EP1616100B1

EP1616100B1 - Freistrompumpe

Info

Publication number: EP1616100B1
Application number: EP03789237A
Authority: EP
Inventors: Christoph Jäger; Peer Springer; Rolf Witzel; Sven Baumgarten
Original assignee: KSB AG
Current assignee: KSB AG
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2023-12-12
Also published as: AU2003293852A1; AR042894A1; EP1616100A1; DE50312416D1; WO2004065797A1; DE10301630A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Freistrompumpe, deren Laufrad aus einer mit offenen Schaufeln bestückten Tragscheibe besteht, wobei mindestens eine der Schaufeln eine ingesamt geringere Höhe besitzt als die übrigen Schaufeln, wobei die einer saugseitigen Gehäusewand zugekehrte Seite der Tragscheibe zwischen Nabenkörper und Laufradaustritt einen konkaven Verlauf aufweist, wobei zwischen der Vorderkante der Schaufel geringerer Höhe und der Gehäusewand der Freistrompumpe ein freier Durchgang für einen kugelförmigen Gegenstand bestimmter Größe besteht, der Durchgang vom Einlauf der Freistrompumpe bis zum Laufradaustritt zwischen dem Laufrad und der Gehäusewand eine Passage mit einer Mindesterstreckung (M) erlaubt und sich die Schaufeln vom Laufradaustritt bis in den Bereich der Projektion des Einlaufs erstrecken.
Bei der durch die DE 14 53 782 A bekannte Freistrompumpe besitzt die Tragscheibe des Laufrades eine konvexe Oberfläche, welche zu der Gehäusewand im Einlaufbereich der Pumpe einen Mindestabstand einhält, welcher dem Durchmesser einer gedachten Kugel entspricht. Im übrigen ist zwischen den gerade verlaufenden Schaufeln des Laufrades jeweils ein Abstand, der einem Kugeldurchmesser entspricht, eingehalten. Mit dieser Gestaltung soll ein größerer Durchgang von der Einlaßöffnung der Pumpe bis zu deren Auslaßöffnung geschaffen werden. Die konvexe Oberfläche des Laufrades hat allerdings zur Folge, daß die Höhe der Schaufeln im Eintrittsbereich Null beträgt und erst am Laufradaustritt zu einer Maximalhöhe ansteigt. Im übrigen bedingt die Tatsache, daß zwischen den Schaufeln ein dem Kugeldurchgang entsprechender Mindestabstand eingehalten werden muß, eine erhebliche Einschränkung in den Möglichkeiten der Gestaltung der Beschaufelung.
Eine gattungsgemäße Freistrompumpe ist bekannt durch die US 4 592 700 A . In einer zurückgesetzten Laufradkammer ist ein Laufrad angeordnet, von dem zwei Schaufeln über die Laufradkammer und die restlichen Schaufeln hinausragen, um die Mitförderung von Luft zu verbessern. Alle Schaufelvorderkanten und die ihnen gegenüberliegende saugseitige Gehäusewand stehen senkrecht auf der Pumpenachse. Der dazwischen befindliche schaufellose Raum weist eine Erstreckung auf, die zwischen den beiden verlängerten, einander gegenüberliegenden Schaufeln die Passage einer Kugel vorgegebener Größe des Einlaufs ermöglicht. Die paarweise Verlängerung von zwei Laufradschaufeln ist ungünstig für einen optimalen Wirkungsgrad.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Freistrompumpe zu schaffen, die bei Erfüllung der Forderung nach einem freien Kugeldurchgang vorgegebener Größe eine Wirkungsgradsteigerung erreicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Gehäusewand konisch verläuft, wobei der Abstand der Gehäusewand zu den Vorderkanten der höheren Schaufeln des Laufrades mit dem Durchmesser abnimmt, und wobei die Passage mit der Mindesterstreckung etwa gleichbleibend über den gesamten Verlauf einer Vorderkante mindestens einer zum Laufradaustritt hin geneigten Schaufel geringerer Höhe folgt.
Die Erfindung geht von dem Umstand aus, daß der Abstand des Laufrades zu der ihm gegenüberliegenden Wand einen maßgeblichen Einfluß auf den Wirkungsgrad der Freistrompumpe hat. Der hier zu verwirklichende Mindestabstand wird bei einer herkömmlichen Freistrompumpe durch die Höhe der Schaufeln vorgegeben. Würde man also den Abstand zwischen Laufrad und Gehäusewand auf ein unterhalb des Durchmessers der gedachten Kugel liegendes Maß verringern, so würde ein Laufrad, bei dem der Mindestabstand der Schaufeln ebenfalls geringer ist als der Kugeldurchmesser, der Forderung nach einem freien Kugeldurchgang nicht mehr genügen. Bei der erfindungsgemäßen Freistrompumpe wird aber genau diese Maßnahme, Verringerung des Abstands zwischen Laufrad und Gehäusewand bei Wahrung des für einen Kugeldurchgang zu geringen Mindestabstands zwischen den Schaufeln, vorgenommen. Basierend auf der Erkenntnis, daß eine teilweise Verringerung der Höhe einzelner Schaufeln, also die Vergrößerung des Abstands zur Gehäusewand in einem Teilbereich, einen geringeren Wirkungsgradverlust mit sich bringt als die Vergrößerung des Abstands in der gesamten Beschaufelung, stellt die Erfindung lediglich eine an eine gedachte Kugel angepaßte Passage zur Verfügung.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Passage mit der Mindesterstreckung dem Verlauf einer einzigen Schaufel des Laufrades folgt. Eine weitergehende Ausgestaltung sieht vor, daß zur Vermeidung einer hydraulischen Unwucht zwei oder mehr Schaufeln zur Bildung jeweils einer Passage mit der Mindesterstreckung gleichmäßig über das Laufrad verteilt sind. Im übrigen wird die Möglichkeit vorgesehen, daß die Passage mit der Mindesterstreckung den Nabenkörper des Laufrades anschneidet.
Der Abstand der Gehäusewand zu den Vorderkanten der höheren Schaufeln des Laufrades nimmt mit dem Durchmesser ab. Diese Maßnahme dient der Optimierung: Der im Bereich des Einlaufs befindliche Nabenkörper kann nämlich nur eingeschränkt angeschnitten werden. Daher muß in diesem Bereich der Abstand des Laufrades zur Gehäusewand relativ groß sein. Im übrigen Bereich aber soll die Gehäusewand einen möglichst geringen Abstand zum Laufrad besitzen.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig.1: einen Meridianschnitt durch eine erfindungsgemäß gestaltete Freistrompumpe;
Fig.2: eine perspektivische Ansicht eines in der erfindungsgemäßen Freistrompumpe einsetzbaren Laufrades.

