DE19513962A1 - Radiale Kreiselpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiselpumpe, bei der ein im Pumpengehäuse drehbar gelagertes, rotierendes Laufrad, das Schaufeln oder Führungs­ kanäle aufweist, ein in axialer Richtung einströ­ mendes Medium in radialer Richtung fördert.

Kreiselpumpen sind beispielsweise in der Wasser­ wirtschaft, in Kraftwerken oder in der chemischen Industrie weit verbreitet und werden vorzugsweise eingesetzt, um hohe Förderleistungen zu erbringen. Sie bestehen aus einem Gehäuse, in dem ein drehbar gelagertes Laufrad rotiert, das Schaufeln oder Ka­ näle zur Führung des geförderten Mediums aufweist. Bei einer radialen Kreiselpumpe strömt das Medium in axialer Richtung ein und wird mit dem Laufrad radial nach außen gefördert, wobei letzteres im allgemeinen auf dem äußeren Ende einer in der Regel zweifach gelagerten Antriebswelle angeordnet ist. Diese Bauform besitzt den Nachteil, daß die Ände­ rung der Strömungsrichtung sowie der Druckunter­ schied zwischen dem Medium und der Atmosphäre eine hydraulische Kraft in axialer Richtung auf die Welle ausüben, die durch die Wellenlager auf zuneh­ men sind und zu ihrem Verschleiß beitragen. Zur Verminderung dieser Kräfte sind Entlastungsbohrun­ gen oder Rückenschaufeln bekannt, die jedoch den Wirkungsgrad der Pumpe vermindern. Weiterhin ist eine Wellendichtung zwischen Laufrad und Antrieb erforderlich, die einem hohen Verschleiß unterliegt und deshalb in vergleichsweise kurzen Zeitabständen auszutauschen ist. Aus Gründen der Zugänglichkeit erfordert eine Anordnung der Wellendichtung zwi­ schen dem Laufrad und dem ersten Lager darüber hin­ aus einen hinreichend großen Abstand. Die Folge ist, daß radial auf das Laufrad wirkende Kräfte zu einer Durchbiegung der Welle führen, die von den Förderbedingungen und der Laufradgeometrie abhängig ist und ebenfalls zu Lager- und Dichtungsverschleiß führt. Im Hinblick auf die Lager wirkt sich insbe­ sondere der ungleichmäßig dicke Schmierfilm, wenn die Lagerflächen infolge der Wellenbiegung nicht exakt parallel zueinander stehen, nachteilig auf die Lebensdauer aus.

Weiterhin sind hermetische Pumpen bekannt, bei denen sich die Antriebswelle in einem abgeschlossen Raum befindet und die Kraftübertragung über eine magnetische Kupplung erfolgt, so daß keine Wellen­ dichtung erforderlich ist. Da das gepumpte Medium vollständig vom Außenraum getrennt ist, lassen sich hermetische Pumpen beispielsweise zum Fördern gif­ tiger oder karzinogener Medien einsetzen. Auch in diesem Fall wirken über das Laufrad auf die Welle radiale und axiale Kräfte ein, die auf die Lager übertragen werden. Aufgrund der fehlenden Dichtung läßt sich die Wellendurchbiegung jedoch durch eine günstigere Lageranordnung vermindern.

Davon ausgehend hat sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, eine radiale Kreiselpumpe zu schaffen, bei der vernachlässigbar geringe axiale Kräfte auftre­ ten und die Lagerflächen, die radial wirkende Kräfte aufnehmen, weitestgehend parallel zueinander ausgerichtet bleiben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Förderung des Mediums im Inneren eines hoh­ len, am äußeren Umfang offenen Laufrades erfolgt, das Laufrad auf der Drehachse eine Öffnung auf­ weist, in die als Einlaß das Medium einströmt, das Medium in das Laufrad entweder beidseitig oder ein­ seitig einströmt und das Pumpengehäuse in Verlänge­ rung der Einströmrichtung geschlossen ist, das La­ ger des Laufrades ringförmig ausgebildet ist, wobei der Innendurchmesser des Lagers größer oder gleich dem Durchmesser der Laufradöffnung ist und das La­ ger am Laufrad außenflächig befestigt ist.

