DE1921945A1 - Seitenkanalpumpe - Google Patents

Description

N.V.Philips^fGloeilampenfabrieken

N.V. Philips'Gloeilampenfabrieken, Eindhoven/Niederlande

"Seitenkanalpumpe"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Seitenkanalpumpe mit einem Laufrad, dessen Schaufeln sich in einem ringförmigen Kanal im Pumpengehäuse befinden.

Eine derartige Pumpe ist aus der USA-Patentschrift 2 468 bekannt. Das Laufrad ist mit zwei getrennten Schaufelkränzen versehen. Das Medium, entweder eine Flüssigkeit oder ein Gas, strömt mit im wesentlichen wirbelnden Bewegungen durch die Pumpe, wobei es wiederholt in axialer Richtung in das Laufrad eintritt und dieses am Umfang in radialer Richtung verläßt. Im ringförmigen Seitenkanal wird die radial aus den Schaufeln austretende Strömung dabei immer in eine axiale Eintrittsströmung umgelenkt» Auch beim _Λ Durchgang durch das Laufrad wird das Medium von einer ™ Strömung axialer Richtung in eine Strömung radialer Richtung umgewandelt. Für einen optimalen Volumendurchsatz der Pumpe müssen die Schaufeln einen in beiden Richtungen gekrümmten Verlauf aufweisen, was praktisch nicht'realisierbare Schaufelformen zur Folge hat. Bei der Ausführung mit geraden Schaufeln treten erhebliche Stoßverluste beim Eintritt des Mediums in das Laufrad auf.

Die Erfindung bezweckt, eine Konstruktion zu schaffen, durch die der Wirkungsgrad verbessert wird, und erreicht

909883/1U7 " ² "

PHN 3214

dies dadurch, daß die Schaufeln des Laufrades einen für axiale Durchströmung gekrümmten Verlauf aufweisen.

Das Medium fließt durch das Laufrad in axialer Richtung und wird im ringförmigen Kanal um das Laufrad herum von der Austrittsseite des Laufrads zur Eintrittsseite zurückgekehrt. Dieser Vorgang wiederholt sich, so daß das Medium auch mit einer Wirbelbewegung durch den Seitenkanal strömt. Die Schaufeln sind nur in axialer Richtung gekrümmt, wodurch eine einfache Schaufelform erreicht wird. Durch die gekrümmte Form der Schaufeln werden die Eintrittsverluste äußerst klein gehalten und dadurch ist ψ ein größerer Volumendurchsatz und ein höherer Druck des Mediums erzielbar.

Bei einer erfindungsgemäßen Seitenkanalpumpe läßt sich mit Hilfe einer elementaren theoretischen Betrachtung der zum Volumendurchsatz gehörende Druck berechnen, wodurch · auf einfache Weise eine brauchbare Pumpencharakteristik, die den Zusammenhang zwischen dem Volumendurchsatz und dem Druck angibt, erhalten wird. Bei der bereits bekannten Seitenkanalpumpe mit radialen Schaufeln ist man zur Ermittlung des Zusammenhangs zwischen Volumendurchsatz und Druck auf empirische Daten angewiesen, da die Strömung infolge der nicht guten Anströmung auf die Schaufeln " von komplexer Art ist.

Zur Vermeidung, daß ein Teil des zu verdrängenden Mediums schon in radialer Richtung aus dem Laufrad tritt, wodurch der Volumendurchsatz der Pumpe herabgesetzt wird, empfiehlt sich eine Ausführungsform, bei der das Laufrad durch ein ringförmiges, die Enden der Schaufeln verbindendes Band begrenzt wird.

Eine erfindungsgemäße Seitenkanalpumpe zum Verpumpen von Luft, bei der die Schaufeln radial zum Laufrad gerichtet

3/1147

sind, wird dadurch gekennzeichnet, daß eine gedachte Tangentialebene an die gekrümmte Oberfläche einer Schaufel mit der Drehebene des Laufrads in Anströmrichtung einen Winkel zwischen 30° und 60° und. in Ausströmrichtung zwischen 65° und 90° einschließt.

Es stellt sich heraus, daß eine Seitenkanalpumpe mit einem Laufrad, dessen Schaufeln einen den oben stehenden Werten entsprechenden Eintritts- und Austrittswinkel aufweisen, in der Praxis einen sehr günstigen V,^rirkungsgrad hat.

