DE2033711A1 - Verfahren zur Verbesserung der Saug fähigkeit von Zentrifugalpumpen sowie Pumpe zur Ausfuhrung des Verfahrens - Google Patents

Description

P.4458

Gebrüder Sulz er Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Verfahren zur Verbesserung der Saugfähigkeit von Zentrifugalpumpen sowie Pumpe zur Ausführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Saugfähigkeit von Zentrifugalpumpen sowie eine Pumpe zur Ausführung des Verfahrens.

Die Saugfähigkeit von Zentrifugalpumpen ist durch die Dampfspannung der geförderten Flüssigkeit begrenzt. Das macht sich insbesondere bei Pumpen zur Förderung von heissem Wasser, wie z.B. Kesselspeisepumpen oder Umwälzpumpen für Kernreaktoranlagen bemerkbar. So benötigen z.B. Kesselspeisepumpen verhältnismässig teure Vorschaltpumpen, um den Laufrädern der Speisepumpen das heisse Speisewasser mit einem ausreichenden Ueberdruck zuführen zu können. Wenn dieser Druck zu niedrig ist, entstehen Dampfblasen an gefährdeten Stellen der Pumpe, was eine Verschlechterung der Förderleistung der Pumpe und unter Umständen einen Unterbruch der Förderung zur Folge hat, abgesehen von den damit zusammenhängenden

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Kavitationsschäden. Diese Dampfblasen entstehen meistens an den vorderen Schaufelkanten und bei Pumpen mit radialen Laufrädern an der Aussenseite der Saugöffnung des Laufrades.

Die Erfindung hat die Schaffung eines.Verfahrens und einer Pumpe zum Ziel, welche eine Unterdrückung der Bildung von Dampfblasen an der Laufschaufeloberfläche und damit ^ eine Verbesserung der Saugfähigkeit gestatten, so dass z.B. bei Kesselspeisepumpen kleinere Vorschaltpumpen verwendet werden können oder vollständig entfallen können.

Das erfindungsgemässe Verfahren, durch welches dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Pumpe, in welchem die Gefahr einer Entstehung von Dampfblasen besteht, gekühlt wird.

Die Pumpe zur Ausführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass Kühlorgane zur Kühlung des Bereiches fc der Pumpe, in welchem die Gefahr der Entstehung von Dampfblasen entsteht, vorgesehen sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung.

Es zeigt:

Fig.1 eine Axialpumpe mit Kanalkühlung der Schaufeln,

Fig.2 eine Radialpumpe mit Filmkühlung,

Fig.3 einen Schnitt einer Pumpe mit der Kühlung der

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durch den gefährdeten Bereich strömenden Flüssigkeit,

Fig.A eine andere Ausführung der Pumpe nach der Fig.3, Fig.5 einen Teilschnitt einer vorderen Schaufelkante

' einer Schaufel mit Filmkühlung, Fig.6 einen der Fig.5 entsprechenden Teilschnitt einer

Schaufel mit Kanalkühlung, •Fig.7 einen Schnitt einer vorderen Schaufelkante,

bei welcher die für die Filmbildung erforder-• liehe Flüssigkeit durch poröses Material aus

dem Schaufelinnern nach aussen strömt und Fig.8 ein Schema der Schaltung einer erfindungsgemäss ausgebildeten Speisepumpe einer Kesselanlage.

Im vorliegenden Zusammenhang werden unter "Zentrifugalpumpen" alle Pumpen verstanden, welche von der geförderten Flüssigkeit umströmte Schaufeln haben, wie z.B. Axialpumpen, Radialpumpen und Diagonalpumpen. Für alle diese Pumpentypen gelten nämlich die gleichen Strömungsgesetze.

