DE3433518A1

DE3433518A1 - Radial rotor for fluid kinetic machines

Info

Publication number: DE3433518A1
Application number: DE19843433518
Authority: DE
Inventors: Alois Dr.rer.nat. 8000 München Koller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-09-12
Filing date: 1984-09-12
Publication date: 1986-03-20

Abstract

In a radial rotor (L1) set with a plurality of radial vanes (R1) the radial vanes (R1) delimit vane ducts (S1) which diverge in an outward direction. In order to prevent, or at least largely suppress, the formation of vortices in these vane ducts (S1), each vane duct has at least one shortened radial additional vane (Z11, Z12) incorporated therein. These radial additional vanes (Z11, Z12) accelerate the working medium not picked up by the radial vanes (R1), convey it outwards and thus counteract the formation of vortices. Radial rotors of this type are preferably used in centrifugal pumps, but also in centrifugal compressors. <IMAGE>

Description

Siemens Aktiengesellschaft Unser ZeichenSiemens Aktiengesellschaft Our mark

Berlin und München VPA o/p 1 R 7 8 DEBerlin and Munich VPA o / p 1 R 7 8 DE

Radiales Laufrad für Strömunqs-ArbeitsmaschinenRadial impeller for flow machines

Die Erfindung betrifft ein radiales Laufrad für Strömungs-Arbeitsmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a radial impeller for fluid flow machines according to the preamble of claim 1.

Unter einem radialen Laufrad versteht man ein mit Radialschaufeln besetztes Rad mit einer radialen Hauptströmungsrichtung eines durch die Schaufelkanäle fließenden Arbeitsmediums. Bei dem Arbeitsmedium kann es sich um Flüssigkeiten, Gase, Gemische aus Flüssigkeiten und Gasen oder um mit Dickstoffen versetzte Flüssigkeiten handeln. Unter radialen Laufrädern für Strömungs-Arbeitsmaschinen sollen solche Räder verstanden werden, die eine Energiezufuhr an das durch die Schaufelkanäle strömende Arbeitsmedium bewirken. Das radiale Laufrad kann dabei von einem Gehäuse umschlossen sein, wie dies bei Kreiselpumpen und Kreisel Verdichtern der Fall ist. Das radiale Laufrad kann aber auch in einem theoretisch unbegrenzten Strom des Arbeitsmediums angeordnet werden, wie dies beispielsweise bei Schiffspropellern oder Flugzeugpropellern der Fall ist.A radial impeller is understood to be a wheel equipped with radial blades with a main radial direction of flow a working medium flowing through the blade channels. The working medium can be liquids, Gases, mixtures of liquids and gases or around with thick matter handle spiked liquids. Radial impellers for fluid flow machines should be such Wheels are understood to have an energy supply to it through cause the vane channels flowing working medium. That radial impeller can be enclosed by a housing, as is the case with centrifugal pumps and centrifugal compressors Case is. The radial impeller can, however, also be arranged in a theoretically unlimited flow of the working medium as is the case, for example, with ship propellers or aircraft propellers.

Aus Hütte, Maschinenbau Teil A, 28. Aufl., 1954, S. 831 und 832 ist ein radiales Laufrad für Kreiselpumpen und Kreiselverdichter bekannt, welches mit mehreren rückwärts einfach gekrümmten Radialschaufeln besetzt ist. Die durch die Radialschaufeln begrenzten Schaufelkanäle divergieren nach außen hin, d.h. die Breite der Schaufelkanäle vergrößert sich mit zunehmendem Radius. Bei Kreiselpumpen bilden sich in der durch die Schaufelkanäle strömenden Flüssigkeit dann Wirbel, deren Entstehung bei dieser Form der Radialschaufel nicht verhindert oder unterdrückt werden kann. AndererseitsFrom Hütte, Maschinenbau Teil A, 28th edition, 1954, p. 831 and 832 a radial impeller for centrifugal pumps and centrifugal compressors is known, which is easy with several backwards curved radial blades is occupied. The blade channels delimited by the radial blades diverge afterwards towards the outside, i.e. the width of the blade channels increases with increasing radius. With centrifugal pumps in the liquid flowing through the vane channels then eddies, which arise with this form of the radial vane cannot be prevented or suppressed. on the other hand