Im Gehäuse 1 der Freistrompumpe der Fig. 1 ist ein Laufrad 2 auf einer Welle 3 befestigt. Der Befestigung dient ein Nabenkörper 4, in den eine Schraube 5 eingreift. Auf der Tragscheibe 6 des Laufrades 2 sind mehrere Schaufeln 7 angeordnet. In die Beschaufelung des Laufrades 2 zieht sich vom Einlauf bis zum Laufradaustritt eine Bahn, die einem gewünschten Kugeldurchgang entspricht. Da diese Bahn im Falle des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 in eine einzige Schaufel 8 gelegt ist, besitzt diese eine Vorderkante 9, die einen zum Laufradaustritt hin geneigten Verlauf hat.
Ein saugseitig in das Gehäuse 1 eingesetzter Deckel 10 bildet einen Einlauf 11. Die Gehäusewand 12 des Deckels 11 verläuft konisch in der Art, daß einerseits der Abstand (N) zu den Vorderkanten der höheren Schaufeln 7 mit dem Durchmesser abnimmt, andererseits aber der Abstand zu der Vorderkante 9 der Schaufel 8 etwa gleichbleibend über den gesamten Verlauf der Schaufel 8 ist. Die zwischen der Vorderkante 9 und der Gehäusewand 12 gebildete lichte Weite entspricht dabei in etwa der Mindesterstreckung (M) der gedachten Kugel. Der Verlauf der Mindesterstreckung (M) stellt also gewissermaßen die für den Kugeldurchgang freie Bahn dar. Über einen Auslaß 13 wird das von der Pumpe geförderte Medium samt festen Beimengungen in ein - nicht dargestelltes - Rohr geleitet.
Ein über den Einlauf 11 in das Gehäuse 1 der Freistrompumpe gelangender fester Körper von der Größe der gedachten Kugel wird, sofern er auf eine der außerhalb der Bahn des freien Kugeldurchgangs gelegene Schaufel 7 trifft, zunächst von der Zirkulationsströmung des Laufrades 2 in der Schwebe gehalten. Sobald die in ihrer Höhe modifizierte Schaufel 8 den festen Körper passiert, wird für diesen die freie Passage geöffnet; der Körper wird nun von der Absolutströmung des Laufrades 2 über den Auslaß 13 gefördert.
Die Fig. 2 zeigt ein Laufrad 14, das eine Variante zu dem Laufrad 2 der Fig. 1 insofern darstellt, als statt einer Bahn für einen Kugeldurchgang zwei solcher Bahnen gebildet werden. Dies bedeutet, daß neben Schaufeln 7 mit normaler Erstreckung zwei Schaufeln 8 mit modifizierter Vorderkante auf der Tragscheibe 6 angeordnet sind. Die Schaufeln 8 sind mit einem rotationssymmetrischen Winkelversatz von 180° zueinander angeordnet. Die gleichmäßige Anordnung der Schaufeln 8 dient der Vermeidung einer hydraulischen Unwucht.

