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Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit mindestens einem Laufrad, dem eine Leiteinrichtung nachgeordnet ist.
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Pumpen werden als mehrstufig bezeichnet, wenn mehrere Laufräder hintereinander angeordnet sind und vom Förderstrom seriell durchströmt werden. Kesselspeisepumpe ist eine andere Bezeichnung für die Speisepumpe und eine mehrstufige Radialpumpe. Ihre Aufgabe besteht darin, einem Dampferzeuger wie einem Kessel oder Kernreaktor die der abgegebenen Dampfmenge entsprechende Speisewassermenge wieder zuzuführen.
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Die Topfgehäusepumpe, in der Kraftwerkstechnik werden die Speisepumpen auch als Mantelgehäusepumpe bzw. Topfgehäusepumpe bezeichnet, ist eine von einem topfähnlichen Gehäuse umgebene Kreiselpumpe. Der mit einem Saugstutzen und Druckstutzen versehene Topf wird an den Stirnseiten mit einem Druckdeckel und einem Einlaufring verschraubt. Die Antriebswelle wird druckseitig durch den Deckel und saugseitig durch den Einlaufring geführt und jeweils mittels einer Wellendichtung abgedichtet. Bei einer Demontage der Pumpe kann somit das Topfgehäuse mit den Rohrleitungen und dem Pumpenfundament verbunden bleiben. Häufig ist bei der Höchstdruckpumpe das Topfgehäuse auch in der Rohrleitung eingeschweißt. Topfgehäusepumpen sind mehrstufige Pumpen in horizontaler Bauweise. Sie finden als Höchst- und Hochdruckpumpe, insbesondere als Kesselspeisepumpe, Verwendung.
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Bei mehrstufigen Kreiselpumpen ist zwischen zwei Laufrädern üblicherweise eine Leiteinrichtung angeordnet. Leiteinrichtungen weisen meist Leitschaufeln auf und bilden zwischen zwei Leitschaufeln Leitkanäle für das Fördermedium aus. Solche Leiteinrichtungen können als Leiträder ausgeführt sein. Aus dem Laufrad austretendes Fördermedium tritt in die Leiteinrichtung ein. In der Leiteinrichtung wird kinetische Energie in Druckenergie umgewandelt. Weiterhin findet eine Umlenkung des Mediums statt. Der Drall wird gegebenenfalls für eine Zuströmung in ein folgendes Laufrad reduziert.
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In der
DE 39 12 279 C2 wird eine Kreiselpumpe ein- oder mehrstufiger Bauart mit mindestens einem Laufrad beschrieben. Dem Laufrad ist in Strömungsrichtung ein Leitrad nachgeordnet. Das Leitrad weist mehrere Leitschaufeln auf.
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Die Laufräder und insbesondere die Leiteinrichtungen zeichnen sich durch eine massive und wenig filigrane Bauweise aus, die meist durch umformende und urformende Verfahren erzeugt wird. Eine Steigerung des Pumpenwirkungsgrades ist meist durch die massive und wenig strömungsoptimierte Ausführung der Leiteinrichtungen limitiert. Insbesondere im Dauereinsatz als Kesselspeisepumpe erzeugen kleine Steigerungen des Wirkungsgrades eine große ökonomische Auswirkung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kreiselpumpe, auch eine mehrstufige Kreiselpumpe, mit einer optimierten Strömungsführung anzugeben. Die Kreiselpumpe soll dabei einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweisen. Eine Strömungsablösung soll weitgehend verhindert und eine möglichst verlustarme Verzögerung gewährleistet werden. Dabei soll die Kreiselpumpe individuell an Kundenanforderungen gestaltet werden können. Diese Kreiselpumpe soll aus möglichst wenigen Einzelteilen bestehen und dabei möglichst einfach zu montieren sein. Der Austausch von Ersatzteilen soll durch die Konstruktion der Kreiselpumpe begünstigt sein. Die Kreiselpumpe soll einfach und kostengünstig realisiert werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kreiselpumpe mit mindestens einem Laufrad gelöst. Bevorzugte Varianten sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist eine Leiteinrichtung einer Kreiselpumpe als Hybridbauteil aus mindestens einer konventionell gefertigten Komponente und mindestens einer generativ gefertigten Komponente aufgebaut.
