AT349321B - Einrichtung zur verminderung des kavitationsverschleisses - Google Patents

Description

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    Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verminderung des Kavitationsverschleisses bei einer Kreiselpumpe mit durch den EinJaufstutzen hindurchgeführter Welle. 



  Bei den für einen weiten Betriebsbereich ausgelegten Kreiselpumpen der oben genannten Art ergibt sich vor allem im Teillastbereich bei üblicherweise auf denAuslegepunkt zugeschnittenen Zulaufverhältnissen ein erhöhter Verschleiss infolge Kavitation. Je grösser nun eine Kreiselpumpe und/oder je höher ihre Drehzahl   
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 men zu ergreifen. Beispielsweise werden den Betreibern einer derartigen Kreiselpumpe für das Fahren im
Teillastbereich Zeitbeschränkungen auferlegt. Eine andere Massnahme bildet der Einsatz von Materialien hoher Verschleissbeständigkeit oder aber der Einbau von speziellen Verschleissteilen, welche in einem be-   I stimmten zeitlichen   Rhythmus eingesetzt werden müssen. 



   Die   die Kavitationsprobleme bei Teillast   hervorrufenden Ursachen lassen sich physikalisch wie folgt er- klären : Bei Förderströmen, die je nachAuslegung kleiner als 60 bis 70%   des Berechnungsförderstroms sind,   tritt im Aussenbereich des Laufradeintritts ein ringförmiger Wirbel, der sogenannte Teillastwirbel auf, der sich vom Laufrad weg entgegen der Zuströmung bewegt. Dieser Wirbel wird mit weiter verringertem Förderstrom intensiver und versperrt den Zuströmungsquerschnitt zum Laufrad immer mehr. Die zu kleineren
Radien abgedrängte   Durchflussströmung   behält infolge dieser Querschnittsversperrung in etwa ihr Geschwin- digkeitsniveau vom Berechnungspunkt bei, tritt aber mit kleinerer Relativgeschwindigkeit im Nabenbereich in das Laufrad ein. 



   Dieser Vorgang führt im Teillastbereich, in dem der Wirbel auftritt, zu einer Verringerung des NPSH-Wertes für beginnende Kavitation   (NPSHi). Der   Wirbel wird jedoch durch die vorhandenen Rippen oder
Einlaufkrümmer usw. in seiner Ausbildung gestört, so dass die Absenkung des   NPSH-Wertes   nicht eintritt, sondern   NPSHi   bis auf ein Mehrfaches ansteigt. In der Folge stellen sich bei diesem Betrieb und den aus betrieblichen Gründen für den Normallastbereich ausgelegten Zulaufverhältnissen   Kavitationsschäden   ein. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei Teillastbetrieb durch Kavitation hervorgerufenen Zerstörungen mit geringem Aufwand zu vermeiden. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass dem Laufrad der Krei- selpumpe ein Diffusor vorgeschaltet ist, dass der Diffusor als Stufendiffusor ausgebildet ist, wobei das Ver- hältnis der Diffusor-Eintrittsfläche zur Diffusor-Austrittsfläche von 0,5 bis 0,9 reicht und das Verhältnis der Diffusorlänge zu   demDiffusor-Austrittsdurchmesser   zwischen 0,2 und 1, 0 liegt und das dem Diffusor nachgeschaltete Laufrad am äusseren Stromfaden einen Schaufeleintrittswinkel von 8 bis 20  aufweist. 



   Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Teil der axialen Länge des Diffusors in den rotierenden Teil des Laufrades einbezogen ist und dass die Diffusorlänge vom   Diffusor-Eintrittsdurchmesser   bis zur Laufschaufelkante im   Eintrittsdurchmesser   des Laufrades reicht. 



   Auf Grund des erfindungsgemäss gestalteten Diffusors folgt der aus dem Laufrad austretende Wirbel, des- sen Umfangskomponente etwa gleich der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades an dieser Stelle und dessen
Axialkomponente sehr klein ist, der Aussenwand des Diffusors und wird nach innen abgedrängt. Somit wird die
Umfangskomponente gemäss   r. cu   = konst. grösser und der statische Druck nimmt nach dem Bernoulli'sehen
Gesetz ab. Im kleinstenDiffusorquerschnitt trifft der Wirbel auf die Durchsatzströmung, die wegen des ver- kleineren Querschnittes einen erhöhten Impuls aufweist. Dieser Impuls und die oben genannte Druckabsen- kung genügen, um bei erfindungsgemässer Bemessung den Wirbel zur Umkehr zu zwingen. 



