DE3014425C2 - Seitenkanalpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Seitenkanalpumpe nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Aus der DE-PS 7 55 269 ist eine Seitenkanalpumpe bekannt, die ein Gehäuse mit darin angeordneter Welle und an dieser befestigtem Laufrad aufweist. Der Strömungskanal dieser Seitenkanalpumpe geht von einer Ansaugöffnung im Gehäuse aus und führt über wenigstens einen, in diesem ausgebildeten Seitenkanal sowie diesem entsprechende Schaufelzellen des Schaufelrades zu einer Austrittsöffnung im Gehäuse, wobei sowohl die Innenkontur, als auch die Außenkontur des Seitenkanals einen Radiuswechsel aufweisen, der von der Ansaugöffnung zur Austrittsöffnung zunimmt. Diesem Seitenkanal mit spiralförmigen Konturen gegenüberliegend, ist ein Laufrad angeordnet, dessen Schaufelzellen von einem Flügelrad gebildet werden, also durch das gesamte Laufrad hindurchgehen. Auf der anderen Seite des Seitenkanals mit spiralförmigen Konturen ist ein anders geformter Seitenkanal angeordnet, so daß der erste, oben erwähnte Seitenkanal als Verdrängerkanal wirkt. Die beiden Kanäle wirken somit zusammen. Die Energieübertragung von den Schaufelzellen zum Volumenstrom ist bei dieser Ausführungsform jedoch relativ gering, da sich die Zirkulationsströmung nur ungenügend ausbildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Seitenkanalpumpe mit besserem Seitenkanaleffekt zu entwickeln, um eine größere Energieübertragungszahl und einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schaufelzellen eines Schaufelkranzes des Laufrades in ihrer Länge zur Laufradmitte hin zwischen einer langen und einer kurzen Schaufelzelle alternieren, daß der zugehörige Seitenkanal eine zur Laufradmitte konzentrische Außenkontur aufweist, und daß der Radiusvektor der spiralförmigen Innenkontur an der Ansaugöffnung dem Abstand einer langen Schaufelzelle von der Welle und an der Austrittsöffnung dem Abstand einer kurzen Schaufelzelle von der Welle entspricht

Vorzugsweise ist dabei die Innenkontur nach einer Archimedischen Spirale gestaltet

Die erfindungsgemäße Bauweise hat den Vorteil, daß die nur mäßige Energieübertragung von den Schaafelzellen zum Volumenstrom dadurch eine wesentliche Verbesserung erfährt, daß sich an der Eintrittsstelle am ίο Seitenkanal durch die längeren Schaufelzellen ein Teilzirkulationsstrom von dem dort entstehenden Hauptzirkulationsstrom abtrennt, der letzteren durch seine größere Geschwindigkeit zu einer höheren Umlaufgeschwindigkeit zwischen Schaufelzellen und Seitenkanal bringt Dadurch wird der dreidimensional schrauben- bzw. spiralförmig über die gesamte Seitenkanallänge fließende, überwiegend von den kürzeren Schaufelzellen gebildete Hauptzirkulationsstrom zunehmend beschleunigt, was zu wesentlich häufigeren Wiedereintritten in die Schaufelzellen, verbunden mit einer größeren Energieübertragungszahl und höherem Wirkungsgrad, führt. Der am Anfang breitere Seitenkanal läßt die längere Schaufelzelle voll wirksam werden, deckt sie, schmäler werdend, zum Seitenkanalende allmählich bis auf die Länge der kürzeren Schaufelzellen ab, so daß der Teilzirkulationsstrom mit dadurch abnehmender Amplitude an Relativgeschwindigkeit zum Hauptzirkulationsstrom verliert und mit gleicher Umlaufgeschwindigkeit in diesen ganz übergeht.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Seitenkanalpumpe mit gestrichelt angedeutetem Laufrad,

F i g. 2 einen Schnitt in der Ebene H-II der F i g. 1,

F i g. 3 die Ansicht eines Seitenkanals der Pumpe nach den F i g. 1 und 2,

Fig.4 einen Schnitt durch den Seitenkanal in der Ebene IV-IVder Fig. 3,

F i g. 5 einen Längsschnitt durch eint doppelströmige, erfindungsgemäß ausgebildete Seitenkanalpumpe,

F i g. 6 die Ansicht des doppelseitigen Laufrades der Seitenkanalpumpe gemäß F i g. 5,

