EP0640768B1 - Einschaufelrad für Kreiselpumpen - Google Patents
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- EP0640768B1 EP0640768B1 EP94112033A EP94112033A EP0640768B1 EP 0640768 B1 EP0640768 B1 EP 0640768B1 EP 94112033 A EP94112033 A EP 94112033A EP 94112033 A EP94112033 A EP 94112033A EP 0640768 B1 EP0640768 B1 EP 0640768B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/18—Rotors
- F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
- F04D29/2238—Special flow patterns
- F04D29/225—Channel wheels, e.g. one blade or one flow channel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
- F04D29/24—Vanes
- F04D29/242—Geometry, shape
Definitions
- the invention relates to an impeller for centrifugal pumps Pumping liquids containing solids, in particular for pumping dirty water with long-fiber Ingredients, with a front cover, a rear Cover plate and a blade arranged between them, which together form a channel, the blade, with Exception of the beginning of the blade, one over its entire course has a thin basic blade profile, and at the beginning of the Bucket a thickening on the pressure side is arranged, the dimension of which corresponds at least to the thickness of the basic blade profile, while the radius of the blade head is at least half of the formed by the basic blade profile and the thickening Dimension corresponds.
- DE-A-40 15 331 is a blockage-promoting Bucket wheel known, the advantages of which in terms of mechanical imbalance and hydrodynamic buoyancy balanced design. Another advantage results by reducing one possible in the inlet area Cavitation to an innocuous minimum. These properties are achieved with a comparatively uncomplicated form of blade and impeller.
- the transition between the suction side and the Pressure side of the blade-forming blade head has a rounding radius, which is much larger than half the blade thickness; in special cases, the blade head forms a flat surface.
- the bucket suction side of the known bucket wheel preferably on the first 180 ° of the angle of rotation is arranged concentrically to the axis of rotation semicircle the pressure side designed so that the scoop one to the outlet has steadily decreasing thickness.
- US-A-1 864 834 and US-A-1 959 710 are two known other examples of centrifugal pump blades, which a thin base profile and a thickened blade head have.
- the thickening is on the blade pressure side arranged, their size exceeds in the first-mentioned font the dimension of the basic blade profile by far.
- the radius of the The blade head corresponds to about half in both fonts of the formed by the basic blade profile and the thickening Measure. In both cases, however, it is about Two-bladed impellers, for that with single-bladed impellers existing problem of asymmetrical mass distribution does not consists.
- the invention has for its object the manufacture of Simplify paddle wheels of the type mentioned and the possibility of further weight reduction too create.
- the object is achieved according to the invention by a two-part design of blade base profile and thickening.
- the invention is limited not on this embodiment; it is also with differently designed blades can be used.
- the thickening at the beginning of the blade and its transition to Basic profile of the shovel can come in different shapes and can be realized by different means.
- the Subclaims list some preferred designs.
- the two-part design of the base profile and bucket leaves among other things in a production in sheet metal construction use, which results in a reduction in weight.
- the advantage of weight reduction can also be found in Use of other materials, for example one from Use plastic-made thickening.
- the thickening must also do not consist of a compact component; since it's on theirs flow-guiding function arrives, it can also by a open or closed guide profile, for example from Sheet metal.
- For the effect of through the The thickened outer contour has no negative Influence when between the basic blade profile and the Thickening a gap is present. The through the gap on the Flow in the area of the blade head can have an influence however, to improve co-funding more firmly Components are used.
- the cast paddle wheel of FIGS. 1 and 2 has one front cover 1, a rear cover 2 and one Bucket 3. These parts become one between them enclosed channel 4 formed between the inlet 5 and the outlet 6 of the paddle wheel.
- the shovel 3 has a suction side 7 and a pressure side 8.
- the blade 3 consists of a basic profile 9 of continuous constant thickness and one arranged at the beginning of the blade Thickening 10, which from an attached to the basic profile 9 compact body.
- the through the basic profile 9 and the Thickening 10 together formed blade head 11 has something more than twice the thickness of the basic profile 9, it is flat trained and has rounded transitions to the suction side 7 and to the pressure side 8.
- the flattening of the blade head 11 prevents the accumulation of long-fiber components of the Medium.
- the suction side 7 of the blade 3 describes at first 180 ° of the angle of rotation of the blade 3 concentric with the axis of rotation of the paddle wheel arranged semicircle.
- Print page 8 also a concentric semicircle around Rotation axis of the paddle wheel.
- the one at the semicircular area subsequent outlet area of the blade 3 has a positive blade angle.
- the variant shown in FIG. 4 also has one Thickening at the beginning of the blade, but here by a contour-forming guide profile 14 is formed, which is made of sheet metal consists.
- a contour-forming guide profile 14 is formed, which is made of sheet metal consists.
