DE2262883C2

DE2262883C2 - Zentrifugalpumpe

Info

Publication number: DE2262883C2
Application number: DE2262883A
Authority: DE
Inventors: Donald Yates Cincinnati Ohio Davis
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-12-29
Filing date: 1972-12-22
Publication date: 1983-07-28
Also published as: US3784318A; CA962894A; BE793550A; JPS5542277B2; NL7217857A; FR2167163A5; IL40881A; DE2262883A1; IL40881A0; CH547956A; GB1412150A; IT973131B; SE388251B; JPS4881107A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifugalpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Zentrifugalpumpe ist aus der CH-PS 1 33 892 bekannt. Sie weist die anhand von Fig. 1 geschilderten Nachteile auf.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Zentrifugalpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die über dem gesamten Betriebsbereich einen kleinen Temperaturen- «> stieg aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch I gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein großer Förderdruck über dem vollen Betriebsbereich der Pumpe erhalten wird.

Hierdurch wird in Verbindung mit dem kleinen Temperaturanstieg des Fördermediums auf Grund des kleinen Leistungsverlustes bei kleinen Fördermengen eine Zentrifugalpumpe erhalten, die in vielen Bereichen benutzbar ist die bisher für unzweckmäßig gehalten wurden. Die Zentrifugalpumpe gemäß der Erfindung besitzt darüber hinaus einen einfachen und leicht zu fertigenden Aufbau und die Möglichkeit einen stabilen Pumpbetrieb bei kleinen Fördermengen zu erreichen.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert

F i g. 1 ist ein Längsschnitt in dem gewisse Teile weggelassen sind und der eine in bekannter Weise aufgebaute Zentrifugalpumpe zeigt

Fig.2 ist ein vergrößerter Teilschnitt von einer Zentrifugalpumpe, die eine erfindungsgemäß aufgebaute Pumpe zeigt

Fig.3 ist ein Querschnitt in dem gewisse Teile weggelassen sind und die Pumpe gemäß Fig.2 zeigt wobei sich der mit Schlitzen versehene Ringschieber in einer seiner Betriebsstellungen befindet

F i g. 4 ist eine perspektivische Ansicht des geschlitzten Ringschiebers gemäß den F i g. 2 und 3.

F i g. 5 ist eine graphische Darstellung und zeigt die Förderleistung der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Pumpen.

In F i g. 1 ist eine in bekannter Weise ausgeführte Zentrifugalpumpe mit der Bezugszahl 10 versehen. Die Pumpe 10 hat einen axialen Einlaß 12, ein Laufrad 14, das zahlreiche Laufradschaufeln 16 aufweist, und ein Gehäuse 18 umfaß:, das einen Auslaß 20 bildet der die Austrittsenden der Laufradschaufeln 16 umgibt. Ein feststehendes Leitrad 22 umgibt den Auslaß 20 und weist an seinem Einlaß eine Vielzahl von Leitschaufeln 24 auf. Jedes Paar der Leitschaufein 24 begrenzt einen Leitkanal 26 von einem Ringraum 27 zu dem Auslaß 20. Das Laufrad 14 sitzt auf einer Welle 28, die in Lagern 30 geführt ist

Es ist ferner bekannt, die Zentrifugalpumpe 10 mit einem Ringschieber 32 zu vergehen, Je'· die Förderpumpe drosselt, dadurch, daß alle Leitkanäle 26 am Eintritt teilweise geschlossen werden. Der Ringschieber 32 hat die Form eines hohlen Zylinders, der zwischen dem Auslaß 20 und den Leitschaufeln 24 angeordnet ist, wie es in F i g. 1 gezeigt ist. Der Zylinder 34 ist mit irgendeinem Betätigungsmechanismus versehen, wie z. B. einem Kolben 36, der mit einem Ende des Zylinders 34 einstückig ausgebildet ist. Der Kolben 36 ist in einer Kammer 38 angeordnet die über Öffnungen 40 bzw. 42 mit einem Servomittel gespeist wird.

