Kreiselpumpe Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Kreiselpumpe, welche mindestens ein zur Regelung der Fördermenge axial verschiebbares Laufrad und einen nicht verstellbaren Leitapparat aufweist, dessen einzelne Leitapparatkanäle je in einen Diffusor mün den, von deren Austrittsenden das Fördergut in einen Druckstutzen geführt wird.
Der durch diese neue Kombination an sich be kannter Mittel erzielte Fortschritt der erfindungsge mässen Kreiselpumpe besteht in einer starken Erhö hung des Pumpenwirkungsgrades, vor allem bei Teil last.
Die Fördermenge-der heute gebräuchlichen Pum pen wird praktisch fast in allen Fällen durch ein Drosselorgan in der Förderleitung reguliert. Daneben bestehen Konstruktionen, die durch drehbare Leit- schaufeln oder Ringschieber am Austritt aus dem Laufrad auf die Fördermenge einwirken, sie zeigen jedoch nicht die erwünschten Verbesserungen im Teillastgebiet und werden hauptsächlich im Interesse eines schnellen Abschaltens der Pumpenförderung ausgeführt.
Die einzige bekannte, praktisch verlust lose Regulierung kann mit variabler Drehzahl erzielt werden; der Antrieb solcher Pumpen ist aber sehr teuer und meistens wirtschaftlich nicht tragbar.
Die gebräuchliche Regulierung von Pumpen durch Drosselung in der Druckleitung ändert die Fördermenge, während die Durchflussquerschnitte in Laufrad und Leitvorrichtung (meist Spirale) kon stant bleiben. Dies hat eine Änderung der Durch flussgeschwindigkeiten und damit der Geschwindig keitsdreiecke zur Folge. Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung zeigt das Austrittsgeschwindigkeitsdreieck und einen Teil eines Axialschnittes einer bekannten Kreiselpumpe; es bedeuten:
U2 die Rad-Umfangsgeschwindigkeit, V2 die Absolutgeschwindigkeit bei Normalför derung, V.* die Absolutgeschwindigkeit bei Teilförderung, w2 die Relativgeschwindigkeit, ss2 die Austritts-Schaufelwinkel, V" 2 die Umfangskomponente der Absolutge- schwindigkeit bei Normalförderung,
V"* die Umfangskomponente der Absolutge- 2 schwindigkeit bei Teilförderung, V.2 die Meridiankomponente der Absolutge- schwindigkeit bei Normalförderung und V.2 die Meridiankomponente der Absolutge- schwindigkeit bei Teilförderung.
Bei den üblicherweise verwendeten Laufrädern mit Austrittswinkel ss2 > 90 (Winkel zwischen Rela tivgeschwindigkeit und negativer Umfangsgeschwin digkeit am Schaufelaustritt) bewirkt eine Verkleine rung der Fördermenge, da Umfangsgeschwindigkeit U2 und Schaufelwinkel ss2 konstant bleiben, eine Ver grösserung der Umfangskomponente V., der Abso- lutgeschwindigkeit V2 (siehe Fig. <I>1).</I> V2y, V"* und Vm2 sind beispielsweise Grössen bei einer bestimm ten Teillast.
Im gebräuchlichen Spiralgehäuse erfolgt die Um setzung der kinetischen Energie in potentielle Ener gie durch Verzögerung der Geschwindigkeiten, und zwar für die Meridiankomponente V-2 nach dem Kontinuitätssatz und für die Umfangskomponente V-2 nach dem Drallsatz. Die Umfangskomponente V" 2 überwiegt bei den üblichen Konstruktionen und ist nicht sehr verschieden vom Absolutbetrag V2 der Austrittsgeschwindigkeit.
Die Leitvorrichtung wird daher so ausgelegt, dass sich im in der Nähe von Vollast liegenden Konstruktionspunkt gute Verhält nisse zur Umsetzung von V" 2 ergeben. Bei Teillast stellt sich hingegen eine sehr schlechte Geschwindig keitsverteilung ein, da die mittlere Durchflussge- schwindigkeit im Druckstutzen bei Teilfördermengen kleiner ist als bei Vollast, die Umfangskomponente der Geschwindigkeit dagegen grösser geworden ist.