Fig. 7 einen Längsschnitt in der Ebene VII-VII der Fig. 6,

F i g. 8 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 9 einen Querschnitt durch eine weitere Variante der Erfindung,

Fig. 10 einen Längsschnitt durch die in F i g. 9 gezeigte, radial mehrstufige Seitenkanalpumpe,

F i g. 11 die Ansicht der Seitenkanäle der Seitenkanalpumpe nach den F i g. 9 und 10,

Fig. 12 einen Längsschnitt in der Ebene XII-XII der Fig. 11,

F i g. 13 die Ansicht des radial mehrstufigen Laufrades der Seitenkanalpumpe nach den F i g. 9 und 10,

Fig. 14 den Längsschnitt in der Ebene XIV-XIV der Fig. 13,

Fig. 15 einen Längsschnitt durch eine weitere Variante der Erfindung,

Fig. 16 eine Variante der in Fig. 15 gezeigten Ausführungsform,

Fig. 17 einen Längsschnitt durch eine weitere Variante der Erfindung,

Fig. 18 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 19 einen Längsschnitt durch eine Seitenkanalpumpe mit zwei voneinander getrennten Einzelscheiben des Laufrades und

Fig.20 einen Längsschnitt durch eine aiymmetrisch ausgebildete Seitenkanalpumpe gemäß der Erfindung.

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Seitenkanalpumpe ist einströmig und einstufig ausgebildet und besteht aus einem Gehäuse 10 und einem Laufrad 12. Das Gehäuse 10 setzt sich zusammen aus einem Gehäusering 14 mit Ansaugöffm:-g 16 und Austrittsöffnung 18, einem Lagerdeckel 20, einem dazu parallelen Gehäusedeckel 22 und einer Gehäusescheibe 24, die zwischen dem Lagerdeckel 20 und dem Gehäusedeckel 22 befestigt ist. Die Sitzfläche des Gehäuseringes 14 auf dem Lagerdeckel 20 und auf dem Gehäusedeckel 22 ist durch je einen Runddichtring 26 nach außen abgedichtet

Im Lagerdeckel 20 des Gehäuses 10 ist eine von Pakkungsringen 28 umgebene Welle 30 angeordnet, die durch einen nicht dargestellten Antriebsmotor in Pfeilrichtung in Drehung versetzt werden kann. Auf dem freien Ende der Welle 30 ist mittels einer Paßfeder 32 das Laufrad 12 befestigt und über eine Scheibe 34 mittels einer Schraube 36 axial gesichert.

Das als Scheibe ausgebildete Laufrad 12 ist mit einem Kranz von Schaufelzellen 38 versehen, die einem Seitenkanal 40 gegenüberliegen, welcher in die Gehäusescheibe 24 eingearbeitet ist. Die Schaufelzellen 38 alternieren in ihrer Länge zur Mitte des Laufrades 12 hin zwischen einer langen Schaufelzelle 38a und einer kurzen Schaufelzelle 38Z>. Der gegenüberliegende Seiter.-kana! 40 hat eine zur Laufradmitte konzentrische Außenkontur 42 und eine Innenkontur 44, deren Radiusvektor zur Austrittsöffnung 18 hin spiralförmig zunimmt. Vorzugsweise wird dabei die innenkontur 44 durch eine Archimedische Spirale gebildet. Der Abstand der Innenkontur 44 von der Welle 30 ist dabei so bemessen, daß er an der Ansaugöffnung 16 dem Abstand einer langen Schaufelzelle 38a und an der Austrittsöffnung 18 dem Abstand einer kurzen Schaufelzelle 386 entspricht.

Das durch die Ansaugöffnung 16 und über eine in die Gehäusescheibe 24 eingearbeitete Eintrittsöffnung 46 in den Seitenkanal 40 und in die Schaufelzellen 38 des Laufrades 12 eintretende Fördermedium wird durch die vom Laufrad 12 erzeugte Zentrifugalkraft radial zur Peripherie beschleunigt, wodurch die Ausbildung eines räumlichen Zirkulationsstromes bewirkt wird, der schrauben- oder spiralförmig über die gesamte Seitenkanallänge fließt. Dieser Zirkulationsstrom wird impulsartig von einem durch die abwechselnd längeren Schaufelzellen 38a hervorgerufenen Teilzirkulationsstrom zur Laufradmitte hin überlagert. Dieser Teilzirkulationsstrom höheren Energiezustandes führt bereits innerhalb des Hauptzirkulationsstromes zu einer Energieübertragung und einer erhöhten Zirkulationsgeschwindigkeit, das heißt zu einer höheren Umlaufgeschwindigkeit zwischen Seitenkanal 40 und Schaufelzellen 38. Aus der höheren Umlaufgeschwindigkeit ergibt sich ein häufigeres Wiedereintreten des Fördermediums in t!ie Schaufelzellen 38 und damit eine größere Energieübertragung auf den Volumenstrom im Seitenkanal 40.