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Eine generativ gefertigte Komponente ist mit einem generativen Fertigungsverfahren erzeugt worden. Die Bezeichnung generative Fertigungsverfahren umfasst alle Fertigungsverfahren, bei denen Material Schicht für Schicht aufgetragen und somit dreidimensionale Bauteile erzeugt werden. Dabei erfolgt der schichtweise Aufbau computergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Maßen und Formen. Beim Aufbau finden physikalische oder chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse statt. Typische Werkstoffe für das 3D-Drucken sind Kunststoffe, Kunstharze, Keramiken, Metalle, Carbon- und Graphitmaterialien
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Unter generativen bzw. additiven Fertigungsverfahren versteht man Verfahren, bei denen Material Schicht für Schicht aufgetragen wird, um ein dreidimensionales Bauteil zu erzeugen. Gemäß der Erfindung ist mindestens ein Leitelement der Leiteinrichtung als generativ gefertigte Komponente ausgebildet. Für die Ausbildung der Leitelemente werden insbesondere das selektive Laserschmelzen und das Cladding, auch bekannt als Auftragsschweißen, angewandt. In einer alternativen Variante der Erfindung ist auch das Kaltgasspritzen und das Extrudieren in Kombination mit dem Auftragen von schmelzfähigem Kunststoff ein anwendbares Verfahren.
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Vorteilhafterweise sind generativ gefertigte Leitelemente besonders filigran und dünnwandig ausgebildet. Feine, mittels CFD strömungsoptimierte Stege lenken die Strömung des vorhergehenden Laufrads nahezu verlustfrei dem darauffolgenden Laufrad zu. Die komplexe Struktur des Leitelements verhindert Wirbelbildungen sowie Strömungsablösungen und zeichnet sich dabei durch eine geringe Bauteilmasse aus.
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Beim selektiven Laserschmelzen wird das Leitelement nach einem Verfahren hergestellt, bei dem zunächst eine Schicht eines Aufbaumaterials auf eine Unterlage aufgebracht wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Aufbaumaterial zur Herstellung des Leitelements der Leiteinrichtung um metallische Pulverteilchen. Bei einer Variante der Erfindung werden dazu eisenhaltige und/oder kobalthaltige Pulverpartikel eingesetzt. Diese können Zusätze wie Chrom, Molybdän oder Nickel enthalten. Der metallische Aufbauwerkstoff wird in Pulverform in einer dünnen Schicht auf eine Platte aufgebracht. Dann wird der pulverförmige Werkstoff mittels einer Strahlung an den jeweils gewünschten Stellen lokal vollständig aufgeschmolzen und es bildet sich nach der Erstarrung eine feste Materialschicht. Anschließend wird die Unterlage um den Betrag einer Schichtdicke abgesenkt und es wird erneut Pulver aufgetragen. Dieser Zyklus wird solange wiederholt bis alle Schichten hergestellt sind und das fertige Leitelement entstanden ist. Erfindungsgemäß wird dabei eine Struktur erzeugt, die besonders filigran und strömungsoptimiert ausgebildet ist und durch konventionelle Verfahren technisch nicht erzeugt werden kann.
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Als Strahlung kann beispielsweise ein Laserstrahl zum Einsatz kommen, welcher das Leitelement aus den einzelnen Pulverschichten generiert. Die Daten zur Führung des Laserstrahls werden auf der Grundlage eines 3D-CAD-Körpers mittels einer Software erzeugt. Alternativ zu einem selektiven Laserschmelzen kann auch ein Elektronenstrahl (EBN) zum Einsatz kommen.
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Beim Auftragsschweißen oder Cladding wird das Leitelement nach einem Verfahren hergestellt, das eine Grundstruktur durch Schweißen beschichtet. Das Auftragsschwei-ßen baut dabei durch einen Schweißzusatzwerkstoff in Form von einem Draht oder einem Pulver ein Volumen auf, das eine besonders filigrane und strömungsoptimierte Form des Leitelements realisiert.