In der Fig.1 ist eine Axialpumpe dargestellt, die z.B. als Umwälzpumpe eines Siedewasserreaktors dienen kann. Die Pumpe ist mit einem rohrförmigen Gehäuse, einem Saugstutzen 2 und einem Lager 3 versehen, in welchem eine Antriebswelle gelagert ist, Am Ende der Antriebswelle A ist eine Nabe 5 eines Laufrades befestigt, welches Schaufeln 6 aufweist. In den Schaufeln 6 sind Kühlkanäle 7 ausgebildet. Die Kühlkanäle

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7 sind durch Bohrungen 8 und 9 in der Nabe 5 mit Bohrungen 10 und 11 im Ende der Welle 4 verbunden. Die Verbindung kann z.B. in der dargestellten Weise durch Umfangsnuten 12 erfolgen, Die Bohrungen 10 und 11 stehen ihrerseits mit Längsbohrungen 13, 14 in der Welle 4 in Verbindung, die in nicht dargestellter Weise an Leitungen für die Zufuhr und für die Ableitung eines Kühlmittels, z.B. einer Kühlflüssigkeit, angeschlossen sind.

Die Kanäle 7 können in der angeströmten vorderen Kante der Schaufel 6 z.B. nach der Fig.6 ausgebildet sein. Entsprechend der Darstellung in der Fig.6 sind die Kanäle 7 in der Oberfläche der Schaufel ausgefräst und mit aufgelöteten, metallischen Verschlussstreifen 15 abgedeckt»

Im Betrieb besteht die Gefahr einer Überschreitung des Dampfdruckes der Flüssigkeit und die Bildung von Dampfblasen G an gefährdeten Stellen, die z.B. die in der Fig.6 gestrichelt dargestellte Form haben können. Erfihdungsgemäss wird der Bildung derartiger Dampfblasen G dadurch entgegengewirkt, dass der Bereich, in welchem die Gefahr ihrer Bildung besteht, gekühlt wird. Zu diesem Zweck wird bei der Ausführung nach der Fig.1 durch die Bohrung 13 ein Kühlmittel, z.B. Wasser mit niedrigerer Temperatur als das geförderte Wasser, zugeführt. Das Kühlmittel strömt aus der Bohrung 13

durch die Bohrung 11 und die Bohrung 9 in die Kanäle 7 und

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wird durch die Bohrungen 8, 10 und 14 abgeleitet.

In der Fig.2 ist eine Radialpumpe, z.B. eine Speisepumpe einer Kesselanlage, dargestellt, die ein Pumpengehäuse 20 mit einem Saugstutzen 21, einem Gehäusedeekel 22 mit einer Wellendichtung 23, innere Gehäuseteile 24, 25, 26 sowie eine Welle 27 mit Laufrädern 28 und 29 aufweist. Es versteht sich, dass sich an das Laufrad 29 Laufräder weiterer Stufen anschliessen können, die jedoch normalerweise keiner Kühlung mehr benötigen. '

Die Wellendichtung 23 ist aus zwei Teilen ausgebildet, wobei sich zwischen beiden ein Raum 30 befindet, der an eine Zufuhrleitung 31 für das Kühlmittel angeschlossen ist. Der Raum 30 steht durch Bohrungen 32, die in einer"Schutzbüchse 33 der Welle 27 ausgebildet sind, mit einer Umfangsnut 34 der Welle 27 in Verbindung. Aus der Nut 34 führen radiale Bohrungen 35 in eine axiale Bohrung 36 der Welle Die axiale Bohrung 36 steht durch eine radiale Bohrung 37 mit einer Umfangsnut 38 des ersten Laufrades 28 in Verbindung.

Wie aus der Fig.2 ersichtlich ist, sind in den angeströmten vorderen Kanten der Schaufeln des Laufrades 28 Bohrungen 39 ausgebildet, die sich an die Umfangsnut 38 anschliessen. Von den Bohrungen 39 führen Bohrungen 40 nach aussen«

In der Flg.5 ist ein Schnitt einer vorderen Schaufelkante dargestellt, aus welchem ersichtlich ist, wie die Boh-

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rungen 39 und 49 ausgebildet sein können. In dieser Figur sind noch weitere Bohrungen 41 dargestellt, welche nach hinten in den durch Dampfblasenbildung gefährdeten Bereich führen.