Das zeigt, dass sich in der Spirale, auf dem Radius von innen nach aussen betrachtet, ein starkes Ge schwindigkeitsgefälle einstellt, was eine gute Ener gieumsetzung im Diffusor - sei er in die Spirale selbst verlegt oder anschliessend angeordnet - ver- unmöglicht. Dazu kommen noch, dass sich bei Ab nahme der Fördermenge die spezifische Schaufel arbeit, bei senkrechter Zuströmung zum Laufrad, gegeben durch
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wobei g = Erdbeschleunigung, infolge der Zunahme von V", vergrössert.
Diese zusätzlich zu leistende Ar beit ist daher völlig nutzlos, da die entsprechende Förderhöhe nachträglich durch Drosselung wieder vernichtet wird.
Diese Nachteile der verbreiterten Kreiselpumpen lassen sich durch die erfindungsgemässe Ausbildung der Pumpe beheben. Durch die Verschiebung des Laufrades bei Teillast verkleinert man die wirksame Austrittsfläche.
Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung zeigt einen Meridianschnitt durch eine bekannte Kreiselpumpe mit axial leicht verschobenem Laufrad.
Ideal wäre ein Laufrad, dessen meridionale Weite der Fördermenge angepasst werden könnte. Ein ähn licher Effekt entsteht durch die Verschiebung des Laufrades, indem sich gemäss Fig. 2 in der Zone A am Laufradaustritt ein toter Raum bildet. Die Ar beitsströmung beschränkt sich auf die noch freie Fläche des Radaustrittes, und das Austrittsgeschwin- digkeitsdreieck bleibt für Teilfördermengen praktisch gleich wie für Vollast. Es tritt daher keine Vergrösse rung der spezifischen Schaufelarbeit auf.
Die Um setzung der kinetischen Energie in Druckenergie in der Spirale wird aber bei Teillast immer noch schlecht sein, da die Bedingungen für den Diffusor infolge der auch hier ungünstigen Geschwindigkeits verteilung schlecht sind.
Die erfindungsgemässe Lösung erlaubt die spezi fische Schaufelarbeit praktisch für den ganzen Ar beitsbereich konstant zu halten und die Reibungsver luste in der Leitvorrichtung bei guter Druckumset zung zu senken.
Fig. 3 und 4 der beiliegenden Zeichnung zeigen Schnitte durch ein Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemässen Pumpe.
Das Laufrad 1 ist mit der Pumpenwelle 2 starr verbunden. Durch Verstellen des Teils 12 kann die Welle samt Laufrad zwecks Regulierung der Förder menge axial verschoben werden, das feste Lager 4 führt die Welle nur radial. Das Fördergut wird durch den Saugkrümmer 5 angesaugt und vom Lauf rad in den nicht verstellbaren Leitapparat 6 geför dert. Dieser besteht aus den einzelnen Leitradkanä- ]en 7, welche so geformt sind, dass bei Teillast (das heisst bei aus der Lage gemäss Fig. 4 verschobenem Laufrad) ein gleichmässiger Übergang der aktiven Querschnitte zum nachfolgenden Eintritt in die Diffusoren 8 entsteht.
Jeder Kanal 7 mündet in einen zugehörigen Diffusor. Die Energieumsetzung erfolgt durchwegs in laufradnahen Teilen, zum grössten Teil in den Diffusoren B. Das Betriebsmedium wird mit hohem Druck und kleiner Geschwindigkeit durch die Umlenkkanäle 9 zum gemeinsamen Druckstutzen 10 geführt. Da das Fördergut auf sehr kurzem Weg in die strömungstechnisch günstigen Diffusoren 8 ge langt, sind viel kleinere Reibungsverluste als bei einer Spiralgehäusepumpe vorhanden.
Der Winkel y zwischen der Pumpenaxe und der in die Zeichen ebene projizierten Laufradkanalaxe, das heisst der Winkel, den, im Axialschnitt durch die Pumpe be trachtet, jede Laufradkanalaxe mit der Pumpenaxe bildet, beträgt im gezeichneten Beispiel 90 , er kann aber bei entsprechender Ausbildung vom Laufrad und Leitapparat auch kleinere oder grössere Werte annehmen.
Eine solche Anordnung könnte Vorteile bezüglich Platzbedarf und kleineren Umlenkungen bringen. Statt alle Umlenkkanäle 9 in einem gemein samen Druckstutzen zusammenzuführen, könnten die Diffusoren auch einzeln oder gruppenweise an je eine Druckleitung angeschlossen oder von einem Sammelspiralgehäuse umgeben werden, das seiner seits an einen Druckstutzen angeschlossen ist.