Im Betrieb wird das Fördermedium der Zentrifugalpumpe 10 am Einlaß 12 zugeführt, während die Welle 28 und das Laufrad 14 durch einen geeigneten Antrieb angetrieben werden, der nicht dargestellt ist. Durch die Laufradschaufeln 16 wird auf das Fördermedium eingewirkt und dieses wird durch den Auslaß 20 hindurch gefördert. Das Fördermedium tritt dann durch die Leitkanäle 26 des Leitrads 22 hindurch, wo dessen Staudruck in statischen Druck umgewandelt wird. Von dem Leitrad 22 wird das Fördermedium in den Ringraum 27 geleitet

Wenn die maximal mögliche Menge der Pumpe 10 gefördert werden soll, wird dem pumpenseitigen Ende des Kolbens 36 durch die Öffnung 42 genügend Servomittcl zugeführt, um den Zylinder 34 vollständig aus dem Bereich der Leitkanäle 26 zu bringen.

Wenn die Betriebsverhältnisse eine kleinere Fördermenge erfordern, wird Servomittel durch die Öffnung 40

hindurch zum pumpenabgewandten Ende des Kolbens 3R geleitet, um diesen teilweise in den Auslaß 20 zu schieben. Indem somit die Fördermenge gedrosselt wird, können die Leistungsverluste bei geringer Strömung wesentlich reduziert und der mit den Leistungsverlusten verbundene Temperaturanstieg des Fördermediums herabgesetzt werden. Durch die Teilblockierung jedes der Leitkanäle 26 wird jedoch der Wirkungsgrad des Leitrads 22 vermindert, woraus ein beträchtlicher Abfall des Förderdrucks bei großen ι ο Fördermengen resultiert. Dieser Nachteil bei der Verwendung dieses Ringschiebers ist graphisch durch die gestrichelten Kurven in Fig.5 gezeigt. Wie dort gezeigt ist, vermindert, wenn der Prozentsatz der Nennfördermenge abnimmt, die teilweise Schließung ts der Leitkanäle 26 die Wellenleistung, wobei der Prozentsatz des Nennförderdrucks bei kleinen Prozentsätzen der Nennfördermenge stark abfällt

Es wird nun anhand der Fig. 2 bis 4 das erfindungsgemäße Prinzip beschrieben, um den Tempe- -° raturanstieg des Strömungsmittels zu vermindern, während über dem gesamten Betriebsbereich einer Pumpe 10' nahezu der Nennförderdruck beibehalten wird. Der Grundaufbau der Pumpe 10' bleibt gegenüber dem vorstehend Beschriebenen unverändert. Das bedeutet, daß auch die Pumpe 10' einen Einlaß 12, ein Laufrad 14, ein Leitrad 22, zahlreiche Leitschaufeln 24, die die Leitkanäle 26 begrenzen, und einen Ringraum 27 aufweist. Der Hauptunterschied zwischen der Pumpe 10, die in Verbindung mit F i g. 1 beschrieben wurde, und der verbesserten Pumpe 10', die in den Fig.2 bis 4 gezeigt ist liegt in der Tatsache, daß der Ringschieber 50 der Pumpe 10' geschlitzt ist

Der Ringschieber 50, der am deutlichsten in Fig.4 gezeigt ist, besteht aus einem Zylinder 52, in dem zahlreiche. Schlitze 54, 56 und 58 verschiedener Länge angeordnet sind. Der Zylinder 52 ist ferner mit einem Kolbenteil 60 dargestellt, der dem Kolben 36 in Fig. 1 ähnlich ist und der mit dem Zylinder 52 einstückig ausgebildet oder in irgendeiner bekannten Weise mit diesem verbunden sein kann.

Jeder der Schlitze 54—58 beginnt an dem dem Kolben 60 gegenüberliegenden Ende des Zylinders 52 und erstreckt sich in axialer Richtung auf den Kolben 60. Die Schlitze 54—58 weisen eine etwa gleiche Breite aber verschiedene axiale Längen auf, wobei die Schlitze 54 die kürzesten und die Schlitze 58 die längsten sind, wie es in F i g. 4 dargestellt ist.

