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Die Erfindung betrifft eine Zentrifugalpumpe zum Fördern eines flüssigen Mediums, mit einem Pumpengehäuse und darin angeordneten Pumpenkammer, die eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweist und in der ein drehbar gelagertes Pumpenlaufrad angeordnet ist, das eine zentrale Laufradnabe aufweist, zu der die Einlassöffnung axial beabstandet angeordnet ist, wobei an die Einlassöffnung außerhalb der Pumpenkammer ein Einlassstutzen schließt, und das Pumpenlaufrad auf der zur Einlassöffnung gerichteten Seite eine Anzahl von sich von innen nach außen erstreckenden Mitnehmerschaufeln aufweist.
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Eine Zentrifugalpumpe ist eine Strömungsmaschine, die die Fliehkraft zum Fördern von Flüssigkeiten nutzt. Derartige Pumpen werden oft auch als Rotationspumpen bezeichnet. Sie sind in vielfältigen Ausführungsformen für die unterschiedlichsten Anwendungen aus dem Stand der Technik bekannt. Bei all diesen Pumpen tritt das zu fördernde Medium über einen Einlassstutzen und eine Einlassöffnung in die Pumpenkammer des Pumpengehäuses ein, wird dort von den Mitnehmerschaufeln des mit der Laufradnabe rotierenden Pumpenlaufrades erfasst und auf einer Spiralbahn nach außen getragen. Die nach außen zunehmende Geschwindigkeit der Flüssigkeit bewirkt einen nach außen zunehmenden Druck in der Pumpenkammer, der die Flüssigkeit durch eine Auslassöffnung in einen Auslassstutzen befördert.
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Bei gattungsgemäßen Zentrifugalpumpen, die eine der Laufradnabe konzentrisch mit Abstand gegenüberliegende Einlassöffnung aufweisen, wird ein Teil der Flüssigkeit in dem Einlassstutzen, der sich nahe der Einlassöffnung befindet, durch die rotierenden Mitnehmerschaufeln des Pumpenlaufrades mit einem Drall beaufschlagt. Die Flüssigkeit rotiert dort in der Antriebsrichtung des Pumpenlaufrades. Der Drall verursacht eine umlaufende Wirbelstruktur der Flüssigkeit, die um die Mittelachse der Einlassöffnung bzw. des Einlassstutzens kreist. Die Verwirbelungen in dem Einlassstutzen mindern den Zufluss der Flüssigkeit zu der Pumpenkammer und verringern somit den Wirkungsgrad solcher Zentrifugalpumpen.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit vorzuschlagen, die die Bildung der Wirbelstrukturen reduziert oder gänzlich verhindert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Zentrifugalpumpe mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den rückbezogenen Patentansprüchen zu entnehmen.
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Danach weist die erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe eine runde, in der Pumpenkammer angeordnete Stauscheibe auf. Die Stauscheibe ist der Einlassöffnung gegenüberliegend angeordnet und erstreckt sich zu der Einlassöffnung und der Laufradnabe parallel und konzentrisch. Sie weist einen Abstand zu der Einlassöffnung auf. Der von dem rotierenden Pumpenlaufrad ausgehende Sog zieht die Flüssigkeit aus dem Einlassstutzen in die Pumpenkammer, wobei diese gegen die Stauscheibe prallt und radial in Richtung der Mitnehmerschaufeln des Pumpenlaufrades umgelenkt wird. Die runde Stauscheibe weist erfindungsgemäß eine Anzahl von sich von innen nach außen erstreckenden Leitflügeln zumindest auf einer ihrer Flachseiten auf, die von der Stauscheibe axial abstehen. In den sich nach außen erweiternden Zwischenräumen zwischen den Leitflügeln wird die Flüssigkeit in Richtung der Mitnehmerschaufeln des Pumpenlaufrades geführt, die sich zwischen der Laufradnabe und einem äußeren Rand des Pumpenlaufrades in einer beliebigen Länge erstrecken. Die Leitflügel der Stauscheibe bewirken auch, dass der von den Mitnehmerschaufeln rückwärts gerichtete Drall stark gemindert oder vollständig aufgehoben wird, so dass die Flüssigkeit im Einlassstutzen nahe der Einlassöffnung nicht mehr in Rotation versetzt wird. Damit wird dort eine Verwirbelung der Flüssigkeit, d.h. eine turbulente Strömung in die Pumpenkammer vermieden. Es wird dadurch eine weitgehend laminare Strömung im Einlassstutzen erreicht. Dies führt zu einer deutlichen Steigerung des Wirkungsgrades bei der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe.
