DE235916C

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Publication number: DE235916C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 59*. GRUPPE

G.LUTHER, AKT-GES. in BRAUNSCHWEIG.

Leitrad für Kreiselpumpen. Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. Januar 1910 ab.

Um bei Kreisel- und ähnlichen Pumpen einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, werden meist Leiträder mit feststehenden Schaufeln verwendet, die das aus dem Laufrad mit hoher Geschwindigkeit austretende Wasser aufnehmen. Durch Verlangsamung der Geschwindigkeit in den allmählich sich erweiternden Leitkanälen wird diese Geschwindigkeit dann in Druck umgesetzt. Das Leitrad muß dabei so geformt ■ ίο sein, daß es das aus dem Laufrad in fast tangentialer Richtung austretende Wasser bei mehrstufigen Pumpen dem nächsten Laufrad zuführt.

Die bis jetzt am meisten gebräuchlichen Leitapparate lenken den tangential gerichteten Wasserstrom radial nach außen ab, wobei der Krümmungsradius für diese Ablenkung sowie die Anzahl der Leitkanäle groß gewählt werden müssen, um beträchtliche Verluste durch den Richtungswechsel zu vermeiden bzw. um eine genügende Führung für den gekrümmten Wasserstrom zu erhalten. Diese Konstruktion führt zu einem sehr großen Gehäusedurchmesser und zu scharf gekrümmten, sehr zahl-.

reichen Leitkanälen, die am Anfang relativ geringe Querschnitte besitzen, wodurch das mit • hoher Geschwindigkeit durchströmende Wasser beträchtliche Reibungswiderstände zu überwinden hat.

Um diese Ubelstände zu vermeiden, hat man Kreiselpumpen konstruiert, bei welchen die Leitkanäle in einem gemeinsamen Ringraum zusammentreffen. Hierbei treffen die Wasserströme in schräger Richtung, stoßend auf die im Ringraum mit einer anderen Geschwindigkeit kreisende Flüssigkeit, wodurch bedeutende Wirbelbildungen und Geschwindigkeitsverluste entstehen.

Die ferner getroffene Anordnung schraubenförmig zur nächsten Stufe gewundener zahlreicher Leitkanäle besitzt wieder den Nachteil, daß scharfe Krümmungen der Leitkanäle an den . Stellen höchster Wassergeschwindigkeit, und daß kleine Kanalquerschnitte und infolgedessen große Reibungsverluste vorhanden sind, während die Kanäle selbst schwer herzustellen sind, weil sie sich nicht bearbeiten lassen; der Gehäusedurchmesser bleibt dabei immer noch ein beträchtlicher, und die Leitkanäle können nur verhältnismäßig kurz gehalten werden, wenn man nicht zahlreiche übereinander liegende komplizierte Gußkerne in den Kauf nehmen will. Da aber die Geschwindigkeit in den Leitkanälen sehr stark abnehmen muß (ζ. Β. bei 1450 Umdrehungen und 300 mm Laufraddurchmesser von etwa 20 m auf etwa 2 m herabgehen muß), so muß der Querschnitt des Leitkanales entsprechend zunehmen (z. B. bis auf den zehnfachen Querschnitt), und bei derartigen Querschnittszunahmen müssen die Leitkanäle eine genügende Länge besitzen, wenn die Geschwindigkeit in ihnen mit gutem Wirkungsgrad in Druck umgesetzt werden soll. Bei den schraubenförmig eingegossenen Leitkanälen läßt sich außerdem der Leitapparat nicht aus einem anderen Material, z. B. Bronze, herstellen.

Es gibt auch Konstruktionen, bei denen das aus dem Laufrad austretende Wasser in einem einzigen Leitkanal zur nächsten Stufe geführt wird. Bei dieser Ausführung geht das Wasser in einem einzigen Strom von außen her nach dem Einlauf des nächsten Rades. Daselbst

wird die Strömungsrichtung insofern ungünstig beeinflußt, als der bis dahin geschlossene Wasser-Strom an der Welle einen Widerstand in seiner Bewegungsrichtung findet, indem er durch die Welle geteilt wird, worauf die beiden Ströme bei ihrem Zusammentreffen einen Wirbel bilden. Hierdurch wird der Wasserstrom, der auf dem kürzeren Wege in das Laufrad gelangt, mit einer größeren Geschwindigkeit in das nächste

