DE19830185A1 - Einlaufbauwerk für Pumpanlagen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einlaufbauwerk gedeckter oder offener Bauart mit darin angeordneten Pumpen, wobei zwecks Einsparung von Ausschachtungs- und Betonierungsarbeiten das Fundament des Einlaufbauwerkes auf wesentlich höherem Niveau angeordnet ist. Lediglich am Aufstellort der Pumpen mit ihren Einlaufdüsen ist in der Fundamentplatte ein oder mehrere Vertiefungen angeordnet, in die die ersten Laufräder der Pumpen abgesenkt angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einlaufbauwerk gedeckter oder offener Bauart mit ein oder mehreren darin angeordneten, halbaxial oder axial durchströmten Pumpen, zur Verwendung in Kraftwerksanlagen und/oder in Anlagen der Wasserwirt­ schaftstechnik, wobei eine Einlaufdüse einer Pumpe in einer Einlaufkammer unter Beibehaltung eines Bodenabstandes angeordnet ist.

Solche Einlaufbauwerk finden häufig bei Pumpenanlagen Verwendung, bei denen große Mengen zu fördern sind. Beispielsweise bei Kraftwerksanlagen oder Anlagen zur Be- oder Entwässerung großer Landstriche müssen solche Einlaufbauwerke bestimmten Bedingungen entsprechen, um den an sie gestellten Forderungen gerecht zu werden. In dem Aufsatz "Einfluß von Kühlverfahren und Zulaufbedingungen auf die Bauart von Kühlwasserpumpen für Wärmekraftwerke", von A. Migod und H. Siekmann, KSB Technische Berichte, Nr. 17, 1977, Seiten 25 bis 45, ist die Problematik solcher Einlaufbauwerke ausführlich beschrieben.

Die US-A-1 476 210 zeigt verschiedene konstruktive Ausbildungen solcher Einlaufbauwerke mit darin installierten Pumpen. Daraus wird deutlich, daß bei der Herstellung von solchen Anlagen den Bauwerkskosten eine hohe Bedeutung zu kommt. Die Herstellungskosten eines solchen Bauwerkes können die reinen Kosten einer Pumpe problemlos übersteigen.

Die DE-B-21 37 637 beschreibt die hydraulischen Probleme der in solchen Bauwerken notwendigerweise installierten Einlaufkammern. Durch den Einbau einer Leitwand soll eine optimierte Zuströmung zur Einlaufdüse einer Pumpe erlangt werden. Dies ist notwendig, da in einem Einlaufbauwerk überwiegend mehrere Einlaufkammern angeordnet sind. In Abhängigkeit von den Einschaltzuständen der Pumpen und den Zulaufbedingungen zu den Einlaufkammern ergeben sich daher häufig Zuströmverhältnisse, die nachteilige Wirkungen auf das Saugverhalten ausüben können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, für solche Einlaufbauwerke mit einer Vielzahl von Pumpen- und Einlaufkammern eine Optimierung der baulichen Maßnahmen unter gleichzeitiger Verbesserung der Zuströmbedingungen zu erreichen.

Die Lösung dieses Problems erfolgt mit den Merkmalen von Anspruch 1.

Durch die Anordnung der Pumpe mit ihrer Einlaufdüse und/oder einem Teil ihres Gehäuses in der Vertiefung wird sichergestellt, daß ein an die Einlaufdüse angrenzendes erste Pumpenlaufrad im Einlaufbauwerk an einer tiefsten Stelle angeordnet ist. Durch die Anordnung der Einlaufdüse in einer Vertiefung der Bodenfläche des Einlaufbauwerkes kann dessen gesamter Bauaufwand entscheidend verringert werden. Ausschachtungsarbeiten und Fundamente für das Einlaufbauwerk und die Einlaufkammern müssen nicht mehr die Tiefe aufweisen, die bisher notwendig war. Gleiches gilt für Zulaufrinnen oder Kanäle, mit denen ein zu förderndes Medium der Pumpe zugeführt wurde. Statt dessen ist in einfacher Weise am Aufstellort einer solchen Pumpe, für das Bauwerk eine tiefste Stelle nur noch im Bereich der Einlaufdüse vorgesehen. Damit taucht jede Einlaufdüse von solchen Pumpen gewissermaßen in einen Schacht ein, dessen Oberkante gleichzeitig die Unterkante eines das Fördermedium heranführenden Beckens oder Kanales ist.