Eine Ausführungsform der oben genannten Seitenkanalpumpe für Luft, deren Pumpencharakteristik sich auf sehr einfache V/eise berechnen läßt, wird dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Schaufeln von der Eintrittsseite zur Austrittsseite des Laufrads hin abnimmt. Der Durchgang der Schaufelkanäle kann dadurch ungefähr konstant gehalten werden, wodurch der statische Druck der Luft während der Durchströmung durch das Schaufelrad sich nicht ändert und die Berechnung der Pumpencharakteristik vereinfacht wird. .

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt, und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Skizze einer Seitenkanalpumpe mit axialen Schaufeln, wobei die Vorderv.-and der Pumpe teilweise weggeschnitten ist,

Fig. Z. .eine, teilweise Vorderansicht der Pumpe nach Fig. 1, wobei die Vprderwand ebenfalls teilweise weggeschnitten ist,

Fig..^ einen Schnitt durch dieselbe Pumpe in einer Ebene,

909883/1 U7 - 4 -

prallel zur Mittellinie der V/elle des Laufrades,

Fig. 4 auf schematische Weise einen Ausschnitt des Laufrads und daneben die Geschwindigkeitsdiagramme.

Wie aus den Figuren hervorgeht, enthält das Pumpengehäuse

1 das auf der V/elle 3 angeordnete Schaufelrad 2. Das Rad kann von einem Elektromotor 4 angetrieben werden. Mit Ausnahme des Kanals 5 läßt der Raum im Pumpengehäuse nur soviel Spielraum zwischen dem Pumpengehäuse 1 und dem Laufrad 2, wie für eine ungehemmte Drehung des Laufrads erforderlich ist. Der Kanal 5 besteht aus den ringförmigen

) Ausnehmungen 5' und 5" auf beiden Selten des Laufrads 2 und aus der Ausnehmung 5'", die am Außenumfang des Laufrads

2 die beiden Ausnehmungen 5¹ und 5" verbindet.

Der Kanal 5 wird durch eine Trennwand 6 unterbrochen, die mit einem möglichst geringen Spielraum an das Laufrad anschließt. Die Kanäle 7 und 8 auf beiden Seiten der Trennwand 6 sind mit dem Kanal 5 verbunden und enden in der Eintrittsöffnung 9 bzw. der Austrittsöffnung 10 in der Pumpengehäusewand. .

Das Laufrad 2 ist mit axialen Schaufeln 12 versehen, die sich über die ganze Breite des Laufrads erstrecken. Die " Höhe der Schaufeln nach Fig. 3 nimmt in Richtung vom Kanalteil 5' zum Kanalteil 5" kontinuierlich ab, wodurch der Schaufelkanal zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaufeln einen konstanten Durchgang haben kann. Um das Laufrad 2 herum ist ein ringförmiges Band.. 1.1 angeordnet, das die Enden der Schaufeln 12 verbindet. Wie in Fig. 3 mit Pfeilen angegeben ist, tritt das Medium an einer Seite in hauptsächlich axialer Richtung in das Schaufelrad ein und verläßt dasselbe auf der anderen Seite, eben- -^ falls im wesentlichen in axialer Richtung. Ia Kanal 5 wird die aus dem Schaufelrad austretende Strömung zur Eintritts- K