Vorgeschlagen wird eine Kreiselpumpe, bei der das Laufrad auf der Drehachse eine durchgängige Öffnung aufweist, in die das geförderte Medium in axialer Richtung entweder ein- oder beidseitig eintritt. Strömt es einseitig ein, ist das Pumpengehäuse in Verlängerung der Einströmrichtung geschlossen. So­ mit befindet sich ein Staupunkt der Strömung auf der Laufradachse, d. h. die Kraft, die das axial einströmende Medium abbremst, wird nicht vom Lauf­ rad aufgebracht, sondern von der Rückwand des Pum­ pengehäuses, bzw. die Kräfte heben sich beim beid­ seitig einströmenden Medium gegenseitig auf. Die radiale Förderung erfolgt im Inneren eines hohlen, am äußeren Umfang offenen Laufrades. Dieses ist wie ein konventionelles Laufrad vorzugsweise mit Schau­ feln oder Kanälen versehen. Da die Strömung im Ra­ dinneren erfolgt, führen die dabei auftretenden axialen Kräfte zwar zu einer Verspannung des Lauf­ rades, werden jedoch nicht an seine Lager übertra­ gen. Das geförderte Medium tritt am äußeren Umfang aus und wird wie bei einer herkömmlichen Kreisel­ pumpe in einem Spiralraum aufgesammelt und weiter­ geleitet. Das Lager ist außenflächig unmittelbar am Laufrad befestigt, d. h. die Lagerung erfolgt im Ge­ gensatz zu herkömmlichen Kreiselpumpen nicht auf einer Welle. Damit das Lager die in das Laufrad einströmende Flüssigkeit nicht behindert, ist es ringförmig ausgebildet und derart bemessen, daß sein Innendurchmesser größer oder gleich dem Durch­ messer der Laufradöffnung ist.

Die vorgeschlagene Kreiselpumpe zeichnet sich da­ durch aus, daß die Kräfte, die von der Lagerung des Laufrades aufzunehmen sind, im Vergleich zu einer herkömmlichen Kreiselpumpe wesentlich verringert sind. Kräfte in axialer Richtung sind aufgrund der Konstruktion weitgehend eliminiert. Infolge des un­ mittelbar am Laufrad befestigten Lagers entfällt für radiale Kräfte der Hebelarm, der bei Lagerung auf einer Welle vom Abstand zwischen Laufrad und Wellenlager gebildet wird. Damit ist sicherge­ stellt, daß die beiden Oberflächen des Radiallagers parallel der Drehachse des Laufrades und zueinander ausgerichtet sind.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Kreisel­ pumpe ist das Laufrad beidseitig gelagert, wobei beide Lager unmittelbar außenflächig am Laufrad be­ festigt sind. Auf diese Weise werden radial wir­ kende Kräfte verteilt und eine Laufraddurchbiegung vermieden. Somit wird die Parallelität der Lager­ flächen weiter verbessert, das Spiel der Lager läßt sich verringern und die Schmierung wird aufgrund der gleichmäßigen Dicke des Schmierfilms optimiert. Zudem erhöht sich bei beidseitiger Lagerung die biegekritische Drehfrequenz des Laufrades und damit ihr Abstand zur Betriebsdrehzahl.