Die Schlitze 54—58 sind um den Umfang des Zylinders 52 herum im Abstand und in der Weise >" angeordnet, daß jeder der Schlitze zwischen einem der Leitkanäle 26 und den Spitzen der Laufradschaufeln 16 liegt. Diese Anordnung ist in der perspektivischen Ansicht gemäß F i g. 4 gezeigt. Da zwölf Leitkanälc 26 und nur acht Schlitze 54—58 vorhanden sind, gibt es vier " massive Abschnitte des Zylinders 52, die allgemein mit der Bezugszahl 59 versehen sind und die vier der Leitkanäle 26 absperren, sobald der Ringschieber 50 in eine erste Betriebsstellung innerhalb des Auslasses 20 geschoben ist. Der Zylinder 52 ist zwar in der Weise dargestellt, daß er insgesamt acht Schlitze von zwei verschiedenen Längen aufweist, Selbstverständlich hängt aber die Gesamtzahl der Schlitze und deren Bemessung von der Zahl der Leitkanäle und der Gestaltung der Zentrifugalpumpe ab, was aus der⁶⁵ folgenden Beschreibung des Betriebes der Zentrifugalpumpe 10' deutlich worde'i wird.

Dsr Grundbetrieb clef Pumpe 10' ist identisch mit

³⁵ dem Betrieb der Pumpe 10, d.h. es wird das Fördermedium durch den Einlaß 12 vom Laufrad 14 radial nach außen gefördert Das Fördermedium strömt dann durch den Auslaß 20 zu den Leitkanälen 26, wo sein Staudruck in statischen Druck umgewandelt wird. Dann gelangt das Fördermedium in den Ringraum 27.

Wenn die Pumpe 10' nahe ihrer Nennfördermenge arbeitet, wird der Ringschieber 50 in einer wirkungslosen Stellung gehalten, so daß alle Leitkanäle vollständig offen sind, und Fördermedium von dem Auslaß 20 zum Ringraum 27 leiten. Wenn die Fördermenge vermindert werden soll, wird der Ringschieber 50 axial in eine-erste Betriebsstellung zwischen den Enden der Laufradschaufeln 16 und den Leitschaufeln 24 geschoben. Der Ringschieber 50 wird in dieser ersten Stellung angehalten, in der jeder der Schlitze 54, 56 und 58 zwischen den Enden der Laufradschaufeln 16 und einem der Leitkanäle 26 liegt Da acht Schlitze gegenüber den zwölf Leitkanälen 26 angeordnet sind, bleiben auf diese Weise acht der Kanäle 26 vollständig offen, während die übrigen vier Leitkanäle 26 durch den massiven Teil 59 des Zylinders 52 vollständig geschienen sind. In dieser Weise arbeiten die acht vollständig geö^neten Leitkanäle 26 optimal, während die übrigen vier Kanäle außer Betrieb sind. Das bedeutet daß die acht Diffusoreinlaßkanäle 26 weiterhin nahe ihrem Wirkungsgradoptimum arbeiten, im Gegensatz zum Aufbau gemäß F i g. 1, bei dem jeder der Leitkanäle teilweise geschlossen wird, wodurch eine Drosselung hervorgerufen wird und infolgedessen Verluste im Leitrad entstehen.

Wenn die Fördermenge weiter vermindert werden soll, wird der Ringschieber 50 weiter nach links in eine zweite Stellung geschoben, in der sich die Schlitze 54 nicht mehr zwischen dem Laufradaußenumfang und den Leitschaufeln 24 befinden. Das heißt, daß der Ringschieber 50 in eine zweite Betriebsstellung gebracht wird, in der derjenige Teil des Zylinders 52, der die Schlitze 54 enthält, in einer Ringnut 62 liegt (siehe F i g. 2), die in dem Gehäuse 18 ausgebildet ist In dieser Stellung sind nur die Schlitze 56 und 58 zwischen dem Laufrad M und den Leitschaufeln 24 angeordnet und somit sind nur vier von den Leitkanälen 26 vollständig offen, während die übrigen acht vollständig geschlossen sind. Die vier völlig offenen Kanäle 26 arbeiten weiterhin nahe ihrem Wirkungsgradoptimum. Die Wellenleistung der Pumpe ist dabei wesentlich reduziert. F i g. 3 ist ein Schnitt der Pumpe, in der sich der Ringschieber 50 in dieser zweiten Stellung befindet. Wie in diesem Schnitt deutlich gezeigt ist, lassen die Schlitze 56 und 58 das Fördermedium vom Laufrad 14 zu vier der Leitkanäle 26 durch, während die übrigen acht Kanäle vollständig geschlossen sind.

