DE1061621B

DE1061621B - Kreiselpumpe

Info

Publication number: DE1061621B
Application number: DES49823A
Authority: DE
Original assignee: SFINDEX
Current assignee: SFINDEX
Priority date: 1955-08-03
Filing date: 1956-08-02
Publication date: 1959-07-16

Description

Kreiselpumpe Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe und kennzeichnet sich durch die kombinierte Anwendung eines zur Regelung der Fördermenge axial verschiebbaren Laufrades und eines festen, nicht verstellbaren Leitapparates, dessen einzelne Leitapparatkanäle in je einen Diffusor münden, von dessen Austrittsende das Fördergut in einen Druckstutzen geführt wird.
Es sind einerseits zum Zwecke der Fördermengenregelung im Kreiselpumpenbau axial verschiebbare Pumpenlaufräder bekannt. Weiterhin sind bekannt feststehende Leitapparate mit den Leitkanälen zugeordneten geraden Einzeldiffusoren. Durch die Erfindung werden diese an sich bekannten Maßnahmen kombiniert, wodurch bedeutende Vorteile erzielt werden. Insbesondere ist wichtig der Einfluß der Verschiebbarkeit des Laufrades in Kombination mit einzelnen Diffusoren auf die Leistungsaufnahme und den Wirkungsgrad. Bei Teilförderung und verschobenem Laufrad ist die Leistungsaufnahme kleiner.
Der durch diese neue Kombination an sich bekannter Mittel erzielte Fortschritt der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe besteht in einer starken Erhöhung des Pumpenwirkungsgrades, vor allem bei Teillast: Die Fördermenge der heute gebräuchlichen Pumpen wird praktisch fast in allen Fällen durch ein Drosselorgan in der Förderleitung reguliert. Daneben bestehen Konstruktionen, die durch drehbare Leitschaufeln 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 verlustlose 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) konstant bleiben. Dies hat eine Änderung der Durchflußgeschwindigkeiten und damit der Geschwindigkeitsdreiecke zur Folge. Bei den üblicherweise verwendeten Laufrädern mit Austrittswinkel ß2 < 90° (Winkel zwischen Relativgeschwindigkeit und negativer Umfangsgeschwindigkeit am Schaufelaustritt) bewirkt eine Verkleinerung der Fördermenge, da Umfangsgeschwindigkeit U2 und Schaufelwinkel ß2 konstant bleiben, eine Vergrößerung der Umfangskomponente V"2 der -,l"bsolutgeschwindigkeit V2 (s. Fig. 1).
Im gebräuchlichen Spiralgehäuse erfolgt die Umsetzung der kinetischen Energie in potentielle Energie durch Verzögerung der Geschwindigkeiten, und zwar für die Meridiankomponente T1,2 nach dem Kontinuitätssatz und für die Umfangskomponente VU2 nach dem Drallsatz. Die Umfangskomponente Vu2 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 Verhältnisse zur Um = Setzung von Vu2 ergeben. Bei Teillast stellt sich hin= gegen eine sehr schlechte Geschwindigkeitsverteilung ein, da die mittlere Durchflußgeschwindigkeit 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 Geschwindigkeitsgefälle einstellt, was eine gute Energieumsetzung im Diffusor - sei er in die Spirale selbst verlegt oder anschließend angeordnet - unmöglich macht. Dazu kommt noch, daß sich bei Abnahme der Fördermenge die spezifische Schaufelarbeit, bei senkrechter Zuströmung zum Laufrad, gegeben durch (wobei UZ die Umfangsgeschwindigkeit, Tlu, die Umfangskomponente der Absolutgeschwindigkeit, g die Erdbeschleunigung bedeutet), infolge der Zunahme von V112 vergrößert. Diese zusätzliche zu leistende Arbeit ist aber völlig nutzlos, da die entsprechende Förderhöhe nachträglich durch Drosselung wieder vernichtet wird.
