DE3104747C2

DE3104747C2 - Strömungsmaschine

Info

Publication number: DE3104747C2
Application number: DE3104747A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 6710 Frankenthal Hanagarth
Original assignee: Individual
Current assignee: Hanagarth Wolfgang Dipl-Ing 6710 Frankenthal
Priority date: 1981-02-11
Filing date: 1981-02-11
Publication date: 1986-07-24
Also published as: DE3104747A1

Abstract

Die Einrichtung nach der Erfindung besteht in einer am Laufrad einer Strömungsmaschine vorgesehenen Scheibe bzw. Scheiben zwecks selbsttätiger Anpassung an den Axialschub, die an der druck- bzw. saugseitigen Radseite des Laufrades angeordnet sind, wobei die Scheibe auf der Welle oder auf dem Laufradhals jeweils drehbar und axial verschiebbar gelagert ist. Generell kann diese Lagerung auch an einer entsprechenden Gehäusestelle erfolgen. Die Scheiben teilen die Radseitenräume auf in zwei Räume. Die Scheiben sind zur selbsttätigen Anpassung an den Axialschub, der auf diesen beidseitig wirkt, mit einem Regelbund ausgerüstet, der jeweils mit der entsprechend ausgebildeten Gehäusepartie den Regelspalt bildet, der das je nach Scheibenstellung mehr oder weniger fließende Entlastungswasser durch die Bohrungen regelt. An ihrem äußeren Durchmesser sind die Scheiben jeweils mit einem die Laufradzylinderfläche abdeckenden Kragen ausgerüstet, der mit der jeweiligen Zylinderfläche (5) einen Drosselspalt bildet. Auf der Seite des einen Raumes tragen die Scheiben den Kragen, der in eine Nut des Gehäuses eintaucht und zwei Drosselspalte bildet. In den anderen Raum einragend besitzt die Scheibe z.B. innerhalb der Bohrungen einen Abstandskragen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine gemaß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bei einer solchen Strömungsmaschine verursacht das auf der Welle angeordnete Laufrad mit seinen druck- und saugseitigen Zylinderflächen durch die Relativdrehung im Medium einen druckseitigen und einen saugseitigen Wirbel, die von den druck- und saugseitigen Gehäusewänden gebremst werden. Dieser Vorgang i&t, praktisch unvermeidlich in einer Strömungsmaschine und verursacht, bezogen auf die Gesamtleistung derselben, einen beträchtlichen Leistungsverlust, der im Fall einer Kreiselpumpe zusätzlich aufgebracht werden muß oder im Falle einer Strömungsturbine als nicht nutzbare Energie verlorengeht. Diese Verluste bewegen sich je nach Form des Laufrades zwischen 3% bei schnelläufigen Halbaxialmaschinen und z. B. 30% und darüber bei langsamläufigen Radialpumpen. Letztlich ist dieser Verlust die Ursache für den notwendigen Übergang zu einem teureren Pumpenkonzept (Mehrstufigkeit),

In der DE-OS 23 49 815 wurde bereits eine Lösung für dieses Problem vorgeschlagen. Diese Lösung bestand darin, daß zwischen Laufrad- und Gehäusewänden Freilaufscheiben angeordnet sind, mit am Außen- und Innendurchmesser in Verbindung mit den entsprechenden Gehäusepartien ausgebildeten axialen Spalten. Diese Anordnung ist nicht geeignet, den Axialschub der Freilaufscheibe(n) im Optimalpunkt der Strömungsmaschine auszugleichen. Noch weniger gelingt dies im Teillast- und Überlastbereich, weil wegen der hierbei auftretenden Querströmung — infolge ungleicher Druckverteilung am Umfang der Freilaufscheiben — auf diese Kippmomente ausgeübt werden. Diese vereiteln den Axialschubausgleich und die Lagerung.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen über den gesamten Kennlinienbereich störungsfrei wirkenden Axialschubausgleich für die der Verminderung des Reibungsverlustes dienenden Scheiben zu erreichen. Die gestellte Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs genannten Mitteln gelöst.

In der bereits gewürdigten DE-OS 23 49 815 wurde auch eine Ausführung vorgestellt bei der zwischen Laufradaustritt und Diffusoreintritt ein weiter Spalt angeordnet ist

Dieser Spalt ist zu groß, um einen Axialschubregelungseinfluß ausüben zu können. In der Literatur wird über diesen Abstand auch keine weitere Aussage gemacht

Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert Die Zeichnung zeigt einen Meridianschnitt durch eine erfindungsgemäß gestaltete Kreiselpumpe.

