DE2708368C2 - Laufrad für Kreiselpumpen - Google Patents
Laufrad für KreiselpumpenInfo
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- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaufelgestaltung für Laufräder von Kreiselpumpen halbaxialer und radialer
Bauart, die am saugseitigen Schaufelanfang eine geradlinig verlaufende und in einem Winkel zur
Umfangsrichtung angeordnete Fläche aufweisen.
Aus verschiedenen Gründen wurde in den letzten Jahren das Drehzahlniveau bei Kreiselpumpen der
obengenannten Art erheblich angehoben. Durch die somit erhöhten Geschwindigkeiten am Laufradeintritt
steigt u. a. die Kavitationsbeanspruchung der Schaufeln stark an. Daraus ergibt sich innerhalb kürzester Zeit
eine beachtliche Materialabtragung infolge der implodierenden Kavitationsblasen. Im Extremfall kann dies
zum Ausfall einer Anlage führen. Entsprechend dem Stand der Technik werden zur Vermeidung solcher
Schäden die Zulaufverhältnisse verbessert, z. B. durch eine größere Vorpumpe, höhere geodätische Zulaufhöhe,
Polsterdruck, Kaltwassereinspritzung oder ähnliches. Der wesentliche Nachteil dieser Maßnahmen
besteht jedoch in dem zu betreibenden erheblichen Aufwand baulicher und maschinentechnischer Art.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Pumpen der obengenannten Art eine wenig aufwendige
Maßnahme zur weitestgehenden Verhütung der laufradeintrittsseitigen
Kavitationsschäden zu finden. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe sieht vor, daß
der saugseitige Schaufelanfang als Gerade oder unwesentlich gekrümmte Linie unter einem Winkel von
0 Grad bis 5 Grad gegenüber der Umfangsrichtung ausgeführt ist und daß die Länge der Geraden oder der
unwesentlich gekrümmten Linie zwischen einem Minimalwert von 3 mm und einem Maximalwert, der gleich
der Länge der Schaufelteilung ist, liegt.
Nach der weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt das Verhältnis des Übergangsradius am Schaufelanfang
zur Schaufelstärke am Schaufelanfang der für den Auslegepunkt berechneten Schaufel zwischen 0,04 und
0,50 und/oder das Verhältnis des Übergangsradius am Schaufelanfang zur Schaufelteilung zwischen 0,0035 und
0,04.
Im Normal- und Teillasibereich treten beim Auftreffen
der Strömung auf die Schaufelanfänge auf den Schaufelsaugseiten Unterdrücke gegenüber dem Zulaufdruck
auf. Diese führen, wenn sie die Größenordnung des Dampfdruckes der 7U fördernden Flüssigkeit
erreichen, zur Bildung von Dampfblasen, deren implosion an den Schaufelflächen die beksnnten
Kavitationszerstörungen hervorruft Mit dem Gegenstand der Erfindung wird, verglichen mit den bekannten
Profilen, die gegenüber dem Zulaufdruck erfolgende ίο Absenkung des Druckes an der Schaufelsaugseite
erheblich reduziert. Die Druckreduzierung ist so nachhaltig, daß die ersten Dampfblasen erst bei
ungefähr einem Drittel des gewöhnlich erforderlichen Zulaufdruckes entstehen. Dies wirkt sich insofern
besonders vorteilhaft aus, als hierdurch, je nach Einsatzbereich und Betriebsbedingungen, beispielsweise
die Zulaufpumpe wesentlich kleiner ausgeführt werden oder sogar völlig entfallen kann, oder daß die
zulaufseitigen Maßnahmen wesentlich weniger aufwendig gestaltet werden können.
Bekannte Maßnahmen der Schaufelprofilierung sind saug-, druck- und beidseitige Anschärfungen der
Schaufel zur Verbesserung des NPSHpumpe-Wertes für
die üblichen Förderhöhenabfallkriterien. Jedoch werden die für die Erfindung wesentlichen NPSH,-Werte, d. h.
Werte beginnender Kavitation, durch diese drei Maßnahmen nur negativ oder unweseiitüch beeinflußt.
