DD246462A3 - Stabilisierungsvorrichtung fuer schnellaeufige axialpumpen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beinhaltet eine Stabilisierungseinrichtung fuer schnellaeufige vorzugsweise nebeneinanderliegende und parallelarbeitende Axialpumpen mit nichtrotationssymmetrischen Uebergangsduesen. Das Ziel und die Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Stabilisierungseinrichtung fuer Axialpumpen zu schaffen, die bei kleinen Druckkennzahlen und grosser Durchflussmenge ueber eine kurze Baulaenge verfuegen und unabhaengig vom Fahrbereich eine stabile, d. h. monoton abfallende Foerderhoehen-Volumenstrom-Kennlinie besitzen, was durch eine gezielte rotationssymmetrische Rezirkulation erreicht werden soll. Es wird dazu ein Profilring als Stabilisierungsvorrichtung vorgeschlagen, dessen Profildicke zur Profillaenge 0,2-0,4 betraegt und dass dieser Profilring ueber 0,5 seiner Laenge in die Uebergangsduese hineinragt. Mit dieser Stabilisierungsvorrichtung wird eine zuverlaessige Arbeit bei schnellaeufigen Axialpumpen in nicht rotationssymmetrischen Kanaelen bei hohem Wirkungsgrad und geringer Baulaenge erreicht. Axialpumpen mit der vorgeschlagenen Stabilisierungseinrichtung eignen sich in besonderer Weise fuer Wasserumlaufkanaele.

Description

-2- 246 462 Charakteristik des Wesens der erfindungsgemäßen Lösung

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung einer Stabilisierungsvorrichtung für schnelläufige Axialpumpen in einzelner oder mehrfacher paralleler Anordnung, die über eine kurze Baulänge verfügen und die über den gesamten Fahrbereich eine stabile, d.h., monoton abfallende Förderhöhen-Volumenstrom-Kennlinie besitzt, indem durch die Stabilisierungseinrichtung die an das Laufrad gebundenen Abreißzonen beseitigt werden und damit eine stabile rotationssymmetrische Rezirkulation vor dem Pumpenflügelrad wirksam erzeugt wird.

Erfindungsgemäß wird es dadurch erreicht, daß vor dem Laufrad ein in das Übergangsstück hineinragender rotationssymmetrischer Profilierung mit einem Verhältnis der maximalen Profildicke D zur Profillänge L von 0,2-0,4 und einem Abstand von 0,5-1,0 der Profillänge L von dem Laufrad angeordnet ist. Dieser Profilring garantiert, daß sich bei Teillast auch in der nicht rotationssymmetrischen Übergangsdüse eine in Umfangsrichtung weitgehend gleichmäßige Zirkulationsströmung einstellt, die den gewünschten Stabilisierungseffekt herbeiführt.

Zusammen mit der Ausführung des Profils mit einem Nasenradius R von 0,25 der maximalen Profildicke führt das dazu, daß die um den Profilring zirkulierende Strömungsteillast an der Innenseite des Ringes nicht ablöst, so daß der Verlustbeiwert in Zirkulationsströmung klein bleibt und auch für eine bei den für eine Stabilisierung schwer zugänglichen schnelläufigen Axialpumpe wirksam wird.

Beim Betrieb der Pumpe im Normallastbereich wird der Profilring in Umfangsrichtung nicht gleichmäßig umströmt. Seine Profilgestaltung garantiert trotzdem, daß die Strömung erst in unmittelbarer Nähe der dem Laufrad zugewandten dünnen Hinterkante ablöst und so nur einen geringen Zusatzverlust ergibt. Bei Teillast ergibt sich Beseitigung des rotierenden Abreißens eine deutliche Wirkungsverbesserung. Die erfindungsgemäße große Profildicke gibt dem Profilring ausreichend Steifigkeit gegen Schwingungserregung.

Bei der gewählten Ausführung und Anordnung des Profilringes ergeben sich bei den schneilaufenden Axialpumpen für Strömungskanäle monoton abfallende Förderhöhen-Volumenstrom-Kennlinien und ein zuverlässiger gleichmäßiger Betrieb mehrerer parallel geschalteter Pumpen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine schnelläufige Axialpumpe mit Umlenkecke.

Fig.?: drei parallel geschaltete Axialpumpen eines Strömungskanals (ohne Umlenkecke) in Achsrichtung gesehen und Fig. 3: den Profilring vor dem Laufrad.

Die Axialpumpen weisen das Laufrad 1 zur Arbeitsübertragung und das Leitrad 2 im zylinderischen Pumpengehäuse 6 auf.