ίο Laufrad eintreten als der restliche Teil. Außerdem entsteht beim Eintritt in das nächste Laufrad ein ungünstiger Wirbel, welcher durch die Form des schneckenartig nach innen führenden Leitkanales bedingt ist. Die Gesell windigkeit und Bewegungsrichtung des Wassers beim Eintritt in das nächste Laufrad ist also nicht auf allen Punkten des . Eintrittsumf anges die gleiche; die Geschwindigkeit ist vielmehr verschieden und die Bewegung ist nicht radial gerichtet. Da aber die Schaufelung am Eintritt eines Laufrades nur für eine einzige Geschwindigkeit und eine genau bekannte (vorteilhaft radiale) Bewegungsrichtung ausgeführt werden kann, so sind bei dieser Konstruktion am Laufradeintritt Wirbelbildungen und Effektverluste unvermeidlich. Außerdem ist die Wasserführung bei nur einem Kanal eine ungenügende, der Leitkanal läßt sich zufolge seiner schneckenförmigen Gestalt in seinem Anfangsteil nicht bearbeiten und der Gehäusedurchmesser und das Gewicht der Pumpe sind beträchtlich.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf ein Leitrad für ein- oder mehrstufige Kreiselpumpen, bei welchem sich der Anfangsteil der Kanäle, in dem die Geschwindigkeit noch groß ist, - bequem bearbeiten läßt und das ferner mindestens zwei Kanäle mit sehr großem Querschnitt besitzt, aber nicht mehr

. als vier Kanäle zu erhalten braucht. Diese Kanäle besitzen einen entsprechend großen Querschnitt und einen großen Krümmungsradius und dabei keinerlei plötzliche Richtungswechsel. Die Leitkanäle geben dem Wasserstrom bei ganz allmählicher Quer-' schnittszunahme eine sehr gute Führung, die Länge der Kanäle kann genau im Verhältnis zur Geschwindigkeitsabnahme hergestellt werden, und das Wasser wird vom ganzen Umfang her radial nach innen zum nächsten Laufrad geführt, so daß es daselbst an allen Punkten des. Laufrades mit der gleichen Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung eintritt. Diese Anordnung besitzt ferner die Eigenschaft, daß sie den kleinsten Gehäusedurchmesser unter allen bis jetzt bekannten Konstruktionen dieser Art ergibt, keinerlei Gußschwierigkeiten bietet, und daß das Leitrad erforderlichenfalls auch aus einem anderen Material (wie Bronze) hergestellt und in das Gehäuse eingesetzt werden kann.

Der kleinere Gehäusedurchmesser hat den Vorteil,' daß für den auftretenden Wasserdruck eine kleinere Wandstärke gewählt werden kann, wodurch sich das Gewicht und die Materialkosten wesentlich verringern, und daß bei kleineren Drehdurchmessern auch die Bearbeitungskosten geringer werden.

Der Hauptzweck der neuen Einrichtung liegt in der Erzielung eines besseren Wirkungsgrades des Leitrades, und hierfür kommt bei der vorliegenden Konstruktion als maßgebend in Betracht: 1. daß die Leitkanäle in ihrem Anfang, wo die Wassergeschwindigkeit eine große ist, bearbeitet werden können; 2. daß man sie möglichst schlank und ohne scharfe Krümmungen verlaufen lassen, 3. die Querschnitte der Leitkanäle gleichmäßig zunehmen lassen kann und 4. den Weg, welchen das Wasser in den Leitkanälen zurückzulegen hat, nicht langer zu machen braucht, als für eine günstige Umsetzung der Geschwindigkeit in Druck notwendig ist, aber auch nicht kürzer zu machen hat.

In den Zeichnungen stellt Fig. i- einen Schnitt in der Längsrichtung einer dreistufigen Pumpe nach einer durch die Achse der Welle gelegten Vertikalebene dar.

Fig. 2 zeigt die Abwicklung eines Schnittes, welcher in der Form eines Zylindermantels in der Richtung H-H (Fig. i) in gleichbleibendem Abstand vom Wellenmittel geführt gedacht ist, und zwar wird in Fig. 2 diese Abwicklung Von einem der Stufengehäuse gezeigt.

