DE102008034963A1

DE102008034963A1 - Mehrstufige Kreiselpumpe

Info

Publication number: DE102008034963A1
Application number: DE102008034963A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Kramp; Hans-Georg Plum
Original assignee: RWE Power AG
Current assignee: RWE Power AG
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2010-01-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Tauchmotorpumpe (1) als Kreiselpumpe. Die Tauchmotorpumpe (1) umfasst ein Pumpengehäuse (3) mit wenigstens einem in Einbaulage unteren Einlauf (8) und wenigstens einem in Einbaulage oberen Auslauf (9) sowie mit wenigstens zwei in Förderrichtung hintereinander angeordneten, rotierbaren, als Radialräder ausgebildeten Laufrädern (5) und mit wenigstens einem dazwischen angeordneten Leitrad (6), wobei das Leitrad (6) mit wenigstens zwei Leitschaufeln (12) versehen ist, die wenigstens einen Rückführkanal bilden. Die Leitschaufeln (12) bilden wenigstens einen sich in Strömungsrichtung des zu fördernden Mediums verbreiternden Diffusorkanal (13). Der Abstand der Leitschaufeln (12) entspricht einlaufseitig wenigstens dem Abstand der Laufschaufeln (10) des Laufrads (5) auslaufseitig.

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Kreiselpumpe, insbesondere eine Tauchmotorpumpe mit einem vorzugsweise in Gliederbauweise ausgeführtem Gehäuse.
Eine solche Tauchmotorpumpe als Bohrlochpumpe ist beispielsweise aus der DE 1 275 866 bekannt.
Eine mehrstufige Kreiselpumpe als Abwasserpumpe ist beispielsweise auch aus der DE 195 00 280 bekannt.
Zur Entwässerung von Bergbaubetrieben, insbesondere in Tagebauen, Kiesgruben oder dergleichen werden häufig Tauchmotorpumpen für die Wasserhebung verwendet. Häufig ist es erforderlich, Pumpen mit verhältnismäßig geringer Förderleistung und großer Förderhöhe einzusetzen. Idealerweise werden hierzu mehrstufige Tauchmotorpumpen in Gliederbauweise verwendet. Bekannte Tauchmotorpumpen sind insbesondere bei kleiner hydraulischen Leistung mit dem Nachteil behaftet, dass diese eine verhältnismäßig geringe Kugeldurchgängigkeit aufweisen. Bei der Förderung von Frischwasser, welches im Gegensatz zu Abwasser üblicherweise verhältnismäßig wenig Schwebstoffe enthält, stellt dies normalerweise kein Problem dar. Werden Tauchmotorpumpen über einen längeren Zeitraum betrieben, können jedoch Ablagerungen harten Wassers zur Verengung der Förderquerschnitte führen. Beispielsweise Wasser, welches wasserunlösliches bakterielles Eisen enthält, erzeugt an Pumpen Ablagerungen von ausgefällten Eisenoxidhydraten. Mit zunehmender Einsatzdauer der Pumpen nimmt die Belagstärke solcher Ablagerungen zu und kann unter Umständen zum Verstopfen der Pumpen und zu deren frühzeitigem Ausfall führen. Dieser Vorgang wird bei in Tagebau betriebenen Tauchmotorpumpen auch als sogenannte Verockerung bezeichnet. Die sogenannten Ockerablagerungen setzen die Strömungskanäle der Lauf- und Leiträder zu und hemmen den Wasserdurchfluss bis hin zum Ausfall der betreffenden Pumpe.
Bei Pumpen mit entsprechend großen Strömungskanälen stellt sich dieses Problem nicht in dem Maße, diese sind jedoch in der Regel für höhere hydraulische Leistungen ausgelegt, die bei bestimmten Anwendungen nicht wünschenswert sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kreiselpumpe als Tauchmotorpumpe bereitzustellen, die trotz geringer Fördermenge bei hinreichender Förderhöhe verhältnismäßig unempfindlich gegen Ablagerungen aus dem Fördermedium ist und weniger zu Verstopfungen neigt.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine mehrstufige Kreiselpumpe, insbesondere durch eine mehrstufige Kreiselpumpe als Tauchmotorpumpe mit einem in Gliederbauweise ausgeführten Gehäuse mit wenigstens einem in Einbaulage unteren Einlauf und wenigstens einem in Einbaulage oberen Auslauf, mit wenigstens zwei in Förderrichtung rotierbaren, als Radialräder ausgebildeten Laufrädern und mit wenigstens einem dazwischen angeordneten Leitrad, wobei das Leitrad mit wenigstens zwei Leitschaufeln versehen ist, die wenigstens einen in Strömungsrichtung des zu fördernden Mediums sich verbreiternden Diffusorkanal bilden und der Abstand der Leitschaufeln einlaufseitig wenigstens dem Abstand der Laufschaufeln auslaufseitig des Laufrads entspricht.
Durch die zuvor erwähnten Maßnahmen ist es möglich, eine Kreiselpumpe mit verhältnismäßig kleinem Fördervolumenstrom und großer Förderhöhe mit größerer Kugeldurchgängigkeit zu konstruieren als das bislang der Fall war. Durch die verhältnismäßig große Kugeldurchgängigkeit ist die Förderpumpe gemäß der Erfindung gegen Ablagerungen aus dem Fördermedium weniger empfindlich.
Besonders vorteilhaft ist es, dass durch die Leitschaufeln erfindungsgemäß sowohl eine axiale Rückführung des Fördermediums als auch eine Umsetzung von dynamischem in statischen Druck erfolgt. Mit anderen Worten, die Leitschaufeln der Kreiselpumpe gemäß der Erfindung vereinigen die Funktionalität der Strömungsrückführung und Erhöhung des statischen Drucks durch entsprechende hydrodynamische Auslegung der Leitschaufeln in Bezug auf die Laufschaufeln.
Bevorzugt sind die Leitschaufeln derart ausgebildet, dass das Leitrad den statischen Druck des Fördermediums der betreffenden Pumpenstufe erhöht.