KIk 1 Kow / 11 .9.1984KIk 1 Kow / 9/11/1984

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führt die Entstehung von Wirbeln in den Schaufelkanälen zu erheblichen Schwierigkeiten. So verzehren die Wirbel unnütz Energie und verursachen außerdem Lärm. Besonders gravierend ist das Auftreten von Wirbeln bei der Förderung von Gemischen aus Flüssigkeiten und Gasen. Bei der Förderung von erhitzten Flüssigkeiten, wie sie beispielsweise bei Geschirrspülern oder im Kühlkreis eines Reaktors erforderlich ist, kann der Unterdruck in den Wirbeln die Siedetemperatur senken. Die dort entstehenden Gasblasen führen dann zu einer Senkung des Durchsatzes, zur Entwicklung von Lärm, aber auch zu Kavitationen mit rascher Zerstörung des Werkstoffes.leads to the creation of eddies in the blade channels significant difficulties. The eddies consume energy unnecessarily and also cause noise. Particularly serious is the occurrence of eddies when pumping mixtures of liquids and gases. When promoting heated liquids, such as those required in dishwashers or in the cooling circuit of a reactor the negative pressure in the vortices can lower the boiling temperature. The gas bubbles formed there then lead to a Reduction of the throughput, to the development of noise, but also to cavitations with rapid destruction of the material.

Aus der DE-OS 28 35 762 ist ein radiales Laufrad für Kreiselpumpen bekannt, bei welchem zur Unterdrückung von Wirbeln in den Schaufelkanälen die Schaufelstärke der Radialschaufeln nach außen hin derart zunimmt, daß die Schaufelkanäle im Querschnitt des Laufrades parallelwandig ausgebildet sind. Bei derart ausgebildeten radialen Laufrädern kommt es jedoch in dem Außenraum, der das durch die Schaufelkanäle fließende Arbeitsmedium aufnimmt, zu unerwünschten Pulsationen der Strömung. Diese Pulsationen entstehen durch den ständigen Wechsel zwischen den Austrittsöffnungen der Schaufelkanäle und den durch die Schaufelstärke am äußeren Umfang gebildeten Ruheräumen. Zur Vermeidung derartiger Pulsationen wurde in der älteren deutschen Patentanmeldung entsprechend der DE-OS 33 32 875 vorgeschlagen, ein radiales Doppellaufrad auszubilden. Dabei sin'd zur Kompensation der Pulsationen bei doppelseitigem Einlauf zwei Radialschaufelreihen axial nebeneinander angeordnet und derart gegeneinander verdreht, daß die Austrittsöffnungen der Schaufelkanäle einer Radialschaufelreihe jeweils im Bereich der Radialschaufeln der anderen Radialschaufelreihe liegen,From DE-OS 28 35 762 a radial impeller for centrifugal pumps is known in which to suppress Whirl in the vane channels, the vane strength of the radial vanes increases outward in such a way that the Blade channels are designed with parallel walls in the cross section of the impeller. With radial impellers designed in this way however, undesirable results occur in the outer space that receives the working medium flowing through the blade channels Pulsations of the flow. These pulsations are caused by the constant alternation between the outlet openings of the blade channels and that due to the blade thickness relaxation rooms formed on the outer periphery. To avoid such pulsations, the older German patent application according to DE-OS 33 32 875 proposed to form a radial double impeller. Included sin'd to compensate for the pulsations with double-sided inlet two rows of radial blades axially next to each other arranged and rotated against each other in such a way that the outlet openings of the blade channels of a radial blade row each in the area of the radial blades of the other Radial blade row lie,

In dem Aufsatz von A. Koller "Berechnung der verwirbeltenIn the essay by A. Koller "Calculation of the vortex