- the guide profile 14 without a gap 12 with the base profile 9 get connected.
- the embodiment of Fig. 4 has opposite the explanations of the previous figures the advantage of a further weight and unbalance reduction.
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Description
Die Erfindung betrifft ein Einschaufelrad für Kreiselpumpen zur
Förderung von feststoffbeladenen Flüssigkeiten, insbesondere
zur Förderung von Schmutzwasser mit langfaserigen
Bestandteilen, mit einer vorderen Deckscheibe, einer hinteren
Deckscheibe und einer zwischen diesen angeordneten Schaufel,
welche gemeinsam einen Kanal bilden, wobei die Schaufel, mit
Ausnahme des Schaufelanfangs, ein über ihren gesamten Verlauf
dünnes Schaufelgrundprofil besitzt, und wobei am Anfang der
Schaufel eine druckseitige Verdickung angeordnet ist, deren Maß
mindestens der Dicke des Schaufelgrundprofils entspricht,
während der Radius des Schaufelkopfes mindestens der Hälfte des
durch das Schaufelgrundprofil und die Verdickung gebildeten
Maßes entspricht.
Durch die DE-A-40 15 331 ist ein verstopfungsfrei förderndes
Einschaufelrad bekannt, dessen Vorzüge in einer bezüglich der
mechanischen Unwucht und des hydrodynamischen Auftriebes
ausgewogenen Gestaltung liegen. Ein weiterer Vorteil ergibt
sich durch die Reduzierung einer im Einlaufbereich möglichen
Kavitation auf ein unschädliches Minimum. Diese Eigenschaften
werden erreicht mit einer vergleichsweise unkomplizierten Form
von Schaufel und Laufrad. In einer bevorzugten Ausführungsform
besitzt der den Übergang zwischen der Saugseite und der
Druckseite der Schaufel bildende Schaufelkopf einen Abrundradius,
der wesentlich größer ist als die halbe Schaufeldicke;
im Sonderfall bildet der Schaufelkopf eine ebene Fläche.
Während die Schaufelsaugseite des vorbekannten Einschaufelrades
vorzugsweise auf den ersten 180° des Drehwinkels einen
konzentrisch zur Drehachse angeordneten Halbkreis bildet, ist
die Druckseite so gestaltet, daß die Schaufel eine zum Auslaß
hin stetig abnehmende Dicke besitzt. Somit werden große
Materialanhäufungen im äußeren Umfangsbereich vermieden und es
ergibt sich eine für das Unwuchtverhalten des Einschaufelrades
günstige Massenverteilung.
Ein wesentlicher weiterer Schritt zur Verringerung der
Massenunwucht erfolgt bei einem durch die FR-A-1 274 289
bekannten Einschaufelrad dadurch, daß die Schaufel, mit
Ausnahme eines relativ dicken Schaufelkopfes, ein über ihren
gesamten Verlauf dünnes Schaufelgrundprofil besitzt. Die
Verdickung ist auf der Druckseite der Schaufel angeordnet. Ihr
Maß entspricht etwa der Dicke des Schaufelgrundprofils, und der
Radius des Schaufelkopfes ist größer als die Hälfte des durch
das Schaufelgrundprofil und die Verdickung gebildeten Maßes.
Diese Gestaltung läßt sich der - in der zitierten Schrift nicht
ausgesprochenen - Erkenntnis unterordnen, daß wichtige
Funktionen des Einschaufelrades, vor allem die Verstopfungsfreiheit
bei der Mitförderung von langfaserigen Bestandteilen,
durch den Schaufelanfang, insbesondere den Schaufelkopf des
Einschaufelrades bestimmt werden, während die im weiteren
Verlauf des Strömungsweges maßgeblichen Einflüsse vor
allem durch die Schaufelsaugseite ausgeübt werden. Es bedarf
also zur Erreichung der gewünschten Eigenschaften keiner vom
Schaufelanfang bis zum -ende durchgehend dicken Schaufel.
Tatsächlich wird eine Schaufel ermöglicht, die bis auf den
verdickten Schaufelanfang eine mit den Schaufeln von
Reinwasser-Laufrädern vergleichbare Stärke besitzt, also ein
kleines Verhältnis Dicke:Länge hat.
Durch die US-A-1 864 834 und die US-A-1 959 710 sind zwei
weitere Beispiele für Kreiselpumpenschaufeln bekannt, welche
ein dünnes Grundprofil und einen verdickten Schaufelkopf
besitzen. Die Verdickung ist jeweils auf der Schaufeldruckseite
angeordnet, ihr Maß übersteigt bei der erstgenannten Schrift
das Maß des Schaufelgrundprofils bei weitem. Der Radius des
Schaufelkopfes entspricht bei beiden Schriften etwa der Hälfte
des durch das Schaufelgrundprofil und die Verdickung gebildeten
Maßes. In beiden Fällen handelt es sich allerdings um
Zweischaufellaufräder, für die das bei Einschaufellaufrädern
vorhandene Problem der unsymmetrischen Massenverteilung nicht
besteht.
