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Zentrifugalpumpe Vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen an
Zentrifuga7pumpen, insbesondere an sogenannten mehrstufigen Kreiselpumpen. Besonders
vorteilhaft ist die Erfindung für Pumpen mit vertikaler Welle, bei welchen die verschiedenen
Schaufelräder in verhältnismäßig großen Zwischenräumen angeordnet sind.
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Die Zentrifugalpumpen besitzen gewöhnlich ein Schaufelrad, dessen
Schaufeln an einer auf der Pumpenwelle sitzenden Scheibe befestigt sind, und ein
Pumpengehäuse, welches die Wände der Saugleitungen, des Leitapparates und der Ableitungen
bildet.
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Der Durchmesser der Scheibe des Schaufelrades ist gewöhnlich gleich
dem Auf')endurchmesser der Schaufeln bzw. des Kreisringes, in dem die Schaufeln
angeordnet sind, so daß sich die Fuge zwischen der Scheibe und der Innenwandung
des Leitsystems am Ausgang aus dem Schaufelrad (am Eintritt zum Leitsystem) befindet,
d. h. an einer Stelle, wo der Flüssigkeitsdruck sehr gering ist: Die Pumpenwelle
geht gewöhnlich durch das Pumpengehäuse hindurch und wird durch ein an den festen
Innenwänden des Leitsystems oder der Ableitungen angebrachtes Lager geführt, der
Zwischenraum zwischen den angrenzenden Flächen des Schaufelrades und den das Wellenlager
bildenden festen Wänden ist einerseits begrenzt durch den Spalt zwischen der Scheibe
und dem benachbarten Rand dieser Innenwandungen und andererseits durch den Spalt
zwischen der Welle und dem Lager. Diese Spalte münden in die Ableitungen, wo der
Flüssigkeitsdruck am stärksten ist. Der große Druckunterschied zwischen den Stellen,
wo die beiden Spalte -münden, verursacht sehr wesentliche Rückströmungen.
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Diese Rückströmungen setzen den Wirkungsgrad der Pumpe natürlich beträchtlich
herab, und vorliegende Erfindung bezweckt die Vermeidung dieses Nachteils. Dies
wird zunächst dadurch erreicht, daß der Durchmesser der Rotorscheibe beträchtlich
größer als der Außendurchmesser der Schaufeln bzw. des Kreisringes gewählt wird,
auf welchem die Schaufeln auf der Scheibe befestigt sind. Im Gegensatz zu ähnlichen
bekannten Ausführungen muß aber gemäß der Erfindung der Rand der Scheibe sich bis
in ein Gebiet des Leitsystems erstrecken, in welchem sich der Druck des Fördermittels
nicht mehr merklich erhöht, damit der durch die Erfindung bezweckte Vorteil erreicht
wird. Dabei bildet weiterhin der über die Schaufeln ragende Teil der Scheibe teilweise
oder ganz die Innenwandung des Leitsystems, und der Flüssigkeitsdruck ist dementsprechend
am Rande der Rotorscheibe beträchtlich höher als beim Austritt aus dem Schaufelrad.
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Der Spalt zwischen der sich drehenden Scheibe und dem benachbarten
Rande der
Innenwandung des Gehäuses liegt bei der Pumpe gemäß der
Erfindung, also an der Stelle, wo der Druck nur wenig oder gar nicht von dem in
den Ableitungen sich unteirscheidet.
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In dem obenerwähnten Fall der Anwendung einer durchgehenden Welle
münden die beiden Spalte in ganz benachbarte oder gleiche Druckgebiete, so daß die
kraftverzehrenden Rückströmungen sehr vermindert oder ganz vermieden werden.
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Es sind zwar schon Pumpen bekannt, bei welchen der Durchmesser des
Rotors größer ist als der Außendurchmesser der Schaufeln bzw. des Kreisringes, auf
welchem die Schaufeln auf dem Rotor befestigt sind. Doch sind diese Ausführungen
nur zu dem Zwecke geschaffen worden, um die Stöße und Wirbelungen des Wassers oder
anderen Fördermittels beim Übergang vom Lauf- in das Leitsystem zu vermindern, und
der Außenrand des Rotors befindet sich deshalb noch an einer Stelle, wo der Druck
des Fördermittels sehr klein im Vergleich zu dem am Ende des Leitsystems und in
der Ableitung herrschenden ist. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung können mit
derartigen Ausführungen also nicht erreicht werden.
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Die Erfindung sieht nun weiterhin vor, die Pumpe mit einer Drehzahl
zu betreiben, welche höher als die kritische ist; da nun aber die Drehgeschwindigkeit
praktisch begrenzt ist, kann man dieses Ziel nur erreichen, indem man die kritische
Geschwindigkeit der Pumpe herabsetzt oder indem man den Radius des Rotors vergrößert.
Da die Rotorscheibe nach dem wesentlichen Merkmal der Erfindung einen viel größeren
Durchmesser als gewöhnlich hat, erfüllt man diese Bedingung, indem man den Rand
der Scheibe dick und schwer gestaltet, anstatt ihn so leicht w'ie@ möghch'zuhalten,
wie man das selbstverständlich tun müßte, wenn man nicht einen bestimmten Zweck
durch die andere Gestaltung verfolgte. Die Vorteile der Arbeit unter diesen Bedingungen
werden später erläutert.
