Instabilität der Drosselkurve und zu Verlusten an Förderhöhe und Wirkungsgrad führen. Es wird damit auch möglich, das Laufrad mit relativ großen Schaufelwinkeln auszuführen, wodurch besonders gute Wirkungsgrade realisierbar sind. Es ist möglich, außer einer Stabilisierung der Drosselkurve noch Verbesserungen der Förderhöhe bei geschlossenem Schieber und des Wirkungsgrades im Teillastbereich zu erzielen.

[0005] Es ist zwar aus der DE-OS 1 528684 bekannt, das Laufrad an seinem Umfang dadurch nur partiell abzudecken, daß die axiale Tiefe der Radkammer nach dem Pumpenaustritt hin abnimmt. Diese Maßnahme soll eine freiere Durchströmung des Laufrades und damit verbunden höhere Drücke bringen. Ferner soll in dieser Weise den Beimischungen im Bereiche des Pumpenaustritts hinreichende Beschlenigungsenergie erteilt werden. Die hier angestrebten Wirkungen und die getroffenen Maßnahmen sind nicht vergleichbar mit der erfindungsgemäßen Aufgabe und Lösung.

[0006] Die erwähnte, erfindungsgemäße vorgezogene Radkammerbegrenzung kann durch einen massiven Gehäuseteil oder aber durch eine axial in den Strömungsraum vorstehende Rippe gebildet sein, deren axiale Höhe vom Zungenbereich hinweg abnimmt.

[0007] Die Radkammerbegrenzung ist vorzugsweise an die Gehäusezunge anschließend in Drehrichtung abnehmend in den freien Strömungsraum vorgezogen. Im allgemeinen wird man aber das Gehäuse so ausbilden, daß die axiale Weite des radial außerhalb der Radkammerbegrenzung liegenden Teils des freien Strömungsraumes vom Zungenbereiche bis zum Druckstutzenabgang monoton, stetig zunimmt, und zwar beispielsweise von mindestens annähernd 55% der Gehäusebreite im Zungenbereich.

[0008] Die axiale Weite des radial außerhalb der Radkammerbegrenzung liegenden Teils des Strömungsraumes kann vorzugsweise von mindestens annähernd 55% der Gehäusebreite im Zungenbereich stetig zunehmen.

[0009] Wie bereits erwähnt, gestattet die stabilisierende Wirkung der Ausbildung des Gehäuses größere Freiheiten in der Gesamtgestaltung der Pumpe, insbesondere in der Gestaltung des Laufrades. Es wird damit möglich, in einer bevorzugten Verwendung der Pumpe in einem Pumpenprogramm identische Laufräder mit Gehäusen unterschiedlicher Nennweiten des Saugstutzens zu verwenden. Es lassen sich somit außer den erwähnten Vorteilen hinsichtlich der Pumpencharakteristiken auch wirtschaftliche Vorteile realisieren.

[0010] Die Erfindung wird nun anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 zeigt einen Radialschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 bis 6 zeigen die Querschnittsform der Gehäuseinnenwand in den Schnittebenen 111 bis VI gemäß Fig. 2;

Fig. 7 und 8 zeigen einen Axialschnitt bzw. Radialschnitt durch die zweite Ausführungsform; und

Fig. 9 bis 12 zeigen die Querschnittsform der Gehäuseinnenwand der zweiten Ausführungsform in den Ebenen IX bis XII gemäß Fig. 8.

[0011] Das Pumpengehäuse 1 gemäß Fig. 1 und 2 weist einen Saugstutzen 2 mit einer verengten Stelle 3 am Eintritt in den freien Strömungsraum 4 der Pumpe und einen tangential angeordneten Druckstutzen 5 auf. Der freie Strömungsraum 4 bildet einen freien Durchgang zwischen dem Saugstutzen und dem Druckstutzen, derart, daß eine Kugel, die durch den Saugstutzen eintreten kann, seitlich des Laufrades 6 mit den Schaufeln 7 durch den freien Strömungsraum zum Druckstutzen 5 durchtreten kann. Derartige Freistrompumpen und ihre Wirkungsweise sind an sich bekannt und bedürfen keiner näheren Erläuterung.