Gemeinsam ist den zitierten vorbekannten Laufrädern, daß die
Verdickung des Schaufelkopfes einstückig mit dem
Schaufelgrundprofil ausgeführt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von
Einschaufelrädern der eingangs genannten Art zu vereinfachen
und die Möglichkeit einer weiteren Gewichtsverringerung zu
schaffen.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine
zweiteilige Ausführung von Schaufelgrundprofil und Verdickung.
Bevorzugt wird auch hier eine Schaufel, die vom Einlauf bis
mindestens 90° des Drehwinkels konzentrisch zur Drehachse des
Einschaufelrades verläuft. Die Erfindung beschränkt sich aber
nicht auf diese Ausführungsform; sie ist durchaus auch bei
anders gestalteten Schaufeln anwendbar.
Die Verdickung am Schaufelanfang und ihr Übergang zum
Grundprofil der Schaufel können in verschiedenen Formen und
durch unterschiedliche Mittel verwirklicht werden. Die
Unteransprüche nennen einige bevorzugte Ausführungen.
Die zweiteilige Ausführung von Grundprofil und Schaufel läßt
sich unter anderem bei einer Herstellung in Blechbauweise
nutzen, wodurch sich eine Gewichtsverringerung ergibt. Der
Vorteil der Gewichtsverringerung läßt sich aber auch bei
Verwendung anderer Materialien, beispielsweise bei einer aus
Kunststoff hergestellten Verdickung nutzen. Die Verdickung muß
auch nicht aus einem kompakten Bauteil bestehen; da es auf ihre
strömungsleitende Funktion ankommt, kann sie ebenso durch ein
offenes oder geschlossenes Leitprofil, beispielsweise aus
Blech, gebildet werden. Für die Wirkung der durch die
Verdickung gestalteten Außenkontur hat es keinen negativen
Einfluß, wenn zwischen dem Schaufelgrundprofil und der
Verdickung ein Spalt vorhanden ist. Der durch den Spalt auf die
Strömung im Bereich des Schaufelkopfes ausgeübte Einfluß kann
allerdings zur Verbesserung einer Mitförderung fester
Bestandteile genutzt werden.
Es wird im übrigen empfohlen, die Verdickung einschließlich
ihres Überganges zum Grundprofil der Schaufel nicht über einen
Winkel von ϕ = 90° hinaus zu erstrecken (wobei ϕ = 0° ein den
Schaufelkopf tangierender Radialstrahl ist). Bevorzugt wird
eine Ausführung, bei der die Verdickung ohne ihren Übergang zum
Grundprofil der Schaufel über einen Winkelsektor von Δϕ ≤ 40°
reicht.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher
erläutert. Die Zeichnung zeigt in
- Fig. 1
- einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Einschaufelrad, in
- Fig. 2
- einen Radialschnitt durch das Laufrad der Fig. 1, in
- Fig. 3
- einen erfindungsgemäß gestalteten Schaufelanfang in Einzeldarstellung, und in
- Fig. 4
- einen erfindungsgemäßen, durch ein Leitprofil gebildeten Schaufelanfang in Einzeldarstellung.
Das gegossene Einschaufelrad der Fig. 1 und 2 besitzt eine
vordere Deckscheibe 1, eine hintere Deckscheibe 2 und eine
Schaufel 3. Durch diese Teile wird ein zwischen ihnen
eingeschlossener Kanal 4 gebildet, der zwischen dem Einlauf 5
und dem Austritt 6 des Einschaufelrades verläuft. Die Schaufel
3 verfügt über eine Saugseite 7 und eine Druckseite 8.
Die Schaufel 3 besteht aus einem Grundprofil 9 von durchgehend
gleichbleibender Dicke und einer am Schaufelanfang angeordneten
Verdickung 10, die aus einem an das Grundprofil 9 angefügten
kompakten Körper besteht. Der durch das Grundprofil 9 und die
Verdickung 10 gemeinsam gebildete Schaufelkopf 11 besitzt etwas
mehr als die doppelte Dicke des Grundprofils 9, er ist eben
ausgebildet und hat abgerundete Übergänge zur Saugseite 7 und
zur Druckseite 8. Die Abflachung des Schaufelkopfes 11
verhindert das Anlagern langfaseriger Bestandteile des
Fördermediums.