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Die Leitflügel der Umlenkplatte können prinzipiell auf einer oder beiden Flachseiten der Umlenkplatte angeordnet sein, wobei die Umlenkplatte drehfest oder drehbeweglich um ihre Mittelachse in der Pumpenkammer aufgenommen sein kann. Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe die Stauscheibe feststehend in der Pumpenkammer angeordnet, d.h. es wird nur das Pumpenlaufrad angetrieben. Des weiteren sind die Leitflügel vorzugsweise nur auf der zur Einlassöffnung weisenden Flachseite der Stauscheibe angeordnet. Diese können sich dabei nur auf der Flachseite der Stauscheibe oder auch darüber hinaus erstrecken. Die Länge der Leitflügel auf der Flachseite kann kleiner, gleich oder größer als der Halbdurchmesser der Stauscheibe sein. Dabei können die Leitflügel gekrümmt oder gerade ausgeführt sein. Bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei der die Leitflügel gekrümmt ausgebildet sind, beabstandet von einem Zentrum der Stauscheibe beginnen und bis zum äußeren Rand der Stauscheibe reichen.
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Die Stauscheibe mit den daran angeordneten Leitflügeln mindert in Abhängigkeit von ihrer Größe, ihrem Durchmesser, der Länge und der Höhe der Leitflügel sowie deren gegenseitigen Abstand den rückwärts gerichteten Drall des Pumpenlaufrades, der die Flüssigkeit in dem Einlassstutzen verwirbelt und in Rotation versetzt. Bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei der die Stauscheibe im Durchmesser zumindest so groß ist, wie die Einlassöffnung.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe weist die Stauscheibe einen geringeren Durchmesser als das Pumpenlaufrad auf, vorzugsweise einen der Laufradnabe entsprechenden Durchmesser.
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Dies ermöglicht die Stauscheibe im Bereich der Laufradnabe nahe der Mitnehmerschaufel tragenden Flachseite des Pumpenlaufrades anzuordnen, da sich die Mitnehmerschaufeln nicht in dem Bereich der Laufradnabe erstrecken. Die Flüssigkeit aus dem Einlassstutzen kann damit direkt durch die von den Leitflügeln begrenzten Zwischenräume der Stauscheibe in gerichteter Weise zu den Mitnehmerschaufeln des Pumpenlaufrades geleitet werden. Dabei verhindern die Leitflügel, dass der von den Mitnehmerschaufeln verursachte vorwärts gerichtete, d.h. sich in Richtung der Auslassöffnung fortbewegende Drall der geförderten Flüssigkeit sich rückwärts bis zu der Einlassöffnung und den Einlassstutzen fortsetzt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Stauscheibe und das Pumpenlaufrad vorteilhafterweise in einer Ebene angeordnet. Dies kann durch das Einbringen einer zentralen Ausnehmung in dem Pumpenlaufrad und/oder durch das Zurücksetzen der Laufradnabe erreicht werden.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Leitflügel der Stauscheibe entgegen der Antriebsrichtung des Pumpenlaufrades und/oder die Mitnehmerschaufeln in der Antriebsrichtung des Pumpenlaufrades gekrümmt. Bevorzugt werden Ausführungsformen der Erfindung, bei der die Leitflügel und die Mitnehmerschaufeln entgegengesetzt gebogen sind. Die Anzahl der Leitflügel und die Anzahl der Mitnehmerschaufeln kann prinzipiell gleich oder unterschiedlich sein. Als besonders günstig hat sich eine gleiche Anzahl erwiesen. Bei allen Ausführungsformen der Erfindung können die Mitnehmerschaufeln an das Pumpenlaufrad und/oder die Leitflügel an die Stauscheibe angeformt oder an dieser befestigt sein.