[0012] Das Laufrad 6 befindet sich in einer Radkammer, deren radiale Begrenzung im Bereiche der Laufradscheibe und der Rückschaufeln 8 einen zylindrischen Bereich 9 und im Bereiche der Schaufeln bzw. Radkanäle einen leicht kegelstumpfförmigen Bereich 10 aufweist. Die Besonderheit der Gestaltung dieser Radkammer bzw. des freien Strömungsraumes besteht nun darin, daß der kegelstumpfförmige Bereich der äußeren radialen Radkammerbegrenzung über den Umfang des Gehäuses ungleich weit in den Strömungsraum vorgezogen ist. Wie schon Fig. 1 zeigt, ist der Bereich 10 der Radkammerbegrenzung oben wesentlich weiter in den freien Strömungsraum vorgezogen als unten. Noch klarer kommt diese Gestaltung in den Fig. 3 bis 6 zum Ausdruck, in welchen die Querschnittsformen der Gehäusewand in den vier Schnittebenen 111 bis VI gemäß Fig. 2 dargestellt sind. Es ergibt sich aus dieser Darstellung, daß die Begrenzung der Radkammer von der Gehäusezunge 11 hinweg in der in Fig. 2 durch einen Pfeil angedeuteten Drehrichtung des Laufrades bzw. der Strömung bis zum Druckstutzenabgang, bei der Schnittebene VI, vorzugsweise stetig oder monoton abnehmend in den freien Strömungsraum vorgezogen ist. Dementsprechend verbleibt radial außerhalb der Radkammerbegrenzung ein äußerer Teil 4' des Strömungsraumes, dessen axiale Weite von der Gehäusezunge hinweg vorzugsweise stetig oder monoton bis zum Druckstutzenabgang hin zunimmt. Die Weite des äußeren Teils 4' des Strömungsraumes kann hierbei im Zungenbereich vorzugsweise etwa 55% der freien Gehäusebreite zwischen dem Laufrad und der gegenüberliegenden Stirnwand des Gehäuses betragen.

[0013] Wie Fig. 2 zeigt, weist das Laufrad 6 relativ schwach gekrümmte Schaufeln 7 auf, so daß sich ein relativ großer Schaufelaustrittswinkel,82 von ungefähr 60° ergibt. Wie oben erwähnt, können derart verhältnismäßig große Schaufelwinkel zwischen 40 und 90° gewählt werden, was eine Verbesserung des Wirkungsgrades und der Förderhöhe erlaubt, ohne eine untragbare Instabilität der Drosselkurve in Kauf zu nehmen. Das gilt auch für Pumpen mit relativ großem freiem Durchgang gemäß der eingangs erwähnten Bedingung. Dank der beschriebenen Gehäusegestaltung werden bei optimaler Laufradgestaltung und bei deutlich verbessertem Verlauf der Drosselkurve Wirkungsgradverbesserungen im Teillastbereich um etwa vier Punkte erzielt. Es wird dabei auch möglich, für Pumpen verschiedener Nennweite bei gleichem Durchmesser identische Laufräder zu verwenden.

[0014] Fig. 7 bis 12 zeigen das zweite Ausführungsbeispiel der Pumpe, wobei entsprechende Teile gleich bezeichnet sind wie in den Fig. 1 und 2. Der Unterschied besteht im wesentlichen darin, daß die vorgezogene Laufradbegrenzung nicht an einem massiven Gehäuseteil, sondern an einer vom Zungenbereich hinweg abnehmend in den freien Strömungsraum vorragende Rippe 12 gebildet ist. Es entsteht damit insbesondere im Zungenbereich außerhalb dieser Rippe 12 ein axial weiterer Teil 4' des Strömungsraumes, was gewisse zusätzliche Vorteile bringt.