Bei der Ausführung nach den Fig.2 und 5 ist das Kühlmittel vorzugsweise die gleiche Flüssigkeit wie die geförderte Flüssigkeit, jedoch mit niedrigerer Temperatur. So kann z.B. bei einer Kesselspeisepumpe das durch die Leitung 31 und die Bohrungen 35, 36, 37 der Bohrung 39 zugeführte Kühlmittel Speisewasser mit einer niedrigeren Temperatur sein, als es durch die Pumpe gefördert wird.

Bei dieser Ausführung wird das Kühlmittel auf die Weise mit der geförderten Flüssigkeit vermischt, dass es durch die Bohrungen 40 und 41 aus der Schaufel nach aussen austritt uid in der Form eines in der Fig.5 durch Pfeile angedeuteten Flüssigkeitsfilmes entlang der Oberfläche der Schaufel strömt, bevor es mit der geförderten Flüssigkeit vermischt wird. Auf diese Weise kann ebenfalls eine Kühlung des durch die Bildung von Gasblasen gefährdeten Bereiches erhalten werden.

In der Fig.7 ist eine andere Möglichkeit der Ausführung der erfindungsgemässen Pumpe dargestellt, bei welcher eine FilmkUhlung.durch das Kühlmittel vorliegt». Bei der Aus-

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führung nach der Fig.7 erfolgt die Ausströmung des den Kühlmittelfilm bildenden Kühlmittels durch Poren von Sintermateriäl, aus welchem die vordere Kante der Schaufel besteht. Das Sintermaterial kann eine Leiste 42 bilden, welche sich entlang mindestens eines Teiles der vorderen Kante der Schaufel erstreckt und welche mit einer Bohrung 39' versehen ist, die der Bohrung 39 entspricht undzur Zufuhr des Kühlmittels dient.

In den Fig.3 und 4 sind Pumpen dargestellt, bei welchen nicht, wie in den vorherigen Fällen, die Kühlung entlang der vorderen Kanten der Schaufeln erfolgt, sondern aus feststehenden Quellen die äusseren Umfangsbereiehe der Strömung gekühlt werden. Bei Radialpumpen, wie sie in den Fig.3 und 4 dargestellt sind, befinden sich nämlich die durch Dampfblasenbildung gefährdeten Bereiche hauptsächlich am äusseren Umfang des Eingangsquerschnittes des Laufrades. In der Fig.3 ist eine derartige Dampfblase G dargestellt.

Bei der Ausführung nach der Fig.3 ist die Pumpe, die ein Gehäuse 50 und ein Laufrad 51 aufweist, an der dem Eingangsstutzen 52 zugewandten Seite des Laufrades 51 mit einer Labyrinthdichtung 53 und einem Drosselring 54 versehen. Der zwischen der Labyrinthdichtung 53 und dem Drosselring 54 befindliche Raum 55 ist durch einen Kanal 56 mit einer nicht dargestellten Quelle des Kühlmittels verbunden. Das Kühlmittel, das auch in diesem Falle vorzugsweise die gleiche

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geförderte Flüssigkeit, jedoch mit niedrigerer Temperatur ist, strömt aus dem Raum 55 am Drosselring 54 vorbei -und wird von der durch die Pumpe geförderten Strömung mitg-erissen. Dabei bewegt sich das Kühlmittel filmartig entlang der äusseren Wand des Kanales des Laufrades und kühlt den Bereich, in welchem die Gefahr der Bildung der Dampfblase G besteht.

Die Ausführung nach der Fig.4 unterscheidet sich von ψ der Ausführung nach der Fig.3 einzig dadurch, dass die Zufuhr des Kühlmittels durch am Umfang verteilte Kanäle 60 erfolgt, die in einem Saugstutzen 61 ausgebildet sind. Es entfällt in diesem Falle die Notwendigkeit der Bildung von zwei Dichtungen bzw. einer Dichtung und einer Drosselstelle an der vorderen Seite des Laufrades 51' der Pumpe. Auch in diesem Falle erfolgt durch das zugeführte Kühlmittel eine Kühlung des äusseren Bereiches der Saugöffnung des Laufrades, welcher dem gefährdeten Bereich G aus der Fig.3 entspricht.