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Für die Anwendung von mehrgliedrigen Hochdruckkreiselpumpen und Kesselspeisepumpen konnten bislang keine generativ gefertigten Leiteinrichtungen eingesetzt werden, da deren Abmaße technisch nicht oder nur schwer realisierbar waren. Generativ gefertigte Komponenten der Leiteinrichtungen zeichnen sich durch hydraulisch optimierte Geometrien aus, die mit spanenden oder gießenden Fertigungsverfahren nicht erreicht werden können. Die Ausbildung einer hybriden Leiteinrichtung durch eine Vielzahl generativ gefertigter Leitelemente, die auf konventionell gefertigte Komponenten aufgesteckt werden, ermöglicht zum einen eine hydraulisch optimierte Geometrie und zum anderen Bauteilgrößen, die die bekannten, generativ möglichen Fertigungsmaße übersteigen.
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Gemäß der Erfindung weist die Leiteinrichtung mehr als zwei, vorzugsweise mehr als drei, insbesondere mehr als vier, und/oder weniger als zwanzig, vorzugsweise weniger als achtzehn, insbesondere weniger als sechszehn, Leitelemente auf. Vorteilhafterweise kann somit eine hybride Leiteinrichtung generiert werden, die aus einer Vielzahl von generativ gefertigten und hydraulisch optimierten Leitelementen besteht. Dabei ist die Bauteilgröße eines Leitelements durch die gängigen generativen Verfahren mit all ihren Vorteilen erzeugbar und kann durch den hybriden Aufbau mit konventionellen Komponenten auch sehr große Abmaße erreichen.
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Vorteilhafterweise weist die generativ gefertigte Komponente, insbesondere das Leitelement, eine radial nach außen gekrümmte Form auf. Das Leitelement mit seinen filigranen Stegen ist mittels CFD in seiner Form hydraulisch optimiert und lenkt die Strömung unter Drallreduzierung, ohne Strömungsablösung und Wirbelbildung um. Die radial gekrümmte Form des Leitelements leitet die Strömung der nächsten Pumpenstufe auf ganz besonders ideale Weise zu.
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Bei einer besonders günstigen Ausführung der Erfindung weist die generativ gefertigte Komponente, insbesondere das Leitelement, Formungen zur Strömungsführung auf. Das sind besonders fein ausgeführte Anformungen, Stege und Rundungen des Leitelements, die den hydraulischen Wirkungsgrad der Pumpe auf ganz vorteilhafte Weise optimieren. Sie ermöglichen die Umlenkung der Strömung zur nächsten Pumpenstufe und reduzieren idealerweise den Drall der Strömung.
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Dabei weist ein Leitelement vorzugsweise eine erste, vordere Anformung auf, die in Form einer aufnehmenden Schaufel die Laufradentladung, die durch den Spalt des konventionell gefertigten Doppelrings auf die Leitelemente trifft, aufnimmt. Die aufnehmende Anformung führt die Strömung besonders verlustarm einer zweiten Anformung zu, die mit dem runden Ring des Doppelrings und einem benachbarten Leitelement einen Durchflusskanal bildet. Die Strömung wird mithilfe des Durchflusskanals so umgelenkt, dass sie in Richtung des nachgeschalteten Laufrads fließt. Dabei passiert die Strömung bevorzugt eine hintere Anformung des Leitelements, die eine abströmende Schaufelkontur aufweist. Diese abströmende Schaufelkontur ermöglicht ein besonders drall- und verlustfreies Ausströmen zur nächsten Pumpenstufe der mehrstufigen Kreiselpumpe.
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Die Anformungen sind idealerweise besonders filigran ausgeführt und weisen besonders fein definierte Krümmungsradien auf. Vorzugsweise weist das Leitelement an Stellen, die die Strömung nicht beeinflussen, Verstärkungsstreben auf. Somit ist das generativ gefertigte Leitelement besonders dünn und gleichzeitig äußerst robust ausgeführt. Ein Leitelement mit solch fein definierten Schaufelkonturen lässt sich nicht mithilfe bekannter konventioneller Fertigungsverfahren herstellen und erhöht den Pumpenwirkungsgrad auf ganz vorteilhafte Weise.
