CH654628A5 - Freistrompumpe. - Google Patents

Description

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. 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:

Durchmesser der grössten förderbaren Kugel >q ^ Laufraddurchmesser '

Ursache hierfür sind Störungen bei Teillast im Bereich der Gehäusezunge, 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.

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 zwischen der Gehäusezunge und dem Druckstutzenabgang die Radkammerbegrenzung mindesten in einem Bereich in Drehrichtung abnehmend in den freien Strömungsraum vorgezogen ist.

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.

Die erwähnte 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.

Die Radkammerbegrenzung ist vorzugsweise mindestens in einem an die Gehäusezunge anschliessenden Bereich 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 Zungenbereich bis zum Druckstutzenabgang monoton oder stetig zunimmt, und zwar beispielsweise von mindestens annähernd 55% der Gehäusebreite im Zungenbereich.

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

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.

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

Figur 1 zeigt einen Axialschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel,

Figur 2 zeigt einen Radialschnitt durch das erte Ausführungsbeispiel,

Figuren 3 bis 6 zeigen die Querschnittform der Gehäuseinnenwand in den Schnittebenen III bis VI gemäss Figur 2,

Figuren 7 und 8 zeigen einen Axialschnitt durch die zweite Ausführungsform und

Figuren 9 bis 12 zeigen die Querschnittform der Gehäuseinnenwand der zweiten Ausführungsform in den Ebenen IX bis XII gemäss Figur 8.

Das Pumpengehäuse 1 gemäss Figuren 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.

Das Laufrad 6 befindet sich in einer Radkammer, deren radiale Begrenzung im Bereiche der Laufradscheibe und der Rückschaufein 8 einen zylindrischen Bereich 9 und im Bereiche der Schaufeln bzw. Radkanäle einen leicht kegel-stumpfförmigen Bereich 10 aufweist. Die Besonderheit der Gestaltung dieser Radkammer bzw. des freien Strömungsraumes besteht nun darin, dass der kegelstumpfförmige

2

s

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

654 628

Bereich der äusseren radialen Radkammerbegrenzung über den Umfang des Gehäuses ungleich weit in den Strömungsraum vorgezogen ist. Wie schon Figur 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 Figuren 3 bis 6 zum Ausdruck, in welchen die Querschnittformen der Gehäusewand in den vier Schnittebenen III bis VI gemäss Figur 2 dargestellt sind. Es ergibt sich aus dieser Darstellung, dass die Begrenzung der Radkammer von der Gehäusezunge 11 hinweg in der in Figur 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.

Wie Figur 2 zeigt, weist das Laufrad 6 relativ schwach gekrümmte Schaufeln 7 auf, so dass sich ein relativ grosser Schaufelaustrittswinkel ß2 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 Pumpe 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.

Figuren 7 bis 12 zeigen das zweite Ausführungsbeispiel der Pumpe, wobei entsprechende Teile gleich bezeichnet sind wie in den Figuren 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 s weiterer Teil 4' des Strömungsraumes, was gewisse zusätzliche Vorteile bringt.

Bei den oben beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen ist die in den freien Strömungsraum vorgezogene Laufradbegrenzung an einem io 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 is Teils des freien Strömungsraumes zu erzielen. Ein solcher Einsatz könnte gegebenenfalls durch ein passend geformtes Blech gebildet sein.

Bisher wurde angenommen, dass die Querschnittveränderung des Pumpengehäuses von der Gehäusezunge hin zum 20 Druckstutzenabgang im wesentlichen stetig oder monoton erfolge. Es wäre aber auch möglich, eine entsprechende Querschnittveränderung mit abnehmend vorgezogener äusserer Begrenzung der Radkammer bzw. zunehmender Weite des äusseren Teils 4' des Strömungsraumes nur in gewissen 25 Bereichen über einen kürzeren Teil des Umfangs vorzunehmen. Insbesondere könnte sich diese Querschnittverände-, rung vom Zungenbereich hinweg nur über einen gewissen Teil des Umfangs, beispielsweise über 90 bis 180° erstrecken. Der Zungenbereich, in welchem der Beginn der vorgezo-3» genen Laufradbegrenzung 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 Laufradbegren-35 zung gegenüber dem in den Ausführungsbeispielen dargestellten um bis zu etwa 15° in Drehrichtung verschoben sein.

Anstelle der dargestellten Laufradbegrenzung mit einem zylindrischen Teil 9 im Bereiche der Laufradscheibe und einem leicht konischen Teil 10 im Bereiche der Laufradka-40 näle kann eine andere, z.B. auf der ganzen axialen Tiefe zylindrische oder konische Laufradbegrenzung vorgesehen sein.

B

2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

654 628 PATENTANSPRÜCHE

1. 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, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gehäusezunge (11) und dem Druckstutzenabgang (VI) die Radkammerbegrenzung (.10) mindestens in einem Bereich in Drehrichtung abnehmend in den freien Strömungsraum (4) vorgezogen ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radkammerbegrenzung mindestens in einem an die Gehäusezunge (11) anschliessenden Bereich in Drehrichtung abnehmend in den freien Strömungsraum (4) vorgezogen ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, 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.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Weite des radial ausserhalb der Radkammerbegrenzung liegenden Teils (4') des Strömungsraumes (4) von mindestens annähernd 5% der Gehäusebreite (B) im Zungenbereich zunimmt.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgezogene Radkammerbegrenzung (10) durch eine axial in den Strömungsraum vorstehende Rippe (12) gebildet ist.

6. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Laufräder (6) mit Schaufelwinkeln (ß2) zwischen etwa 40 bis 90° vorgesehen sind.