EP4538537A1

EP4538537A1 - Strömungspumpe

Info

Publication number: EP4538537A1
Application number: EP24205500.2A
Authority: EP
Inventors: Thorsten Muck
Original assignee: Oase Pumpen Wuebker Soehne GmbH and Co Maschinenfabrik
Current assignee: Oase Pumpen Wuebker Soehne GmbH and Co Maschinenfabrik
Priority date: 2023-10-12
Filing date: 2024-10-09
Publication date: 2025-04-16
Also published as: CN119825747A; DE102023127949A1; US20250122883A1

Abstract

Eine Kreiselpumpe, insbesondere eine Radialpumpe, mit einem Gehäuse, das zumindest einen Ansaugstutzen (1), zumindest einen Druckstutzen (2) und ein einen Strömungskanal (6) ausbildendes Innengehäuse aufweist, in dem ein zumindest einseitig offenes Laufrad (3) mit Laufradschaufeln (13) um eine Antriebsachse (A) rotierbar angeordnet ist, wobei der Ansaugstutzen (1) eine dem Laufrad (3) zugewandte Stirnseite (8) aufweist, ist so gestaltet, dass die dem Ansaugstutzen (1) zugewandten Kanten (23) der Laufradschaufeln (13) über deren Länge jeweils einen Höhenversatz (h) aufweisen, der mit einem umlaufenden Vorsprung (11) der Stirnseite (8) des Ansaugstutzens (1) korrespondiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungspumpe, besonders eine Kreiselpumpe, insbesondere eine Radialpumpe bzw. Radialkreiselpumpe, in deren Gehäuse über einen Ansaugstutzen zu förderndes Fluid mittels eines motorisch angetriebenen Laufrads angesaugt und über einen Strömungskanal und einen Druckstutzen in die gewünschte Richtung gefördert wird. Eine derartige Pumpe ist beispielsweise aus der EP 3 922 855 A1 bekannt.
Während Pumpen mit geschlossener Laufradgeometrie, wobei das Laufrad in Achsrichtung beidseits der Laufradschaufeln mit einer Abdeckung versehen ist, wirkungsgradoptimiert sind, verwendet man zumindest einseitig zur Ansaugseite hin offene Laufräder zur Förderung von Fluiden, in denen Feststoffe mitgeführt werden, da derart aufgebaute Pumpen weniger zu Blockaden neigen und leichter zu reinigen sind. Dafür wird auch ein geringerer Wirkungsgrad in Kauf genommen, der durch den stetigen geringen Rückfluss von Förderfluid aus dem Strömungskanal an den Laufradschaufeln vorbei in den Bereich des Ansaugstutzens und des Inneren des Laufrads entsteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe anzugeben, die verbesserte Pumpeigenschaften aufweist. Diese Aufgabe wird durch eine Strömungspumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung, bei der die Kanten der Laufradschaufeln an der offenen Seite des Laufrads, ihrer dem Ansaugstutzen zugewandten Seite über ihre Länge jeweils einen Höhenversatz aufweisen und der Ansaugstutzen an seiner diesen Laufradkanten zugewandten Stirnseite einen zu dem Höhenversatz korrespondierenden umlaufenden Vorsprung aufweist, wodurch die Laufradkanten und die Stirnseite des Ansaugstutzens ineinandergreifen, wird ein Fluidrücklauf, bzw. eine Spaltströmung, so umgelenkt, dass dieser nicht in Richtung auf die Antriebsachse gerade einströmt, sondern in Hauptströmungsrichtung wieder direkt in das Laufrad gelenkt wird. Die Fluidzuströmung im Pumpeneinlass wird dadurch nicht oder zumindest erheblich weniger behindert oder gestört. So kann die Strömung vom Pumpeneinlass bis zum Schaufeleintritt linear erfolgen. Trotz der an den Laufradschaufeln durch den Höhenversatz in deren Kanten ausgebildeten Doppelkante bleibt eine offene Schaufelradgeometrie erhalten und damit auch die Vorteile einer erleichterten Reinigung. Auch können weiterhin beispielsweise Fadenalgen und andere grobe Schmutzstoffe gefördert werden, was insbesondere für den Einsatz der erfindungsgemäßen Pumpe als Filterpumpe beispielsweise für Teiche oder für die Aquaristik notwendig ist.