Bei einer bevorzugten Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Laufräder und das Leitrad derart ausgebildet sind, dass im Bereich von spezifischen Drehzahlen nq = 10 bis 30, vorzugsweise nq = 14 bis nq = 25, Kugeldurchgänge von 5 bis 12%, vorzugsweise von 6,5 bis 10,5% des Gehäusedurchmessers erzielt werden. Die Kenngröße spezifische Drehzahl (nq) ist eine Funktion der Förderhöhe bezogen auf die Fördermenge und lautet: nq = 333 nN × V.–1 N/(g × HN)3/4, mitn_N Nenndrehzahl, V._N Nennförderstrom, H_N Nennförderhöhe der Stufe (der Faktor 333 ist nur für die dimensionslose Darstellung von Bedeutung).
Die spezifische Drehzahl ist eine für den Fachmann bekannte Auslegungsgröße für die Konstruktion von Laufrädern von Kreiselpumpen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Kreiselpumpe gemäß der Erfindung ist die Anzahl der Laufschaufeln ≤ der Anzahl der Leitschaufeln.
Bei einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe ist das Laufrad mit n Schaufeln versehen, die n Strömungskanäle bilden, wohingegen das Leitrad mit n + 1 Schaufeln versehen, welches n + 1 Strömungskanäle bildet.
Bevorzugt sind die Laufräder als geschlossene Radialräder ausgebildet, wohingegen das Leitrad bzw. bei entsprechender Anzahl von Pumpenstufen die Leiträder als halboffene Leiträder ausgebildet sind.
Die Leiträder können ebenso als halboffene Leiträder ausgebildet sein.
Zweckmäßigerweise ist die Kreiselpumpe gemäß der Erfindung als Bohrlochpumpe ausgebildet. Die einzelnen Pumpenstufen können umfänglich gegen das Gehäuse abgedichtet sein.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine 6-stufige Kreiselpumpe gemäß der Erfindung,
2 einen Querschnitt durch ein Laufrad,
3 einen Längsschnitt durch ein Laufrad,
4 eine Draufsicht auf ein Leitrad der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe und
5 einen Schnitt entlang der Linien IV-IV in 4.
Die mehrstufig einflutige Tauchmotorpumpe 1 gemäß der Erfindung ist, wie bereits vorstehend beschrieben, im Längsschnitt in 1 dargestellt, wobei in der 1 nur der Pumpenteil, nicht hingegen der zugehörige Motorteil dargestellt ist. Ein Elektromotor ist an das in Einbaulage untere einlaufseitige Ende 2 des Pumpengehäuses 3 angeflanscht. Das Pumpengehäuse 3 umfasst mehrere übereinander angeordnete, gegeneinander verspannte Gehäuseglieder 4, die insgesamt sechs Pumpenstufen jeweils umfassend ein Laufrad 5 und ein Leitrad 6 aufnehmen. Die Laufräder 5 sind drehfest auf einer Pumpenwelle 7 angeordnet, die wiederum von dem nicht dargestellten Motorteil angetrieben wird.
Die Leiträder sind jeweils drehfest (nicht drehbar) gegen die zugehörige Gehäuseglieder 4 verspannt und abgedichtet.
Das Pumpengehäuse 3 umfasst einen unteren radialen Einlauf 8 und einen oberen axialen Auslauf 9.
Die dargestellte Tauchmotorpumpe 1 ist beispielsweise für eine Fördermenge von 0,06 m³/min. bei einer Förderhöhe von 180 m ausgelegt.
Die Laufräder 5 der Tauchmotorpumpe 1 sind als geschlossene Radialräder mit jeweils drei Laufschaufeln 10 ausgelegt. Die Laufschaufeln 10 sind so angeordnet, dass insgesamt drei Strömungskanäle 11 gebildet werden, die in bekannter Art und Weise eine radial auswärts gerichtete Förderströmung erzeugen.
Die feststehenden Leiträder 6 sind hingegen mit zwei Leitschaufeln 12 bestückt, die sich so auf der offenen Seite des Leitrades 6 erstrecken, dass diese jeweils zwei nach oben geöffnete sich radial einwärts erweiternde Diffusorkanäle 13 bilden. Diese Diffusorkanäle 13 erzeugen in Einbaulage der Tauchmotorpumpe eine radial einwärts und eine aufwärts gerichtete Strömung. Mit anderen Worten, die von den Leiträdern 6 erzeugte Strömung hat eine radiale und axiale Strömungskomponente, wobei die Diffusorkanäle 13 in bekannter Art und Weise als Rückführkanäle dienen und zusätzlich der Druckerhöhung (statischer Druck) des Fördermedium bis zur nächsten, sich in Förderrichtung anschließenden Pumpenstufe dienen. Das am Einlauf 8 angesaugte Fördermedium, beispielsweise Wasser, tritt zunächst axial durch einen Ringspalt 14 zwischen einem Gehäuseabschlussdeckel 15 und der Pumpenwelle 7 ein. Das Laufrad 5 der ersten Pumpenstufe befördert das Fördermedium zunächst aufwärts und dann radial auswärts. Das darüber befindliche Leitrad 6 bewirkt eine Rückführung des Fördermediums in Richtung der Pumpenwelle 7 und aufwärts in die Strömungskanäle 11 des sich anschließenden Laufrades 5, obwohl in dem Ausführungsbeispiel die Anzahl der Laufschaufeln größer als die Anzahl der Leitschaufeln gewählt ist, wird eine Variante als zweckmäßig erachtet, bei der die Anzahl der Laufschaufeln kleiner als die Anzahl der Leitschaufeln ist.
Die Schaufelgeometrie und der Ein- und Austrittswinkel der Lauf- und Leitradbeschaufelung ist so gewählt, dass der Abstand der Leitschaufeln 12 einlaufseitig, d. h. randseitig des jeweils halboffenen Leitrades 6 etwa dem Abstand der Laufschaufeln 10 auslaufseitig (d. h. randseitig des Laufrades 5) entspricht. Wie vorstehend bereits erwähnt, sind die Laufräder 5 als geschlossene Laufräder ausgebildet.
Der engste Querschnitt der Strömungskanäle 11 wird also durch die Einlaufseite der Laufräder 5 bestimmt.
Die Tauchmotorpumpe 1 gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel besitzt eine Kugeldurchgängigkeit von 15% bei einer spezifischen Drehzahl von nq = 16.
Es ist aus den Zeichnungen ohne Weiteres ersichtlich, dass das Pumpengehäuse 3 sowie die einzelnen Gehäuseglieder 4 im Querschnitt rund sind. Die Leiträder 6 sind entsprechend in den Querschnitt des Pumpengehäuses 3 eingepasst und umfänglich dort abgedichtet.