Die Einrichtung zur Verminderung des Reibungsverlustes besteht aus Scheiben 12,12', die an der druckseitigen Radseite 3 bzw. an der saugseitigen Radseite 3' des Laufrades 2 angeordnet sind, wobei die Scheiben 12,12' auf der Welle 1 oder auf dem Laufradhals 28 drehbar und axial verschiebbar gelagert sind. Generell kann diese Lagerung auch an einer entsprechenden Gehäusestelle !4, 14' erfolgen. Die Scheiben 12, 12' teilen die Radseitenräume auf in die beiden Räume 15,15' und 16, 16'. Die Scheiben sind zur selbsttätigen Anpassung an den Axialschub, der auf diesen beidseitig wirkt mit einem Regelbund 17,17' ausgerüstet der jeweils mit der entsprechend ausgebildeten Gehäusepartie 18, 18' den Regelspalt 19, 19' bildet, der das je nach Scheibenstellung mehr oder weniger fließende Entlastungswasser durch die Bohrungen 20, 20' regelt An ihrem äußeren Durchmesser sind die Scheiben 12,12' jeweils mit einem die Laufradzylinderfläche 5 abdeckenden Kragen 21,21' ausgerüstet der mit der jeweiligen Zyiinderfiäche 5 einen Drosselspalt 22, 22' bildet. Auf der Seite des Raumes 16,16' tragen die Scheiben 12.12' den Kragen 23, 23', der in eine Nut 24, 24' des Gehäuses eintaucht und zwei Drosselspalte 25, 26, 25', 26' bildet. In den Raum 15,15' einragend besitzt die Scheibe 12,12' z. B. innerhalb der Bohrungen 20, 20' einen Abstandskragen 27, 27'.

Während die Radseitenreibungsverlustieistung ohne Scheibe, entsprechend dem mit halber Winkelgeschwindigkeit kreisenden Seitenraumwirbel, einen gewissen Betrag ausmacht, z. B. bei einer Gesamtleistung von 100 kW bei einer Pumpe bestimmter Bauart 5 kW druckseitiger Radseitenreibungsverlust zwischen den Wänden 3 und 10, senkt sich dieser Verlust bei Annahme einer mit halber Winkelgeschwindigkeit mitgeschleppten Scheibe auf 2 ·

5 kW

(zweimal wegen der nun zwei

Räume 15,16 und Vg wegen der Gleichung).

^Radseilenverluslleisiung [kW] = prop, ü? ,

da in den beiden Räumen ungefähr die halbe Winkelgeschwindigkeit herrscht. Somit senken sich die 5 kW auf

-r- kW= 1,25 kW, was einer Ersparnis von 3,75 kW entspricht. Saugseitig für die Scheibe 12' die gleiche Ersparnis angesetzt, ergibt dies 7,5 kW Antriebsenergiesenkung. Wird nach F i g. 1 ein Wirkungsgrad von 0,8 angenommen, erhöht dies den Wirkungsgrad von

_ _ _ 80 kW Nutzleistung
η - up - joo kW Gesamtleistung

, 80 kW Nutzleistung _ _0/
^aur 92,5 kW Gesamtleistung ~ ^{ö/ /0} ·

Werden die Entlastungswasserströme berücksichtigt, kann mit einem Wirkungsgradanstieg auf 85% gerechnet werden.

Während die Scheibe 12 mit halber Winkelgeschwindigkeit rotiert, entsteht in Raum 15 eine größere Druckabsenkung als in Raum 16, beide eingespeist von dem statischen Druck am Laufradaustritt. Die Scheibe 12 würde in Richtung des Laufrades gedruckt werden. Nun öffnet sich der Spalt 19 und prägt über die Bohrungen 20 dem Spalt 15 am Innendurchmesser einen höheren Druck auf als zuvor, der wegen der höheren Winkelgeschwindigkeit im Raum 15 zu starker Druckzunahme führt. Nun würde die Scheibe Yl, den Spalt 19 verkleinernd, wieder nach rechts geführt werden, solange, bis der Regelstrom durch den Spalt 19 und die Bohrungen 20 zu einem Axialschubausgleich führt

Der Kragen 23,23' mit Nut 24,24' kann in mehrfacher Anordüung erhöhte Wirkung haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

25

30

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentanspruch:

Strömungsmaschine, wie Kreiselpumpe oder Turbine, mit einer Einrichtung zur Verminderung des Reibungsverlustes des Laufrades, welche aus einer auf der Druck- oder der Saugseite des Laufrades oder beiderseits des Laufrades angeordneten, gegenüber der Welle der Strömungsmaschine drehbar gelagerten Scheibe bzw. Scheiben besteht, welche axial verschieblich auf der Laufradwelle und/oder dem Laufradhals gelagert ist bzw. sind, wobei jede Scheibe im Bereich des Außenumfangs und des Innenumfangs je eine, mit dem Gehäuse der Strömungsmaschine zusammenwirkende Drosseleinrichtung zum Ausgleich des Axialschubes besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich des Außenumfanges der Scheibe (12,12') angeordnete Drosseleinrichtung mit einem Kragen (23, 23') ausgestattet ist, der mit einer Nut (24, 24') des Gehäuses (14,14') einen Drosselspalt (25,25', 26,26') bildet, am äußeren Durchmesser jeder Scheibe (12, 12') ein die Laufradzylinderfläche (5) abdeckender Kragen (21,21') vorgesehen ist, der mit der Laufradzylinderfläche (5) jeweils einen weiteren Drosselspalt (22, 22') bildet, und da 3 die im Bereich des Innenumfangs der Scheiben (12, 12') angeordnete Drosseleinrichtung die Räume (15, 15', 16, 16') auf beiden Seiten der Scheibe verbindende Bohrungen (20,20') aufweist.