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Der Erfindungsgegenstand ist durch beiliegende Zeichnung verdeutlicht,
in welcher bedeuten Abb. i einen Längsschnitt durch eine mehrstufige Zentrifugalpumpe
von bekannter Bauart, Abb. 2 einen Längsschnitt durch eine mehrstufige Zentrifugalpumpe
gemäß der Erfindung, Abb. 3 einen Längsschnitt durch eine Pumpe gemäß der Erfindung,
bei welcher die linke und die rechte Seite des Schnittes zwei etwas verschiedene
Ausführungsbeispiele zeigen.
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Jede Zentrifugalpumpe besitzt gewöhnlich eine Welle 5 mit einem Rotor
bzw. Laufrad 6. Durch die Wirkung der Schaufeln 7 des Laufrades wird das Wasser
aus der Kammer 2 angesogen und erhält im Laufrade eine mehr oder weniger große Geschwindigkeit.
Dann wird der Wasserstrom umgebogen im Leitsystem 3, dessen Aufgabe in der Umwandlung
der Geschwindigkeit in Druck liegt, und in welchem diese Umwandlung fast völlig
zwischen dem mit 8 bezeichneten Gebiet, wo das Wasser die Schaufeln des Laufrades
ver-Iäßt, und der Stelle 9, welche am weitesten von der Mittelachse der Pumpe entfernt
liegt, stattfindet.
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Zwischen der Stelle 9 und der Saugkammer 2' der nächsten Stufe, d.
h. in der Ableitung ¢, findet keine wesentliche Änderung des Druckes oder der Geschwindigkeit
mehr statt.
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Die Innenwandung des ringförmigen Weges 2, 7, 3, q., 2' ist notwendigerweise
durch Spalte 13 und i q. zwischen der Scheibe i o des Schaufelrades und der Scheidewand
i i des Pumpengehäuses und zwischen derWelle 5 und dem von der Scheidewand gebildeten
Lager 12 unterbrochen. Bei der gewöhnlichen Bauart hat die Scheibe io die Aufgabe,
die Schaufeln zu tragen sowie die obere Wandung des Laufrades zu bilden, dessen
untere Wandung nach der Zeichnung (Abb. i) von einem mit den Schaufeln verbundenen
Kranz 15 ,gebildet wird, die aber, wenn das Laufrad keinen solchen Kranz
besitzt, von einem Teil des Gehäuses i ersetzt wird.
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Das Leitsystem ist völlig in den Gehäusekörper selbst verlegt, seine
obere Wandung ist die untere Fläche der Scheidewand i i, und der Spalt 13 befindet
sich im Gebiet 8, wo der Druck gerade seine geringste Höhe hat. Da die Bedingungen,
unter welchen die Pumpe arbeitet, kein festes Einpassen der Einzelteile und damit
keine engen Spalte 13, 14 erlauben, finden durch den Spalt 1:i, den Zwischenraum
16 zwischen der Scheibe i o und der Scheidewand i i und durch den Spalt 13 beträchtliche
Rückflüsse zwischen der Saugkammer 2' (oder der Ableitung 4) und der Stelle des
Eintrittes in das Leitsystem 8 statt.
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Nach der in Abb.2 dargestellten Bauart gemäß der Erfindung wird die
obere Wandung des Leitsystems anstatt ganz durch die untere Fläche der Scheidewand
teilweise durch den- Umfang der Scheibe io gebildet, deren Ränder 17 sich infolgedessen
über die Schaufeln 7 und den Umfang des Leitsystems 8 hinaus erstrecken.
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Auf der Zeichnung nähern sich die Ränder 17 sogar der Stelle 9, von
welcher aus sich der Druckzustand des Wassers bis zur Saugkammer 2' der nächsten
Stufe kaum noch merklich verändert. Dadurch ist der Druckunterschied zwischen den
Spalten 13 und i 4
aul3erordentlich verringert oder geradezu vernichtet,
und dementsprechend sind die Rückströmungen des Wassers bedeutend geringer oder
ganz vermieden.
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Abb.3 zeigt eine einfache Zentrifugalpumpe bzw. eine Stufe einer 'l#,lehrstufenpumpe.
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Die Scheibe io des Laufrades ist mit einer Muffe i S versehen, welche
die Verbindung zweier Wellenenden 5 und 5' erlaubt.
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Diese Muffe dreht sich in einem Kranz 19 des an der Scheidewand i
i sitzenden Lagers 12. Die linke und die rechte Seite des Längsschnittes zeigen
etwas verschiedene Ausführungsformen des Schaufelrades. Nach der linken Art sind
die Ränder der Schaufeln 7 gegenüber der Scheibe io offen, und der Spalt 13 liegt
horizontal, während rechts die Schaufeln einen Kranz 15 tragen und der Spalt 13
zylindrisch ist.
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Abgesehen nun von der Verringerung der Wasserrückströmungen, erlaubt
der Rand 17, welcher sich über die Schaufeln hinaus erstreckt, und den man schwer
ausbilden kann, eilte Vergrößerung des Drehradius der Pumpe. Diese nun kann nach
dem Prinzip der biegsamen Wellen gebaut sein, d. h. daß sie eine Drehzahl annimmt,
welche über ihrer kritischen liegt. Sie wird sich dann um eine feste Achse drehen,
die nicht genau mit der geometrischen Achse der Pumpe übereinstimmt. Da die genaue
dvnamische Auswuchtung einer Pumpe dieser Art praktisch unmöglich ist, können also
die Vibrationen und der vorzeitige Verschleiß nur dadurch vermieden werden, daß
die Turbine sich mit einer Geschwindigkeit über der kritischen dreht.
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Diese Art des Betriebes ist besonders vorteilhaft hei Pumpen mit langen
Wellen und bei Pumpen mit mehreren in Zwischenräumen angeordneten Laufrädern und
mit zusammengesetzten Wellen.