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Durch die Erfindung kann bei Zentrifugalpumpen nicht nur der Wirkungsgrad der Pumpe gesteigert werden, sondern auch deren Leistung. Ein anderer Vorteil ist, dass mit einer derartigen Pumpe Energie gespart werden kann. Es besteht nämlich dadurch die Möglichkeit, die Pumpe, d.h. die Pumpenkammer bei gleicher Pumpleistung der Zentrifugalpumpe kleiner auszubilden und damit mittels eines kleineren Motors anzutreiben. Ein weiterer Vorteil einer derartigen Pumpe ist, dass die Pumpe ohne Flüssigkeitsfüllung der Pumpenkammer die Flüssigkeit anziehen kann, d.h. dass die Pumpe selbstansaugend ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 den Aufbau einer aus dem Stand der Technik bekannten Zentrifugalpumpe ohne Stauscheibe in einer schematischen Darstellung, und
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2 eine erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe mit in der Pumpenkammer angeordneten Stauscheibe und daran angeordneten Leitflügeln in schematischer Darstellung.
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Die 1 und 2 zeigen die Pumpenkammer 1 einer Zentrifugalpumpe 2 zum Fördern eines flüssigen Mediums 3 jeweils ohne das Pumpengehäuse und ohne Auslassöffnung. Dargestellt ist jeweils der Einlassstutzen 4, der zu der Einlassöffnung 5 der Pumpenkammer 1 führt, sowie das in der Pumpenkammer 1 drehbar gelagerte motorisch antreibbare Pumpenlaufrad 6, das eine nur in der 1 (Stand der Technik) sichtbare Laufradnabe 7 aufweist, über die das Pumpenlaufrad 6 an einer nicht dargestellten Antriebswelle drehfest befestigt ist. Die Einlassöffnung 5 ist koaxial zu der Laufradnabe 7 und dem Pumpenlaufrad 6 beabstandet angeordnet. Das Pumpenlaufrad 6 weist auf der zur Einlassöffnung 5 weisenden Flachseite eine Anzahl von sich von innen nach außen erstreckenden Mitnehmerschaufeln 8 auf, die in Antriebsrichtung des Pumpenlaufrades 6 gekrümmt sind. Die Zwischenräume zwischen den Mitnehmerschaufeln 8 erweitern sich von innen nach außen, d.h. beginnend an der Laufradnabe 7 bis hin zu einem äußeren Rand 9 des Pumpenlaufrades 6.
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In der 1 ist eine turbulente Strömung 10 des Mediums 3 in dem Einlassstutzen 4 veranschaulicht, die bis zu der Laufradnabe 7 des Pumpenlaufrades 6 führt und sich zwischen den Mitnehmerschaufeln 8 fortsetzt. Dem gegenüber zeigt die 2, in der eine erfindungsgemäße Zentrifugalpumpe 2 dargestellt ist, den Einlassstutzen 4 mit einer laminaren Strömung 11 des Mediums 3, die sich bis hin zu dem Pumpenlaufrad 6 erstreckt.
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Die laminare Strömung 11 wird erfindungsgemäß durch eine an der Laufradnabe 7 feststehend angeordnete runde Stauscheibe 12 erreicht, die der Einlassöffnung 5 konzentrisch mit Abstand gegenüberliegt und die eine Anzahl von sich von innen nach außen erstreckenden Leitflügeln 13 aufweist, die auf der zu der Einlassöffnung 5 weisenden Flachseite der Stauscheibe 12 angeformt ausgebildet sind. Die Stauscheibe 12 weist einen geringeren Durchmesser als das Pumpenlaufrad 6 auf, wobei die Stauscheibe 12 und die Laufradnabe 7 mit einem identischen Durchmesser ausgebildet sind. Dabei sind die Stauscheibe 12 und das Pumpenlaufrad 6 in einer Ebene angeordnet. Bei der in der Pumpenkammer 1 feststehend angeordneten Stauscheibe 12 sind die Leitflügel 13 entgegen der Antriebsrichtung des Pumpenlaufrades 6 gekrümmt.