) In der Fig.8 ist eine Schaltung einer erfindungs-

gemäss ausgebildeten Speisepumpe in einer Kesselähläge dargestellt. Die Speisepumpe kann z.B. nach der Fig.2 ausgebildet sein, wobei ihrem Laufrad der ersten Stufe kühlendes Medium zugeführt wird. Entsprechend der Darstellung in der Fig.8 erhält die Speisepumpe 100 Speisewasser aus einem Speisewasserbehälter 101, welchem das Speisewasser durch eine Kondensatpumpe 102 zugeführt wird. Zwischen der Kondensatpumpe 102 und dem Speisewasserbehälter befindet sich ein Niederdruckvorwärmer 103. Die Speisepumpe 100 fördert das Speisewasser durch

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einen Hochdruckvorwärmer 104 in einen Dampfkessel 105, in welchem das Wasser verdampft und überhitzt wird. Aus dem Dampfkessel gelangt der Dampf in eine Turbine 106, in welcher er entspannt wird und schliesslich in einen Kondensator 107. Das im Kondensator 107 gebildete Kondensat fördert die Kondensatpumpe 102 in den Speisewasserbehälter zurück.

Entsprechend der Darstellung in der Fig.8 ist von einer die Kondensatpumpe 102 mit dem Speisewasserbehälter 101 verbindenden Kondensatleitung 108 eine Leitung 109 abgezweigt, und zwar vor dem Niederdruckvorwärmer 103. Die Leitung 109 führt somit kühles Kondensat, das zur Kühlung der ersten Stufe der Speisepumpe in der im Zusammenhang mit der Fig.2 beschriebenen Weise verwendet werden kann. Falls eine Schaufelkühluhg nach den Fig.1 bzw. 6 vorgesehen sein sollte, kann eine Leitung 110 zur Rückführung des erwärmten Kühlmittels verwendet werden, die in die Kondensatleitung vor der Kondensatpumpe 102 mündet. Diese Leitung ist in der Fig«8 strichpunktiert dargestellt.

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Claims (13)

1. - to -

   Patentansprüche

   ( 1.!Verfahren zur Verbesserung der Saugfähigkeit von V-—s

   Zentrifugalpumpen, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Pumpe, in welchem die Gefahr einer Entstehung von Dampfblasen besteht, gekühlt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der im gefährdeten Bereich befindlichen Schaufeln gekühlt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Schaufeln von innen gekühlt werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung durch eine Strömungsschicht eines kühlenden Mediums entlang der Oberfläche der Schaufel erfolgt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durch den gefährdeten Bereich strömende geförderte Medium gekühlt wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des geförderten Mediums durch Beimischung eines kühlenden Mediums erfolgt.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung das gleiche Medium wie das geförderte Medium, jedoch mit einer niedrigeren Temperatur, verwendet wird.

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8. 8". Rumpe zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlorgane zur Kühlung des Bereiches der Pumpe, in welchem die Gefahr der Entstehung von Dampfblasen besteht, vorgesehen sind.
9. 9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln der Pumpe mit Kanälen für die Zufuhr eines Kühlmittels versehen sind.
10. 10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schaufeln Kühlkanäle ausgebildet sind, die an die Kanäle für die Zufuhr des Kühlmittels sowie an besondere Kanäle für die Ableitung von verbrauchtem Kühlmittel angeschlossen sind.
11. 11. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle für die Zufuhr des Kühlmittels mit nach aussen in den zu kühlenden Bereich der Förderströmung mündenden Austrittskanälen verbunden sind.
12. 12. Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittskanäle durch Schaufelbereiche aus porösem Material gebildet sind.
13. 13. Pumpe nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch im Pumpengehäuse angeordnete feststehende Organe für die Einführung eines Kühlmediums in das geförderte Medium in den Bereich, in welchem die Gefahr der Entstehung von Dampfblasen besteht.

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