Bevorzugt sind daher Laufrad und Ansaugstutzen hinsichtlich ihrer Geometrie so auszugestalten und aufeinander abzustimmen, das das in das Laufrad zurückströmende Fluid von der Stirnseite des Ansaugstutzens weg zurück in das Laufrad gelenkt wird. Dadurch wird der Einströmquerschnitt des Ansaugstutzens nicht oder nur marginal beeinträchtigt. Es entstehenden weniger Turbulenzen als bei herkömmlichen Pumpen offener Laufradgeometrie.
Eine Ausgestaltung des Pumpenlaufrades mit Doppelkanten der Laufradschaufeln, d.h. genau einem Höhenversatz pro Laufradschaufel, reicht dabei in der Regel aus, die erwünschte Rückströmungsumlenkung zu erreichen. Die Erfindung schließt jedoch Ausgestaltungen mit mehreren Höhenversätzen an den Laufradschaufelkanten und somit einer mehrstufigen Strömungsumlenkung nicht aus.
Vorzugsweise sind die Laufradschaufeln derart ausgestaltet, dass sie in ihrem dem Außenumfang des Laufrads näheren Bereich, d.h. nach außen hin, eine größere Höhe als nach innen hin, d.h. ihrem der der Antriebsachse näheren Bereich haben. Der Vorsprung der Stirnseite des Ansaugstutzens ist dann an dessen der Antriebsachse zugewandten Innenseite auszubilden, sodass die Laufradschaufeln diesen Vorsprung mit ihrem Bereich größerer Höhe außen zum Strömungskanal hin umgreifen. So wird die Rückströmung bzw. Spaltströmung gezielt vom Ansaugstutzen weggeleitet.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Höhenversatz an der Kante der Laufradschaufel so positioniert, dass der radiale Abstand des Höhenversatzes von der Antriebsachse der Pumpe größer oder gleich dem Abstand des Vorsprungs des Ansaugstutzens von dem minimalen Innendurchmesser des Ansaugstutzens im Einlaufquerschnitt ist. D.h., die Länge der Schaufelkante im Bereich ihrer verminderten Höhe projiziert auf einen Radialschnitt durch das Laufrad an der inneren Vorderkante der Laufradschaufel ist kleiner oder gleich dem Abstand des Vorsprungs des Ansaugstutzens von dessen minimalem Durchmesser. Dadurch findet eine Rücklaufströmung unbeeinträchtigt von der inneren Zulaufströmung durch den Ansaugstutzen statt. Springt die Innenkante der Laufradschaufel gegenüber dem minimalen Innendurchmesser des Ansaugstutzens sogar zurück, so erfolgt die Zuströmung durch den Ansaugstutzen völlig unbeeinträchtigt von der Rückströmung bzw. Spaltströmung aus dem Strömungskanal, da letztere direkt in den freien Bereich des Laufrads übergeht.
Zu einem optimierten Strömungsverlauf und Ausbildung einer laminaren Strömung vom Ansaugstutzen in das Pumpenlaufrad trägt auch bei, wenn der Vorsprung der Stirnseite des Ansaugstutzens zur Antriebsachse hin in einem Schnitt entlang der Antriebsachse einen bogenförmigen, insbesondere kreisbogenförmigen Verlauf hat. Die Wandung des Ansaugstutzens kann im Schnitt insbesondere viertelkreisförmig beginnen und sich dann zum Ansaugende des Ansaugstutzens weiter aufweiten.
Besonders bevorzugt ist der Höhenversatz in den Laufradschaufelkanten sprunghaft bzw. sprungartig ausgebildet. Insbesondere ist ein treppenförmiger Höhenversatz vorteilhaft auch im Hinblick auf eine einfache Fertigung. Der Höhenversatz kann sich dabei bevorzugt senkrecht zu den dem Ansaugstutzen zugewandten Kantenbereichen der Laufradschaufel erstrecken, insbesondere mit den beiden Bereichen der Doppelkante zwei im Wesentlichen rechte Winkel ausbilden. Zu einer einfachen Konstruktion und Fertigung trägt auch bei, wenn die dem Ansaugstutzen zugewandten offenen Kanten der Laufradschaufeln senkrecht zur Antriebsachse angeordnet und insbesondere zumindest einerseits, vorzugsweise jedoch beidseits des Höhenversatzes gerade sind.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus den Unteransprüchen und einem in den Figuren 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel; es zeigen:

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Pumpe im Schnitt,
Fig. 2: zum Vergleich eine entsprechende Darstellung einer herkömmlichen Pumpe des Standes der Technik und
Fig. 3: das Laufrad der Pumpe aus Fig. 1 in perspektivischer Darstellung.