Strömung in der rotierenden Kreiselpumpe" in "Siemens Forschungs- und Entwicklungsberichte", Bd. 13 (1984), S. 39 bis 43, wird durch ein Rechenergebnis bestätigt, daß bei radialen Laufrädern mit konstanter Breite der Schaufelkanäle die Verwirbelung geringer ist als bei radialen Laufrädern mit nach außen hin divergierenden Schaufelkanalen.Flow in the rotating centrifugal pump "in" Siemens Research and Development Reports ", Vol. 13 (1984), p. 39 to 43, is confirmed by a calculation result that with radial impellers with constant width of the vane channels the turbulence is less than with radial impellers with outwardly diverging blade channels.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein radiales Laufrad für Kreiselpumpen zu schaffen, bei welchem mit geringem Aufwand einerseits die Entstehung von Wirbeln in den Schaufelkanälen zumindest weitgehend unterdrückt wird und andererseits Pulsationen der Strömung vermieden werden.The invention is based on the object of creating a radial impeller for centrifugal pumps, in which with little Effort on the one hand, the formation of eddies in the blade channels is at least largely suppressed and on the other hand, pulsations in the flow are avoided.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen radialen Laufrad durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In the case of a generic radial impeller, this object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Bei einem erfindungsgemäß ausgestalteten radialen Laufrad beschleunigen die radialen Zusatzschaufeln das von den in Drehrichtung nacheilenden Radialschaufeln nicht erfaßte Arbeitsmedium, befördern es nach außen und wirken so der Wirbelbildung in den Schaufelkanälen entgegen. Da die radialen Zusatzschaufeln am äußeren Umfang des radialen Laufrades keine Toträume bilden, wird auch die Entstehung von Pulsationen vermieden. Das erfindungsgemäße radiale Laufrad kann dann nicht nur bei Kreiselpumpen, sondern auch bei Kreiselverdichtern eingesetzt werden. Ein Einsatz in einem theoretisch ungebrenzten Strom des Arbeitsmediums ist ebenfalls möglich.In the case of a radial impeller designed according to the invention the additional radial blades accelerate the working medium not captured by the radial blades lagging in the direction of rotation, convey it to the outside and thus counteract the formation of eddies in the blade channels. Since the radial If additional blades do not form any dead spaces on the outer circumference of the radial impeller, pulsations will also arise avoided. The radial impeller according to the invention can can then be used not only with centrifugal pumps, but also with centrifugal compressors. A use in a theoretical Unlimited flow of the working medium is also possible.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous refinements of the invention can be found in FIGS Subclaims.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.The following are exemplary embodiments of the invention explained in more detail with reference to the drawing.

84 P 1 6 7 8 OE84 P 1 6 7 8 OE

Es zeigen:Show it:

Figur 1 eine erste Ausführungsform eines radialen Laufrades undFigure 1 shows a first embodiment of a radial impeller and

Figur 2 eine zweite Ausführungsform eines radialen Laufrades.Figure 2 shows a second embodiment of a radial impeller.

Figur 1 zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstellung ein insgesamt mit L1 bezeichnetes radiales Laufrad, dessen rückwärts einfach gekrümmte Radialschaufeln R1 die Gestalt logarithmischer Spiralen besitzen. Die durch die Radialschaufeln R1 begrenzten Schaufelkanäle S1 erweitern sich nach außen hin. Das radiale Laufrad L1 wird dabei in einer Drehrichtüng angetrieben, die durch den Pfeil D1 angedeutet ist.Figure 1 shows in a greatly simplified schematic Representation of a radial impeller designated as a whole with L1, whose backward single curved radial blades R1 have the shape of logarithmic spirals. The through the Blade channels S1 delimited by radial blades R1 widen outwards. The radial impeller L1 is in driven in a direction of rotation indicated by arrow D1 is.

Um die Entstehung von Wirbeln in den Schaufelkanälen S1 zu vermeiden oder zumindest weitgehend zu unterdrücken, werden in jeden Schaufelkanal verkürzte radiale Ziisatzschauf ein Z11 und Z12 eingebaut, was in Figur 1 aber lediglich für einen Schaufelkanal S1 aufgezeigt wurde. Die Außenkanten der radialen Zusatzschaufeln Z11 und Z12 liegen auf der Kreisperipherie des Laufrades L1, während die Innenkanten der radialen Zusatzschaufeln Z11 und Z12 auf einer strichpunktiert angedeuteten gekrümmten Linien Li1 liegen, welche die Außenkante der in Drehrichtung D1 vorauseilenden Radialschaufel R1 mit der Innenkante der in Drehrichtung D1 nacheilenden Radialschaufel R1 verbindet. Diese Linie Li1 könnte auch geradlinig verlaufen.In order to avoid or at least largely suppress the formation of eddies in the blade channels S1 A Z11 radial additional blade shortened in each blade channel and Z12 installed, which in Figure 1 is only for one Blade channel S1 was shown. The outer edges of the additional radial blades Z11 and Z12 lie on the periphery of the circle of the impeller L1, while the inner edges of the additional radial blades Z11 and Z12 on a dash-dotted line indicated curved lines Li1, which are the outer edge of the radial blade leading in the direction of rotation D1 R1 with the inner edge of the one lagging in the direction of rotation D1 Radial blade R1 connects. This line Li1 could also run in a straight line.