909 88 3/1U7 " ⁵ " : ^

seite des Schaufelrads zurückgeführt. Dies führt zu einer Strömung in schraubenlinienförmiger Bewegung durch den Kanal, wobei mit dem übrigen im Kanal vorhandenen Medium ein Impulsaustausch stattfindet. Der Druck des Mediums im Kanal, nimmt dadurch in Richtung zum Eingang bis zum Ausgang kontinuierlich zu. Die Krümmung der Schaufeln 12 in axialer Richtung ist der Strömungsrichtung des Mediums, wie diese durch die Geschwindigkeitsvektordiagramme nach Fig. 4 angegeben ist, angepaßt. Der Vektor u stellt dabei die Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads dar; der Vektor c die wirkliche oder absolute Geschwindigkeit des Mediums und der Vektor W die relative Geschwindigkeit gegenüber dem Laufrad. Der Schaufelwinkel β ist der Winkel, den die Tangente in jedem Punkt der Schaufelkrümmung mit der Senkrechten in Richtung der Umfangsgeschwindigkeit u .einschließt. Die Indizes 1 und 2 beziehen sich auf die Eintrittsseite bzw. Austrittsseite des Laufrads. Eintrittsseitig ist der Schaufelnwinkel der relativen Geschwindigkeit w^ angepaßt, so daß die Stoßverluste minimal sind. Bei den in Fig. 4 dargestellten Schaufeln beträgt der Schaufelwinkel eintrittsseitig: /$₂ = 90°. Dadurch, daß die Schaufeln jedoch auch eintrittsseitig einen nach vorne gekrümmten Verlauf erhalten mit einem Austrittswinkel β ₂ < 90°, erhält die relative Geschwindigkeit W₂ eine Komponente w_2u in Richtung der Umfangsgeschwindigkeit, wodurch die gesamte Komponente der absoluten Geschwindigkeit C₂ in dieser Richtung der Summe von u und w_2u gleich ist, was einen höheren Druck.ergibt. Die einfache Krümmung der Schaufeln in axialer Richtung, die dazu erforderlich ist, kann auf einfache Weise mit den üblichen Methoden erhalten werden. Mit Hilfe einer einfachen theoretischen Betrachtung läßt sich für eine erfindungsgemäße Seitenkanalpumpe bereits ein brauchbarer Zusammenhang zwischen dem Volumendurchsatz und dem Druck berechnen. Der durch das Laufrad strömende Massenstrom läßt sich annähernd bestimmen; . . ■ .

- 6 909883/ 1147

^D ' ^h ·■ ^C1m ^(a)

wobei 0 = der Massenstrom in kg. (Masse)/sec.

J> = spezifische Masse in kg (Masse)/m = Dichte des Mediums

D = Durchmesser des Laufrads in m h = Höhe der Schaufeln in m

^C1m ^{= die axiale} Komponente der absoluten Geschwindigkeit C₁ in m/sec (siehe Fig„ 4).

Die durch die Impulswirkung vom herumlaufenden Medium erzeugte Kraft K auf den gesamten Querschnitt des Pumpenkanals kann über den Impulssatz berechnet werden aus:

K=0_m .Δ c_u (b)

wobei K = die erzeugte Kraft in der Umfangsrichtung des Laufrads in kg (Kraft)

, in m/sec

= die Komponente der absoluten Geschwindigkeit C in der Umfangsrichtung in m/sec (siehe Fig. 4)

ψ ^ciu ⁼ ^^{ie Kom}P^olien"fc^e der absoluten Geschv/indigkeit C₁

in der Umfangsrichtung in m/sec (siehe Fig. 4).

Die mit der Pumpe erreichte Druckzunahme folgt dann aus:

Tr 0 . Δ C

K ^vm u ₍

P = F= f (

wobei: ρ = die Druckzunahme in N/m

2 F = der Querschnitt des Pumpenkanals in m .

909883/1U7 - 7 -

Wird einfachheitshalber für die Schaufelwinkel eintrittsseitig und austrittsseitig angenommen, daß β^ = 45° und β2 - 90°, so gilt:

^C1m = ^u * ^C1u

(d)

^C2u = ^u

Der Volumendurchsatz der Pumpe läßt sich berechnen gemäß:

Q = c_1u · F

(f)

Mit Q = Volumendurchsatz in m /see.

Aus (f) folgt:

Q F

(g)

Die Formel (c) ergibt durch Einsetzen der Formeln (a), (d), (c) und (g) für die entsprechenden Größen:

- ρ TY D«h

—fr- '

(h)

womit eine gute Annäherung des wirklichen Zusammenhanges zwischen Druck und Leistung erhalten wird.

Patentansprüche:

909 8 8 3/1U7

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Seitenkanalpumpe mit einem Laufrad, dessen Schaufeln sich in einem ringförmigen Kanal im Pumpengehäuse befinden, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (2) mit Schaufeln (12) mit einem für axiale Durchströmung gekrümmten Verlauf versehen ist.

2. Seitenkanalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (2) durch ein ringförmiges, die Enden der Schaufeln (12) verbindendes Band (11) begrenzt wird.

3. Seitenkanalpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere für Luft, wobei die Schaufeln radial zum Laufrad gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine gedachte Tangentialebene an die gekrümmte Oberfläche einer Schaufel mit der Drehebene des Laufrads (2) in Anströmrichtung einen Winkel zwischen 30° und 60° und in Ausströmrichtung zwischen 65° und 90° einschließt.

4. Seitenkanalpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Schaufeln von der Eintrittsseite zur Ausstrittsseite des Laufrads (2) hin abnimmt.

90 9883/1 U7

L e e r s e i t e