Fig. 3 ist die Ansicht eines der Stufengehäuse, wobei die vor demselben bzw. vor der Linie ^4-5-C in Fig. 1 liegenden Teile weggenommen sind. Durch die Punkte 1, 2, 3 ... 12 sind die Punkte des Zylinderschnittes angegeben, welcher in Fig. 2 in der Abwicklung dargestellt ist.

Fig. 4 ist ein Schnitt durch das Laufrad nach der Linie D-E in Fig. 1, wobei gleichzeitig jene Teile des Stufengehäuses im Schnitt dargestellt sind, welche durch die durch D-E gelegte Schnittebene getroffen werden.

Fig. 5 ist ein Schnitt durch das Stufengehäus'e nach der Linie F-G in Fig. 1.

Das Wasser tritt am Umfang des Laufrades mit gleichmäßiger Geschwindigkeit aus und strömt in das Leitrad ein (am Punkt α in Fig. 3). Bei weiterer Drehung des Laufrades strömt gleichmäßig ein weiteres Wasserquantuni hinzu, zu dessen Aufnahme das Leitrad in den Punkten b, c, d, β sich nach außen hin gleichmäßig erweitert, wenn es eine konstante Breite besitzt. Die äußere Begrenzungslinie des Leitrades ergibt sich hiernach als eine archimedische Spirale. Dieses erste Stück des Leitkanales liegt vorteilhaft in der Ebene des Laufrades und umgibt das letztere auf jenem Teil seines Umfanges, welcher ungefähr eier Anzahl der Leitkanäle entspricht, (also z. B. bei drei Ka- ; nälen auf ^x/₃ des Umfanges). Dieses Spiralen-

stück kann, wenn drei bis vier Leitkanäle an dem Umfang angeordnet werden, mit vollkommen genügender Genauigkeit durch Kreisbögen ersetzt werden, so daß die Leitkanäle auf der Drehbank oder auf der Rundfräsmaschine bequem bearbeitet werden können, sobald sie auf der Strecke α bis e rechteckigen Querschnitt erhalten.

Wenn sich auch bei Anwendung von fünf

ίο oder mehr Kanälen die Spirale durch Kreisbogen ersetzen ließe, so werden doch bei einer größeren Kanalanzahl die Kanalquerschnitte kleiner, also die Reibungswiderstände größer, der Guß wird komplizierter und die Kosten für die Bearbeitung werden höher, so daß keine Veranlassung vorliegt, mehr als höchstens vier Kanäle auch bei großen Pumpen anzuwenden.

Am Punkt e hat der Leitkanal seinen vollen Anfangsquerschnitt erreicht, und es beginnt hier die Querschnittsvergrößerung. Der Kanal war bisher auf der einen Stirnseite durch das Gehäuse der benachbarten Stufe abgeschlossen, vom Punkt e ab geht er jedoch allmählich seitwärts zu dem Raum zwischen den beiden Laufrädern, wobei gleichzeitig die allmähliche Querschnittsvergrößerung des K an al es beginnt, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Diese Querschnittsvergrößerung kann ganz nach dem Ermessen des Konstrukteurs auf eine beliebig lange oder kurze Strecke ausgedehnt werden. In Fig. 5 sind die letzten Teile g, h der Leitkanäle dargestellt, deren Verlauf in der Ebene des Raumes vor der nächsten Stufe bzw. vor dem Auslaß erfolgt, und in welchen das Wasser bereits auf eine geringe Geschwindigkeit gekommen ist. Aus jedem der einzelnen Leitkanäle gelangt das Wasser über einen der Anzahl der Kanäle entsprechenden Teil des Umfanges nach innen zur nächsten Saugöffnung bzw. zur Auslaßöffnung.

Nun erfolgt der Eintritt in das nächste Laufrad auf dem ganzen Umfang gleichmäßig und mit gleicher Bewegungsrichtung, und es lassen sich, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, erforderlichenfalls Zwischenschaufeln, anbringen, welche dem Wasser, falls dies gewünscht wird, eine radiale Richtung beim Eintritt in das nächste Laufrad geben können.