1: Tauchmotorpumpe
2: unteres Ende des Pumpengehäuses
3: Pumpengehäuse
4: Gehäuseglieder
5: Laufrad
6: Leitrad
7: Pumpenwelle
8: Einlauf
9: Auslauf
10: Laufschaufeln
11: Strömungskanäle
12: Leitschaufeln
13: Diffusorkanäle
14: unterer Gehäuseabschlussdeckel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 1275866 [0002]
- DE 19500280 [0003]

Claims

Mehrstufige Kreiselpumpe, insbesondere Tauchmotorpumpe (1) mit einem vorzugsweise in Gliederbauweise ausgeführtem Gehäuse mit wenigstens einem in Einbaulage unteren Einlauf (8) und wenigstens einem in Einbaulage oberen Auslauf (9), mit wenigstens zwei in Förderrichtung hintereinander angeordneten, rotierbaren, als Radialräder ausgebildeten Laufrädern (5) und mit wenigstens einem dazwischen angeordneten Leitrad (6), wobei das Leitrad (6) mit wenigstens zwei Leitschaufeln (12) versehen ist, die wenigstens einen Rückführkanal bilden, die Leitschaufeln (12) wenigstens einen in Strömungsrichtung des zu fördernden Mediums sich verbreiternden Diffusorkanal (13) bilden und der Abstand der Leitschaufeln (12) einlaufseitig wenigstens dem Abstand der Laufschaufeln (10) auslaufseitig des Laufrads (5) entspricht.
Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (12) derart ausgebildet sind, dass das Leitrad (5) den statischen Druck des Fördermediums der betreffenden Pumpenstufe erhöht.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufräder (5) und das Leitrad (6) derart ausgebildet sind, dass im Bereich von spezifischen Drehzahlen nq = 10 bis nq = 30, vorzugsweise von nq = 14 bis nq = 25, Kugeldurchgänge von 5 bis 15% des Gehäusedurchmessers erzielt werden.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Laufschaufeln (10) der Laufräder (5) jeweils ≤ der Anzahl der Leitschaufeln (12) des oder der Leiträder (6) ist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufräder (5) als geschlossene Radialräder ausgebildet sind.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitrad (6) als halboffenes Leitrad ausgebildet ist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Bohrlochpumpe ausgebildet ist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Pumpenstufen umfänglich gegen das Gehäuse abgedichtet sind.