Bei einem ausgeführten Prototyp einer erfindungsgemäß ausgebildeten Pumpe konnte eine um 25% größere Förderhöhe festgestellt werden.

Mit abnehmender Geschwindigkeit des Volumen-Stroms ändert sich das Umlaufbild des Hauptzirkulationsstromes in Umfangsrichtung von einer anfänglich alternierend ovalen in eine fast stetige und nahezu kreisrunde Form, das heißt, die längeren Schaufelzellen 38a nehmen an Wirksamkeit allmählich ab. Dies erfordert eine Anpassung der Seitenkanalgeorr.etrie, die erfindungsgemäß dadurch verwirklicht ist, daß bei gleichbleibender Planparallelität und Außenkontur 42 des Seitenkanals 40 dessen Innenkontur 44 spiralförmig verläuft, so daß die längeren Schaufelzellen 38a vom Beginn des Seitenkanals 40 an voll wirksam sind und zum Ende des Seitenkanals 40 hin entsprechend ihrer abnehmenden Wirksamkeit allmählich bis auf die Länge der ίο kürzeren Schaufelzellen 386 abgedeckt werden. Damit geht der Teilzirkulationsstrom bei abnehmender Amplitude allmählich mit nahezu kreisrundem Umlaufbild in den hauptsächlich von den kürzeren Schaufelzellen 3Sb bestimmten Hauptzirkulationsstrom über.

Deal Ende des Seitenkanals 40 ist ein kurzer, auslaufender Nachverdrängungskanal 48 nachgeschaltet, der sich in axialer Richtung auf seine Spitze hin verjüngt. Dieser Nachverdrängungskanal 48 beschleunigt bei Flüssigkeitsbetrieb den Entlüftungsvorgang, weil die nachdringende Flüssigkeit die zur Laufradmitte hin in den Schaufelzellen 38 zurückgedrängte Luft über eine anschließende Entlüftungsbohrung 50 mit darauf folgendem Entlüftungskanal 52 entweichen kann. Auf der Druckseite verläßt das Fördermedium den Seitenkanalbereich über eine in die Gehäusescheibe 24 eingearbeitete Verbindungsöffnung 54 und die Austrittsöffnung 18.

Wenn das Fördermedium ein Gas ist, ist keine Entlüftungsbohrung 50 erforderlich. Dabei erfolgt im Nachverdrängungskanal 48 eine Nachverdichtung des Fördermediums mit nachträglichem Entspannungsprozeß an der Saugseite des Seitenkanals 40, wodurch eine schnellere Ausbildung der Zirkulationsströmung bewirkt wird.

In den Fig.5 bis 7 ist eine einstufige, doppelströmig ausgebildete Seitenkanalpumpe dargestellt, deren Laufrad 12 beidseitig Schaufelzellen 38 aufweist. Jedem der beiden Schaufelkränze ist ein Seitenkanal 40 zugeordnet, der in eine entsprechende Gehäusescheibe 24 eingearbeitet ist. Die beiden Gehäusescheiben 24 berühren sich im Bereich ihres Außenumfanges. Wie F i g. 5 zeigt, teilt sich der Strom des Fördermediums hinter der Ar.-saugöffnung 16 und gelangt über die beiden in die Gehäusescheiben 24 eingearbeiteten Eintrittsöffnungen 46 in den Strömungskanal zwischen dem Seitenkanal 40 und den Schaufelzellen 38, aus dem er an der Druckseite über die Verbindungsöffnungen 54 der beiden Gehäusescheiben und die Austrittsöffnung 18 wieder austritt. Bei der in F i g. 8 dargestellten Variante einer einströmigen Seitenkanalpumpe besteht das Laufrad 12 aus zwei Einzelscheiben 12a und \2b, die durch eine Distanzscheibe 56 voneinander getrennt sind. Die Distanzscheibe 56 ist zusammen mit den beiden Einzelscheiben 12a und i2b auf der Welle 30 befestigt und rotiert mit dieser. Ihr Außenumfang bildet mit dem Innendurchmesser der beiden Gehäusescheiben 24 einen radialen Dichtspalt 58. Da der Dichtspalt 58 axial nicht begrenzt ist, ist bei der Montage der Seitenkanalpumpe eine axiale Verschiebebewegung des Laufrades 12 innerhalb der Gehäusescheibe 24 möglich, ohne daß dadurch die Dichtwirkung beeinträchtigt wird. Die Seitenkanalpumpe der F i g. 8 hat auf diese Weise 2 Stufen, die durch die Distar^scheibe 56 voneinander getrennt sind. Das durch die Ansaugöffnung 16 eintretende Fördermedium strömt im Anschluß an die erste Stufe durch einen im Gehäusering 14 eingearbeiteten Überleitungskanal 60 in die zweite Stufe und verläßt nach einer knappen Umdrehung den Seitenkanal 40 der zweiten Stufe durch die