[0015] Bei den oben beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen ist die in den freien Strömungsraum vorgezogene Laufradbegrenzung an einem einteilig ausgeführten Pumpengehäuse geformt. Es wäre jedoch auch möglich, in ein sonst rotationssymmetrisch ausgebildetes Pumpengehäuse einen gebogenen, keilartig geformten Einsatz einzusetzen und damit die gewünschte Gestaltung der Radkammerbegrenzung bzw. des äußeren Teils des freien Strömungsraumes zu erzielen. Ein solcher Einsatz könnte gegebenenfalls durch ein passend geformtes Blech gebildet sein.

[0016] Bisher wurde angenommen, daß die Querschnittsveränderung des Pumpengehäuses von der Gehäusezunge hin zum Druckstutzenabgang im wesentlichen stetig oder monoton erfolge. Es wäre aber auch möglich, eine entsprechende Querschnittsveränderung mit abnehmend vorgezogener äußerer Begrenzung der Radkammer bzw. zunehmender Weite des äußeren Teils 4' des Strömungsraumes nur in gewissen Bereichen über einen kürzeren Teil des Umfangs vorzunehmen. Insbesondere könnte sich diese Querschnittsveränderung vom Zungenbereich hinweg nur über einen gewissen Teil des Umfangs, beispielsweise über 90 bis 180° erstrecken. Der Zungenbereich, in welchem der Beginn der vorgezogenen Laufadbegrenzung bzw. der Verengung des Strömungsraumes beginnt, soll jedenfalls auf die erste Hälfte des ersten Quadranten ab Gehäusezunge begrenzt sein, vorzugsweise auf einen Winkelbereich von etwa 15°. Mit anderen Worten könnte der Beginn der vorgezogenen Laufradbegrenzung gegenüber dem in den Ausführungsbeispielen dargestellten um bis zu etwa 15° in Drehrichtung verschoben sein.

[0017] Anstelle der dargestellten Laufradbegrenzung mit einem zylindrischen Teil 9 im Bereiche der Laufradscheibe und einem leicht konischen Teil 10 im Bereiche der Laufradkanäle kann eine andere, z. B. auf der ganzen axialen Tiefe zylindrische oder konische Laufradbegrenzung vorgesehen sein. Während bei den dargestellten bevorzugten Ausführungsformen die Radkammerbegrenzung das Laufrad vollständig umschließt, wäre auch eine Ausführung möglich, bei der z. B. im Bereiche des Druckstutzenabgangs das Laufrad nicht vollständig, d. h., nicht in seiner ganzen axialen Breite, abgedeckt ist.

Ansprüche

1. Freistrompumpe, in deren Gehäuse (1) seitlich des in einer Radkammer angeordneten Laufrades (6) ein freier Strömungsraum (4) mit freiem Durchgang zwischen Saug- (2) und Druckstutzen (5) liegt, dessen größter Durchmesser denjenigen der äußeren, radialen Begrenzung (9, 10) der Radkammer übertrifft, und wobei am Druckstutzenabgang eine Gehäusezunge (11) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem in Drehrichtung an die Gehäusezunge (11) anschließenden Bereiche beginnend die Radkammerbegrenzung (9, 10) in Drehrichtung abnehmend axial in den freien Strömungsraum (4) vorgezogen ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Bereich über etwa 15° erstreckt.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Radkammerbegrenzung an die Gehäusezunge (11) anschließend in Drehrichtung abnehmend axial in den freien Strömungsraum (4) vorgezogen ist.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Weite des radial außerhalb der Radkammerbegrenzung (10) liegenden Teils (4') des freien Strömungsraumes (4) vom Zungenbereich bis zum Druckstutzenabgang monoton zunimmt.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Weite des radial außerhalb der Radkammerbegrenzung liegenden Teils (4') des Strömungsraums (4) von mindestens annähernd 55% der Gehäusebreite (B) im Zungenbereich zunimmt.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgezogene Radkammerbegrenzung (10) durch eine axial in den Strömungsraum vorstehende Rippe (12) gebildet ist.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Radkammerbegrenzung (10) das Laufrad (6) vollständig umschließt.

