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Anordnung zur Wirkungsgraderhöhung von Kreiselpumpen mit niedriger
Eingangsdrehzahl Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Wirkungsgraderhöhung
von Kreiselpumpen mit niedriger Eingangsdrehzahl mit Verringerung der Radscheibenreibung
durch eine@Abwandlung von Laufrad und Leitapparat bzw. Spiralgehäuse.
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Es ist bekannt, dass der Wirkungsgrad von Pumpen mit niedriger Eingangsdrehzahl
vorwiegend durch die Radecheibenreibungsverluste nach oben hin begrenzt ist. Es
wurde bereits durch theoretische Berechnungen, aber auch durch praktische Versuchsergebnisse
nachgewiesen, dass jedes Verfahren, durch welches die Radsche ibenreibungsverluste
herabgesetzt werden können, zu einer Wirkungsgraderhöhung führt. Eine Verringerung
der Radscheibenreibungsverluste ist dabei in der Regel gleichbedeutend mit der Verkleinerung
des Außendurchmessers des
laufrades.
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Bei der Auslegung bzw. Dimensionierung von Pumpen soll allgemein
ein vorgegebener Förderstrom Q auf eine Förderhöhe H verwirklicht werden, wobei
dies bei einer Drehzahl n erreicht werden kann. Eine Erhöhung der Drehzahl ist allgemein
durch die bei höheren Drehzahlen einsetzende Saugfähigkeitsabnahme nicht möglich,
wobei dies darüber hinaus noch zwischen durch den Antriebsmotor bedingten Grenzen
liegt.
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Falls die beabsichtigte Anzahl der zu verwendenden Pumpen stufen durch
eine feder Dimensionierung vorausgegangene Erwägung bereits festgelegt wurde, so
gilt für die Eingangsdrehzahl nq von einer einzelnen Stufe die Beziehung: nq = n.Q1/2
H-3/4, d.h. eine Dimensionierung kann mit der Ermittlung des obigen Wertes begonnen
werden. Dies ist deshalb möglich, da man bereits frühzeitig erkannt hat, dass Pumpen
verschiedener Größen einander geometrisch ähnlich sind. Durch die Eingangsdrehzahl
nq werden einerseits das Durchmesserverhältnis #2/D1 , andererseits jedoch das Breitenverhältnis
b2/D2 des Laufrades bestimmt, wobei D1 die Eintrittsabmessung des Laufrades, D2@
die Austrittsabmessung des Laufrades, und b2 die Innenbreite des Laufrades am Austritt
sind.
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Bei durch das gewöhnliche, bekannte Dimensionierungsverfahren ausgelegten
Pumpen von gewöhnlichen Abmessungen itiasen das Laufrad ued-der Leitapparat oder
Spiralgehäuse jeweils gesondert, d.h. einzeln entworfen werden. Im Zuge der Konstruktionßarbeit
kann eine Pumpe konstruiert werden, welche das Maximum ihres Wirkungsgrades in der-Nähe
des Entwurfspunktes bei vorgegebenem Q und H erreicht. Dieses Wirkungsgradmaximum
kann bei Verwendung der sogenannten Standard-Wirkungsgradfelder als Funktion des
jeweiligen
Hydrauliktypes, d.h. der Eingangsdrehzahl nq. bzw. der
Größe der Pumpe, so z.B. des Förderstromes Q oder der Abmessung d von einem der
Stutzen, als eine Kurvenschar dargestellt werden.
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Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist,durch Bestimmung des Durchmessers
und der Breite des Laufrades bei vorgegebenen Q, H und n, sowie bei unverändert
gehaltenem Eintrittsdurchmesser D1,ein Laufrad, einen Leitapparat oder ein Spiralgehäuse
zu entwickeln, durch welche eine Wirkungsgraderhöhung von Ereiselpumpen mit niedriger
Eingangsdrehzahl ermöglicht wird.