Austrittsöffnung 18. Bei dieser Anordnung d

das Fördermedium die Pumpe einströmig in 2 axial hintereinander geschalteten Stufen.

In den F i g. 9 und 10 ist eine einströmige, zweistufige Seitenkanalpumpe gezeigt, bei der die beiden Stufen radial hintereinander geschaltet sind. Das Fördermedium strömt durch die Ansaugöffnung 16 über die in die Gehäusescheibe 24 eingearbeitete Eintrittsöffnung 46 in die radial innere, erste Stufe und von dieser durch einen in F i g. 9 gestrichelt dargestellten Überleitungskanal 60 im hinteren Bereich der Gehäusescheibe 24 in die zweite Stufe, die radial außen liegt. Aus der zweiten Stufe fließt das Fördermedium durch eine ebenfalls im hinteren Bereich der Gehäusescheibe 24 vorgesehene Verbindungsöffnung 54 und über die Austrittsöffnung 18 nach außen ab. Die Tatsache, daß die Verbindungsöffnung 54 axial hinter dem Seitenkanal 40 vorgesehen ist, ist deshalb vorteilhaft, weil dadurch die radiale Baugröße der Seitenkanalpumpe begrenzt bleibt. Ein weiterer Vorteil der in axialer Richtung erfolgenden Abgabe des Fördermediums durch die Verbindungsöffnung 54 besteht darin, daß ein Verlust der Betriebsflüssigkeit vermieden wird, was bei einer radialen Abgabe der Fall wäre.

In den Fig. 11 und 12 ist eine Ansicht der beiden in die Gehäusescheibe 24 eingearbeiteten Seitenkanäle 40a und 40£> gezeigt. Die Fig. 13 und 14 zeigen das radial zweistufig fördernde Laufrad 12, dessen beide Schaufelkränze erfindungsgemäß mit abwechselnd langen Schaufelzellen 38a und kurzen Schaufelzellen 38b versehen sind.

F i g. 15 zeigt eine doppelströmige Seitenkanalpumpe, die zweistufig ausgebildet ist. Der Strömungskanal des Fördermediums teilt sich hinter der Ansaugöffnung 16 auf und fließt darn zunächst in die radial innenliegende, erste Stufe und von dieser in die radial äußere, zweite Stufe. Dabei ist das doppelseitig mit Schaufelkränzen ausgerüstete Laufrad 12 einstückig ausgebildet.

Bei der in F i g. 16 gezeigten Variante der doppelströmigen, zweistufigen Seitenkanalpumpe der Fig. 15 ist das Laufrad 12 aus zwei Einzelscheiben zusammengesetzt, die mit ihrem Rücken aneinanderliegen. Auch hier weist jede Einzelscheibe des Laufrades 12 zwei konzentrische Schaufelkränze unterschiedlichen Durchmessers auf. Jedem Schaufelkranz ist wieder ein Seitenkanal 40 zugeordnet, der in die entsprechende Stufe der Gehäusescheibe 24 eingearbeitet ist. Da der Durchsatz durch die Pumpe konstant ist, ist wie beim Beispiel der F i g. 9 das Volumen der äußeren Schaufelzellen 38 kleiner als das der inneren Schaufelzellen 38.

Durch die spiegelsymmetrische Ausbildung des Laufrades 12, das in beiden Drehrichtungen betrieben werden kann, heben sich die axialen Belastungen im Betrieb gegeneinander auf, so daß sich eine schwimmende und damit axial ausgeglichene Lagerung für das Laufrad 12 einstellt. Das Laufrad 12 kann bezüglich der beiden Gehäusescheiben 24 berührungsfrei eingestellt werden, so daß zvischen Laufrad 12 und Gehäusescheibe 24 eine Reibung und damit Verschleiß vermieden werden, was sich günstig auf die Standzeit der Pumpe und auf die Geräuschbildung im Betrieb auswirkt.