Die Saugseite 7 der Schaufel 3 beschreibt auf den ersten 180°
des Drehwinkels der Schaufel 3 einen konzentrisch zur Drehachse
des Einschaufelrades angeordneten Halbkreis. Mit Ausnahme des
durch die Verdickung 10 gebildeten Bereiches folgt die
Druckseite 8 ebenfalls einem konzentrischen Halbkreis um die
Drehachse des Einschaufelrades. Der an den Halbkreisbereich
anschließende Austrittsbereich der Schaufel 3 besitzt einen
positiven Schaufelwinkel.
Bei dem in der Fig. 3 dargestellten Schaufelanfang wird
ebenfalls von einem Grundprofil 9 und einer Verdickung 10
ausgegangen. Hier befindet sich jedoch zwischen beiden ein
die Strömung am Schaufelkopf 11 und am Ende der Verdickung 10
beeinflussender Spalt 12. Die durch den Spalt 12 im Bereich
des Schaufelanfangs erzeugten Verwirbelungen wirken
unterstützend in bezug auf eine Verhinderung des Ablagerns
von langfaserigen Bestandteilen. Die Verdickung 10 verläuft in
einem Winkelbereich von ϕ = 0° bis ϕ = 40°, wobei ϕ = 0° ein
den Schaufelkopf 11 tangierender Radialstrahl ist. Der Übergang
der Verdickung 10 zum Grundprofil 9 folgt einer an das
Grundprofil 9 angelegten Tangente 13.
Die der Fig. 4 entnehmbare Variante besitzt ebenfalls eine
Verdickung am Schaufelanfang, die hier aber durch ein
konturbildendes Leitprofil 14 gebildet wird, welches aus Blech
besteht. Auch hier ist ein Spalt 12 zwischen dem Grundprofil 9
und dem die Verdickung bildenden Leitprofil 14 vorhanden, der
sich allerdings im Gegensatz zur Ausführung der Fig. 3 noch zu
einem Hohlraum 15 erweitert. Falls der Hohlraum 15 wegen
besonderer Einsatzbedingungen des Einschaufelrades unerwünscht
sein sollte, kann dieser durch ein weiteres, der Kontur des
Grundprofils folgendes Blech verschlossen werden. Ebenso kann
das Leitprofil 14 ohne einen Spalt 12 mit dem Grundprofil 9
verbunden werden. - Die Ausführung der Fig. 4 besitzt gegenüber
den Ausführungen der vorangegangenen Figuren den Vorteil einer
weiteren Gewichts- und Unwuchtreduktion.
Claims (11)
- Einschaufelrad für Kreiselpumpen zur Förderung von feststoffbeladenen Flüssigkeiten, insbesondere zur Förderung von Schmutzwasser mit langfaserigen Bestandteilen, mit einer vorderen Deckscheibe (1), einer hinteren Deckscheibe (2) und einer zwischen diesen angeordneten Schaufel (3), welche gemeinsam einen Kanal (4) bilden, wobei die Schaufel (3), mit Ausnahme des Schaufelanfangs, ein über ihren gesamten Verlauf dünnes Schaufelgrundprofil (9) besitzt, und wobei am Anfang der Schaufel (3) eine druckseitige Verdickung (10) angeordnet ist, deren Maß mindestens der Dicke des Schaufelgrundprofils (9) entspricht, während der Radius des Schaufelkopfes (11) mindestens der Hälfte des durch das Schaufelgrundprofil (9) und die Verdickung (10) gebildeten Maßes entspricht, gekennzeichnet durch eine zweiteilige Ausführung von Schaufelgrundprofil (9) und Verdickung (10).
- Einschaufelrad nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen kontinuierlich verlaufenden Übergang der Verdickung (10) zum Schaufelgrundprofil (9).
- Einschaufelrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang einer an das Schaufelgrundprofil (9) angelegten Tangente (13) folgt.
- Einschaufelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang der Verdickung zum Schaufelgrundprofil (9) in Form einer Abreißkante erfolgt.
- Einschaufelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickung (10) und ihr Übergang zum Grundprofil (9) über einen Winkelsektor von Δϕ ≤ 90° reicht, wobei ϕ = 0° ein den Schaufelkopf (11) tangierender Radialstrahl ist.
- Einschaufelrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickung (10) ohne ihren Übergang zum Grundprofil (9) über einen Winkelsektor von Δϕ ≤ 40° reicht.
- Einschaufelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickung (10) aus einem kompakten Körper besteht.
- Einschaufelrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickung (10) aus einem anderen Material besteht als das Schaufelgrundprofil (9).
- Einschaufelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickung durch ein konturbildendes Leitprofil (14) erzeugt wird.
- Einschaufelrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitprofil (14) aus Blech besteht.
- Einschaufelrad nach Anspruch 1 oder 9, gekennzeichnet durch einen Spalt (12) zwischen dem Schaufelgrundprofil (9) und der Verdickung (10, 14).
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