8. Verwendung der Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß identische Laufräder (6) mit Schaufelwinkeln (,82) zwischen etwa 40 bis 90° in Gehäusen (1) unterschiedlicher Nennweiten verwendet werden.

Claims

1. Free vortex pump in the casing (1) of which, next to a blade wheel (6) arranged in a wheel chamber, is provided a free streaming space (4) with a free passage between suction (2) and pressure (5) joints, the greatest diameter of which is greater than the one of the radial external limitation (9, 10) of the wheel chamber, a tongue (1) of the casing being formed at the outlet of the pressure joint, characterized in that in a region starting from the tongue (11) of the casing and extending in the direction of rotation, the limitation of the wheel chamber (9, 10) decreases axially while moving forward in the free streaming space (4).

2. Pump according to claim 1, characterized in that the region extends to about 15°.

3. Pump according to claim 1 or 2, characterized in that the limitation of the wheel chamber starting from the tongue (11) of the casing moves forward in the direction of rotation while decreasing axially in the free streaming space (4).

4. Pump according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the axial width of the part (4') of the free streaming space (4) located radially external to the limitation of the wheel chamber (10) increases monotonously between the region of the tongue of the casing and the outlet of the pressure joint.

5. Pump according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the axial width of the part (4') of the free streaming space (4) located radially external to the limitation of the wheel chamber increases by at least about 55% of the width (B) of the casing in the region of the tongue of the casing.

6. Pump according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the limitation of the wheel chamber (10) is formed by a rib (12) projecting axially in the streaming space.

7. Pump according to one of the claims 1 to 6, characterized in that the limitation of the wheel chamber (10) surrounds entirely the blade wheel (6).

8. Utilization of the pump according to claim 1, characterized in that identical blade wheels (6) with blade angles (β 2) between about 40 to 90° are utilized in casings (1) having different nominal dimensions.

Revendications

1. Pompe à tourbillon dans le boîtier de laquelle, à côté d'une roue à aubes (6) disposée dans une chambre de roue, se trouve un espace libre d'écoulement (4) avec un passage libre entre des raccordements d'aspiration (2) et de refoulement (5), dont le plus grand diamètre est supérieur à celui de la limitation radiale extérieure (9, 10) de la chambre de roue, une langne de boîtier (11) étant formée à la sortie du raccordement de refoulement, caractérisée par le fait que dans un domaine partant de la langue de boîtier (11) et s'étendant dans la direction de rotation, la limitation de la chambre de roue (9, 10) diminue axialement en avançant dans l'espace libre d'écoulement (4).

2. Pompe selon la revendications 1, caractérisée en ce que le domaine s'étend sur environ 15°.

3. Pompe selon la revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la limitation de la chambre de roue partant de la langue de boîtier (11) avance dans la direction de rotation en diminuant axialement dans l'espace libre d'écoulement (4).

4. Pompe selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la grandeur axiale de la partie (4') de l'espace libre d'écoulement (4) située radialement à l'extérieur de la limitation de la chambre de roue (10) augmente de manière monotone entre la région de la langue de boîtier et la sortie du raccordement de refoulement.

5. Pompe selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la grandeur axiale de la partie (4') de l'espace libre d'écoulement (4) située radialement à l'extérieur de la limitation de la chambre de roue augmente d'au moins environ 55% de la largeur (B) du boîtier dans la région de la langue de boîtier.

6. Pompe selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la limitation de la chambre de roue (10) est formée par une nervure (12) dépassant axialement dans l'espace d'écoulement.

7. Pompe selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la limitation de la chambre de roue (10) entoure entièrement la roue à aubes (6).

8. Utilisation de la pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que des roues à aubes (6) identiques avec des angles d'aubes (,82) entre environ 40 et 90° sont utilisées dans des boîtiers (1) de grandeurs nominales différentes.

Zeichnung