Durch die Anordnung der Pumpeneinlaufdüse in einer solchen Vertiefung ergibt sich der zusätzliche Vorteil von verbesserten Zulaufbedingungen zum ersten Laufrad einer solchen Pumpe. Die in üblichen Einlaufbauwerken aufgrund der Vielzahl der Kanäle, Einlaufkammern und Verzweigungen vorherrschenden Verwirbelungen werden kompensiert durch den gerichteten Zustrom zwischen der Vertiefung und dem darin befindlichen Pumpenteil.

Da das Fördermedium durch die Zuströmung zwischen der Wandfläche der Vertiefung oder des Schachtes und dem darin befindlichen Pumpenteil besser geführt ist, werden die problematischen Zuströmbedingungen in den bekannten Einlaufkammern kompensiert.

Weiterhin können im Durchmesser kleinere Pumpen mit höheren Drehzahlen Verwendung finden. Das dafür notwendige höhere NPSH wird in einfachster Weise durch kostengünstige Herstellung der lokalen Vertiefung geschaffen, womit letztendlich die Kosten für Pumpe und Antrieb als auch die Bauwerkskosten um ein Vielfaches reduziert werden.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Pumpe ein- oder mehrstufiger Bauart ist. Damit ist in einfacher Weise eine Anpassung an die jeweiligen Anlagen und deren Förderbedingungen möglich. Der Zuströmquerschnitt zwischen der Vertiefung und dem darin befindlichen Pumpenteil mit Einlaufdüse sowie die Länge der Vertiefung wird so groß bemessen, daß die Pumpe sowohl kavitationsfrei betrieben werden kann, als auch im Sinne eines hohen Wirkungsgrades die Verluste so gering wie möglich gehalten werden.

Für Ent- oder Bewässerungszwecke und große Kühlwassermengen finden häufig einstufige Spiralgehäusepumpen mit aufwendigen Betonspiralen Verwendung. Diese Bauart weist einen geringen Höhenunterschied zwischen Eintrittsniveau und Austrittsniveau auf, ist jedoch in der Herstellung wesentlich aufwendiger. Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird der gravierende Vorteil erreicht, daß in einfachster Weise mit sehr geringen bauseitigen Kosten eine metallische Pumpe, beispielsweise eine Rohrgehäusepumpe oder eine Tauchmotorpumpe mit Förderschacht, auf dem Gebiet der Spiralgehäusepumpen Verwendung finden kann. Durch die einfache Vertiefung, in die hinein die Saugdüse eines ersten Laufrades abgesenkt wird, kann die übrige Bauwerkstiefe des Einlaufbauwerkes wesentlich geringer ausfallen. Damit lassen sich in erheblichem Maße Ausschachtungsarbeiten, Sicherungs- und Abstützungsarbeiten sowie Betonierungskosten einsparen.

Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich durch die damit mögliche andere konstruktive Ausbildung von solchen Bauwerken. Die bisher notwendig gewesenen großräumigen Einlauf- und Zulaufbauwerke sowie die ein geringes Gefälle aufweisenden langen Zulauf- oder Verbindungskanäle lassen sich in ihrem Bauvolumen ebenfalls reduzieren. Es genügt am jeweiligen Ort, an dem ein zu förderndes Medium anfällt, die Anordnung einer entsprechend tiefen Saugstelle für die Pumpe zu schaffen, um es mit Hilfe einfacher Druckleitungen wieder an den jeweiligen Bestimmungsort zu fördern.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen im Übergang zwischen der Einlaufkammer und der Öffnung der Vertiefung einen strömungsgünstigen Übergang vor. Damit wird bei einer Strömungsumlenkung die Entstehung von ungünstigen Wirbeln vermieden. Auch kann in Abhängigkeit von der Länge der Pumpe diese in der Vertiefung freischwebend oder unter Zwischenschaltung von Stützelementen angeordnet sein. Dies ist abhängig von der jeweiligen Einbausituation sowie von den Anlagenverhältnissen.

Auch sind innerhalb der Vertiefung ein oder mehrere strömungsführende Leitelemente angeordnet, mit deren Hilfe das Kavitationsverhalten beeinflußt wird.

Gemäß anderen Ausgestaltungen der Erfindung besteht die Vertiefung aus aus ganz oder teilweise vorgefertigten Bauteilen. Dies können Betonfertigteile oder für solche Zwecke einsetzbare vorgefertigte handelsübliche Bauteile sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines üblichen Einlaufbauwerkes, die

Fig. 2 ein Einlaufbauwerk mit Vertiefungen zur Aufnahme von Pumpen und die

Fig. 3-7 verschiedene Ausführungsformen der Vertiefungen und/oder Schächte.