Claims

Freistrompumpe, deren Laufrad (2) aus einer mit offenen Schaufeln (7, 8) unterschiedlicher Höhe bestückten Tragscheibe (6) besteht, wobei mindestens eine der Schaufeln (8) eine ingesamt geringere Höhe besitzt als die übrigen Schaufeln, wobei die einer saugseitigen Gehäusewand (12) zugekehrte Seite der Tragscheibe (6) zwischen Nabenkörper (4) und Laufradaustritt einen konkaven Verlauf aufweist wobei zwischen der Vorderkante der Schaufel geringerer Höhe und der Gehäusewand der Freistrompumpe ein freier Durchgang für einen kugelförmigen Gegenstand bestimmter Größe besteht, der Durchgang vom Einlauf (11) der Freistrompumpe bis zum Laufradaustritt zwischen dem Laufrad (2) und der Gehäusewand (12) eine Passage mit einer Mindesterstreckung (M) erlaubt und sich die Schaufeln vom Laufradaustritt bis in den Bereich der Projektion des Einlaufs (11) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewand (12) konisch verläuft, wobei der Abstand (N) der Gehäusewand (12) zu den Vorderkanten der höheren Schaufeln (7) des Laufrades (2) mit dem Durchmesser abnimmt, und wobei die Passage mit der Mindesterstreckung (M) etwa gleichbleibend über den gesamten Verlauf einer Vorderkante (9) mindestens einer zum Laufradaustritt hin geneigten Schaufel (8) geringerer Höhe folgt.
Freistrompumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Passage mit der Mindesterstreckung (M) den Nabenkörper (4) des Laufrades (2) anschneidet.
Freistrompumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung einer hydraulischen Unwucht zwei oder mehr Schaufeln (8) geringerer Höhe zur Bildung jeweils einer Passage mit der Mindesterstreckung (M) gleichmäßig über das Laufrad verteilt sind.