Wenn die Fördesmenge weiter vermindert werden soll, wird der Ringschieber 50 in axialer Richtung in eine dritte Betriebsstellung bewegt, in der nur die Schlitze 58 zwischen dem Laufrad 14 und den Leitschaufeln 24 liegen. In dieser Stellung nehmen nur zwei der Leitkanäle 26 Fördermedium von dem Laüfvad 14 auf, während die übrigen zehn Kanäle vollständig gesperrt sind.

Die Förderleistung der Pumpe, die gemäß den F i g. 2—4 ausgebildet ist, ist in F i g. 5 in ausgezogenen Linien dargestellt. Wie dort gezeigt ist, besteht die Wirkung des geschlitzten Ringschiebers darin, den Wirkungsgrad bei kleinen Fördermengtn zu vergrößern, während der Nennförderdruck nahezu beibehalten wird. Das bedeutet, daß die Wellenleistungskurven für die vollständig offenen und die drei alternativen Stellungen des Ringschiebers identisch sind mit

denjenigen für die Zentrifugalpumpe 10. Die Q-H-Kmven zeigen jedoch, daß der Prozentsatz des Nennförderdrucks eher noch zunimmt, wenn die Anzahl der offenen Leitkanäle 26 abnimmt, was im Gegensatz steht zu den gestrichelten <?-//-Kurven, die erheblich kleinere Förderdriicke für die Pumpe 10 gemäß Fig. 1 bei niedrigen Prozentsätzen der Nennfördermenge zeigen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

.1 Patentansprüche:

1. Zentrifugalpumpe mit einem Laufrad zur Förderung eines Fördermediums durch ein Leitrad, das zahlreiche feststehende Leitschaufeln aufweist, die zwischen sich Leitkanäle begrenzen, und einem Ringschieber, der zwischen dem Laufrad und dem Leitrad angeordnet und zwischen einer Ruhestellung und wenigstens einer Betriebsstellung verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, _m daß der Ringschieber (50) in seinen Betriebsstellungen einige der Einlasse zu den einzelnen Leitkanälen (26) vollständig verschließt und die übrigen Einlasse vollständig geöffnet hält.

2. Zentrifugalpumpe nach Anspruch l_r dadurch _!3 gekennzeichnet, daß der Ringschieber (50) einen Hohlzylinder (52) aufweist

3. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (52) zahlreiche darin angeordnete und axial verlaufende Schlitze (5*. 56, 58) aufweist, die durch massive Abschnitte (59) des Zylinders (52) getrennt sind.

4. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schlitze (54, 56, 58) gegenüber dem Einlaß von einem der Leitkanäle (26) angeordnet ist

5. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Schlitze eine unterschiedliche axiale Länge gegenüber den übrigen Schlitzen aufweist.

6. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringschieber (50) eine Betätigungsvorrichtung zur Bewegung des Zylinders (52) zwischen seinen Betriebs- und Ruhestellungen aufweist

7. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung einen Kolben (60), der von dem einen Ende des Zylinders (52) ausgeht, eine Kammer (38) zur Aufnahme des Kolbens (60) und Öffnungen (40, 42) zur Zuführung von Servomittel zu entgegengesetzten Seiten des Kolbens (60) umfaßt.

8. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (54, 56, 58) von demjenigen Ende des Zylinders (52) ausgehen, das dem Ende gegenüberliegt, welches den Kolben (60) aufweist, und daß sich die Schlitze (54, 56, 58) in Richtung auf den Kolben (60) erstrecken.