Stromab vom Leitrad 2 ist ein Übergangsdiffusor 3 mit einem Übergang von runden auf rechteckigen Querschnitt angeordnet.

Stromauf vom Leitrad 1 befindet sich die Übergangsdüse 5, die den Querschnitt von rechteckig auf rund überführt sowie die Umlenkecke 7 mit den Umlenkschaufeln 11. Das Laufrad 1 wird über die Pumpenwelle 8 angetrieben. Je nach der gewünschten Arbeitsbreite ind mehrere Axialpumpen, in Fig. 2 drei parallel fördernd und nebeneinanderliegend, angeordnet. · Entsprechend der vorgeschlagenen Ausführung ist unmittelbar vor dem Laufrad 1 der Profilring 4, der mit 0,5-1,0 der Profillänge L in die Übergangsdüse 5 hineinragt, angeordnet. Der Profilring 4 ist mittels der Stützen 10 fest mit der Übergangsdüse 5 verbunden.

Die Wand des Übergangsstückes 9 ist in der Diagonalen des rechteckigen Eintrittsquerschnittes der Übertragungsdüse 5 wesentlich weiter vom Profilring 4 entfernt, als in einem Achsschnitt parallel zu den Seitenwänden. Dadurch ergibt sich zum Ring eine starke unterschiedliche Zuströmung. Die maximale Dicke des Profilringes D von 0,2-0,4 der Profillänge L und des Nasenradius von 0,25 der maximalen Profildicke ermöglichen eine ablösungsfreie Zirkulationsströmung a um den Profilring 4, wie aus der Darstellung nach Fig. 3 zu entnehmen ist. Bei normaler Lastergibt sich eine bis zur Unterkante anliegende Umströmung b des Profilringes 4, so daß der Wirkungsgrad bei Normallast nicht wesentlich vermindert wird. Die gewählte Profillänge garantiert hohe Steifigkeit und Festigkeit gegen Schwingungungserregung.

Mit der vorgeschlagenen Lösung kann somit die dargestellte Aufgabe vollständig gelöst werden. Der Profilring gestattet eine zuverlässige Arbeit von parallelgeschalteten schnellaufenden Axialpumpen, bei hohem Wirkungsgrad und bei minimaler Baulänge.

Literatur:

(1) Doge, K. Teillastuntersuchungen am Spaltgitterlüfter Maschinenbautechnik28(1979)2, S.88

(2) Jerchov, V. N. Die Erweiterung des stabilen Arbeitsbereiches von Axialverdichterstufen Teploenergetika Moskau 9 (1962) 2, S.4...44 (russ.)

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch:

   Stabilisierungseinrichtung für parallelgeschaltete schnelläufige Axialpumpen für Strömungskanäle mit vor dem Laufrad angeordneten, in die Übergangsdüse hineinragenden rotationssymmetrischen Profilierung, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilring (4) mit einem Verhältnis der maximalen Profildicke D zur Profillänge L von 0,2...0,4 und einem Nasenradius von 0,25 der maximalen Profildicke D ausgeführt ist, und sich im Abstand von 0,5... 1,0 der Profillänge L vordem Laufrad (1) befindet.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Stabilisierungsvorrichtung für schnelläufige Axialpumpen, die z. B. bei Wasserumlaufkanälen eingesetzt und im Interesse großer Kanalbreiten nebeneinanderliegend und parallel arbeitend angeordnet werden.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösung

   Durch die Forderung nach kleinen Abmessungen der Pumpen und damit des gesamten Kanals ergeben sich bei der Auslegung schnelläufiger Ausführungen von Axialpumpen mit kleiner Durchmesserkennzahl, d.h., Druckzahlen von etwa 0,2-0,3 und große Durchflußzahlen von etwa 0,5. Die Pumpenachsen sind horizontal angeordnet. Damit sie kurz und schwingungstechnisch günstig dimensioniert werden können, werden die Pumpenlaufräder möglichst nahe an der Übergangsdüse vom rechteckigen zum runden Querschnitt und an der Umlenkecke des Wassemmlaufkanals mit den Umlenkschaufeln angebracht. In den von den Umlenkschaufeln gebildeten Schaufelkanälen bilden sich Längswirbel, die die nachfolgenen Baugruppen des Kanals mechanisch stark beanspruchen. Um bei der vorliegenden Parallelschaltung von mehreren Axialpumpen ein gleichmäßiges Arbeiten aller eingesetzten Pumpen zu garantieren, müssen die Pumpen stabile, d.h.,monton abfallende Förderhöhen-Volumenstrom-Kennlinien im gesamten Förderstrombereich aufweisen. Das ist bei den o.g. Ausiegeparametern nicht ohne weiteres möglich. Im Gegenteil haben die Kennlinien solcher Axialpumpen Einsattlungen, Sprünge und Hysteresegebiete. Während das Fördermedium dem Laufrad bei annähernd optimalen Betriebszuständen (Normallast) gleichmäßig zuströmt, entstehen bei kleineren als optimalen Förderströmen (Teillast) an das Laufrad gebundene Abreißzonen, die in Drehrichtung des Laufades rotieren und die dazu führen, daß das Fördermedium im Bereich des Gehäuses innerhalb der Abreißzone entgegen der Hauptströmung zurückströmt und die stromaufliegenden Umlenkschaufeln sowie die Lauf- und die Leitschaufeln durch rotierendes Abreißen stark mechanisch belastet und zum Schwingen anregt. Gleichzeitig vermindert sich der Wirkungsgrad beträchtlich.

   Bekannt sind bei Axialventilatoren und Axialverdichtern vielfältige Vorrichtungen zur Beeinflussung dieses ungünstigen Teillastverhaltens/1/. Für kleine Druckzahlen werden bei Ventilatoren und Verdichtern vorzugsweise sog. Stabilisierungsringe eingesetzt. Für größere Druckzahlen verwendet man spezielle Leitringe DP 1.429077, die nach ausgeführter Anlage einen 30% größeren Strömungsquerschnitt benötigen. Sie führen, wie neuere Untersuchungen gezeigt haben, dazu, daß sich bei Teillast um den Stabilisierungsring eine Rezirkulationsströmung einstellt. Diese äußerst sich darin, daß sich zwischen Stabilisierungsring und Gehäuse eine Strömung, entgegengesetzt zur Hauptströmung und innerhalb des Stabilisierunsringes eine gleichgerichtete Strömung zur Hauptströmung, einstellt. Diese Rezirkulationsströmung verdrängt, wenn sie rotationssymmetrisch ausgebildet ist, die Hauptströmung zur Nabe, vergrößert den Zuströmwinkel zum Laufrad, vermindert oder beseitigt die Abreißgefahr und das rotierende Abreißen und schafft eine glatte Kennlinie. Eine wesentliche Voraussetzung für die Wirksamkeit der Stabilisierungsvorrichtung ist, daß sich eine weitgehende rotationssymmetrische Zuströmung einstellt. Jede Maßnahme, die die Bildung von Ringwirbeln, wie z. B. um einen Stabilisierungsring, vergrößert die Stabilität/2/. Die Wirkungsweise der Stabilisatoren für Ventilatoren hängtvon den Kennzahlen im Auslegepunkt, der Form der sich ausbildenden rotierenden Abreißgebiete, dem Durchmesser und der Breite des Stabilisierungsringes sowie seines Abstandes von den Leitschaufeln ab und muß jeweils optimiert werden. Die Stabilisierung wird um so schwieriger, je größer die Druckzahl und die Lieferzahl des Ventilators im Bestpunkt werden.

   Nach dem Wirkprinzip der Stabilisatoren gestattet die rotationssymmetrische Übergangsdüse bei den schnelläufigen Axialpumpen für Strömungskanäle bei kleinstmöglicher axialer Baulänge nicht die Anwendung der bekannten Stabilisierungsringe oder es muß die axiale Länge der Pumpe mindestens um die Länge des Stabilisierungsringes vergrößert werden. Weiterhin erfordert die Anwendung von Stabilisierungsvorrichtungen bei schnellaufenden Pumpen von <*

   Strömungskanälen bei Teillast hohe Stabilität gegen Schwingungserregung sowie außerordentlich kleine, durch die Stabilisierungsvorrichtung hervorgerufene Zusatzverluste, weil sonst bei den vorliegenden Auslegedaten der Wirkungsgrad schnell fällt.

   Ziel der Erfindung

   Das Ziel der Erfindung ist es, eine schnelläufige Axialpumpe vorzugsweise für Wasserumlaufkanäle zu entwickeln, die bei mehrfacher paralleler Anordnung von Axialpumpen und nicht rotationssymmetrischen Übergangsdüsen eine kurze Baulänge aufweist und die im Teillastbetrieb bei Verminderung von Wirkungsgradverlusten relative Druckzahlen von 0,2-0,3 und Durchflußzahlen von 0,5 ermöglichen.