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Das obige Ziel wird erfindungsgemäß durch eine Ereiselpumpe mit niedriger
Eingangsdrehzahl gelöst, deren Laufrad auf die Eingangsdrehzahl nq eines durch das
bekannte Dimensionierungsverfahren für einen bestimmten gegebenen..
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Arbeitspunkt ermittelten Laufrades bezogen einen um 3...7 % verkleinerten
Durchmesser, und eine um 10...50 % erweiterte Austrittsbreite aufweist, wobei sie
bei unverandert gehaltenen Durchflussquerschnitten der einzelnen Kanäle einen Leitapparat
oder ein Spiralgehäuse mit einem der Laufraddurchmesserverkleinerung entsprechend
um den-gleichen Betrag verkleinerten Grundkraisdurchmesser besitzt.
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In dem niedrigen Eingangsdrehzahlbereich, wo nq < 35, ist infolge
der Wirkung der Radscheibenreibung ein steiler Abfall des Standard-Wirkungsgrades
zu verzichnen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Pumpe, die
in ihrem Arbeitspunkt von maximalem Wirkungsgrad eine höhere Eingangsdrehzahl besitzt,
entlang ihrer Drosselkurve auch einen Arbeftspunkt von niedrigerem nq erreicht,
bei welchem ihr Wirkungsgrad immer noch höher als derjenige einer für diesen Arbeitspunkt
ausgelegten Pumpe liegt.
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(Eim Pumpe durchläuft nämlich entlang ihrer Drosselkurve vom Sperrpunkt
bis zum Leerlaufpunkt sämtliche n -Werte.) @@@@@ d@r vorliegenden Erfindung wird
die obige Eigenschaft
zur Bestimmung einer Pumpenlaufradhauptabmessung
dadurch verwendet, dass bei gegebenen Q@ H- und n-Werten eines Dimensionierungspunktes
der Pumpe ein Laufrad, Leitapparat oder Spiralgehäuse ermittelt werden, welche im
gegebenen Dimensionierungspunkt den maximal erreichbaren Wirkungsgrad ergeben, während
dieser Punkt der Drosselkurve nicht mit dem Betriebspunkt von höchstem Wirkungsgrad
der Pumpe zusammenfalt. Dies ergibt sich dadurch, dass zwar der Leitapparat für
den Durchfluss eines Nennförderstromes Q ausgelegt wird, das Laufrad hingegen auf
einen gegenüber dem Nennförderstrom höheren Förderstrom, zugleich jedoch eine kleinere
Förderhöhe dimensionert wird.
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Die Erfindung wird nachstehend an einem Äusführungsbeispiel anhand
von Zeichnungen ausführlich beschrieben. In den Zeichnungen sind: Fig. 1 eine Gegenüberstellung
der Drosselkurven und der Wirkungsgradverläufe von Einstufenpumpen nach dem alten
Verfahren und erfindungsgemäß - dimensioniert, Fig. 2 eine Gegenüberstellung von
skizzenhaften Hauptschnitten durch eine nach dem bekannten Verfahren dimensionierte,
sowie eine erfindunga-@ gemäße Pumpe nach Fig. 1, Fig. 3 Korrektionskurven für die
erfindungsgemäße Bestimmung der Laufradhauptabmessung, und Fig. 4 eine bereichartige
Darstellung der gewöhnlichen Hauptmessungen und der nach Fig. 3~korrigierten Abmessungen
in der Funktion von ng.
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Am Vergleichdiagramm der Drosselkurven und der Wirkungsgradverläufe
für eine erfindungsgemäß ausgebildete und eine nach dem bekannten Verfahren dimensionierte
Pumpe (Fig. 1) stellen die mit Vollinie gezeichreten Kurven die Drosselkurve 1 und
den Wirkungsgradver@auf 2 für eine nach dem bekannten Verfahren ausgelegte Pumpe,
wGhrend die Strich--Punktlinien die Drosselkurve 3 sowie den Wirkungsgradverlauf
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für eine erfindungsgemäß ausgelegte Pumpe dar. Es kann hierbei festgestellt werden,
dass die erfindungsgemäße Pumpe im Dimensionierungspunkt P gegenüber dem ursprünglichen
Wirkungsgradwert A einen höheren Wirkungsgrad B aufweist, während jedoch die betreffende
Pump in einem Bereich zwischen den Punkten B und a auch noch höhere Wirkungsgradwerte
erreicht.