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Erfindungsgemäß umschließt die generativ gefertigte Komponente, insbesondere das Leitelement, einen Leitring nahezu spaltfrei. Dadurch werden Fehlströmungen und Wirkungsgradverluste vermieden. Die generative Fertigung der Leitelemente erlaubt eine äußerst präzise sowie genaue Fertigung und somit eine spaltfreie Passung zu den konventionell gefertigten Komponenten der hybriden Leiteinrichtung.
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Idealerweise weist eine generativ gefertigte Komponente, insbesondere das Leitelement, Dichtelemente zum spaltfreien Anschluss an einen Leitring auf. Das generative Fertigungsverfahren erlaubt eine feingestaltete Geometrie des Leitelements, so dass beim Zusammenführen der hybriden Elemente der Leiteinrichtung ein spaltfreier Anschluss realisiert werden kann, wodurch der Wirkungsgrad der Kreiselpumpe an das hydraulische Optimum heranreichen kann.
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In einer alternativen Variante der Erfindung sind die Wandungen der Leitelemente sehr dünn ausgebildet und die Leitelemente weisen zur Steigerung der Festigkeit eine innere Gitterstruktur auf. Auf diese vorteilhafte Weise lassen sich Leitelemente mit einem besonders hervorragenden Verhältnis von Masse zu Bauteilvolumen erzielen. Gerade im Vergleich zu konventionell gefertigten Leiteinrichtungen weist die hybride Ausbildung der Leiteinrichtungen eine geringe Masse auf.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kommt der hybride Aufbau der Leiteinrichtung ohne zusätzliche Fügetechnik aus. Erfindungsgemäß weist die generativ gefertigte Komponente, insbesondere das Leitelement, Elemente zum Eingreifen in Gegenelemente auf. Beispielsweise können zylinderförmige kurze Stifte am Leitelement angeformt sein, die sich in entsprechende Negative an der konventionellen Komponente einführen lassen und somit einen stabilen Verbund bilden. Die Montage der Kreiselpumpe ist hierdurch erheblich vereinfacht, da sich die Bauteile der hybriden Leiteinrichtung einfach stecken lassen.
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Idealerweise sind die Elemente zum Eingreifen als sogenannte Pins bzw. Stifte ausgebildet, die in die entsprechenden Gegenelemente, die als passgenaue Negative der Pins bzw. Stifte geformt sind, verbindend eingreifen können. Die daraus resultierende Steckverbindung zeichnet sich durch eine einfache Montage bzw. Demontage aus.
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Die Bezeichnung konventionelle Komponente bezeichnet eine Komponente, die mittels Urformen, Umformen oder einem subtraktiven Fertigungsverfahren erzeugt wird. Das Urformen ist eine Hauptgruppe von Fertigungsverfahren, bei denen aus einem formlosen Stoff ein fester Körper hergestellt wird, der eine geometrisch definierte Form hat. Urformen wird genutzt, um die Erstform eines festen Körpers herzustellen und den Stoffzusammenhalt zu schaffen. Beim Umformen werden Rohteile aus plastisch verformbaren Werkstoffen gezielt in eine andere Form gebracht, ohne dabei Material von den Rohteilen zu entfernen. Beim subtraktiven Fertigungsverfahren wird vom Werkstück etwas abgetrennt. Neben dem erzeugten Bauteil entstehen dabei vorwiegend Späne.
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Gemäß der Erfindung ist mindestens eine konventionell gefertigte Komponente als ein einstückiger Doppelring ausgebildet. Einfache Ringe lassen sich besonders ökonomisch und präzise durch Gießen herstellen. Der hybride Aufbau der Leiteinrichtung kombiniert Bauteile, die jeweils durch das vorteilhafteste Fertigungsverfahren hydraulisch optimiert erzeugt wurden, zu einer Vorrichtung, die den bestmöglichen Wirkungsgrad einer mehrstufigen Kreiselpumpe erzielt.