Fig. 1 zeigt eine Radialkreiselpumpe im Schnitt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Radialpumpen beschränkt. Die Pumpe hat ein Gehäuse, das einen Ansaugstutzen 1 und einen Druckstutzen 2 umfasst. Die Förderrichtung des zu pumpenden Fluids ist dort mit Pfeilen angedeutet. Im Inneren des Gehäuses befindet sich ein Laufrad 3, das um eine Antriebsachse A mittels einer Antriebswelle 4 rotierend antreibbar ist. Das Laufrad 3 ist bei der hier dargestellten Ausführungsform als halboffenes, d.h. einseitig offenes Laufrad ausgebildet und obenseitig zur Antriebswelle 4 hin verschlossen, während es untenseitig zum Ansaugstutzen 1 hin geöffnet ist. Das hier verwendete Laufrad 3 hat vier Laufradschaufeln 13, von denen in Fig. 1 aufgrund der Schnittdarstellung nur drei zu sehen sind. Bei Rotation des Laufrads 3 saugt dieses zu förderndes Fluid durch den Ansaugstutzen 1 an und befördert das Fluid durch die Laufradschaufeln 13 in einen umlaufenden Strömungskanal 6, der bei der vorliegenden Pumpe als Spiralgehäuse ausgebildet ist. Aus dem Strömungskanal 6 wird das Fluid dann durch den Druckstutzen 2 aus der Pumpe hinausgefördert.
Um die Pumpe leichter reinigen zu können, um die Förderung im Fluid mittransportierter Feststoffe zu ermöglichen und um einen Selbstreinigungseffekt zu erzielen, ist die erfindungsgemäße Pumpe mit einer einseitig offenen Laufradgeometrie ausgeführt, wodurch ein ständiger geringer Rückstrom, siehe Pfeil 7, aus dem Strömungskanal 6 zwischen den Laufradschaufeln 13 und einer zu diesen ausgerichteten Stirnseite 8 des Ansaugstutzens in den Bereich des Laufradinneren erfolgt.
Fig. 2 zeigt eine entsprechende Abbildung einer herkömmlichen Pumpe des Standes der Technik. Erkennbar durch die Pfeile führt die Spaltströmung bzw. der Rückstrom 7 bei dieser Pumpe zu Turbulenzen im Einströmquerschnitt des Ansaugstutzens 1 und damit zu einer Verringerung des effektiv nutzbaren Querschnitts 9.
Bei der erfindungsgemäßen Pumpe auf Fig. 1 hingegen sind die Laufradschaufeln 13 jeweils mit Doppelkanten 23 versehen, deren Form in Fig. 3 deutlich erkennbar ist. Die Doppelkanten 23 der hier als Kreisbogenschaufeln ausgebildeten Laufradschaufeln teilen sich in einen inneren Kantenabschnitt 23i und einen äußeren Kantenabschnitt 23a zwischen denen ein Höhenversatz h besteht. Vorzugsweise und wie dargestellt haben die Laufradschaufeln in ihrem äußeren Abschnitt eine größere Höhe Ha als im inneren zur Antriebsachse A gerichteten Abschnitt. Die Laufradschaufelkanten 23, deren Höhenversatz h und dessen Anordnung korrespondieren mit einem Vorsprung 11 der Stirnseite 8 des Ansaugstutzens 1.
Die Rückströmung bzw. Spaltströmung 7 zwischen den Laufradschaufelkanten 23 und der Stirnseite 8 des Ansaugstutzens 1 wird durch die Doppelkanten 23 des Laufrads in Fig. 1 nach oben entlang der Laufradschaufeln 13 gelenkt und beeinträchtigt die Zuströmung des zu fördernden Fluids durch den Ansaugstutzen 1 nicht. Der effektiv nutzbare Querschnitt 9 ist bei der erfindungsgemäßen Pumpe aus Fig. 1 daher der volle Innenquerschnitt des Ansaugstutzens 1. Ein gerundeter Übergang im Querschnitt des Ansaugstutzens 1 zum Vorsprung 11 trägt ebenfalls zu einer laminaren Strömung bei. Auch ist es günstig, wenn wie dargestellt der Höhenversatz h der Laufradschaufelkanten 23 gegenüber dem minimalen Innendurchmesser 9 des Ansaugstutzens 1 zurückspringt, sodass die Spaltströmung 7 sich an das Innere der Laufradschaufeln 13 oberhalb der Innenkante 23a anlegen kann und gleichmäßig von dem zuströmenden Fluid mitgenommen wird, wie die Pfeile 12 in Fig. 1 zeigen.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht auf konstruktiv einfache Gestaltung die Erstellung einer Pumpe mit deutlich verbesserten Strömungseigenschaften.