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Aus der Darstellung eines Ausführungsbeispieles (Fig.
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2) geht-hervor, dass anstelle des ursprunglichen Laufrades 5, - welches
einen grösseren Durchmesser D2 besitzt, jedoch schmäler ist - erfindungsgemäß ein
breiteres Laufrad 6 mit einem kleineren Durchmesser D2> verwendet werden kann.
Hierbei sind die Durchflussquerschnitte des Spiralgehäuses unverändert gehlieben,
es ist Jedoch der Grundkreis des Spiralgehäuses 7 entsprechend dem verkleinerten
Durchmesser des Laufrades 6 kleiner geworden, wodurch sich ein breiter ausgebildetes
Spiralgehäuse 8 ergibt.
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Bei den nach dem bekannten Verfahren ermittelten Pumpenhauptabmessungen
D2 und b2 werden erfindungsgemäß Korrektionen verwendet. (Fig. 3) Diese Korrektionen
liefern Berechnungswerte a D bzw. # b in der Funktion der 7>2 Eingangsdrehzahl
nq, wobei der neue korrigierte Laufraddurchmesser aus der Beziehung D2' = D2(1 -
##), während die neue, korrigierte Schaufelbreite aus der Beziehung b2' = b2(l +
b @ ermittelt werden können.
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In Fällen, wo die 3estimmungsfunktionen für die Laufradhauptabmessungen
für den Konstrukteur nicht bakannt bzw.
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zugänglich sind, lassen die in der Funktion von nq dargestellten gewöhnlichen
Hauptabmessungen, sowie die Korrektionen
in Form von Bereichen (Fig.
4) erkennen, dass sich die Erfindung auf Laufräder bezieht, deren Abmessung im Bereich
9 liegt.
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Im Vergleichsdiagramm für erfindungsgemäß und für nach dem bekannten
Dimensionierungsverfahren hergestellten Pumpen (Fig. 4) stellen der Bereich 9 die
erfindungsgemäßen Werte, die Kurve 10 diejenige nach dem Verfahren von Gradewald
(Pumpen und Verdichter Informstion 1966/1), während der Bereich 11 die inerte nach
einer Theorie von Ausländer (Konstruktion, 1958 p. 4070) dar. Hieraus kann festgestellt
werden, dass der die erfindungsgemäßen Werte beinhaltende Bereich 9 infolge der
erfindungsgemäßen Korrektion oberhalb der Kurve 10 und des Bereiches 11 liegt.
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Die wichtigsten Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung können wie
folgt zusammengefaßt werden: - Durch die erfindungsgemäße Abwandlung von Laufrad
und Leitapparat bzw. Spiralgehäuse wird im Dimensionierungspunkt ein dem ursprünglichen
Wirkungsgradwert gegenüber höherer Wirkungsgrad erzielt.
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- Durch Verkleinerung des Laufraddurchmessers können Pumpen mit kleineren
Baumaßen ausgebildet werden.
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- Das Betriebsverhalten der Pumpe wird ausgeglichener.
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Durch das in seinem Arbeitspunkt von maximalem Wirkungsgrad für eine
höhere Eingangsdrehzahl ausgelegte Laufrad kann eine steiler verlaufende Kennlinie
erzielt werden. Dies bedH deutet, dass die Tangente (- ) der Kennlinie der urdQ
sprünglichen gegenüber einen höheren Wert aufweist, wobei dieser Wert im Dimensionierungspunkt
keineswegs Null oder negativ werden kann.