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Vorteilhafterweise umfasst eine konventionell gefertigte Komponente einen abgerundeten Leitring und einen kantigen Ring. Dabei zeichnet sich der abgerundete Leitring durch eine strömungsoptimierte Rundung aus, an die sich die Leitelemente spaltfrei anordnen lassen. Der kantige Ring ist besonders vorteilhaft für den Anschluss an das Laufrad, das die Laufradentladung direkt an die radial umgebende Leiteinrichtung entlässt.
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Erfindungsgemäß ist die konventionell gefertigte Komponente als einstückiger Doppelring ausgebildet, dessen Ringe mit mindestens zwei Verbindungsstegen verbunden sind. Dabei realisieren die Verbindungsstege eine feste Zu- und Anordnung des abgerundeten Leitrings zum kantigen Ring. Gleichzeitig weist der Spalt zwischen den Ringen einen ausreichend großen Durchlass zur Strömungsumlenkung durch die Leitelemente auf.
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Idealerweise weist mindestens eine konventionell gefertigte Komponente, insbesondere der Leitring, Gegenelemente zum Eingreifen von Elementen auf. Beispielweise können die Gegenelemente als zylindrische Vertiefungen ausgebildet sein, in die die stiftartigen Elemente der Leitelemente eingreifen und somit die Steckverbindung zwischen den Leitelementen und dem Leitring realisieren. Die Montage der hybriden Leiteinrichtung ist hierdurch besonders einfach und zeiteffizient umsetzbar.
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In einer alternativen Variante werden die generativ gefertigten Komponenten und die konventionell gefertigten Komponenten mit einer unlösbaren Verbindung, vorzugsweise einer Schweißverbindung, zu einer Leiteinrichtung gefügt. Eine solche Verbindung zeichnet sich durch ihre robuste und langlebige Ausführung aus.
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Beim Fügen werden zwei oder mehr feste Körper, die Fügeteile, mit geometrisch bestimmter Gestalt dauerhaft verbunden. Beim Schweißen entsteht eine unlösbare Verbindung von Leitelementen und dem Leitring unter Anwendung von Wärme und/oder Druck, mit oder ohne Schweißzusatzwerkstoffe. Die Zusatzwerkstoffe werden üblicherweise in Form von Stäben oder Drähten zugeführt, abgeschmolzen und erstarren in der Fuge zwischen den Fügepartnern, um so die Verbindung zu erzeugen. Das Schweißen zählt zu den stoffschlüssigen Verbindungsmethoden, wobei Verbindungen mit hoher Festigkeit erzeugt werden.
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Von besonders großem Vorteil ist die Fertigung auch von großen, hybriden Leiteinrichtungen mithilfe eines integrativen, additiven Fertigungsverfahrens. Dabei wird zunächst der einstückige Doppelring durch Urformen und/oder Zerspanen ausgebildet. Die Leitelemente werden mithilfe eines generativen Verfahrens erzeugt. Die hybride Leiteinrichtung wird durch das Zusammenstecken des Leitrings mit den Leitelementen fertiggestellt.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Aufbaumaterial zur Herstellung der Kontaktfläche zum strömenden Fluid des Leitelements um metallische Pulverteilchen. Bei einer Variante der Erfindung werden dazu eisenhaltige und/oder kobalthaltige Pulverpartikel eingesetzt. Diese können Zusätze wie beispielsweise Chrom, Molybdän oder Nickel enthalten.
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Erfindungsgemäß wird mindestens ein Leitelement der Leiteinrichtung in einem additiven Fertigungsverfahren gebildet. Die 3D-Form eines Leitelements ist in einer Software als Datensatz hinterlegt. An den Stellen, an denen das Leitelement ausgebildet werden soll, wirkt ein Roboterarm, der über Werkzeuge unterschiedlicher additiver Verfahren verfügt und bildet Schicht für Schicht die Kontaktfläche zum strömenden Medium und die stützende Gitterstruktur der Kontaktflächen aus. Vorteilhafterweise kann für jede Schicht nacheinander oder gleichzeitig der geeignete Aufbauprozess für jedes Aufbaumaterial ausgeführt werden, so dass ein komplexes Leitelement auch aus unterschiedlichen Werkstoffen entsteht, dessen Bereiche optimal an die Anforderungen des späteren Einsatzes angepasst sind.