Aus den Fig. 3, 4 und 5 ersieht man den gleichmäßigen Verlauf des 'Wassers in den Leitkanälen und. die allmähliche Krümmung der Leitkanäle, wobei der Krümmungsradius ungefähr gleich dem inneren Gehäuseradius ist. Man sieht ferner, daß keine schroffen Richtungswechsel und nur ganz allmähliche. Querschnittsvergrößerungen vorhanden sind, und daß alle Flüssigkeitsteile mit der gleichen Richtung und Geschwindigkeit in das nächst e Laufrad gelangen.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei der vorliegenden Anordnung dadurch, daß mit Leichtigkeit mit ein und derselben Pumpe derartige Veränderungen vorgenommen werden können, daß die Liefermenge bei sonst gleichen . Verhältnissen verschieden wird. Bekanntlich führt man ein und dasselbe Laufrad mit verschiedener Breite aus, je nachdem es mehr oder weniger liefern soll. Infolgedessen muß auch der Leitapparat bei jeder Ausführung der Liefermenge entsprechend eine andere Breite erhalten. Sehr umständlich ist es, wenn bei ein und demselben Pumpenmodell bei verschiedenen Liefermengen, also bei verschiedenen Laufradbreiteiij auch verschiedene Baulängen der Stufengehäuse und damit der ganzen Pumpe entstehen, weil für jede Ausführung eine andere Situationszeichnung infolge der geänderten Baulänge erforderlich wird. Bei der vorliegenden Anordnung bleibt die Wellenlänge für alle Laufradbreiten dieselbe. Die verschiedenen Breiten der Leitkanäle lassen sich, wie aus Fig. ι ersichtlich, sehr einfach dadurch erzielen, daß man den Vorsprung des einen Stufengehäuses mehr oder weniger tief in das nächste Stufengehäuse eintreten läßt und dadurch die Breite der Leitkanäle nach Belieben festlegt, so daß man auch bei Massenfabrikation die nötigen Abgüsse vorrätig zu halten in der Lage ist und dieselben nur mehr oder weniger zu bearbeiten braucht. Die Bearbeitungskosten sind im vorliegenden Falle sehr geringe, weil der Leitkanal bzw. der zu bearbeitende Teil desselben eine nur geringe radiale Ausdehnung besitzt.

In den Zeichnungen ist das Leitrad so angeordnet und die Leitkanäle sind derartig eingezeichnet, daß Leitrad und Stufengehäuse aus einem Gußstück bestehen. Es steht natürlich nichts im Wege, den Anfang der Leitkanäle mit den zu bearbeitenden Spiralstücken ans einem anderen Metall, etwa aus Bronze, herzustellen und einzusetzen, wenn die Umstände dies erfordern. In diesem Falle braucht man nur durch Ausdrehen des Materials den nötigen Raum für das einzusetzende Leitrad zu schaffen, wobei die unbearbeiteten Stufengehäuse bei Massenfabrikation auf Lager gehalten werden können.

Bei den bisherigen Leiträdern, deren Kanäle radial nach außen führen, ist der Raum zwisehen den beiden Laufrädern nicht ausgenutzt worden. Die vorliegende Bauart nutzt diesen zur Verfügung stehenden Raum vollkommen aus, ohne daß dadurch eine Verlängerung in der Richtung der Wellenachse entsteht, wie aus Fig. ι ersichtlich ist. Der Gehäusedurchmesser wird bei dieser Bauart im Verhältnis zum Laufraddurchmesser auf das denkbar kleinste Maß herabgezogen, und gleichzeitig wird der Wirkungsgrad aus den vorstehend angeführten Gründen, soweit er durch das Leitrad und die Rückführung des Wassers zur

nächsten Stufe beeinflußt wird, wesentlich verbessert.

Claims

Patent-Anspruch :

Leitrad für Kreiselpumpen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder sich an den Umfang des Laufrades tangential anschließende Leitkanal zunächst ungefähr über einen der Zahl der Leitkanälc umgekehrt entsprechenden Teil des Radumfanges in der Laufradebene sich erstreckt, sodann bei ziemlich gleichbleibendem Abstand vom Wellenniittel in die Ebene des Raumes vor der nächsten Stufe bzw. vor dem Auslaß übergeht und in dieser Ebene ungefähr über einen gleichen Teil des Umfanges allmählich nach innen zur nächsten Saug- bzw. zur Auslaßöffnung führt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.