Claims

Strömungspumpe, insbesondere Radialpumpe, mit einem Gehäuse, das zumindest einen Ansaugstutzen (1), zumindest einen Druckstutzen (2) und ein einen Strömungskanal (6) ausbildendes Innengehäuse aufweist, in dem ein zumindest einseitig offenes Laufrad (3) mit Laufradschaufeln (13) um eine Antriebsachse (A) rotierbar angeordnet ist, wobei der Ansaugstutzen (1) eine dem Laufrad (3) zugewandte Stirnseite (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Ansaugstutzen (1) zugewandten Kanten (23) der Laufradschaufeln (13) über deren Länge jeweils einen Höhenversatz (h) aufweisen, der mit einem umlaufenden Vorsprung (11) der Stirnseite (8) des Ansaugstutzens (1) korrespondiert.
Strömungspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Höhenversatz (h) versehenen Kanten (23) der Laufradschaufeln (13) und die Stirnseite (8) des Ansaugstutzens (1) mit ihrem umlaufenden Vorsprung (11) zwischen sich einen für ein zu förderndes Fluid durchlässigen Schlitz ausbilden, dessen Geometrie derart ausgestaltet ist, dass aus dem Strömungskanal (6) in das Laufrad (3) zurückströmendes Fluid entlang der Laufradschaufeln (13) von der Stirnseite (8) des Ansaugstutzens (1) weg in das Laufrad (3) gelenkt wird.
Strömungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradschaufeln (13) in ihrem dem Außenumfang des Laufrads (3) näheren Bereich (23a) eine größere Höhe (Ha) als in ihrem der Antriebsachse (A) näheren Bereich (23i) haben und der Vorsprung (11) der Stirnseite (8) des Ansaugstutzens (1) an dessen der Antriebsachse (A) zugewandten Innenseite liegt.
Strömungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand des Höhenversatzes (h) der Kante (23) der Laufradschaufel (13) von der Antriebsachse größer oder gleich dem Abstand des Vorsprungs (11) des Ansaugstutzens (1) von dessen minimalem Innendurchmesser (9) ist.
Strömungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (11) der Stirnseite (8) des Ansaugstutzens (1) zur Antriebsachse (A) hin in einem Schnitt entlang der Antriebsachse (A) einen bogenförmigen, insbesondere kreisbogenförmigen, Verlauf hat.
Strömungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Höhenversatz (h) sprungartig ausgebildet ist.
Strömungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Höhenversatz (h) treppenförmig ausgebildet ist
Strömungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Höhenversatz (h) sich senkrecht zu den dem Ansaugstutzen (1) zugewandten Kantenbereichen (23) der Laufradschaufel (13) erstreckt.
Strömungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Ansaugstutzen (1) zugewandten Kanten (23) der Laufradschaufeln (13) senkrecht zur Antriebsachse (A) angeordnet sind.
Strömungspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Ansaugstutzen (1) zugewandten Kanten (23) der Laufradschaufeln (13) zumindest einerseits, vorzugsweise beidseits des Höhenversatzes (h) gerade sind.