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In einer Variante der Erfindung wird eine Gitterstruktur mit dem Schmelzschicht-Werkzeug des additiven Fertigungsverfahrens erzeugt, bei dem aus schmelzfähigem Kunststoff ein Raster von Punkten auf eine Fläche aufgetragen wird. Durch Extrudieren mittels einer Düse sowie einer anschließenden Erhärtung durch Abkühlung an der gewünschten Position wird ein tragfähiger Aufbau, insbesondere in Form eines Gitters und/oder in Form von Waben, erzeugt. Indem der stützende Bereich eines Leitelements hohlraumbildend mit besonders tragfähiger Struktur erzeugt wird, weist ein Leitelement eine enorme Festigkeit bei gleichzeitig sehr geringer Masse auf. Der Aufbau eines Leitelements erfolgt üblicherweise, indem wiederholt jeweils zeilenweise eine Arbeitsebene abgefahren und dann die Arbeitsebene stapelnd nach oben verschoben wird, sodass der stützende Bereich eines Leitelements entsteht.
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In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung wird die Kontaktfläche zum strömenden Fluid des Leitelements aus einem Aufbaumaterial durch aufeinanderfolgendes Schmelzen und Erstarren von Schichten mittels Strahlung hergestellt. Die unterschiedlichen Eigenschaften der Bereiche eines Leitelements werden dabei durch Variationen der Strahlung generiert. Durch gezielte Steuerung der lokalen Wärmeeinbringung wird bereits beim Aufbau des Leitelements eine Modifizierung der Werkstoffeigenschaften vorgenommen. Dadurch gelingt es, in einem Bereich des Leitelements Zonen und Gefüge unterschiedlicher Werkstoffzustände eines chemisch-homogenen Werkstoffs und damit unterschiedlicher Eigenschaften zu erzeugen.
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Der metallische Aufbauwerkstoff wird in Pulverform in einer dünnen Schicht auf eine Platte aufgebracht. Der pulverförmige Werkstoff wird mittels Strahlung an den jeweils gewünschten Stellen lokal vollständig aufgeschmolzen und bildet nach der Erstarrung eine feste Materialschicht. Anschließend wird diese Grundplatte um den Betrag einer Schichtdicke abgesenkt und es wird erneut Pulver aufgetragen. Dieser Zyklus wird solange wiederholt, bis alle Schichten hergestellt sind. Das fertige Leitelement wird vom überschüssigen Pulver gereinigt.
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Der hybride Aufbau der Leiteinrichtung ermöglicht besonders individuell gestaltbare Leiteinrichtungen. Dabei können Anpassungen der Leiteinrichtung, insbesondere der schaufelartigen Leitelemente, je nach Anforderungen der Kreiselpumpe durch die generative Fertigung berücksichtigt werden. Die teure Einzelanfertigung wird durch die vergleichsweise günstige, hybride Ausbildung aus konventionell und generativ gefertigten Komponenten deutlich preiswerter. Zudem können die generativ gefertigten Komponenten eine Form aufweisen, die einen höheren Pumpenwirkungsgrad erzielen kann und bisher nicht auf konventionelle Fertigungsweise erreicht werden konnte.
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Idealerweise verwendet man die Leiteinrichtung, die hybrid aus mindestens einer generativ gefertigten Komponente und mindestens einer konventionell gefertigten Komponente erzeugt wird, als Leiteinrichtung für eine Kreiselpumpe, insbesondere für eine mehrstufige Hochdruckpumpe. Dabei zeichnet sich die Leiteinrichtung durch hervorragende strömungsmechanische Eigenschaften aus.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst.