Ein weiterer Vorteil der beidseitigen Lagerung be­ steht im Verschließen der Spalte zwischen Laufrad und Pumpengehäuse, die erforderlich sind, um zu verhindern, daß das rotierende Laufrad das Pumpen­ gehäuse berührt. Damit die Spalte auch in unter­ schiedlichen Betriebszuständen der Pumpe erhalten bleiben, ist ein gewisses Mindestspiel zwischen Laufrad und Gehäuse erforderlich, das sich mit der Zeit erhöht, wenn mit der Pumpe Medien gefördert werden, die ihre Oberfläche verschleißen. Aufgrund des Druckunterschiedes strömt ein Teil des geför­ derten Mediums durch die Spalte von der Austritts­ zur Einströmseite zurück, so daß sich der Wirkungs­ grad einer herkömmlichen Pumpe verringert. Bei der vorgeschlagenen Pumpe sind sie jedoch völlig oder weitgehend durch die Lager des Laufrades verschlos­ sen. Somit minimiert die beidseitige Lagerung die Rückstromverluste der Pumpe und verbessert damit ihren Wirkungsgrad.

Ein zweckmäßiges Laufrad ist in axialer Richtung durch Scheiben abgeschlossen, die im Zentrum zumin­ dest einseitig eine Öffnung zum Einströmen des ge­ pumpten Mediums aufweisen. Die Scheiben bilden da­ mit das Gehäuse des Laufrades. Sie erhöhen die me­ chanische Stabilität des Laufrades und verhindern Wirbel, die entstehen, wenn sich das gepumpte Me­ dium mit hoher Geschwindigkeit entlang der festste­ henden Wand des Pumpengehäuses bewegt.

Weiterhin wird vorgeschlagen, die Scheiben im Be­ reich der Öffnungen axial ein- oder beidenends nach außen zu verlängern. Es ist zweckmäßig, daß die La­ ger des Laufrades auf den Verlängerungen angeordnet sind. Darüber hinaus dienen die Verlängerungen zum Ankoppeln des Antriebes. Erfolgt der Übergang von den Begrenzungsscheiben zu ihren axialen Verlänge­ rungen stetig, so nimmt der Durchmesser des Laufra­ des in axialer Richtung radial nach außen hin ab. Diese Gestalt ist hydrodynamisch vorteilhaft, da das Medium nahe der Pumpenachse langsam strömt und nach außen hin beschleunigt wird. Eine Abnahme des Strömungsquerschnittes vermeidet unnötige Druckge­ fälle im gepumpten Medium, dessen Volumen erhalten bleibt.

In einer Weiterbildung der Pumpe erfolgt der An­ trieb über eine magnetische Kupplung. Auf diese Weise kann die Dichtung entfallen, die zur Durch­ führung der Welle durch das Pumpengehäuse notwendig wäre. Der hohe Verschleiß, dem diese Dichtung un­ terliegt, erfordert ihren Austausch in vergleichs­ weise kurzen Zeitabständen. Unter Verwendung einer magnetischen Kupplung ist der Pumpenantrieb dagegen wartungsfrei, wenn die Antriebswelle der Pumpe un­ mittelbar an den Antrieb geflanscht wird. Das Feh­ len einer Wellendurchführung eröffnet die Möglich­ keit eines hermetisch abgeschlossenen Gehäuses, das insbesondere zum Pumpen giftiger oder kanzerogener Medien geeignet ist.

Verlaufen die durch die Kanten der Schaufeln bzw. Kanäle, die sich in radialer Richtung auf der In­ nenseite des Laufrades befinden, beschriebenen Flä­ chen parallel der Drehachse, wird auch an dieser Stelle vermieden, daß axiale Kräfte übertragen wer­ den. Auf diese Weise wird die Belastung der Lauf­ radlager weiter verringert.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei­ bungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläu­ tert wird.

Die Zeichnung zeigt die prinzipienhafte Schnittdar­ stellung einer erfindungsgemäßen Kreiselpumpe.