In der Fig. 1 ist in schematischer Darstellung ein Einlaufbauwerk 1 gezeigt, in dem eine Pumpe 2 angeordnet ist, die ein zu förderndes Medium aus einem Einlaufbecken 3 entnimmt. Das Einlaufbecken 3 bildet in dem Einlaufbauwerk 1 üblicherweise den tiefsten Punkt von dessen Fundament 4. Dem Einlaufbecken oder der Einlaufkammer 3 fließt ein Fördermedium durch offene oder geschlossene Kanäle 5 zu, wobei es aus einem Fluß, See oder Becken 6 entnommen werden kann. Eine auch für die Fig. 1 und Fig. 2 geltende Bezugslinie A symbolisiert den Anfang der Kanäle 5 des Einlaufbauwerkes 1. Hiervon ausgehend wird in Fig. 2 die Reduzierung der Baulänge des Einlaufbauwerkes deutlich.

Um die für den sicheren, kavitationsfreien Pumpenbetrieb notwendige Überdeckung H zu gewährleisten und auch um die entsprechenden Fördermengen bereitzustellen, weisen die Einlaufbecken 3 der Fig. 1 eine entsprechende Größe und Tiefe auf. Dies erfordert einen sehr hohen Aufwand bei der Ausschachtung, der Betonierung und Fundamentierung des gesamten Einlaufbauwerkes 1 mit den zugehörigen Kanälen 5.

Demgegenüber ist aus der Fig. 2 ersichtlich, daß das Einlaufbecken 3 für die Pumpe 2 sehr flach angelegt ist. Gegenüber der bisherigen Bauweise gemäß Fig. 1 kann das Fundament 4 nun bei gleicher Überdeckung H wesentlich weniger tief angeordnet werden, wodurch der bauseitige Aufwand geringer wird. Lediglich im Bereich einer Pumpe 2 weist das Einlaufbauwerk 1 eine lokale Vertiefung 7 für die Absenkung des ersten Laufrades auf. Diese Vertiefung 7, die die Form eines Schachtes aufweist, ist in einfacher Weise bei der Herstellung eines Einlaufbauwerkes 1 zu errichten. Ihre Abmessungen sind so gewählt, daß die Zuströmung zur Pumpe nicht beeinträchtigt wird.

Ausgehend von dem in Fig. 1 und 2 gezeigten niedrigsten Wasserstand sind die Fundamenttiefen B1 und B2 des Einlaufbauwerkes 1 dargestellt. In Fig. 2 wird deutlich, daß die Fundamenttiefe B2 für das Fundament 4 wesentlich geringeren bauseitigen Bearbeitungsaufwand bei gleichen Pumpenleistungen erfordert. Lediglich im Bereich des Aufstellortes der Pumpe ist eine lokale Vertiefung erforderlich. Die Vertiefung 7 ist mit üblichen vorgefertigten Bauelementen mit sehr geringen Ausschachtungs- und Fundamentierungsaufwand herstellbar. Am Aufstellort der Pumpe, insbesondere am Ort von deren ersten Laufrad, ist die lokale Vertiefung 7 dem Pumpendurchmesser angepaßt. Die Vertiefung ist in einfacher Weise mit dem wesentlich weniger tief gründenden Fundament 4 des Einlaufbauwerkes 1 verbunden. Gegenüber den bekannten Ausführungsformen entfällt der Aufwand, der bisher für die Ausschachtung und Herstellung der großräumigen Einlaufbecken 3 notwendig war. Eine weitere Einsparung an Bauaufwand läßt sich dadurch erreichen, daß die Pumpen näher an demjenigen Ort aufgestellt werden, von dem aus das Medium gefördert werden muß.

Die Fig. 3 zeigt in vergrößerter Darstellung eine Einlaufkammer analog Fig. 2. Ausgehend von dem gegenüber Fig. 1 wesentlich höher angeordneten Fundament 4 eines neuen Einlaufbauwerkes weist die Einlaufkammer 3 im Bereich des ersten Laufrades 2.1 der Pumpe 2 eine Vertiefung 7 auf. Eine an der Pumpe 2 angeordnete Einlaufdüse 8 ist mit Abstand zum Boden 9 dieser Vertiefung 7 angeordnet, der zwecks besserer Strömungsführung einen üblichen Einlaufkegel 10 aufweist. Somit läßt sich das Fundament 4 des Einlaufbauwerkes 1 auf wesentlich höherem Niveau anordnen und nur im Bereich der ersten Pumpenlaufräder ist jeweils eine einfach herzustellende lokale Vertiefung 7 auszuschachten und zu betonieren.