Fig. 17 zeigt eine einströmige, vierstufige Seitenkanalpumpe, deren Laufrad 12 ebenfalls aus zwei Einzelscheiben zusammengesetzt ist, die durch eine Distanzscheibe 56 voneinander getrennt sind. Damit entspricht der Aufbau im wesentlichen der in Fig. 8 gezeigten Pumpe. Die vier Stufen sind hintereinander geschaltet, so daß bei gleicher geometrischer Auslegung wie der in Fig. 15 und 16 dargestellten Pumpe, der Durchsatz halb so groß und der Förderdruck doppelt so groß sind.

Fig. 18 zeigt eine Variante zu der einströmigen und vierstufigen Pumpe der Fig. 17, bei der jedoch die Abdichtung zwischen den beiden Einzelscheiben des Laufrades 12 am Außenumfang durch eine im Gehäuse eingespannte Distanzscheibe 56' erfolgt. Dadurch ergeben sich vier radiale, axial dichtende Dichtflächen zwischen der Distanzscheibe 56' und den Einzelscheiben des Laufrades 12.

Fig. 19 zeigt ebenfalls eine vierstufige Version der Seitenkanalpumpe, bei der das Laufrad 12 ebenfalls aus zwei Einzelscheiben besteht, die jedoch mit ihren einander zugekehrten Schaufelkränzen auf der Welle 30 befestigt sind, wobei der die Seitenkanäle 40 enthaltende Teil des Gehäuses in den Raum zwischen die beiden Einzelscheiben ragt. Von der Ansaugöffnung 16 führt der Strömungskanal über die Eintrittsöffnung 46 in der linken Gehäusescheibe 24 in die radial innere, erste Stufe und von dort nach einer knappen Umdrehung durch einen axialen Übergang in die radial gleiche Stufe des gegenüberliegenden Seitenkanals 40. Nach einer knappen weiteren Umdrehung gelangt das Fördermedium über einen tangentialen Überleitungskanal in die radial äußere Stufe derselben Seite und von dieser nach einer weiteren knappen Umdrehung durch einen axialen Übergang in die axial benachbarte, radial gleiche Stufe, aus der es schließlich durch die Verbindungsöffnung 54 in die Austrittsöffnung 18 gelangt.

Fi g. 20 zeigt schließlich eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Seitenkanalpumpe mit einer axial zentrischen Ansaugöffnung 16 und einem asymmetrisch ausgebildeten Laufrad 12. Das Fördermedium wird einströmig von der im Durchmesser kleinsten Stufe angesaugt und nach knapp einer Umdrehung an die doppelströmige, zweite Stufe weitergeleitet, die aus zwei Schaufelzellenkränzen besteht, die Rücken an Rücken auf dem einstückig ausgebildeten Laufrad 12 liegen und denen in radial gleicher Höhe zwei Seitenkanäle 40 gegenüberliegen.

Hierzu 16 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Seitenkanalpumpe, umfassend ein Gehäuse mit darin angeordneter Welle und an dieser befestigtem Laufrad sowie einen Strömungskanal, der von einer Ansaugöffnung im Gehäuse ausgeht und über wenigstens einen, in diesem ausgebildeten Seitenkanal sowie diesem entsprechende Schaufelzellen des Laufrades zu einer Austrittsöffnung im Gehäuse führt, wobei die Innenkontur des Seitenkanals einen Radiusvektor aufweist, der in Umfangsrichtung von der Ansaugöffnung zur Austrittsöffnung hin zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelzeilen (38) eines Schaufelkranzes des Laufrades (12) in ihrer Länge zur Laufradmitte hin zwischen einer Sangen (3Sa) und einer kurzen Schaufelzelle (3Sb) alternieren, daß der zugehörige Seitenkanal (40) eine zur Laufradmitte konzentrische Außenkontur (42) aufweist, und daß der Radiusvektor der spiralförmigen Innenkontur an der Ansaugöffnung (16) dem Abstand einer langen Schaufelzelle (3Sa) von der Welle und an der Austrittsöffnung (18) dem Abstand einer kurzen Schaufelzelle (38b) von der Welle entspricht

2. Seitenkanalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Innenkontur (44) nach einer Archimedischen Spirale gestaltet ist.