In Figur 1 ist ferner zu erkennen, daß die radialen Zusatzschaufeln Z11 und Z12 parallel zu der in Drehrichtung D1 nacheilenden Radialschaufel R1 ausgerichtet sind. Außerdem ist die Länge der radialen Zusatzschaufel Z11 geringer alsIn Figure 1 it can also be seen that the additional radial blades Z11 and Z12 are aligned parallel to the radial blade R1 trailing in the direction of rotation D1. aside from that the length of the additional radial blade Z11 is less than

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die Länge der in Drehrichtung D-1 nacheilenden Radialschaufel R1 , vfährend die Länge der weiter außen angeordneten radialen Zusatzschaufel Z12 geringer ist als die Länge der inneren radialen Zusatzschaufel Z11. Der Abstand zwischen der radialen Zusatzschaufel Z11 und der in Drehrichtung OA nacheilenden Radialschaufel R1 ist genau so groß wie der Abstand zwischen den beiden radialen Zusatzschaufeln Z11 und Z12. Es werden also praktisch im Austrittsbereich zusätzliche Schaufelkanäle gebildet, die parallelwandig sind und den gleichen Querschnitt aufweisen.the length of the radial blade R1 trailing in the direction of rotation D-1, while the length of the additional radial blade Z12 arranged further out is less than the length of the inner radial additional blade Z11. The distance between the additional radial blade Z11 and the radial blade R1 trailing in the direction of rotation OA is exactly as great as the distance between the two additional radial blades Z11 and Z12. So there are practically formed in the exit area additional blade channels that are parallel-walled and have the same cross section.

Figur 2 zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstellung ein insgesamt mit L2 bezeichnetes radiales Laufrad, dessen gerade Radialschaufeln R2 in radialer Richtung verlaufende und sich nach außen hin erweiternde Schaufelkanäle S2 begrenzen. Das radiale Laufrad L2 wird dabei in einer Drehrichtung angetrieben, die durch den Pfeil D2 angedeutet ist.FIG. 2 shows, in a greatly simplified schematic representation, a radial impeller designated as a whole by L2, its straight radial blades R2 extending in the radial direction and widening outward blade channels Limit S2. The radial impeller L2 is driven in a direction of rotation which is indicated by the arrow D2 is.

Um die Entstehung von Wirbeln in den Schaufelkanälen S2 zu vermeiden oder zumindest weitgehend zu unterdrücken, werden in jeden Schaufelkanal verkürzte radiale Zusatzschaufeln Z21, Z22 und Z23 eingebaut, was in Figur 2 aber lediglich für einen Schaufelkanal S2 aufgezeigt wurde. Die Außenkanten der radialen Zusatzschaufeln Z21, Z22 und Z23 liegen auf der Kreisperipherie des Laufrades L2, während die Innenkanten der radialen Zusatzschaufeln Z21, Z22 und Z23 auf einer strichpunktiert angedeuteten geraden Linie Li2 liegen, welche die Außenkante der in Drehrichtung D2 vorauseilenden Radialschaufel R2 mit der Innenkante der in Drehrichtung D2 nacheilenden Radialschaufel R2 verbindet. Diese Linie Li2 konnte aber auch einen gekrümmten Verlauf nehmen.In order to avoid or at least largely suppress the formation of eddies in the blade channels S2 Shortened additional radial blades Z21, Z22 and Z23 are built into each blade channel, but this is only shown in FIG for a blade channel S2 was shown. The outer edges of the additional radial blades Z21, Z22 and Z23 lie on the Circular periphery of the impeller L2, while the inner edges of the additional radial blades Z21, Z22 and Z23 on one The straight line Li2 indicated by dash-dotted lines, which is the outer edge of the leading in the direction of rotation D2 Radial blade R2 connects to the inner edge of the radial blade R2 trailing in the direction of rotation D2. This line Li2 but could also take a curved course.