Das gepumpte Medium strömt am Eintrittsstutzen (1) in die Pumpe ein, wird vom Laufrad (2) in den Spiralraum (3) gefördert und von dort zum Austrittsstutzen (4) der Pumpe weitergeführt. Das Laufrad (2) der Pumpe ist beidseitig von Scheiben (5) begrenzt, die im Zentrum Öffnungen (6) aufwei­ sen, durch die das gepumpte Medium in das Innere des Laufrades (2) fließt. Im Bereich der Öffnungen (6) sind die Scheiben (5) mit axialen Verlängerun­ gen (7) versehen. An der Verlängerung (7), die dem Eintrittsstutzen (1) der Pumpe gegenüberliegt, er­ folgt die Ankopplung der Antriebswelle (8) über eine magnetische Kupplung (9). Auf diese Weise ist es möglich, das Pumpengehäuse durch die Wandung (10) hermetisch abzuschließen. Infolge der beidsei­ tigen Öffnungen (6) des Laufrades (2) wird die Kraft, die zum Abbremsen des in axialer Richtung in das Laufrad einströmenden Mediums nötig ist, von der Wandung (10) der Pumpe aufgebracht und nicht vom Laufrad selbst. Die Lager (11) des Laufrades (2) sind als ringförmige Gleitlager ausgestaltet, die auf den axialen Verlängerungen (7) befestigt sind. Axiale Kräfte, die aufgrund der radialen Strömung des Mediums entlang der Oberflächen der Scheiben (5) des Laufrades entstehen, führen zwar zu einer inneren Verspannung des Laufrades (2), werden aber nicht an seine Lager (11) weitergege­ ben. Infolge der beidseitigen Befestigung durch die Lager (11) ist gewährleistet, daß ihre Oberflächen (12) exakt parallel der Laufradachse verlaufen, so daß eine gleichmäßige Dicke des Schmierfilms ge­ währleistet ist. Die Lager (11) verschließen zudem die radiale Spalte (13) zwischen dem Laufrad (2) und dem Pumpengehäuse, wodurch vermieden wird, daß das gepumpte Medium teilweise aus dem Spiralraum (3) über die Spalte (13) zum Eintrittsstutzen (1) zurückströmt und so der Wirkungsgrad der Pumpe ver­ mindert wird.

Claims (8)

1. Kreiselpumpe, bei der ein im Pumpengehäuse dreh­ bar gelagertes, rotierendes Laufrad (2), das Schau­ feln oder Führungskanäle aufweist, ein in axialer Richtung einströmendes Medium in radialer Richtung fördert, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Förderung des Mediums im Inneren eines hoh­ len, am äußeren Umfang offenen Laufrades (2) er­ folgt,
• - das Laufrad (2) auf der Drehachse eine Öffnung (6) aufweist, in die als Einlaß das Medium ein­ strömt,
• - das Medium in das Laufrad (2) entweder beidseitig oder einseitig einströmt und das Pumpengehäuse in Verlängerung der Einströmrichtung geschlossen ist,
• - das Lager (11) des Laufrades (2) ringförmig aus­ gebildet ist, wobei der Innendurchmesser des Lagers (11) größer oder gleich dem Durchmesser der Lauf­ radöffnung (6) ist
• - und das Lager (11) am Laufrad (2) außenflächig befestigt ist.

2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Laufrad (2) beidendig Lager (11) angebracht sind.

3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Laufrad (2) in axialer Rich­ tung durch Scheiben (5) abgeschlossen ist, die im Zentrum eine Öffnung (6) aufweisen.

4. Kreiselpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Scheiben (5) im Bereich der Öff­ nung (6) axial nach außen verlängert sind.

5. Kreiselpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Laufradlager (11) auf den axialen Verlängerungen (7) angeordnet sind.

6. Kreiselpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Laufrades (2) über eine magnetische Kupplung (9) erfolgt.

7. Kreiselpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Pumpengehäuse hermetisch abge­ schlossen ist.

8. Kreiselpumpe nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in radi­ aler Richtung auf der Innenseite des Laufrades (2) befindlichen Kanten der Schaufeln bzw. Kanäle par­ allel der Drehachse verlaufen.