   Hiedurch gelingt es, Störungen des Wirbels durch vor dem Laufrad liegende Bauteile zu vermeiden und seine positiven Auswirkungen auf den   NPSH-VerIauf   zu erhalten. 



   Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht in der Erweiterung des kavitationsfreien Fahrbereiches der Kreiselpumpe. Das heisst, es werden alle diejenigen negativen Begleiterscheinungen vermieden, die bis- her beim Betrieb mit kavitierender Kreiselpumpe aufgetreten sind. Die Zerstörungen an den Eintrittskanten der Laufschaufeln entfallen damit ebenfalls. Neben den erheblichen Vorteilen bezüglich Betriebssicherheit und Lebensdauer ist auch der nicht zu unterschätzende weitere Vorteil zu nennen, dass die Kreiselpumpe im
Bereitschaftsbetrieb mit einer Mindestmenge gefahren werden kann, welche durch Teillastkavitationser- scheinungen nicht begrenzt ist. Die erforderliche Mindestmenge entspricht dannderthermisch erforderlichen
Mindestmenge. 



   Nachstehend ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen erfindungsgemässen Diffusor und Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung. 



   In der Fig. 1 sind die Strömungsverhältnisse am   Diffuser-l-bei Teillastbetrieb   dargestellt. Der aus   dem Laufrad --2-- austretendeWirbel--3--, dessen Umfangskomponente   etwa gleich der Umfangsgeschwin- digkeit des Laufrades an dieser Stelle und dessen Axialkomponente sehr klein ist, folgt der Aussenwand des
Diffusors und   wirdnach innen abgedrängt. Hiedurch wird die Umfängskomponente   gemäss dem   Drallsatzgrösser   und der statische Druck nimmt entsprechend dem Gesetz von Bernoulli ab. Im engsten Diffusorquerschnitt trifft der Wirbel auf die   Durchsatzströmung,   welche an dieser Stelle infolge des verkleinerten Querschnitts einen erhöhten Impuls aufweist.

   Dieser Impuls und die oben beschriebene Druckabsenkung reichen aus, um bei erfindungsgemässer Bemessung des Diffusors den Wirbel zur Umkehr zu zwingen. Die erfindungsgemässe 

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 Wirkung hängt hiebei vom Verhältnis der   Diffusorlänge --L-- zum Diffusor-Austrittsdurchmesser --DA--   ab, das zwischen 0,2 und 1, 0 liegt. Das Umkehren des Wirbels --3-- wird durch die Formgebung des Diffusors am Diffusor-Eintritt --DE-- begünstigt. Dies ist insbesondere bei der in Fig. 2 dargestellten Hinter-   drehung --6-- der Fall.    



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Einrichtung zur Verminderung des Kavitationsverschleisses bei einer Kreiselpumpe mit durch den Einlauf hindurchgeführter Welle, dadurch gekennzeichnet, dass dem Laufrad (2) der Kreiselpumpe ein Diffusor vorgeschaltet ist, dass der Diffusor als Stufendiffusor   (1)   ausgebildet ist, das Verhältnis der Diffusor-Eintrittsfläche zur Diffusor-Austrittsfläche von 0,5 bis 0,9 reicht und das Verhältnis der Diffusorlänge (L) zu dem Diffusor-Austrittsdurchmesser (DA) zwischen 0,2 und 1, 0 liegt und das dem Diffusor (1) nachgeschaltete Laufrad (2) am äusseren Stromfaden einen Schaufeleintrittswinkel von 8 bis 200 aufweist.

Claims (1)

1. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufendiffusor (1) am Dif- fusor-Eintritt eine Hinterdrehung (6) aufweist.

   3. Einrichtung nachAnspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der axialen Länge des Diffusors (1) in den rotierenden Teil des Laufrades (2) einbezogen ist. EMI2.1 dadurch gekennzeichnet,die Diffusorlänge (L) vom Diffusor-Eintrittsdurchmesser (DE) bis zur Laufschaufelkante im Eintrittsdurch- messer des Laufrades (2) reicht.