Die Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine Einlaufkammer gemäß Fig. 3. In dem Einlaufbecken 3 sind hier zwei nebeneinander angeordnete Pumpen 2 gezeigt, es können jedoch auch mehr oder weniger Pumpen Anwendung finden. Die von dem auf einem höheren Bezugsniveau des Fundamentes 4 liegende Bodenfläche der Einlaufkammer 3 verfügt im Bereich des Aufstellortes der Pumpen 2 nur über lokal angeordnete Vertiefungen oder Schächte 7. Das mit Hilfe der Pfeile dargestellte Fördermedium fließt auf höherem Niveau in die Einlaufkammer 3 und strömt dann von oben in die Vertiefungen 7 ein. Am Boden der Vertiefung wird das Fördermedium umgelenkt und strömt durch die Einlaufdüse 8 in die Pumpe 2 ein und fließt entgegen der Zulaufrichtung ab. Durch die Wahl der Länge der Vertiefung 7 kann der für eine sichere Förderung des Mediums notwendige Höhenunterschied in Form der Überdeckung H des Fördermediums gewährleistet werden. Somit ist in einfacher Weise ein kavitationsfreier Pumpenbetrieb möglich. Zwecks besserer Strömungsführung ist an der Öffnung der Vertiefung 7 ein strömungsgünstiger Übergang 13 ausgebildet.

Die Ausführungsform der Fig. 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform der Fig. 4 dadurch, daß hier die Pumpen 2 und deren zugehörigen Vertiefungen 7 in Zuströmrichtung des Fördermediums hintereinander angeordnet sind.

Die Ausführungsform der Fig. 6 weist gegenüber der Ausführungsform der Fig. 3 einen Zuführungskanal 5 und ein Einlaufbecken 3 in gedeckter Ausführung auf. Auch sind in der Vertiefung 7 verschiedene Leitelemente 10, 11 gezeigt, mit deren Hilfe eine Strömungsbeeinflussung möglich ist. Für diejenigen Einbausituationen, bei denen aufgrund der Abmessungen mit Schwingungen zu rechnen ist, kann die Pumpe 2 durch Stützelemente 12 gegenüber der Vertiefung 7 oder darin befindlichen Einbauten 10, 11 abgestützt werden.

In der Fig. 7 sind in einer Draufsicht verschiedene, ineinander angeordnete Querschnittsformen von mehreren möglichen Vertiefungen 7 gezeigt. Aus Gründen der einfachen Herstellbarkeit wird eine Querschnittsform Anwendung finden, die in einfacher Weise erstellt werden kann und gute Strömungs­ verhältnisse aufweist. Bei Verwendung einer quadratischen oder rechteckigen bzw. runden Querschnittsform können gegebenenfalls vorgefertigte Betonbauteile Verwendung finden, wie sie im Rohrleitungsbau üblich sind. Eine solche Maßnahme reduziert die Herstellungskosten eines Einlaufbauwerkes ebenfalls um ein erhebliches Maß.

Claims (6)

1. Einlaufbauwerk gedeckter oder offener Bauart mit ein oder mehreren darin angeordneten, halbaxial oder axial durchströmten Rohrgehäusepumpen wobei ein erstes Laufrad an einer tiefsten Zulaufstelle angeordnet ist, zur Verwendung in Kraftwerksanlagen und/oder in Anlagen der Wasser­ wirtschaftstechnik, wobei ein Pumpeneinlauf in einer Einlaufkammer unter Beibehaltung eines Bodenabstandes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpeneinlauf und/oder ein erstes Laufrad (2.1) einer Pumpe (2) in einer Vertiefung (7) angeordnet ist und daß die Vertiefung (7) im Fundament (4) des Einlaufbauwerkes (1) angeordnet ist.

2. Einlaufbauwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Einlaufkammer (3) und der Öffnung der Vertiefung (7) ein strömungs­ günstiger Übergang (13) angeordnet ist.

3. Einlaufbauwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (2, 2.1) in der Vertiefung (7) freischwebend angeordnet ist.

4. Einlaufbauwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Vertiefung (7) und Pumpe (2, 2.1) Stützelemente (12) angeordnet sind.

5. Einlaufbauwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vertiefung (7) ein oder mehrere strömungsführende Leitelemente (10,11) angeordnet sind.

6. Einlaufbauwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ganz oder teilweise vorgefertigte Bauteile die Vertiefung (7) bilden.