Diese Nachteile der verbreiteten Kreiselpumpen lassen sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Pumpe beheben. Durch die Verschiebung des Laufrades bei Teillast verkleinert man die wirksame Austrittsfläche. Ideal wäre ein Laufrad, dessen meridionale Weite der Fördermenge angepaßt werden könnte. Ein ähnlicher Effekt entsteht durch die Verschiebung des Laufrades, indem sich gemäß Fig. 2 in der Zone A am Laufradaustritt ein toter Raum bildet. Die Arbeitsströmung beschränkt sich auf die noch freie Fläche des Radaustrittes, und das Austrittsgeschwindigkeitsdreieck bleibt für Teilfördermengen praktisch gleich wie für Vollast. Es tritt daher keine Vergrößerung der spezifischen Schaüfelarbeit auf. Die Umsetzung 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 Geschwindigkeitsverteilung schlecht sind.
Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion der Pumpe ist neben dem zur Regulierung axial verschiebbaren Laufrad ein Leitapparat vorhanden, dessen gegen das Laufrad offene Leitkanäle in einzelne Diffusoren übergehen. Vom Ende der Diffusoren wird die Förderflüssigkeit durch Überströmkanäle zum Druckstutzen geführt. Dabei sind die gegen das Laufrad offenen Leitkanäle so geformt, daß auch bei verschobenem Laufrad, d. h. bei Teillast, eine allmähliche Erweiterung der wirksamen Querschnitte erfolgt, so daß die Strömung schon in dieser Partie vor Eintritt in den Diffusor mit gutem Wirkungsgrad verzögert wird. Da das Fördergut auf sehr kurzem Weg in die strömungstechnisch günstigen Diffusoren gelangt, sind viel kleinere Reibungsverluste als bei einer Spiralgehäusepumpe vorhanden.
Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt somit, die spezifische Schaufelarbeit praktisch für den ganzen Arbeitsbereich konstant zu halten und die Reibungsverluste in der Leitvorrichtung bei guter Druckumsetzung zu senken.
Fig. 3 und 4 der Zeichnung zeigen Schnitte durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpe.
Das Laufrag 1 ist mit der Pumpenwelle 2 starr verbunden. Mit dem Axiallager 3 kann die Welle samt Laufrad axial verschoben werden, das feste Lager 4 führt die Welle nur radial. Das Fördergut wird durch den Saugkrümmer 5 angesaugt und vom Laufrad in den Leitapparat 6 gefördert. Dieser besteht aus den Einlaufkanälen 7, welche so geformt sind, daß bei Teillast (d. h. bei verschobenem Laufräd) ein gleichmäßiger Übergang der aktiven Querschnitte zum nachfolgenden Eintritt in die Diffusoren 8 entsteht. Die Energieumsetzung erfolgt durchweg in laufradnahen Teilen zum größten Teil im Diffusor B. Das Betriebsmedium wird mit hohem Druck und kleiner Geschwindigkeit durch die Umlenkkanäle 9 zum Druckstutzen 10 geführt. Der Winkel ;# zwischen der Pumpenachse und der in die Zeichenebene projizierten Laufradkanalachse 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 gemeinsamen Druckstutzen zusammenzuführen, könnten die Diffusoren auch einzeln oder gruppenweise an je eineDruckleitung angeschlos-. sen oder von einem Sammelspiralgehäuse umgeben werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Kreiselpumpe, gekennzeichnet durch die kombinierte Anwendung eines zur Regelung der Fördermenge in axialer Richtung verschiebbaren Laufrades (1) und eines festen, nicht verstellbaren Leitapparates (6), dessen einzelne Leitradkanäle in je einen Diffusor (8) münden, von dessen Aus-, trittsende das Fördergut in den Druckstutzen (10) geführt wird.
2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von allen Diffusoren (8) voneinander getrennte Umlenkkanäle (9) in einen gemeinsamen Druckstutzen (10) münden.
3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Einzeldiffusoren (8) gerade Linien sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 808 796, 534 347, 318 000, 115 430; österreichische Patentschrift Nr.33 130; schweizerische Patentschriften Nr. 306 143, 118 902, 99 116; britische Patentschrift Nr. 253 303.