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Dabei zeigt:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer Leiteinrichtung,
- 2 eine schematische Darstellung eines Leitelements.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Leiteinrichtung 23. Die Leiteinrichtung 23 umfasst den einstückigen Doppelring 22, der sich aus dem abgerundeten Leitring 19, dem kantigen Ring 20 und den Verbindungsstegen 18 zusammensetzt. Der Leitring 19 weist Gegenelemente 21 auf, in die die in dieser Abbildung nicht dargestellten Elemente 24 eingreifen. Des Weiteren ist in 1 exemplarisch ein Leitelement 17 am Leitring 19 der Leiteinrichtung 23 angeordnet. Die erfindungsgemäße Leiteinrichtung 23 umfasst mehr als zwei, vorzugsweise mehr als drei, insbesondere mehr als vier, und/oder weniger als zwanzig, vorzugsweise weniger als achtzehn, insbesondere weniger als sechzehn, generativ gefertigte Leitelemente 17.
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Der kantige Ring 20 umgibt ein nicht dargestelltes Laufrad radial und fängt die Fluidentladung des Laufrades auf. Die Fluidströmung strömt durch die Lücke zwischen dem abgerundeten Leitring 19 und dem kantigen Ring 20 den Leitelementen 17 zu. Die Leitelemente 17 lenken die Fluidströmung durch ihre radial nach außen gekrümmte Form und den Formungen zur Strömungsführung 25 unter Drallreduzierung um. Dabei vermeiden die Leitelemente 17 durch ihre optimierte Strömungsform Wirbelbildungen sowie Strömungsablösungen und tragen somit zur Steigerung des Wirkungsgrades der Kreiselpumpe bei.
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Die Leiteinrichtung 23 ist ein hybrides Bauteil, das aus dem konventionell gefertigten einstückigen Doppelring 22 und dem generativ gefertigten Leitelement 17 zusammengesetzt wird. Somit vereint der hybride Aufbau der Leiteinrichtung 23 die Vorteile der jeweiligen Fertigungsverfahren zur Erreichung des optimalen Wirkungsgrades der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe.
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Das Leitelement 17 weist vorzugsweise eine erste, vordere Anformung 27 auf, die in Form einer aufnehmenden Schaufel die Laufradentladung aufnimmt, die durch den Spalt des konventionell gefertigten Doppelrings 22 auf die Leitelemente 17 trifft. Die aufnehmende Anformung 27 führt die Strömung besonders verlustarm einer zweiten Anformung 28 zu, die mit dem runden Ring 19 des Doppelrings 22 und den benachbarten Leitelementen 17 Durchflusskanäle bildet. Die Strömung wird mithilfe der Durchflusskanäle so umgelenkt, dass sie in Richtung des nachgeschalteten Laufrads fließt. Dabei passiert die Strömung bevorzugt eine hintere Anformung 30 des Leitelements 17, die eine abströmende Schaufelkontur aufweist. Diese abströmende Schaufelkontur ermöglicht ein besonders drall- und verlustfreies Ausströmen zur nächsten Pumpenstufe der mehrstufigen Kreiselpumpe.
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Die Formungen zur Strömungsführung 25 bestehen in diesem Ausführungsbeispiel aus der vorderen Anformung 27, der zweiten Anformung 28 und der hinteren Anformung 30.
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Diese Formungen zur Strömungsführung sind besonders filigran und mit äußerst feinen Krümmungsradien ausgeführt. Vorzugsweise weist das Leitelement 17 an den Verbindungsstellen Verstärkungsstreben 29 auf.
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2 zeigt eine schematische Darstellung des Leitelements 17, mit seiner radial nach außen gekrümmten Form. Das generativ gefertigte Leitelement 17 weist Formungen 25 zur verbesserten Strömungsführung und Dichtelemente 26 zum spaltfreien Anschluss an den nicht dargestellten Leitring 19 auf. Die Elemente 24 zum Eingreifen in die nicht dargestellten Gegenelemente 21 ermöglichen die gesteckte Ausführung der hybrid gestalteten Leiteinrichtung 23.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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