In Figur 2 ist ferner zu erkennen, daß die radialen Zusatz-35 In Figure 2 it can also be seen that the radial additional 35

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schaufeln Z21, Z22 und Z23 parallel zu der in Drehrichtung D2 nacheilenden Radialschaufel R2 ausgerichtet sind. Außerdem ist zu erkennen, daß die Länge der radialen Zusatzschaufeln Z21, Z22 und Z23 nach außen hin immer geringer wird, wobei die Länge der innenliegenden radialen Zusatzschaufel Z21 bereits kürzer ist als die Länge der Radialschaufeln R2. Der Abstand zwischen der radialen Zusatzschaufel Z21 und der in Drehrichtung D2 nacheilenden Radialschaufel R2 ist genau so groß wie die Abstände zwischen den radialen Zusatzschaufeln Z21, Z22 und Z23. Es werden also auch hier praktisch im Austrittsbereich zusätzliche Schaufelkanäle gebildet, die parallelwandig sind und den gleichen Querschnitt aufweisen.blades Z21, Z22 and Z23 parallel to that in the direction of rotation D2 trailing radial blade R2 are aligned. It can also be seen that the length of the additional radial blades Z21, Z22 and Z23 become smaller and smaller towards the outside, whereby the length of the inner radial additional blade Z21 is already shorter than the length of the radial blades R2. The distance between the additional radial blade Z21 and the radial blade R2 trailing in the direction of rotation D2 is exactly as large as the distances between the additional radial blades Z21, Z22 and Z23. So it will be Here, too, practically in the outlet area, additional blade channels are formed, which are parallel-walled and the same Have cross-section.

In den Figuren 1 und 2 sind die radialen Laufräder lediglich schematisch dargestellt, da ihr Aufbau bis auf die radialen Zusatzschaufeln dem Aufbau herkömmlicher Laufräder entspricht. So wurde aus Gründen der besseren Übersicht auch auf die Darstellung der für den Antrieb erforderlichen Naben verzichtet» Die axialen Abmessungen der Radialschaufeln und der radialen Zusatzschaufeln sind vorzugsweise jeweils gleich. Die erfindungsgemäßen radialen Laufräder können außerdem in Spiralgehäuse eingesetzt werden, welche die bei Kreiselpumpen und Kreiselverdichtern übliche Form aufweisen.In Figures 1 and 2, the radial impellers are only shown schematically, since their structure is similar to that of conventional impellers except for the additional radial blades is equivalent to. For the sake of a better overview, the hubs required for the drive have also been shown omitted »The axial dimensions of the radial blades and the additional radial blades are preferably each same. The radial impellers according to the invention can also be used in volute casings, which the at Centrifugal pumps and centrifugal compressors have the usual shape.

8 Patentansprüche
2 Figuren8 claims
2 figures

Claims

1. Radial impeller for fluid flow machines, in particular for centrifugal pumps, with several radial blades and limited to the outside by the radial blades diverging blade channels, characterized that in each of the blade channels (S1; S2) at least one shortened radial additional blade (Z11, Z12; Z21, Z22, Z23) is installed.

2. Radial impeller according to claim 1, characterized in that the outer edges of the radial Additional blades (Z11, Z12; Z21, Z22, Z23) on the circle periphery of the impeller (L1; L2).

3. Radial impeller according to claim 1 or 2, characterized in g that the inner edges of the additional radial blades (Z11, Z12; Z21, Z22, Z23) are on a line (Li1; Li2), which the outer edge of the radial blade (R1; R2) leading in the direction of rotation (D1; D2) with the Inner edge of the radial blade trailing in the direction of rotation (D1; D2) (R1; R2) connects.

4. Radial impeller according to one of the preceding claims, characterized in that the radial Additional blades (Z11, Z12; Z21, Z22, Z23) each parallel to the radial blade trailing in the direction of rotation (D1; D2) (R1; R2) are aligned.

5. Radial impeller according to one of the preceding claims, characterized in that when adjacent radial additional blades (Z11, Z12; Z21, Z22 or Z22, Z23) which are arranged further out and are shorter

-ti- 84 P t 6 7 8 DE-ti- 84 P t 6 7 8 DE

than the one further inside.

6. Radial impeller according to claim 4, characterized in g that the distances between the radial blade (R1; R1; R2) and the additional radial blades (Z11, Z12; Z21, Ζ22, Z23) are each the same size.

7 · Radial impeller according to one of the preceding claims, characterized in that the radial blades (R1) and the additional radial blades (Z11, Z12) are designed as backward single curved blades.

8. Radial impeller according to one of claims 1 to 6, characterized in that the radial blades (R2) and the additional radial blades (Z21, Z22, Z23) are designed as uncurved blades.