Bei der druckseitigen Anschärfung wird der Eintrittswinkel der Schaufel und die Eintrittsfläche des
Schaufelkanals vergrößert, wodurch sich die »Dampfschluckfähigkeit« des Laufrades, insbesondere bei
Überlast, verbessert. Eine dementsprechend gestaltete Pumpe ist in der US-PS 25 81 828 gezeigt. Sie dient zur
Förderung von ausgasenden Kraftstoffen in Luftfahrzeugen. Um eine durch Blasenbildung bedingte Verstopfung
des Laufradeintritts zu verhindern, ist dieser überdimensioniert und die druckseitigen Schaufelanfänge
sind angeschärft.
Die saugseitige Anschärfung der Schaufel verbessert durch Verkleinerung des Eintrittswinkels das vorstehend
geschilderte Verhalten der Pumpe, insbesondere im Teillastbereich, aber unter Inkaufnahme einer
gewissen Verschlechterung im Überlastbereich. Die beidseitige und symmetrische Zuschärfung der Schaufeikante
verbessert das NPSH-Verhalten über den gesamten Lastbereich. In der US-PS 22 66 180 ist ein
sowohl saug- als auch druckseitig geradlinig ausgebildeter Schaufelanfang bei einer ercsive Flüssigkeiten
fördernden Pumpe gezeigt. Dieser geradlinige Schaufelanfang ist der eigentlichen Schaufel vorgeschaltet
und dient zur Minderung des durch die Feststoffanteile bedingten Erosionsverschleißes.
Im Unterschied zu der Schaufelprofilierung nach der Erfindung können die bekannten Schaufelzuschärfungen
nachträglich angebracht werden und bedürfen keinerlei Berücksichtigung bei der Auslegung.
Die Erfindung ist als Ausführungsbeispiel in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben.
Bei der Konstruktion der Pumpenhydraulik werden das Laufrad und die Schaufeln entsprechend den
vorgegebenen Bedingungen ausgelegt. Wenn die für den Auslegepunkt erforderliche Form der Schaufel 1
vorliegt, erfolgt die Profilierung entsprechend der t>5 Erfindung. Die dargestellte Gerade 2 zeigt den Verlauf
der Schaufelsaugseite nach der Profilierung. Gegenüber der hier beispielhaft gewählten Ausgangsform wäre bei
der Schaufel 1 im Bereich A Material abzutragen und im
Bereich B Material aufzutragen. Der Obergang der Geraden 2 oder einer unwesentlich gekrümmten Linie
in die ursprüngliche Schaufel 1 ist stetig ausgeführt. Es können sich entsprechend den zur Profilierung gewählten
Schaufelformen auch Ausführungsformen ergeben, bei denen nur eine Materialauftragung oder nur eine
Materialabtragung erfolgt. Es ist aber auch möglich, daß die erfindungsgemäße Gestaltung d>.-r Schaufel schon
beim Guß des Laufrades berücksichtigt werden kann. Die in dem Ausführungsbeispiel noch enthaltenen
Bezugszeichen stellen folgendes dar: / entspricht der Schaufelteilung, sder Scnaufelstärke am Schaufelanfang
der für den Auslegepunkt entworfenen Schaufel 1 und r ist der Übergangsradius zwischen den Schaufelanfang
und der unter dem Winkel ß5 verlaufenden Geraden 2
oder unwesentlich gekrümmten Linie. Die Länge / erstreckt sich vom Ende der Abrundung am Schaufelanfang
bis zum Beginn des stetigen Übergangs 3.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Schaufelgestaltung für Laufräder von Kreiselpumpen halbaxialer und radialer Bauart, die am
saugseitigen Schaufelanfang eine geradlinig verlaufende und in einem Winkel zur Umfangsrichtung
angeordnete Fläche aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der saugseitige Schaufelanfang
als Gerade oder unwesentlich gekrümmte Linie (2) unter einem Winkel (ßs) von 0° bis 5° gegenüber
der Umfangsrichtung ausgeführt ist und daß die Länge (I) der Geraden oder der unwesentlich
gekrümmten Linie (2) zwischen einem Minimalwert von j mm und einem Maximalwert, der gleich der
Länge der Schaufelteilung (t) ist, liegt.
2. Schaufelprofilierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Übergangsradius (r) am Schaufelanfang zur Schaufelstärke (s)
am Schaufelanfang der für den Auslegepunkt berechneten Schaufel zwischen 0,04 und 0,50 liegt
und/oder das Verhältnis des Übergangsradius (r)am
Schaufelanfang zur Schaufelteilung (t) zwischen 0,0035 und 0,04 liegt.
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